用再生能源 打造非核家園：「核」必提心吊膽

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

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?入門』（森北出版）、『風?風車????』(成山堂書店)、『?????工?』（???社）等許多著作。

?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?入門』(裳華房)、『熱電??論』(?????&??????社)等著作。

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、?川武信

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
 023 Ⅱ－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
 030 030 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