黑潮洋流發電機

 

海洋能之擷取 - - 黑潮洋流發電機

在我們所生存的地球上，百分之七十以上的面積都是海洋，而陸地所佔的比率不到百分之三十；而自十八世紀工業革命後，人類對於能源的需求量與日俱增，尤其在進入二十一世紀後，隨著科技的進度、頻繁的商業活動、以及耗能產品的普及，於陸地資源隨過去兩百年大量開採/開發後逐漸匱乏的此時，向海洋”討能源”的時代已悄然來臨。

由於太陽輻射造成大氣循環，因而產生風吹動海水，產生洋流與波浪；而日、月的運行產生萬有引力與地球自轉，因此有了潮汐的變化；此外，海面與海面下溫度的差異也蘊藏了豐富的海洋能量。因此，只要有太陽、月亮等天體與地球共存， “海洋能”就會再生，就會取之不盡、用之不竭。

海洋能的生成與應用（資料來源：http://www.nepii.tw/KM/ME/index.html）

因此，發展海洋能為近年來各先進國家不斷努力發展標的，也是未來能源政策的發展趨勢。在諸多擷取海洋能的機器中，針對臺灣東部的高速流動，而且終年不會變動太多的黑潮，是否可以設計一種洋流發電機來擷取黑潮能量呢？洋流發電機是如何從海洋中擷取能量來轉換為電能呢？我們就由洋流發電的操作機制來說起，目前的洋流發電機系統的發展有兩種：

1.     錨錠水面浮台式：以深海用的大型錨泊裝置來將洋流發電機繫留於海水層中，再利用洋流的速度來推動發電機葉片進而產生電力；其優點為可在水面進行維修、定位，同時可輕易的使用在水面的儲能浮台。

錨錠水面浮台式洋流發電機（資料來源：國立中山大學與萬機公司之研究團隊）

2.   錨錠水下浮游式：以錨錠裝置來將洋流發電機繫留於海水層中，如同在海床面上放風箏一般，再利用洋流的速度來推動發電機葉片進而產生電力；其優點為無水面平台或水面載具與其連結，所用錨錠數量較少，亦無水層中連結水面平台的結構安全考量。

錨錠水下浮游式洋流發電機（資料來源：國立臺灣大學研究團隊）

        位處西北太平洋颱風帶的台灣，洋流發電機安置於海面或海中，一旦遇到颱風侵襲時，該如何避颱呢？前述這兩種洋流發電機系統，在理念上皆採用錨錠於海床上的方式來設計，因此在其避颱的機制上，水下浮游式發電系統可以利用翼型浮體內的浮力控制機構（吸、排水裝置）在颱風來襲前藉由減少浮力（吸水入水櫃來增加重量）來將發電機沈入深水處以避免受颱風所引致的大浪所影響，因此整體洋流發電系統不需離開現地即可進行避颱措施；而錨錠浮台式發電系統，其浮式載台在颱風侵襲期間雖也可以下潛方式來達到避颱的目的，但其發電機組單元之渦輪必須於颱風來臨前進行收翼後、儘速拖離現場移到適當避風的海域或港灣進行避颱措施。相對於錨錠水下浮游式發電機，錨錠水面浮台式發電系統之水面平台下潛時需要較大的下沉拉力（重量）方能完成；此外，若是錨錠水面浮台式發電系統並未採用纜線與陸地連接來輸送所產出的電能，而是與水面製氫平台相連接來進行能量轉換，由海水電解產生氫氣或液態氫，以便於能源運送作業，但因平台上製氫其設備無法採用下潛方式來避颱，故可透過水面自走式載具，於平時產電期間藉由該自走式載具來進行陸地與平台間桶裝氫能的運輸，而在颱風來臨前則以拖帶發電機組單元與製氫平台的方式來將該兩組海上載台拖離現場、移動至安全海域/港灣避颱。

洋流發電機海上製氫配置示意圖（資料來源：國立臺灣大學研究團隊）

海上製氫平台示意圖（資料來源：國立臺灣大學研究團隊）

利用海洋能發所產生的電力經製氫平台將電能轉換為容易運送的液態氫氣後，必須有適當的載具將這些桶裝液態氫氣送至陸地以供使用，此時具節能、環保及高效率的智慧型自走船將肩負起這個洋流發電生產的能源運送至陸地端的最後一哩路。搭載筒形儲槽的自走船是以海洋能經轉換生產的氫來驅動燃料電池，供給電動馬達作為推進力的電動船，船上所需的動力來源可由海上洋流發電系統所產生之綠能完全供給，不需要仰賴傳統高污染的石化燃料，可說是徹底的實踐了「產業永續」、「能源永續」及「環境永續」的綠色產業的終極發展目標。

氫能驅動自走電動船示意圖（資料來源：國立臺灣大學研究團隊）