海 洋 能 源 发 电

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2023-3-30 01:19

海洋能源之蕴藏可观,诸如海洋溫差、波浪、海流、潮汐等海洋資源,若能將其開發應用,除可降低消費能源之部份外,更可兼顧日益受重視之環境保護觀念,並可藉發展海洋能源發電應用之研究,來建立國內海洋科技基礎,進一步為未來開發整體性海洋資源奠基。茲將我國在海洋能源發電應用研究之情況分析如下:


一、海洋溫差發電


海洋溫差發電之工作原理與目前使用之火力、核能發電原理相類似,首先利用表層海水蒸發低蒸發溫度之工作流體如氨、丙烷或氟利昂,使其汽化推動渦輪發電機發電,然後利用深層冷海水冷卻工作流體成液態,再予反覆使用。


台灣東部海域海底地形陡峻,離岸不遠處,水深即深達八百公尺,水溫約 5°C。同時海面適有黑潮流通過,表層水溫達 25°C。由於地形及水溫條件俱佳,開發溫差發電的潛力雄厚,理論蘊藏量在 12 海浬領海內達 3,000 萬千瓦,若以 200 海浬經濟海域估算更可高達 25,000 萬千瓦,該區域領海範圍內若以適度開發 10% 估計,其技術蘊藏量可達 300 萬千瓦,每年約可發電 460 億度。


根據一系列已完成研究之結果顯示,就技術可行性言,興建一座溫差電廠之最大挑戰包括大管徑冷水管的設計、製造與敷設,大型海上平台的設計與建造,以及高效率海底電力輸送電纜等三項關鍵技術,全世界尚無成功案例可循。而就經濟可行性言,即使將水產養殖副產品經濟價值考量在內,溫差發電之成本尚難與燃煤、燃油及核能等傳統發電方式競爭。以我國目前海洋工程之實力 (經費與技術方面),無法獨立發展海洋溫差發電 技術。未來將積極參與國外先進國家(如美國、日本) 相關技術之研發,俾有效利用海洋溫差之天然資源。



二、波浪發電


波浪發電即是以波浪發電裝置將海浪動能轉換成電能。波浪發電裝置為了有效地吸收波能,其運轉型式完全依據波浪之上下振動特性而設計,利用穩定運動機制擷取波浪動能,然後再加以利用來發電。台灣係屬海島地形,全島共擁有長達 1,448 公里的海岸線,沿海地區由於受到強大季風的吹襲,在廣闊的海面上經常存在著洶湧的波濤,波浪能源蘊藏可說極為豐富,是一項可觀的海洋能源。根據台灣四周沿海及各主要離島所進行的初步波能評估研究結果顯示,北部海域及離島地區較具潛力,每 公尺約有 13 千瓦之波能,東部及西北沿海居次,每公尺約有 7 千反之波能,西南及南部沿海較差,每公尺約只 有 3 千瓦之波能,依初步估計台灣地區波能蘊藏量約為],000 萬千瓦,可開採量約為]0 萬千瓦。如何有效利用海浪所攜帶的能量來發電是海洋工程研究人員所追求的目標。雖然波浪發電具有無污染以及不必耗費燃料之優點,然而其波浪之不穩定性及發電設備需固定於海床上,承受海水之腐蝕、浪潮侵襲破壞,以及效率不夠顯著、施工及維修成本相對過高等問題,限制了目前波浪發電之發展,致使波能發電系統研究開發成長趨緩。


三、潮汐發電
海水水位因引力作用產生高低落差現象稱之為潮汐,而潮汐發電便是利用此一位能轉換而獲得電能之方法。通常在海灣或河口地區圍築蓄水池,在圍堤適當地點另築可供海水流通之可控制閘門,並於閘門處設置水輪發電機,漲潮時海水經由閘門流進蓄水池並推動水輪機發電,退潮時海水亦經閘門流出並推動水輪機發電,如此雙向流發電裝置是目前潮汐發電之主要應用方式。開發潮差發電若以目前低水頭水輪機應用技術而言,基本上只要有. 一米的潮差及可供圍築潮池的地形即可應用發展。台灣沿海之潮汐,最大潮差發生在金門、馬祖外島,約可達 5 公尺潮差,其次為新竹南寮以南、彰化王功以北一帶的西部海岸,平均潮差約 3.5 公尺,其他各地一般潮差均在 2 公尺以下,與經濟性理想潮差 6 - 8 公尺仍有相當差距。由於台灣西部海岸大都為平直沙岸,缺乏可供圍築潮池的優良地形,雖不具發展潮差發電之優 良條件,但乃可進一步考慮利用現有的港灣地形開發應用。另對金門及馬祖兩個離島來說,其潮差條件雖非極優越,但因該兩離島之供電成本較昂貴,若以邊際能源之效益而言,發展潮差發電即具經濟誘因,尤其金門地區更可利用現有濱海水庫,如慈湖水庫即可成為一個極適宜開發潮差發電的理想潮汐池,故台灣地區的潮差發電發展方向可以金門、馬祖兩離島為先導廠址,其可供開發之潛力約有一萬千瓦以上。


四、海流發電
海流發電係利用海洋中海流的流動動力推動水輪機發電,一般乃於海流流經處設置截流涵洞之沉箱,並於其內設萱一座水輪發電機,此可視為一個機組(package) 的發電系統,並可視發電需要增加多個機組,惟於年組間需預留適當之間隔,以避免紊流互相干擾。台灣地區可供開發海流發電應用之海流,以黑潮最具開發潛力。根據以往對黑潮所進行之調查研究瞭解,黑潮流經台灣東側海岸最近處,以北緯 23 度附近為最貼近,平均流心距台灣僅 60-66 公里,流心流速在 1.6-0.3 公尺 / 秒、平均流速 0.9 公尺 / 秒,依據所測得之流速及斷面推估其流量約為每秒 1,700-2,000 萬立方公尺。黑潮發電構想係利用水深約在 200 公尺左右之中層海流,預計於海中鋪設直徑 40 公尺、長度為 200 公尺的沉 箱,並於其內設置一座水輪發電機,成為一個模組式海流發電系統,出力約為 1.5- 2 萬千瓦,未來更可視發電需要增加多個機組,且年組之問的間隔需維持於 200-250 公尺間,以避免紊流的干擾。利用黑潮發電理論上是可行的,惟目前開發應用的水輪發電機種類甚多,且針對深海用的水輪發電機,則尚屬研究開發階段。另黑潮發電是一種低能量密度和特定區域環境的特性,未來開發黑潮發電的規模大小及經濟性誘因,實值進一步評估探討。

 
玄能
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