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開發20瓩波浪發電機組,擷取海洋新能源

2014/10/05 經濟部能源局 點閱人次: 888

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撰文、圖片提供/經濟部能源局

我國四面環海,蘊藏之海洋能量不容忽視,經調查及評估各項海洋能潛能,以及工程技術可行性,其中又以波浪發電較容易開發,未來若持續開發自有技術,有機會在未來開創新綠能產業。

波浪開發潛力

波浪能係由太陽能轉換而來,由於太陽輻射及地球自轉等種種原因而形成風,海洋因風力作用而產生波浪。國內波浪高潛能區之能量密度大於10 瓩/公尺(kW/m)以上,潛力場址分布在東北角、雲彰隆起與澎湖海域,初步估計波浪發電開發潛能為2.4 萬瓩(GW)。

波浪能量如何擷取運用

提到波浪能,可能在海邊體驗過這波濤洶湧之震撼感,如何擷取如此浩瀚之波浪能量來發電?波浪發電為利用波浪運動之位能差、衝擊力或浮力差轉換為機械能,再驅動發電機進行發電。

國內目前所研發之機組屬懸浮點吸收式波浪發電機組,發電原理如P.3上方所示,可分為2 個部分,第1 部分為設計圓柱浮體(Buoy)藉由浮體上下運動,將波浪能量傳遞到系統內部。第2 部分為能量擷取系統(power take off, TO),其功能為將浮體所傳遞進入之能量轉換為可用電能。

國外發展情形

目前全球尚無可商業化之波浪發電機組,仍屬海上測試階段,歐洲海洋能源中心(European Marine Energy Center, EMEC)有多座百瓩級機組進行測試中,分別為Pelamis(750 瓩)、Oyster 800(800 瓩)、Oy_Penguin(500 瓩)、 ceanus(800 瓩)。根據IEA_OES 評估,波浪發電之發展於2020 年前屬商業化前期,2019 至2025 年將開發小型商業化電廠,2025 至2030 年後邁向大型化電廠開發。

國內開發20瓩波浪發電機組

在評估全球波浪發電技術現況與國內開發條件後,政府已投入20 瓩級波浪發電系統研發,於2013 年完成20 瓩波浪發電機組開發與海上短期測試。

該20 瓩波浪發電機組係為國內研發單位設計研發,本機組為整合基礎機械傳動設計、液壓系統與發電元件之動能轉換裝置,並採模組化設計,包括浮筒模組、運動模組、延伸模組與穩波模組,整座機組總長度17.9 米、上浮體直徑6 米、總重量69 公噸,因採懸浮式,需透過錨碇系統(mooring system)加以固定。並於東北季風作用下進行測試,可以滿載發電,最大瞬時發電量高達30.69 瓩,小時最佳平均效率百分之34.73,初步達到設計目標。

20瓩波浪發電機組精進

經參考海上測試之經驗與數據,對第2 代20 瓩波浪發電機組進行精進改良,提高波浪能轉換效率及系統之可靠度,包括縮短總長度以利佈放與回收、提昇結構強度與安全性、減小機組運動變形以提高順暢度、以及應用智慧型控制提高浮體擷能效率。第2 代機組滿載發電時數預估可達3,000 小時,同時強化機組結構設計與安全設計,安全係數由3.66 提升至4.75,增加機組佈放及測試之安全性。本機組預計於2014 年10 月完成開發與整合測試,並於高雄港內進行靜平衡測試後,再運送至高雄外海進行海上短期測試,預計2015 年再運回基隆外海佈放測試,並進行海上發電展示。

波浪發電之發展願景

鑑於全球尚無可商業化之機組,且國外機組亦不適用於國內海域波候條件,此時國內積極研發高自製率波浪發電系統,未來有機會發展波浪發電產業。目前政府亦持續投入研發,藉由研發測試掌握關鍵技術,以加速發展大型化機組,扶植國內產業,期望為我國海洋能帶來新契機。

未來波浪發電規劃,近程優先進行波浪發電先導示範,以及建立波浪發電機組之大型化設計技術,期望於2025 年前完成國內首座百萬瓦(MW)級波浪發電示範電廠,為國內再生能源作出具體貢獻。

參考文獻

1. 財團法人工業技術研究院,海洋能源系統及關鍵元件技術開發計畫,經濟部能源科技研究發展計畫,100-101 執行報告。

2. 財團法人工業技術研究院,海洋能發電系統研發計畫,經濟部能源科技研究發展計畫,102 執行報告。

3. International Energy Agency,Implementing Agreement on Ocean Energy Systems (IEA-OES), Annual Report 2012. (http://www.ieaoceans.org)

4. International Energy Agency,Implementing Agreement on Ocean Energy Systems (IEA-OES), Annual Report 2013. (http://www.ieaoceans.org)


關鍵字:波浪發電,海洋能

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