綠能與國防 - 許綜升 副教授

綠能與國防 - 許綜升 副教授

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June 09, 2020
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  1. 許綜升 副教授/備役上校 正修科技大學機械工程系 綠能與國防 2020.06.09

  2. 大綱 國防綠能發展的必要性 先進國家軍事能源發展策略 先進國家綠能在軍事上的運用 國軍綠能的發展現況 國軍官兵能源教育規劃 2

  3. 國防綠能發展的必要性 3

  4. 國軍重要軍事設施的電力來源  平時:仰賴台電供電  緊急備援:柴油發電機、儲電系統 4

  5. 運油車隊成為敵軍攻擊目標 The New York Times, 2010, U.S military orders less

    dependence on fossil fuels. 5 巴基斯坦北大西洋公約組織(NATO)部隊運送燃料車 隊,在喀布爾赫爾曼德省發生汽車炸彈襲擊後起火 (2010.4)
  6. 極端氣候  增加民眾用電量,增加用電負荷  破壞輸電設施,造成電力中斷  美國因天氣造成電力中斷事件比例逐年提升,以 「暴雨」與「極端氣候」為主要因素,每年平均 約造成250至700億美元的經濟損失 

    美國加州PG&E電力公司估計2017年及2018年 的野火有86人喪生,造成約300億美元的賠償負 債, 2019年1月,宣布破產  2016.9.28日南澳強風和暴雨造成全境電力供應中 斷 6 • https://www.chinatimes.com/newspapers/20170716000144-260511?chdtv • https://hk.appledaily.com/international/20200219/ZYW3XXSTHKPQPVLHDYH5JNKIEU/ • https://kknews.cc/society/96jk2nl.html
  7. 恐怖攻擊及網路駭客攻擊  2013.4.16凌晨聖荷西附近17個變壓 器遭半自動武器攻擊破壞,導致整個 矽谷大停電  2015.4.7美國首都華盛頓和其郊區今 天許多地區斷電,造成一些政府建築 電力中斷,包括白宮、國務院、國會 山莊和司法部,疑似恐怖攻擊。

     2015.12.23烏克蘭電力網路受到駭客 攻擊,導致伊萬諾-弗蘭科夫斯克州 數十萬戶大停電 7 https://m.moneydj.com/f1a.aspx?a=392e6571-4c45-4b7c-befd-8ba7bd082f0d
  8. 意外事件肇生無預警大停電  2017.8.15台灣發生大規模停電,肇因於 大潭發電廠的天然氣供氣遭誤觸中斷  2019.4.25金門全島無預警大停電事故, 主因是塔山及夏興電廠發電機組跳機  2012.7.30印度三大電網故障,半個印度 電網崩潰

    6.7億人受災  2003.8.14美國和加拿大的100多座電廠, 其中包括22座核電站自動“保護性關閉” 紐約市、底特律市和克利夫蘭市、加拿 大的多倫多、渥太華等嚴重的大停電 8 https://twgreatdaily.com/wgvfy3AB3uTiws8K3Dqj.html
  9. 先進國家軍事能源發展策略 9

  10. 美軍軍事能源發展法規  美國聯邦法典第10卷第2911節  2025年美軍再生能源比例不低於25% 10

  11. 美軍軍事能源發展政策 11

  12. 北約組織軍事能源發展策略  2012年在立陶宛成立了北約能 源安全卓越中心(NATO ENSEC COE)。該中心任務:  1)戰略分析和研究;  2)制定原則,標準和程序;

     3)教育,北約成員正合作 交換智能能源解決方案,以 減少其各自軍隊中化石燃料 的消耗,並減少對環境的威 脅。 C. Samarasb W. J., Nuttalla, M. Bazilianc, 2019, “Energy and the military: Convergence of security, economic, and environmental decision-making”, Energy Strategy Reviews, Vol. 26. 12
  13. 韓國軍事能源發展策略  韓國國防部、產業通商資源部、韓國電力公 社及韓國能源公團於107年7月11日簽署 「擴大普及再生能源合作備忘錄(MOU)」, 推動軍隊普及再生能源設備,2030年前將 部隊之再生能源發電比重提升至軍事用電量 (224萬MWh)之25%(60萬MWh) 13

  14. 先進國家綠能在軍事上的運用 14

  15. 微電網  成本節省  美國國防部在軍事基地安裝微電網和再生能 源可以節省多達10億美元。  允許更多DER部署  微電網允許部署更多可再生能源,例如太陽

    能光伏(PV),風力發電和儲能系統。  加強能源安全  利用中央控制和能源管理系統可以在電源中 斷的情況下實現主動孤島。指揮作戰中心可 以將包括存儲在內的DER引向適當的設施, 以平衡電力負荷。 https://www.3blmedia.com/News/Top-3-Benefits-Military-Microgrids 15
  16. 微電網架構 https://www.3blmedia.com/News/Top-3-Benefits-Military-Microgrids 16

