2011/07/05
經濟部能源局
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▓撰文：翁鳳英
今（2011）年3月，日本發生該國有史以來最嚴重的地震，引發核能發電廠毀損，輻射外洩，舉世震驚，讓核能發電廠的安全也再次成為大家討論的焦點。原本已決議現有核能發電廠將延役30年的德國，也在輿論的壓力下，將分階段性於2022年關閉所有核電廠。化石燃料即將枯竭，地球溫室效應愈演愈烈，替代能源的開發和使用是現在大家一致的努力方向。
水力是人類古老的發電來源，而海潮發電也屬於水力發電的一部分，雖然因為海洋潮汐變化不一使得發電效率無法穩定而有發展遲滯的現象，但它卻也有使用自然動力且零排放的優點，成為值得討論的綠色能源之一。本文透過討論海潮發電的發展沿革、發電原理及其優缺點，最後並以法國的聖馬洛海潮發電廠為例，供各界參採。
海潮發電概述
海潮發電的歷史由來已久，自17世紀起在英法兩國的海岸地帶就有它的足跡，即使在現今的這些國家的蜿蜒海岸仍可在某些地方發現海潮發電的遺址。當時的海潮發電設施以簡單的水車輪為主，之後慢慢地因工業化而發展成海潮發電廠。法國的第1座海潮發電廠設立於1967年，至今全球甚少有海潮發電廠，原因是建造海潮發電廠的成本過高，因此一直未見普遍。某些國家像是中國大陸、加拿大和俄羅斯，雖然持續有海潮發電廠的建造計畫，但具體的建造卻一直未見付諸行動。現今能源短缺，開發新能源迫不及待，未來可望投入更多的技術和財力，以發展出更具效率的海潮發電廠。
海潮發電的運作概念在於堤壩原理，這類發電廠通常是設在漲退潮時潮差大的海灣或河口處，最顯著的目標即為海灣或河口處的巨大攔水壩。海潮發電廠中最重要的配備就是雙向的渦輪發電機，這個渦輪發電機可以同時在海水漲潮與退潮時利用水位差所產生的位能與動能以驅動渦輪帶動發電機而發電。
而在建造條件方面，要建築海潮發電廠首先要具備條件就是漲退潮時所發生的巨大水位落差，這種情形最常發生在河口海灣處，顯著的潮差必須至少在5公尺以上。很多海潮發電廠都在海灣處建有攔水壩，即類似水庫的攔水壩將水攔存在蓄水庫中，當然海潮發電廠的蓄水庫必須與海洋、湖泊或河流分開。再者海潮發電廠引人注目的地方是，有別於其他水力發電廠的單向渦輪發電機，海潮發電廠配有的是雙向渦輪發電機，可以在漲潮和退潮時都可驅動發電機發電，不浪費潮水所產生的動力。目前某些電廠的渦輪機的直徑可達10公尺，渦輪機的直徑可依電廠規模不一而有不同。
至於建造海潮發電廠的經濟價值有多高？首先全世界假設有1千個地點可列入評估，實際上能夠適合建造這類發電廠的地點可能只有100處，加上其他種種原因考量，真正可以設置的海潮發電廠可說相當稀少。再來，海潮潮差必須在5公尺以上，才能適度利用其位能與動能來發電，否則建造海潮發電廠將失去其發電意義。另外，因為海潮水位的變化，愈高時發電量愈多，當水位漸漸降低，則發電力變弱，因此海潮發電廠能否維持穩定發電量，有待觀察。
其他還有人認為海潮發電廠影響潮汐和河潮的自然運作，甚至帶來負面的影響。雖然海潮發電潛力無窮，甚至可降低溫室氣體排放並可望成為替代能源之一，但投注的建造成本估計在電廠運作後5至10年才能打平，之後才能有利潤回收，也成為投資者投資的考慮原因之一，基於上述原因，使投資者建造這類電廠的意願減低。
海潮發電廠的優點
海潮發電廠由於不使用化石燃料發電，因此它不會排放溫室氣體。因為海潮發電廠所建造蓄水庫區，而使灌溉區和飲水區的供水趨於穩定，也有利於船隻的航行和高水位區的保護。
海潮發電廠的渦輪發電機是唯一需要電力的設備，而這電力也可由電廠自己產出，發電廠並不消耗資源，雙向的渦輪機以天然無污染的潮汐來發電，自己本身並不需要巨大電能來驅動。這類電廠的使用週期非常長，也沒有爆炸或輻射線外洩的危險，它所使用的技術相當簡單且具有效率，並不需要投注大量的技術資本即可回收利潤，另外也不需要龐大的維修費用。若沒有意外發生，一座海潮發電廠可以在正常定期的維修下可持續運作發電200年以上。
海潮發電廠的缺點
海潮發電廠的缺點是，因為建造這類電廠有可能必須遷移附近的居民，這對於許多年長的居民來說，是一件難以忍受的事情。在容易發生地震的地點，也不宜建造海潮發電廠，另外對於動植物的影響，在海潮發電廠方圓100公尺之內，也會產生規模不一的負面效應。例如，迴流魚類像是鮭魚等，可能因為迴流路線被阻隔而打亂其生態；植物方面如影響小範圍的濕地，因為水源被阻隔，而面臨乾枯的危機。
雖然海潮發電廠並不需要投注創新技術的費用，但因其規模巨大的原因，建造成本相當昂貴，單單是建造高達10公尺的攔水壩就必須花費可觀的財力。
為要降低地震發生對電廠的損害，必須要採取防範措施，例如攔水壩底部必須定期用水泥來維護固定，而雙向渦輪機因為常接觸海水，受鹽水和泥沙侵蝕的可能性加大，因此也必須定期做維修。
而在建造海潮發電廠後，迴流魚類可能無法再以自然的方式回到原生地，而必須以飼養的方式繼續繁殖。許多動植物也可能因為生態的變化而無法再生存，小範圍的林地和草地也因為蓄水庫的建造而斷了水源，可能面臨枯死的危機，而土地原本的蘊育力也可能因為水源被阻絕而降低。
世界第1座海潮發電廠：法國聖馬洛電廠
位於法國Bretagne的聖馬洛（Saint Malo）海潮發電廠是世界上第1座海潮發電廠，它可能是目前最著名的海潮發電廠之一，位於朗斯河（Rance）河口海灣處，在月亮盈虧的期間潮差最高達14公尺，平均潮差8公尺。這樣的天然優勢在電廠建造以前就有人利用水車來發電。
開始構想在這裡建築海潮發電廠始於1941年，1960年代初才著手建造，1967年正式建造完成開始運作，總工程花費4億法朗。750公尺長的攔水壩橫跨朗斯河將河口和海洋隔離起來，攔水壩後頭形成一個22平方公里的大水庫，在漲退潮時有1億8千萬立方公尺的海水流經24座每個裝置容量為10MW的雙向渦輪發電機，漲潮和退潮都可發電，年發電量達5億度，併入法國國家電網發電。（作者為本刊駐德國特約記者╱有興趣的讀友可逕行上網輸入關鍵字海潮發電或潮汐發電查詢）