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再生能源：海洋能源的魅力

93/11/09 15052

蘇達貞｜臺灣海洋大學輪機工程學系

鍾珍｜工業技術研究院能源與資源研究所

對於傳統能源的開發，人類已經到了非常關鍵而必須嚴肅面對的時候。現代人的能源需求大約相當於每人每天20公升的石油，是以前農業社會的10倍，按照這樣的開發速度，世界的石油儲存量大約只剩43年，天然氣只剩62年，鈾只剩60年，煤只剩230年，而且這些傳統能源的開採費用，也將隨著資源的愈來愈稀少，變得更加昂貴，此外溫室效應及其他污染問題也將日益嚴重。這種惡夢，使得能源學家不得不重新思考目前僅占世界能源總使用量3％的再生能源，如太陽能、風力能、水力能、地熱能與海洋能等的定位。

根據德國的調查顯示，德國年輕人認為科技的明日之星，第一位居然是能源科技，第二位才是電腦及網路科技。歐洲議會聯盟已計劃在二○五○年前完成執行所謂的「陽光能源改革計畫」，這項計畫包括：50年內減少能源需求量50％，利用太陽能提供40％的能源，利用生質能提供30％的能源，利用風力能提供15％的能源，利用水力能提供10％的能源，及利用石油能提供5％的能源。

至於臺灣地區，目前97％能源仰賴進口，其中傳統的石油及煤炭約占80％，核能約占10％，天然氣約占8％，剩下的2％則是由島內的水力能提供，以上的數據說明國內對於再生能源的發展是相當落後的。

另一方面，根據臺電的資料顯示，以往國內再生能源的開發案例由北至南大約有：桃園大潭風力發電、彰濱工業區風力發電、東北角波浪發電、清水地熱發電、東海岸海洋溫差發電、臺東外海黑潮發電、綠島風力發電、蘭嶼波浪發電、恆春地區太陽能發電、七美風力發電、金門潮差發電，及馬祖風力發電。以上12項中，除了風力能有少量的實際開發供電之外，其餘都只停留在理論與技術的研發與評估階段。

事實上，占全球70％的海洋，所蘊藏的再生能源，估計遠超過全球能源的總消耗量。尤其臺灣地區四面環海，海洋所蘊藏的再生能源更是豐富，據臺電的估計，分別是：

潮汐發電　因為太陽、月亮作用於地球的萬有引力與地球自轉運動使得海洋水位形成高低變化，這種高低變化，稱之為潮汐。潮汐發電就是利用漲潮與退潮來發電，與水力發電原理類似。當漲潮時海水自外流入，推動水輪機產生動力發電，退潮時海水退回大海，再一次推動水輪機發電。目前全世界僅有少數潮汐發電廠在運轉，其中法國、中國、蘇聯與加拿大的潮汐電廠總容量合計約263百萬瓦。

波浪發電　海洋波浪是由太陽能源轉換而成的，因為太陽輻射的不均勻加熱與地殼冷卻及地球自轉造成風，風吹過海面又形成波浪，波浪所產生的能量與風速成一定比例。而波浪起伏造成水的運動，此運動驅使工作流體流經原動機來發電。以往由於維修保養的技術瓶頸，使得有效利用波浪能的案例極為有限。但近年來此項技術已有所突破，除了把原來在深海域發電轉移到淺海域外，並結合其他與波浪發電有關的技術以改善效率。

波浪能源除供發電外，另可多用途使用以提升經濟利益，如

防波：將波浪發電設備設置在約5～10公尺深的海域，離沿岸相當距離，因為利用波浪的能量發電，消耗了波浪能量，所以波浪發電機組的設置，類似形成防波堤，可減少建構與保養防波堤的成本。

