2003/04/05
經濟部能源局
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▓撰文:何秀玲
得天獨厚的地球蘊含著各種潛能,在化石燃料主導能源使用的時代中,海洋所擁有的力量相對只被定位為輔助性的能源。事實上,覆蓋地球面積達70%以上的海洋,擁有豐富的動力能量等待開發,潮汐發電就是其中的一個例子。
由於海洋的覆蓋,地球在太陽系中是最美麗的藍色行星。廣闊無垠的大海,擁有龐大的能資源,根據聯合國教科文組織調查,地球海洋能的總量為736億瓩,包括海水溫差能400億瓩,鹽差能約300億瓩,潮汐和波浪能30億瓩。
其中,海洋溫差和鹽差用於發電的研究,尚未能有大幅度的突破,而潮汐發電,在世界各國已有諸多成功的案例。潮起潮落這個自然定律,是氣象學家的研究標的,關係著沿海漁民的生計,更常是文人騷客詠歎的對象;在生活中,潮來潮往可能對我們沒有特別的影響,不過豐富的海洋資源一旦能夠被充分的發展與運用,對於未來能源的使用,將產生不同的面貌。
月娘牽動潮汐生
萬有引力是讓我們腳踏實地的基本原則,而潮起潮落這個自然現象,也是萬有引力的明証之一。平均每隔12小時25分24秒,海水就會自動起落一次,並且循環不息,在早晨稱之「潮」,在晚間叫做「汐」,「潮汐」一詞也由此而來。潮汐在每日發生的時間不一,平均每天會延遲50分鐘,在觀察後,我們可以清楚的掌握潮汐的狀況。
潮汐的生成主要是受到太陽系中各天體的引力,以及地球轉動產生的離心力,其中月亮對潮汐的影響是最為明顯的。月亮圍繞著地球運行,在巨大的月球引力吸引之下,加上地球的離心力,海水將向距離月球最近、以及相反的方向湧聚;而地球每日自轉一周,所以平均每天都會滿潮、乾潮各兩次。
雖說理論上如此,但是潮汐實際發生的情況在各地卻是不一致的,有些地方波瀾壯闊,有些地方變化卻不明顯,這是因為潮汐的大小和海岸地形有密切的關係。著名的錢塘江潮,就是因為錢塘江出口的杭州灣,形狀有如漏斗,口大而內小,漲潮退潮之間水位有著10公尺的差距,故成為世界的奇景之一。
天賦人為的電力
既然潮來潮往之間能產生水位的差距,這股力量當然可資利用,成為循環不息、使用無污染的淨潔能源。在漲潮退潮間水位的高低差距簡稱為「潮差」,就目前的研究指出,潮差在8公尺以上者,就具備有開發潮汐發電的經濟價值。
如果有足夠的潮差,加上適合的地理條件,就可以考慮潮汐發電廠的建立。潮汐發電基本上與水力發電的原理相同,是利用潮差的位能,推動水渦輪機,再推動發電機,也就是透過「位能→機械能→電能」的方式輸出電力。在電廠建設上,必須在海灣築堤,漲潮時將水引入蓄水池;退潮時再將水由蓄水池放出。
在漲潮時,外部的海面較高,海水自然流入蓄水池,啟動發電設備;待退潮時,蓄水池內的水面較高,可再將蓄水放出,再次發電。如此一來,一天將能提供漲落潮共四次的發電機會。不過,因為海水的流向不若河水般固定,以及受不同地形地貌的影響,並不是所有的潮汐電廠均能提供四次的發電機會;而潮汐發電廠的電力輸出,也會因為上述因素而呈現不穩定的狀況。
國際應用的實例
潮汐發電的發源甚早,在1912年,德國建設出第一座潮汐電廠,將漲落潮的海水動能轉換成電力。但是最有名氣的潮汐發電廠,當屬法國蘭斯電廠,其位於法國西北部的蘭斯河口,潮差最高時可達13.4公尺,平均潮差在9公尺左右,更驚人的是,當地在潮水漲落之間,水流量可達每秒1,400萬公升左右,具有非常良好的發電潛力。
1967年時,蘭斯潮汐發電廠成立,利用一道長達750公尺的大壩,在蘭斯河口築成蓄水池,並裝置24萬瓩的發電機組,展開發電工作。蘭斯電廠每年發電量可達5.44億度,為世界最大的潮汐電廠,同時也是將潮汐發電導入具經濟開發規模的先鋒。
其餘地區的潮汐發電工作上,加拿大在芬蒂灣建設有2萬瓩的發電機組,位居世界第二;中國大陸的江廈潮汐試驗電廠3,200瓩列居第三。目前世界上適合潮汐發電的地區約有30處,包括:俄羅斯、加拿大、美國阿拉斯加、韓國、英國、阿根廷、澳洲、印度等國,均已投入相關研究。
永恆的潮起潮落
我國四面環海,似乎具有潮汐發電的潛能,但因沿海地區潮差均小,僅苗栗後龍至台中濱海地區有最大5.6公尺、平均4公尺的潮差,同時該地區多半為沙岸地形,又無港灣可供建設成為蓄水池使用。綜上種種,潮汐發電在我國受到相當條件上的限制。
潮汐發電不需燃料費用,然而在先天上需要擁有良好的自然條件,即高潮差與適合的地形,同時必須投資巨額的經費斷水築堤,發電能力與電力輸出亦較不穩定,故雖然潮汐具有龐大的發電潛能,實際應用並符合經濟效益的案例卻仍然不多。
在二氧化碳排放減量的要求下,擁有零排放、無污染優點的潮汐發電,又開始成為有潛力開發地區國家的研究重點。無垠大海所造就出30億瓩的潮汐能及波浪能,在技術的進步之下,相信日後一定會在地球永續發展的進程中,扮演重要的能源提供者角色。