2010/10/05
經濟部能源局
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■撰文：林宇銜、方銘川
我國在波浪能的發展與應用上，與世界各先進國家相比仍屬起步階段。國內相關研究初步較具規模者，計有成功大學水工試驗所於2005至2008年期間所進行的「風鼓式海浪發電設備」及工研院的「點吸收式波浪發電系統」等相關研究。波浪發電之開發關鍵在於如何藉由一人工阻尼機構對系統的運動進行鎖定和釋放控制，以減小系統的響應頻率，進而使一個小的波能裝置適應不同週期的波浪，從而達到節約成本及提高效率的效果。然而，實際海況複雜多變，如何在考慮結構物安全與最佳發電效能的前提下，選定一處適合波浪發電的場址，將是未來波浪發電在應用上成敗的關鍵因素。
台灣的海象環境
台灣四面環海且因屬海島性氣候，沿海地區之波浪受季風影響終年持續不斷，在海洋環境方面大致可分為東、西兩個部分。台灣東臨太平洋，水深可達數千公尺；西面台灣海峽，水深則僅約200多公尺；北方海域和東海相接；南方則與巴士海峽相鄰。冬天時，台灣有東北季風的吹拂，而夏天則有西南季風影響，造成海面的擾動及混合，在這樣的往復作用下，風浪、湧浪之形態相當複雜多變。基於上述因素，波浪能源的蘊藏量可說是十分豐富。
然而，受限於台灣周遭海域現有波浪浮標測站不足，且波浪易受地形效應影響易產生淺化、折射、繞射等現象，故無法有效推估台灣周遭海域之波浪潛能。此外，極端氣候（如颱風）因素、場址離岸距離（影響電纜傳輸線長度）等，均是波浪發電場址設置時必須考慮的重點之一。
台灣周遭海域波浪能之預估量
成功大學海洋環境及工程技術研究中心（RCOET）在研究計畫「海洋能源技術之開發研究─多單位共振水柱波能發電系統之研發」的場址海氣象評估方面，初步收集了近3年（2007至2009年）台灣海域及離島地區（澎湖、金門等地）之波浪浮標資料。分析結果（如圖1）指出台灣周遭海域每年在夏、秋之際（8～9月份），因該季節常好發颱風事件，其引發之暴潮（Storm Surge）造成該海域之波浪能潛在預估量明顯高於其他月份；而在春季（3～5月）因季節風開始轉為西南季風之故，全台各地並無顯著之波浪能量。值得注意的是，每年10月至隔年1月期間，因東北季風提供穩定之風源，各地平均有12.3kW╱m（單位：千瓦╱公尺）之發電潛能，尤以澎湖（26.64kW╱m）、花蓮（19.45kW╱m）、龍洞（19 kW╱m）及蘇澳（15.24 kW╱m）蘊藏量最為豐富。
年平均發電總量概估
對於現階段國內、外所研發之波浪發電系統而言，系統內部之能量擷取裝置只適合吸收特定頻率區間之波浪能量。因此，在經濟效益及成本的考量下，須對各海域之波能分布及年發電總量進行分析與比較。圖2～3為小琉球與澎湖浮標測站年平均潛在波能發電總量（MWh╱m）分布示意圖；波能發電功率等值線則指出發電總量所對應之波能發電功率（kW╱m）；數字則代表在單位區間（0.5sec╳0.25m）內，該波浪事件所發生之機率百分比（％）。
研究結果指出，小琉球海域在能量週期Te＝4.5～5sec、示性波高Hs＝0.5～0.75m範圍內，單位波長之年發電總量高達10.27MWh╱m（單位：1千度╱公尺）；相較之下，波能蘊藏量最豐富的澎湖海域，單位面積內最高之年發電總量僅約6.57MWh╱m。造成兩者差異的主要因素在於前者的的波浪能量較為集中（達9.5％），而後者則較分散（最高發生機率僅約6.4％）。
結論與展望
該研究計畫指出，小琉球海域相當適合發展多單位小型波浪發電系統；而澎湖海域則適合大尺度之波浪發電裝置，以擷取較大週期範圍之波浪能量。未來在現場海域實測階段，在初步階段雖可選定離島或較為偏遠海域進行測試，使它對於航行安全與漁撈作業的影響減至最低。然而在實際運轉後，在電纜設備與建廠位置所需投入高昂的成本，卻是未來值得關注的問題。（作者任職於成功大學漁船中心、系統及船舶機電工程學系）