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臺灣黑潮電廠–世紀大工程

 
 
許多洋流常年定向且穩定的流動,夾帶著龐大的動能,若能妥善運用這些能量,對人類文明與永續發展將有重要貢獻。黑潮是北太平洋環流的一支,流經台灣東部時貼岸穩定往北且流速強勁。從能源開發的角度來看,黑潮絕對是一條優質的洋流,能提供大量且穩定的電力,具經濟規模與商業價值,且無排碳、不須燃料、供電持續,可用率達0.7以上,且建廠工程均屬成熟技術,無技術瓶頸,預估在發展成功後,建廠與營運成本可與未來之離岸風力競爭。我們提出一套完整的黑潮電廠設計規劃,將相關的研究成果實際應用在一項工程設計中。

臺大應力所的陳發林教授4月26日晚間給出了2013年春季系列的第一場演講「臺灣黑潮電廠-世紀大工程」,描述使用黑潮發電的原理和願景,讓我們深入瞭解了這個在傳說中存在已久的替代能源真實的面貌和未來的可能為何。

黑潮(Koroshio)是全世界第二強勁的海流,流速每秒約1至2公尺,水溫約在攝氏24至26度。陳教授舉了幾個真實的例子說明黑潮潮水的威力:綠島漁民駕著舢板船對抗黑潮,辛苦地在漁獲不豐的海域生存,還要隨時注意潮流的漲落;父子二人從臺東騎著水上摩托車前往綠島,兒子摩托車失靈,卻意外被潮水帶至宜蘭外海;最近墾丁南灣的長泳溺水意外,也和黑潮潮水在墾丁近海造成的漩渦有關。

陳教授說,黑潮最穩定且力量最強之處在菲律賓,臺灣附近的黑潮並不是一年四季都一樣穩定,實際上東部海上的黑潮在夏季十分強勁,但到了冬季則因為東北季風而減弱。不過這恰好滿足臺灣的需要:因為可以配合我們夏季用電的高峰!因此黑潮雖然沒能帶給臺灣如日本東岸那般良好的漁場,但卻蘊藏著可以被我們利用的乾淨能源。

然而在理論上描述洋流發電十分簡單,只要在海中裝設渦輪機即可,但是實際的工作卻困難重重。陳教授首先說明要找何種渦輪機。陳教授說,目前全球共有62款洋流渦輪機,但多為淺水發電使用。在瞭解了許多款渦輪機後,陳教授選擇了Gulf Stream Turbine這款用在墨西哥灣流的深水型渦輪機。它的優點是「單錨固定」與「自調穩定」。陳教授設計了模組化的搭載平臺,由小型的平方架構相接組成大型的海下渦輪機組,每一個平方架構上錨定著一組渦輪機,隨著海流漂浮上下。陳教授以清楚的動畫向聽眾解說渦輪機的運轉與整個黑潮發電廠的設計,在陳教授的設計中,渦輪機將以每分鐘6轉(6 rpm)的角速度運轉發電,每個葉片約可發出約0.25百萬瓦(MW),一組渦輪機有兩個葉片,即0.5百萬瓦(MW)的發電量。

但是找到了適合的海下渦輪機,要如何將渦輪機固定在海床上?臺灣東部外海海下地形特殊,沒有由淺入深的大陸棚,在離岸不遠處海面就陡降,在短距離內就降到了深達五、六千公尺的花東海盆。如果要到那麼深的海床上去建設渦輪機的錨定基地是不實際的,所以只能挑選離岸不遠的海下山脊,約在海面下數百公尺左右的「山頂」,作為拉住渦輪機的基礎。纜繩的材質要能抗得住強勁海流的拉扯,陳教授在深入研究後,規劃將整座發電廠以聚酯材料(Polyester)所編成的纜繩錨定在500公尺深的海床上,而整座渦輪機將會穩定沉浮在約80公尺深的深水中,這個水深也是黑潮最強勁之處。

展望聽眾的問題也相當有深度,有人問到纜繩和整體電廠的水下清潔和維修的問題,陳教授說,為防止生物附著在纜繩上,纜繩上設計有一個上下定時滑動的套環,可以清除附著在纜繩上的海洋生物。也有聽眾問到,渦輪機的水下維修該如何進行?陳教授說,黑潮發電廠所用的零件在設計上皆可使用約五年不用更新,以符合成本考量。陳教授打趣說,將來黑潮發電廠完成後,會以玻璃潛水艇經營觀光,讓所有人都能一窺這壯觀的工程,同時收費,這樣連維修的經費也有了!

陳教授說,據估計黑潮流經臺灣的一個截面,約蘊藏有10 GW(10億瓦)的能量,雖然在臺灣東部外海的黑潮位置不太穩定,會東西偏移,但還是包含了極大的能量。然而為了不使日本氣候發生異常,變成「冰島」,臺灣只能從黑潮取出5% 左右的潮水能量來發電,也就是500百萬瓦(MW)的能量可用,相當可觀。陳教授說,正是因為臺灣是一個什麼能源都沒有地方,所以我們才被逼的去嘗試所有的可能。從陳教授的演講我們可以看出,我們的能源政策不要固守某種特定發電方式,應該多元並進,才能幫台灣的「能源荒/能源荒」找到永續發展的解答!

「黑潮發電廠是我的夢想。」陳發林教授說:「老天爺給了我們這麼好的環境,我們應該好好利用它!」

本臺大演講網(http://speech.ntu.edu.tw/sng/ci/)演講錄影蒙講者陳發林教授同意轉載,謹此致謝。
 
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