  17. 美軍微電網 17 最近聯邦政府同意支付4000萬美元在一個飛 彈測試島嶼基地開發一個太陽能附加 8.5MWh電池儲能系統微電網,為美國軍事 基地設施供電。 位於密西西比州格爾夫波特的海軍建築營中心擁 有一個29,000個面板太陽能電池陣列,可供電 網供電。該陣列由一家私人公司擁有,在發生停 電的情況下,發電機,電池和太陽能電池板將為

    基地供電。 於馬薩諸塞州科德角的奧的斯空軍國民警衛隊 擁有軍方首個風力微電網。該裝置包括一個風 力渦輪機,一個柴油發電機和電池存儲器,可 在停電時為基座供電長達120小時。
  18. 印度及韓國軍事基地微電網  印度軍方正評估將再生能源導入 至高海拔地區軍事基地,提供烹 飪、通信、監視設備電池充電。 解決發電機於冬季經常發生故障 維修不易及解決高額的燃料運輸 成本。 18 

    韓國國防部推動軍隊普及再生能 源設備,擬在2030年前將部隊之 再生能源發電比重提升至軍事用 電量(224萬MWh)之2 5%(60 萬MWh)。將在軍營建構太陽能 發電設備及地熱能發電設備,擴 大普及再生能源發電設備。
  19. 19

  20. 移動型發電及儲電系統  杜威電子及Essence Solar,銀鷹製造公司和 EnerSys已生產出一個示 範混合動力平台,該平 台將太陽能發電,集成 的備用軍事戰術發電機 和電池存儲裝置整合到 標準的輕型戰術拖車

    (LTT)中。 20
  21. 移動型發電及儲電系統  Sky Case系統非常適合滿足軍事和 情報機構的要求。如發生災難和作 戰,至偏遠地區運送燃料成本昂貴, 且相當危險。 提供符合成本效益的 替代柴油發電機組,且節省高達 95%的燃料成本。

    該系統維護少, 也減少了需要加油的車隊,提升作 戰力。 21
  22. 可攜式再生能源系統  美國海軍陸戰隊在阿富汗時使用太陽能進行充電。2010年 7月,當他們參加海軍陸戰隊航空公司為期一個月的部署前 訓練演習時,聲稱是“第一個只使用可再生能源為他們的 系統供電的軍事單位”  這些設備中,PowerShade太陽能防水布適合海軍陸戰隊 帳篷,可以為帳篷的照明系統供電。 

    使用便攜式太陽能毯子為無線電充電使他們能夠攜帶更少 的額外電池,為更多的彈藥留出空間。 22
  23. 太陽電池充電輕型帳篷  美海軍陸戰隊 成功地使用太 陽能為電池充 電輕型帳篷, 減少發電機燃 料需求,以及 前線作戰基地 的燃料。

    https://www.tacticalsheltersystems.com/solar.php 23
  24. 可攜式再生能源系統 24

  25. 25

  26. 可攜式再生能源系統  可攜式太陽能替代型通信能源系統主要供遠離美軍基地的 班排級部隊使用,能為AN/PRC-119F無線電台、衛星通訊 設備充電。該系統由一組柔性太陽能面板陣列組成,可以 摺疊放到背包里,顯著減輕了士兵行軍時的負擔。  單兵可穿戴太陽能設備的前景也被看好。比較典型的是海 軍陸戰隊的簡易巡邏太陽能系統,它可以安裝在單兵作戰 背心上,其電能收集模塊由30個太陽能電池片組成,大小

    相當於一張A4紙,能產生17.5瓦的電能,加上電池總重量 不到1.4公斤。通過太陽能板收集到的電能存儲在電池中, 可隨時為夜視儀、可攜式電腦等設備充電。 26
  27. 可攜式燃料電池 https://www.sfc-defense.com/en/products/jenny/ 27

  28. 國軍綠能的發展現況 28

  29. 營區(社區)型微電網  技術特點:  家戶(兵舍)系統儲電容量 6~9kWh,輸出功率 5kW  社區(營區)系統儲電容量 100kWh,輸出功率18kW

     家戶(兵舍)系統饋送電力至社 區(營區)系統之最大功率 3kW  結合所有兵舍儲電系統,可避 免為提高備載容量而增設變電 站,甚至於發電廠。  提供平時或戰時之社區(營區) 可靠穩定自主再生電力 29 日光小林村社區型綠電系統 國家中山科學研究院
  30. 儲能貨櫃  技術特點:  太陽能發電  離電池儲能  電池快速交換 

    LED照明  便於戰術曳引  應用:  取代現行柴發電機 30 國家中山科學研究院
  31. 移動型發電及儲電系統  技術特點:  太陽能發電  鋰電池儲能  電池快速交換 

    LED照明  便於戰術曳引  應用:  可輔助或取代野戰指揮所柴油發電機  可獨立供電,提供災時緊急備用電力  攜行電池快速抽換,作為電池交換中 心 31
  32. 移動式儲能供電系統  技術特點:  輸出3相4線,電壓120/208Vac, 頻率 60Hz, 功率15kW  儲電容量25kWh,

