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尚待探索的永續流動能源—海洋發電

2015/12/05 經濟部能源局 點閱人次: 1569

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撰文/林子晴 圖片提供/工研院綠能與環境研究所

海洋占地表面積達71%,不僅孕育地球源起的生命、穩定地球氣候,同時也蘊藏了豐富的資源與能量。從遠古時期開始,人們即從海洋獲取豐富的糧食資源;如今,透過海水永不止息的流動,有望為再生能源發展,注入一道生生不息的泉源。

過去,人們大量仰賴化石燃料提供能源所需,不僅造成全球化石能源資源的逐漸耗竭,另外溫室氣體排放更引發氣候變化問題;至今,永續清潔的再生能源開發,便成為國際能源政策發展必然趨勢。在再生能源中,除了太陽能、風力發電、水力、地熱、生質能及廢棄物等等為人熟知的項目外,汪洋大海源源不絕的豐沛能量,係為重要但大眾較陌生的再生能源項目。

多樣化的海洋能與海洋發電

海洋能為海洋受太陽月亮等星球引力、地球自轉、太陽輻射等因素,以熱能或機械能形式存在海洋中的能量,使海洋成為巨型能量儲存槽。

海洋能形態包含:潮汐能、波浪能、洋流能、海洋溫差能、海水鹽差能等。若能善加利用海洋運動過程生產出來的能量,即可利用海洋能進行發電。

豐沛且穩定的再生能源

由於海洋覆蓋地球表面積達2/3以上,因此所蘊藏的海洋能潛力豐沛。根據國際能源總署的海洋能系統(IEA-OES)資訊,海洋能年總發電量理論值最高可達93,100TWh/年(1TWh=10億度)。在所有海洋能種類中,以波浪發電潛力最大,為8,000∼80,000TWh/年;其次依序為海洋溫差發電10,000TWh/年、鹽差發電2,000TWh/年、海流(包括潮流和洋流發電)800TWh/年及潮汐發電300TWh/年。

臺灣屬於海島地形,具四面環海之天然優勢,可直接擷取豐富的海洋能資源。工研院綠能與環境研究所資源應用組顏志偉組長表示:「臺灣波浪能、海洋溫差能與洋流能均有數GW以上之開發潛力,唯潮汐能潛力較小,僅數10MW之規模。」

海洋能因海水密度較空氣為大,因此海洋能轉換器體積較風能為小,並具有可預測性高、可運用時間長、無須占用陸地空間等等優勢。若能成功加以開發,將可挹注再生能源發電豐沛能量。

我國海洋能發展現況與課題

雖然海洋擁有如此龐大潛能,我國亦具得天獨厚之地理發展優勢,然而現階段除潮汐發電已發展成熟、進入商業化階段外,其他諸如溫差發電、波浪發電及海流發電等,國際上還未有成熟可商業化之機組,相關發電技術仍處於測試研發階段。

「就市場面而言,國際海洋能發電技術應用潛能,以波浪發電市場最大。」顏志偉組長表示。「其次依序為溫差發電技術、海潮發電技術。其他如鹽差發電,仍在起步發展階段,屬於前瞻先進技術,裝置容量非常小。」然就技術面而言,整體海洋能發電技術發展,除潮汐發電外,目前皆尚未達商業化階段。無論波浪發電、海流發電或是溫差發電,雖皆有示範機組,但尚未能達商業化運轉階段。

此外,除國際尚無已商業化成熟機組可引進外,臺灣受颱風及地震等特殊地理條件影響,亦無法直接採用設計條件不同的國外海洋能發電機組,仍需靠臺灣自行研究解決方案,開發出適於臺灣海況及特殊條件場址之機組。

我國海洋能發展歷程,由於溫差發電屬共通技術故優先投入研發,2010 年即在花蓮完成建置第1套kW(瓩)級海洋溫差發電示範系統,甚至將技術擴展應用至工業餘熱與地熱發電,現已發展出200kW級溫差發電系統。其後,考量我國海域開發條件與技術能量後,轉以波浪發電為重點研發技術項目。2012年至2013年開發第一代20kW波浪發電機組,並於2014 年開發第二代20kW波浪發電機組,強化結構強度與安全,目前正進行長期測試驗證。

顏志偉組長說明:「海洋能發電之發展,以技術成熟為優先考量;其次必須優先解決機組存活度問題,以因應臺灣特殊的地理環境氣候;後續才可談及發電效率、發電量、經濟效益分析。」目前我國發展海洋能所面臨課題,可歸納彙整為:海象極端條件、缺少常設性海洋能海域測試場及設備、環保議題、利益衝突、海域能源開發法令問題及施工能力等。

我國海洋能發展策略

考量海洋能技術仍屬研發階段,因此暫未列入2015年我國再生能源短中長期推廣目標。另一方面,儘管我國海洋能發電面臨前述諸多課題與挑戰,政府仍不遺餘力積極開發海洋能,規劃海洋能發展藍圖,計畫將海洋能由「概念驗證階段」,循序漸進發展至「中小型系統開發階段」、「大型系統開發階段」,乃至最後之「商業化電廠階段」。目前海洋能推動規劃如上圖。

考量波浪能量密度高,為風能16.6倍、太陽能50倍,遠高於洋流能,全球海洋能中亦以波浪發電市場最大;復衡量國內製造、安裝等能力,評估波浪能發電電廠最具開發機會,因此選定波浪發電為我國近程優先發展目標。在波浪發電發展藍圖上,規劃2018年前將進行波浪發電機組供電展示,並藉由長期測試驗證修正機組設計,朝向商業型機組開發。期能於2025年前完成第一座1MW先導示我國海洋能開發時程規劃範電廠;2030年邁向小型商業型電廠開發(30MW);2035年加速商業電廠全面開發,以貢獻我國再生能源發電。

由於海洋能發電無法像風力發電,可由陸域逐步發展至離岸風電,業者投入所需承擔風險將更高,因此在發展初期,政府扮演極其重要角色,由政府帶領產官學共同投入波浪發電機組研發,建立起自有技術。放眼未來,透過示範計畫、政策引導、獎勵措施等策略,推動海洋能相關產業發展,實現豐沛海洋能資源開發,挹注國內再生能源之目標。


關鍵字:海洋能,再生能源,波浪發電,溫差發電,海流發電

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