觀光：因為設置了波浪發電機組，後方海域會是平靜的海域，可以進行海洋休閒活動，如潛水、香蕉船、水上滑板、拖曳傘，游泳等。另外可以提供漁民養殖，為當地帶來財富。

軍事方面：由於波浪發電機設置在離沿岸相當距離，如此可防止登陸搶灘、走私等，具有軍事、國防與海防三種正面效果。

預防地盤下陷：因為在波浪發電設備後，幾乎是平靜無波的海面，可以在此海域進行養殖，避免因為在陸上養殖、抽取地下水，造成地盤下陷。

海洋溫差發電

海洋溫差發電（ocean thermal energy conversion, OTEC）就是利用深海冷水（約攝氏1～7度）與表層的溫海水（攝氏15～28度）之間的溫度差，經熱傳轉換來發電。海洋溫差發電與潮汐、波浪發電的差異在於海洋溫差發電是連續性發電。理論上，有溫差就可以發電，但是考慮成本與效益，溫差越大，效率越高、成本越低。熱帶與亞熱帶地區，由於深層海水與表層海水溫差可達攝氏 25度，因此效率最高，最適合OTEC發展。

海洋溫差發電的發展歷史相當久遠，早在一八八一年達森瓦（J. D' Arsonval）便提出利用海洋表層與深層間之溫度差異來發電。一九二七年法國科學家克勞德在古巴哈瓦那附近瑪丹札斯海岸，進行岸上式海水溫差發電實驗，實際發出22瓩的電力。一九三○年克勞德在古巴建立第一座開放式溫差電廠，證實了利用海洋溫差來生產電能的可能。一九四○年克勞德以「自天然水中取得動力的方法及其裝置」的發明專利，獲得法國政府的大力支持，該計畫一直持續到一九五五年。

一九六五年美國人安德森重新檢討克勞德設計的溫差電廠，並提出改進意見，使得海洋溫差發電再度引起人們的注意。一九七九年夏威夷群島可納外海，由洛克希德公司建造的Mini-OTEC海洋溫差發電實驗，成功產生50瓩的發電量。一九八○年美國能源部正式建造發電量是一千瓩OTEC-1的海洋溫差發電實驗廠。一九八一年日本東京電力、東電設計公司、東芝及清水建設等公司在日本政府的資助下在諾魯共和國建造一百瓩海洋溫差發電廠，供給小學電力，為世界首次海洋溫差發電民生化。接著法國在大溪地、英國在加勒比海、荷蘭在巴里、瑞典在牙買加、日本在沖繩島、美國在夏威夷、關島等地，各自投入人力及經費加強開發研究。

臺灣自一九八○年起，由臺電公司、工研院能資所在經濟部的支援下開始進行海洋溫差發電的發展動態及各項技術的研發及規劃，並在經濟部能源委員會的贊助下成立「國際海洋溫差發電協會」，委託工研院能資所執行。

海流發電

海流發電是利用海洋中海流的流動推動水輪機發電，一般均在海流流經處設置截流涵洞的沈箱，並在其中設置一座水輪發電機，視發電需要增加多個機組，惟於每組間需預留適當的間隔以避免紊流互相干擾。目前海流發電應用構想種類甚多，但均屬研究性質，其技術可行性離商業化應用尚有段距離。

臺灣地區可供發電的海流，以黑潮最具開發潛力，黑潮又叫北赤道海流，因受到地球自轉和盛行西風的作用而形成。它源於北赤道海洋，沿菲律賓群島朝北北西而上，在蘭嶼附近改向東方朝太平洋折流。黑潮流經臺灣東側海岸時，因受地形影響，在臺東附近最貼近海岸線，而後北向遠離臺灣。

黑潮發電構想是利用中層海流的流速，可利用處的水深約在二百公尺左右，預計在海中鋪設直徑四十公尺、長度二百公尺的沈箱，並在其中設置一座水輪發電機，成為一個模組式海流發電系統，發電量大約是1.5～2萬瓩，未來可視發電需要增加多個機組。利用黑潮發電理論上是可行的，惟目前深海用的水輪發電機，尚屬研究階段，其技術可行性有待驗證。

根據能源委員會再生能源研發推動小組的規劃，長程的目標是希望在二○二○年再生能源的開發利用能夠占總能源的12％。但這樣的比率只是為了符合京都議定書中各國投入發展再生能源的規定。我國是否能夠在未來數年內達到這樣的目標，仍有待相關單位的協調，而對民間研發的獎勵等措施，也須有具體的內容與配套辦法。

資料來源

《科學發展》2004年11月，383期，28 ~ 33頁

再生能源(106) 海洋能(5) 溫差發電(2) 波浪(8) 海流(4)

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