能量和能量的使用子課題
VIII.3 可再生能源
Renewable Energy
可再生與非再生能源的轉換與限制、水力與風力的功率計算、儲能與間歇性問題
Knowledge Groups
核心考點
1. 可再生與非再生能源權衡
考評提示：組句＝物理原理＋限制＋場景，避免絕對化
- 定義**太陽能電池**用光電效應把光能轉為電能，輸出受光照強度、面積、角度與天氣影響；理論上限（Shockley–Queisser）約 33%，商用矽電池約 20–22%。
- 流程**核裂變**讓鈾-235 等重核吸收中子後分裂，釋放巨大能量與更多中子（連鎖反應）；每千克燃料能量遠超化石燃料，運行階段碳排放極低。
- 對比可再生不等於零影響：要討論**間歇性、儲能需求、土地使用、噪音或生態**；核能則面對放射性廢料與廢熱排放。
- 易錯陷阱^^「核能零碳」只指運行階段；全生命週期碳排放低但非零^^。比較題用「優點＋限制＋場景」組句，避免絕對化。
2. 水力與風力發電計算
考評提示：水力 P＝ρghQη；風力 P∝ρAv³
- 公式**水力發電 P ＝ ρghQη**：ρ＝1000 kg m⁻³、g≈10 m s⁻²、h＝落差、Q＝體積流量（m³ s⁻¹）、η＝效率；落差或流量加倍都令功率線性加倍。
- 公式**風力功率 P ∝ ρAv³**（A＝葉片掃掠面積 πr²，v＝風速）；^^風速加倍功率增 8 倍（v³），葉片半徑加倍只增 4 倍（A∝r²）^^。
- 考評重點實際效率受**貝茲極限約 59.3%** 限制（風機）；水力可快速啟停適合調峰，比太陽能與風能更穩定可控。
- 易錯陷阱^^水力計算注意 Q 是體積流量（m³ s⁻¹）；若給質量流量（kg s⁻¹）要先除以密度^^，否則多乘一個 ρ 令答案大 1000 倍。
3. 儲能與間歇性問題
考評提示：往返效率越高損耗越少；儲能非免費
- 流程**抽水蓄能**：低谷電抽水至高水庫，高峰放水發電，往返效率約 **70–80%**；可快速調峰。
- 對比**鋰電池**能量密度高、充放快，用於電動車與電網；**氫能**電解製氫再發電，整體效率較低（電→氫→電約 25–35%）。
- 易錯陷阱^^「儲能解決間歇性」並非免費：儲能系統本身有往返損耗，要計入成本與效率分析^^；往返效率越高，浪費越少。
常見題型 · scoring points
試計算風力發電機的輸出電功率並指出風速的影響（3 分）
- 掃掠面積 A ＝ π r²（r 為葉片半徑）；輸入功率 P ＝ ½ρAv³（1 分）。
- 輸出電功率 ＝ η × ½ρAv³，η 以小數代入（如 40% → 0.40）（1 分）。
- 因 P ∝ v³，風速加倍輸出增至 8 倍，故選址以風速為最關鍵因素（1 分）。
能量和能量的使用 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準。最後更新：2026 年 6 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE Physics 神器 App。
