「海洋能」崛起! 產官學聚焦東海岸溫差發電潛力 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

「海洋能」崛起! 產官學聚焦東海岸溫差發電潛力

2016年12月21日
本報2016年12月21日台北訊,特約記者林倩如報導

台灣四面環海,沿岸綠能發展,目前討論較多者以西岸離岸風力發電為主,然海域尚富含能源潛力,包括波浪、潮流、海流、鹽濃度差及海洋溫差發電等不同形式。據國際能源總署-海洋能源系統(IEA-OES)2009年資料顯示,海洋能每年可發電量達93,100TWh,遠大於全球年發電量17,400TWh。

19日,財團法人國際大氣研發基金會主辦「2016年海洋熱能開發論壇」,提醒溫差發電此一應用選項,並從技術、產業面向切入交流,承先啟後,企圖擴大再生能源既有格局框架。

2016年海洋熱能開發論壇,產官學界齊聚一堂交流。攝影:林倩如。

七〇年代能源危機  促啟海洋溫差發電契機

海洋溫差發電(Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC),即利用動力循環系統,將表層溫海水與深層低溫海水之溫差熱能轉換為機械動能,再產生電力。三十多年前,國內外曾掀起一股熱烈推動OTEC的浪潮,因它是再生能源中穩定的基載電力,全日全年不間斷,目前美、法、日、韓、印度等國積極投入研發工作,國際上技術提升與經濟性的進步,使該產業發展愈益成熟。

最早源於1881年,由法國物理學家達森瓦(J. D'Arsonval)提出OTEC的構想,20世紀1926年,法國科學家克勞德(G. Claude)使用一座小型的實驗裝置,公開證實其可行性;後幾經試驗,1954年克勞德欲在非洲象牙海岸建立一座陸上型封閉式發電廠,因無法與水力發電、廉價化石燃料競爭,法國OTEC的進展暫告一段落。

至1962年,美國人安得森(J.H. Anderson)針對克勞德設計上的問題進行改良,取得「於天然水取得動力的方法及其裝置」專利,該發明乃OTEC研究的濫觴。1973年第一次能源危機,OTEC因此蓬勃發展,1979年美國更於夏威夷外海,首次從海水溫差獲得淨電力。

直到1981年,日本率先在南太平洋的諾魯島建立世界第一座陸上型封閉式實驗電廠,裝機容量100KW,證明了OTEC可提供穩定電源。1993年,美國再進一步於夏威夷建立一座陸上型開放式海水溫差實驗發電廠,設計容量為210KW。如今,世界各國紛紛投入開發海洋能源競賽,此全球最大、未開發的潔淨能源,中國作為結合技術開發、商業營運之重要試驗場,2013年與美國國防包商洛克希德.馬丁公司展開合作,計畫在海南島外海建造全球最大浮動式OTEC溫差發電廠,企圖迎頭趕上西方國家原佔海洋發電領域的領先地位。

世界OTEC電廠興建示意圖。圖片來源:Ocean Thermal Energy Foundation

台灣東海岸地理條件佳  潛力不容小覷

今年再生能源討論尤其熱烈,基金會主任委員、台大海洋所名譽教授梁乃匡表示,有別於太陽能、風能具發電不穩定的問題,海洋能潛力巨大,卻備受忽略,論壇從5月開始籌辦,希望提供不同的對話視野。

政策沿革上,台灣七〇年代曾探討過OTEC,1980年由能源委員會成立「國際海洋溫差協會」,台電並調查東部海域之理論蘊藏量達30GW。過去除了冷水管風險、颱風侵襲等原因,加上「彼時經濟起飛,社會用電需求急迫,OTEC經濟效益低於油價,後續發展便中斷。」時任OTEC推動小組成員的他補充道。

2000年行政院宣布停建核四廠能源政策轉向、2006年工研院再啟OTEC評估調查,報告指出應可開發,「黑潮流經、海域終年表層海水溫度達24℃以上,冷海水4~5℃位處深海,1,000公尺等深線離岸越近越好,東海岸大陸棚陡峭、1,000公尺等深線離岸僅約3~5公里,溫差即超過20℃,擁有相當好的環境資源。」而三十多年來技術演變,動力系統日臻完備,溫差發電成本顯著下降,海底冷水管安裝瓶頸的關鍵技術亦有所突破,近年來,深層鑽掘及隧道開挖技術推進迅速,全球OTEC雖尚在示範測試階段仍無商業型電廠,實為替代能源嶄新趨勢。

