用再生能源 打造非核家園：「核」必提心吊膽，這一本讓你掌握能源!

　　太陽光．風力．電熱．生物質
　　用綠色能源創造未來

　　2011年3月11日，發生在日本東北地區的地震與海嘯所造成的災害，不光是讓福島第一核電廠停止運作，還造成放射性物質的擴散，對人們與土地帶來長期性的傷害。這個結果使人們對於核能發電的信心大為動搖……。

　　倘若不要核能，供電必然呈現缺口，那麼，誰是下一代能源主流？

　　本書將搭配圖表全面介紹太陽光．風力．電熱．生物質此四種再生能源的技術與活用方式，說明其對環境的影響，並詳細分析電力系統智慧化等相關問題，以及再生產業的未來展望。

　　太陽光：目前所使用的可再生能源之中，太陽光最普遍存在於生活之中。本書將說明為其核心機制的太陽能電池，並介紹太陽能電池的研發歷史、運作原理、以及各種太陽能電池的特徵。

　　風力：風力發電是將古老的技術翻新。風力資源的利用，在抽水與製粉等機械動力的用途方面有著超過700年以上的歷史。另一方面，風力發電出現於19世紀末期，進入21世紀之後急速的發展，現在全世界風力發電的總輸出功率已經超過2億Kw。

　　熱能：本書將可再生能源之中，以熱能為主要形態的類型整理在一起，包括太陽熱能、地熱能、海洋熱能、廢熱。以及跟這些能源配合度極佳，可以直接將熱能轉換成電力的熱電發電。

　　生物質：生物質是植物與動物，以及從中發展出去的可再生能源，其種類與利用方法非常的多元。本書將用能源技術的觀點來介紹生物質的整體狀況。源必須具備的基本條件

　　擁核？反核？不能只是喊口號！藉由本書，期待讀者對再生能源，能夠有更進一步的理解與認識。

　　安全&乾淨  再生能源的優點
　　．減少二氧化碳，改善全球暖化
　　．架構智慧型電力系統，永續節能
　　．地產地消，提高能源自給率
　　．帶動電力系統、設備……等多元產業

作者簡介

本間琢也

　　出生於大阪府。於1957年修完京都大學研究院研究科碩士課程。進入經濟產業省技術綜合研究所之後，從事能源工學相關的研究。筑波大學名譽教授，1993年成為新能源、產業技術綜合開發機構（NEDO）的理事。有『燃料電池』等多本著作。

牛山 泉

　　1942年出生於長野市。1971年修完上智大學研究院理工學研究科博士課程，任職於足利工業大學。2008年開始擔任校長。專攻能量的轉換，致力於風力發電等研究。有『風車工學入門』（森北出版）、『風□風車的□□□』(成山堂書店)、『□□□□□工學』（□□□社）等許多著作。

梶川武信

　　出生於東京。1966年修完名古屋大學研究所工學研究科碩士課程。於經濟產業省電子技術綜合研究所﹝現在的（行政法人）產業技術綜合研究所﹞工作26年、於湘南工科大學進行熱電發電等新型發電技術的研究16年。湘南工科大學名譽教授、工學博士、日本熱電學會會長。有『□□□□□工學入門』(裳華房)、『熱電學總論』(□□□□□&□□□□□□社)等著作。

前言　3
登場角色　8

第1章　思考新型電源的最佳組合　9
001能源必須具備的基本條件　穩定供給、對環境無害、價格低廉　10
002取代核能發電的能量資源　可再生能源　 12
003無法直接控制輸出變化的發電技術　電力的同時等量原則　 14
004太陽光電系統所須的蓄電池　蓄電池的成本　16
005美國加州的電力危機對策　18
006太陽能的特徵　20
007太陽常數與空氣質量的定義　22
008太陽能在地球表層的去向　24
COLUMN第一章總結

第2章　太陽光電系統的一切　27
009太陽光電系統會將太陽的能量直接轉換成電力　28
010太陽能電池的研發史　30
011矽結晶半導體的能帶構造　32
012半導體的pn結所負責的機能　34
013太陽能電池產生初始電力的機制　36
014用能帶結構圖來觀察太陽能電池的電壓與電流　38
015如何製造太陽能電池　40
016太陽能電池擁有其他能量轉換技術所沒有的優勢　42
017太陽能電池的問題與分類　44
018矽太陽能電池的分類與薄膜太陽能電池　46
019在各種創意之下所誕生的HIT太陽能電池　48
020高效率的化合物半導體太陽能電池　50
021高性能的CIS∕CIGS薄膜太陽能電池　52
022透過多結化來實現高效率的太陽能電池　54
023Ⅱ－Ⅳ族化合物半導體的CdTe太陽能電池　56
024期待可以降低成本的次世代型色素增感太陽能電池　58
025製法簡單生產成本低廉的有機薄膜太陽能電池　60
026挑戰超高效率化的量子點太陽能電池　62
027不會中斷發電的宇宙太陽光電系統　64
028大規模太陽光電事業的超級太陽系統　66
COLUMN太陽光電系統的總結　68

