創新創意 〉勤益科技大學-廢熱轉換為電力,開發潔淨新能源
2023-1-02

全球飽受氣候變遷之苦,甫於今年十一月落幕的聯合國第二十七屆氣候峰會(COP27)又釋出悲觀訊息:至本世紀末,地球表面溫度將上升2.8℃。面對節節逼近的困境,節能減碳不能再等,我們需要更多創新,尤其是新能源的開發!

將低溫廢熱轉換為電力,正是理想的循環經濟模式。為了擴大應用,勤益科技大學「低熱快產電」師生團隊投入心力突破技術瓶頸,推進了商業可行性。

突破技術瓶頸,擴大應用場域

目前低溫熱能轉換成電能的方法,主要是仰賴有機朗肯循環系統(organic Rankine cycle, ORC),相較於其他的能源技術與方式,ORC沒有排碳疑慮,且能將較難使用的低溫熱能轉換成電力,因此,ORC被視為是一種簡單且相當潔淨的「減碳」能源技術。

然而,這麼好的技術,截至目前僅用於工業用途,非常可惜。

為何ORC不能使用於工業之外場域?主因是:熱源越低溫,則效率愈低,且當系統規模越小,導致發電成本增加,非一般小型場域應用所能負擔,例如溫泉飯店。「想要突破這些限制,就必須建構低成本的微型ORC系統,使其類似家電一樣走入家庭,不僅限工業使用,」勤益科大副教授謝瑞青說。他帶領機械系學生謝易騏、廖朕浩、陳彥勲投入的研究「低熱快產電」,已找出了將ORC微型化及低成本化的方法。

ORC系統的運作原理是利用外部熱源加熱蒸發冷媒,汽化冷媒推動膨脹機產生軸功,並將軸功轉換成電能。勤益科大團隊採用雙膨脹機並聯,利用變速機構改變膨脹機轉速,使冷媒流量受到控制,如此一來,不論熱源大小如何變化,系統皆可維持在較高的效率。目前此系統最大發電量可達二千瓦,研究成果獲得臺灣專利兩件、一篇期刊論文已刊登,另一篇審查中。

問題導向學習,「做中學」養成人才

微型化ORC系統的設計及調機歷經三年,期間團隊曾面臨一個大難關,謝瑞青副教授進一步說明:「系統運作發生問題,但我們就是找不出正確原因,系統改了三次,問題依然存在,直到我請學生往軸封材料相容性方面找答案,之後學生反覆做實驗並送往業界檢查後,確認是此問題無誤。更改材料後至今已一年,系統持續正常運作。」

「老師丟出問題的可能解決方案,為了找解方,我們會主動思考、找資料、閱讀、分析,然後實際應用在系統上,如果不行,就再討論並繼續尋找可能的方法,透過這種方式,我覺得自己學得很紮實,」謝易騏分享他的學習心得。另一位學生廖朕浩則提到,「我們團隊的討論氛圍非常開放,與老師辯駁也是常有的事。所以大家都勇於提出自己的意見,彼此激盪找出解決方法。」

謝瑞青副教授採用PBL(problem base learning)與自學輔導教學方法,讓學生透過解決真實問題,逐步累積知識。這種「做中學」養成的學生,正是業界最想要的人才,「許多業者已經跟我要人了,很難擺平呀!」謝瑞青副教授笑說他的煩惱。

針對新能源的開發,團隊再接再厲,目前正以ORC系統為核心技術,延伸投入天然氣鍋爐廢熱廢冷回收及菇類太空包回收生質能等研究,並朝向碳中和方向前進,為減碳再盡心力。


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