    電池電壓48Vdc  充電電壓110Vac, 充電功率≧10kW  總諧波失真率≦5%, 侵入防護等級 IP55  快速安裝且方便使用  尺寸:長3×寬2×2.2高 公尺(含拖車)  應用:  取代現行柴發電機  可獨立供電,提供戰訓及災時緊急 備用電力。  高電力品質及低諧波失真率,降低 連結設備損壞。 國家中山科學研究院 32
  33. 可攜式再生能源系統 33 國家中山科學研究院、陸軍軍官學校

  34. 野戰鋰電池行動電源  技術特點:  體積小、重量輕、能量大、易攜帶  可串/並聯提升電壓、電流、功率  伍、班儲能模組:600W、12Vdc、50Ah 

    單兵儲能模組:342W、12/24Vdc、10Ah  應用:  可作為單兵、伍、班作戰行動電源  可運用於登山、露營及防救災  設計標準點菸器插座(SAE J563) 介面,可供車內電子產品使用 陸軍官校 34
  35. 野戰強固型行動電源  技術特點:  輸出功率:640W  輸出電壓:12Vdc  容量:50Ah 

    侵入防護等級:IP65  可串/並聯提升電壓電流功率  電芯化合物:LiFePO4  尺寸:347×128×270mm  重量:8.5kg  應用:  本可攜式行動電源採用強固設計,使用標準點菸器插座(SAE J563) 作為電源介面,可供消費者直接使用車內電子產品,或透過轉換供 各式電子/電器產品自由運用,具優越擴充性、體積小與方便攜帶等 優勢。  可應用在國軍救災時或任務控制指揮所之電源供應。 35 國家中山科學研究院
  36. 單兵可撓式CIGS太陽發電板  技術特點:  太陽能發電無汙染、輕量化、可撓性  銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池,轉換效率高達18%以上,輸 出12Vdc,64W  應用:

     輕量、可擾可作為單兵作戰發電系統  提高單兵作戰及救災靈活度,減少電池重量,降低人 員負荷  應用於背包、帳篷、車輛、資通訊裝備 36 國家中山科學研究院
  37. 國軍官兵能源教育規劃 37

  38. 國防綠能實踐基地架構圖 38 發展國防綠能科技 奠基國防能源自主 綠能科技 軍事應用 國防綠能 產學鏈結 大學基礎 教育紮根

    國軍官兵 能源宣教 營區 微電網 移動型發電 及儲能系統 攜帶型發電 及儲能裝備 基礎能源 通識課程 能源模組 融入課程 專業技術 訓練課程 專題創意 實作課程 國防綠能巡迴列車 暑期能源科學營 產學 合作 國防部 經費維運 支援 課程 科教 活動 志工 培訓 創能 節能 儲能 能源屬性 國防 中科院 產業 產業互動 目標 應用 教學 支援 永續
  39. 國防綠能 實踐基地 (覺民樓) 高雄市鳳山區陸軍軍官學校校園 ✓ 國防綠能實踐基地 位於黃埔湖畔,兩層樓建築,室內面積共 600平方公尺,作為中小型國防綠能應用 系統展示及教學場地,戶外展示場約150 平方公尺,展示中大型野戰綠能系統。

    建置地點 39 ✓ 以『教育國軍官兵能源知識』、及 『發展綠能之軍事應用』為主 國軍官兵-單位團體教學及參觀 一般民眾、中小學、高中及大學生-週間 以團體方式申請參觀;週末假日採預約方 式對外開放,提供一般民眾入內參觀。
  40. 實踐基地規劃 中小型國防綠能應用系統展示空間 展示綠能軍事應用之研發成果 30kW太陽能發電系統 裝置30kW屋頂型太陽能發電示範系統 中大型野戰綠能系統展示場 1F 屋 頂 40

    右側 空地 教學及實作教室 課程教學及能源活動 2F
  41. 實踐基地規劃示意圖 41

  42. 實踐基地教學及實作教室 42 中小型國防綠能應用系統展示空間 展示綠能軍事應用之研發成果 1F 教學及實作教室 課程教學及能源活動 2F 1 2

    4 3 5 1 實踐基地配置模 型台 綠能示範營區配 置模型台 展示看板 實物、模型展示 台 顯示器、投影幕 6 7 桌椅 顯示器、投影幕 2 3 4 5 6 7
  43. 43 營區微電網 ATS 電源自動 切換器 緊急 備援 營舍用電負載 重要指管設施 太陽能發電

    風力發電 移動儲能貨櫃
  44. 移動型發電及儲能系統 44 野戰太陽能汲水系統 移動型智慧儲能貨櫃 綠能發電及儲能野戰指揮所 曳引式太陽能發電與儲能系統 曳引式儲能系統 行動太陽能板

  45. 攜帶型發電及儲能設備 45 單兵攜帶型可撓式太陽能板 野戰行動電源 綠能戰術背心 太陽能偽裝帽 單兵攜帶型燃料電池發電系統

  46. 謝謝聆聽