第3章　風力發電系統的一切　69
029全世界所引進的風力發電持續增加　70
030030極為多元的風車種類與特徵　72
031風力發電120年歷史的概要　74
032風車為什麼會轉動？　76
033風可以讓人取出多少的能量？　78
034風的能量與風車能量曲線的關係　80
035風力發電系統基本要素的組成範例　82
036風車用發電機的系統與其特徵　84
037世界風力的潛能　86
038日本風力的潛能　88
039主要國家的風力發電引進目標與實績　90
040日本風力發電的引進目標　92
041風力發電系統的價格　94
042風力發電的發電成本　96
043風力發電對於產業貢獻　98
044風力發電對於解決環境問題能夠有所貢獻嗎？　100
045風力發電也有環境上的課題　102
046體型龐大的發電用風車　104
047風力發電從陸上移到海上　106
048小型的風力發電也正在努力著　108
049北海道風力發電所製造的電力可以在東京使用？　110
050風力發電在智慧電網中所扮演的角色　112
051實現夢想中的G-WISH系統　114
COLUMN對風車的工作狀況下達評價　116

第4章　太陽熱能、地熱能、海洋熱能、廢熱的重複利用與熱電發電　117
052熱電發電是在兩個具有溫差的半導體通電來使用塞貝克效應　118
053熱電發電系統的機制　120
054將太陽熱與熱電發電組合，簡單完成熱電聯產的發電系統　122
055同時製造電、熱、淡水的太陽熱使用型熱電發電聯產系統　124
056如何利用擁有各種不同溫度層的地熱能源　126
057使用溫泉熱來進行熱電發電的實績　128
058適合設置在惡劣海洋環境上的海洋溫差熱電發電系統的機制　130
059存在於各種場所之廢熱的溫度與形態　132
060利用汽車排熱的熱電發電是地產地消的能源形態！　134
061如何利用周遭燃燒廢棄物所產生的熱能　136
062利用燃燒廢棄物熱能的熱電發電該裝設在哪裡？　138
063給分散型可再生能源所使用的熱電發電的課題　140
COLUMN熱電發電屬於熱機的一種，有4種傳遞熱能的方法！　142

第5章　生物質的可能性　143
064生物質是來自工業所使用的生物體資源　144
065被保存為自由能的生物質基本特性　146
066生物質是最適合地產地消的資源　148
067生物質在生物質日本總合性戰略之中的分類　150
068日本森林的現狀與能量的使用量　152
069生物質的直接燃燒，透過顆粒化來提高方便性　154
070透過生物質的氣化技術來實現複合性發電技術　156
071用生物質來生產液態燃料的技術　158
072透過酯化反應來製造生化柴油燃料　160
073用新的發酵技術所製造的生化乙醇　162
074從糖化發酵的澱粉質來生產乙醇　164
075甲烷發酵　166
076利用藻類的能量　168
077 生物質能量技術所得到的評價　170
078生物精煉的概念　172
079日本所研發的生物精煉技術　174
080國家為了利用生物質能量所採取的動向　176
COLUMN利用生物質的能量　178

第6章　智慧電網的技術　179
081智慧電網的定義　180
082電力系統（電網）的構造　182
083對於逆潮流供電的規制與問題點　184
084日本的智慧電網將從智慧屋開始擴展出去　186
085家庭能量管理系統的機能與未來的預想圖　188
086同時設置太陽光電系統與蓄電池的好處與效果　190
087從智慧型住宅發展到智慧電網　192
COLUMN傾向於發展智慧電網的日本電力狀況　194

參考文獻　195
索引　196

前言

　　2011年3月11日，發生在日本東北地區的地震與海嘯所造成的災害，不光是讓福島第一核電廠停止運作，還造成放射性物質的擴散，對人們與土地帶來長期性的痛苦。這個結果使人們對於核能發電的信心大為動搖，也迫使日本政府那一直以加蓋核電廠、提高核電廠運作效率為主要地球暖化對策的基本能源政策，出現大幅度的轉換。在這樣的現況之中，如何引進太陽光電系統、風力發電、地熱、生物質等可再生能源，成為備受矚目的議題。

　　日本於2011年8月26日，「電力業者購買可再生能源相關特別處置法案」（Feed-In-Tarif：FIT法）在國會成立。這項法案規定電力業者必須在一定期間內，用國家所規定的價格來購買太陽光電、風力、地熱、中小型水力、生物質等5種可再生能源所生產出來的電力，於2012年7月1日開始實施。

　　引進可再生能源，推測將有以下三種利益。第1：二氧化碳排放量較少，有助於改善全球暖化的現象。第2：就原則上來說，可再生能源屬於當地生產當地消費，具有提高能源自給率的效果。第3：大量引進可再生能源，是架構智慧型電力系統的必經之路。就結果來看，不光是太陽能電池與風力發電機相關的製造產業，包含電力系統、能源、管理、設備、蓄電池、電動車等多元的相關產業，都必然性的能夠有所發展。

　　本書主旨在於用所有人都能理解的方式，說明太陽光電系統、風力發電、生物質、太陽熱能與地熱、海洋熱、廢熱的活用與重複利用，以及在大量引進大陽光電系統與風力發電時，所不可缺少的智慧型電力系統的系統技術與運作原理、特徵、問題點、將來的展望等等。讀完本書的您要是能對可再生能源有更進一步的認識，那將是我們最大的喜悅。

本間琢也、牛山 泉、梶川武信