北回歸線附近,表層水溫約在23℃~28℃之間,至l,000公尺深度水溫即降到4℃左右,溫差愈大發電效率愈高,台灣東海岸有黑潮、加上1,000公尺等深線離岸近,發展OTEC條件佳,圖為全球平均海水溫差。圖片來源:Asia Biomass Office

工研院綠能與環境研究所組長顏志偉也呼應,溫差無日夜之分,冬夏變化也不大,較其他海洋能來說,OTEC相對穩定,且5~11月達發電峰值,適逢夏季用電高峰期是一大優點。此外,就社會環境方面,電廠若採陸基式,對航安影響少,若採海上浮台式則不須陣列,可避免漁撈衝突。

技術現況部分,2008年工研院成功開發5KW溫差發電機組,並參照花蓮台肥廠區提供的深層、表層海水條件,2009~2010年建造現場機組,經實地測試,溫差8℃以上OTEC機組即可運轉發電;溫差達14~15℃發電量1.2KW~ 1.5KW,符合機組設計值1KW要求。目前,機組運轉順暢,可靠度佳,另將電力轉換為照明用途以展示推廣。

不過,發電須至少達10MW才具經濟規模,現階段已發展300KW小型ORC機組應用到工業餘熱,MW中型ORC機組建議於溫泉╱地熱發電發展之,先建立國內溫差發電產業,待大型化技術如高效循環發電技術、低價防蝕熱交換技術、大型傳動技術、冷水管技術等等升級精進,再邁向10~100MW級海洋溫差發電系統,他認為,「溫差發電是共通技術,搭配熱源、冷源發展,產業逐步放大,技術逐步解決。」

台灣OTEC潛能盤點-東部海域九大場址。圖片來源:工研院綠能與環境研究所簡報。

溫差發電同步藍色經濟  追求產業共好

同達綠能股份有限公司總經理賴融毅則介紹以下重點,如熱循環系統的最新發展(再生式效率最高)、電廠型式(陸基式、海上浮台式、海上半潛式),強調應結合深層海水冷能和多目標運用,比方夏威夷的自然能源實驗室(NELHA)園區,由初期OTEC研究轉以水產養殖為主,廠商再投入深層水機能性飲料或替代能源,創造州政府億元產值;或像沖繩的久米島,除了藉海洋深層水產業帶動地方工作機會,發展農業、水產養殖,更是啟動實現OTEC打造二氧化碳零排放的前線基地。

再者,政府將海洋能納入能源國家型科技計畫以來,2009~2010年間,工研院也與洛克希德・馬丁公司合作,展開MW級OTEC電廠的技術與經濟分析,篩選水深小於1,000公尺、溫度差大於20℃得出東部九大潛力場址,初步估計可開發量達2.8GW,區位包括南澳、和平、七星潭、石梯、樟原、知本、金崙、綠島及蘭嶼。

他以花蓮和平為例,說明利用和平火力發電廠廢熱水(32~34℃)作為其熱源之複合式方案,最佳化規劃包含冷水管取水深度600公尺、最適宜管徑外徑2公尺、流量5.8CMS、電廠裝置容量4MW等項目,均評估技術可行。台泥和平電廠因改變當地海岸地形、排放溫排水爭議不斷,環保署雖要求和電提出溫排水排放口等問題之因應對策,去年環評翻案免降溫,廠方自然沒有意願投資,無奈空有OTEC減碳計畫卻無從落實。

高科技、大資本,發展OTEC缺一不可,開發成本降低、技術日新月異,台灣很有機會發揮地利之便。工研院已規劃短期溫差發電技術(迄2015年裝置容量0.1MW)、中期大型示範電廠建置(迄2020年裝置容量5MW)、長期商業型電廠開發(迄2025年裝置容量20MW)三大開發項目時程,溫差發電前途未卜,翻轉阻礙亦操之在人,端視新政府能源遠見、政策支持及執行魄力。

圓桌會議上,與會來賓且同聲呼籲海洋資料庫建立的重要,「德國高端的深層鑽掘,運用至冷水管佈設,純技術面可說幾乎都能解決,卡在近岸調查少、工程相關數據不足,而耽誤發展進度。」宏高工程有限公司總經理張明富如此表示。又針對眾人關注核心主題之冷水管技術,基金會則預告將再辦理工作坊延續互動。

OTEC動力循環系統(封閉式),翻拍自簡報。攝影:林倩如。

OTEC電廠類型示意圖。圖片來源:Ocean Thermal Energy Foundation

作者

林倩如

唸的是跨領域藝術和社會發展,而仰望著山野、也想奔向大海,書寫、行動、環境、多元差異文化,追求自由的移動,深邃回應這個世界。