2008/02/05
經濟部能源局
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▓撰文：翁鳳英
▓圖檔來源：Deutschebahn
在油價節節上漲的情形下，積極開發綠色能源已是大家所熱心關切的議題。諸如太陽能、風能與生質能的運用均為大家所熟知，而這幾項綠色能源也因技術較早被開發，至今也已有了長足的發展。較少為人所討論的海洋海潮發電，事實上也是綠色能源之一，但因為它的技術層次較為複雜，所要考慮的因素眾多，因此至今仍在實驗階段。
海洋中因月球引力而產生的海潮，其所富含的能源是非常龐大的，可惜的是海洋海潮發電的進展至今仍在初始階段。海洋海潮發電與太陽能和風能同屬於綠色能源，但它比其他兩種能源更具有來源穩定的優點，比方說海洋的退潮和漲潮都是有時間週期性的。
截至目前為止，全世界只有少數的海灣和河流的出海口處建有小型的海潮發電廠，它們都是利用海堤和傳統式的渦輪機，運用海潮變化時的海水位能與動能來發電。從2003年起，由英國和德國共同合作的海洋海潮發電計畫正式運作，地點選在北海的多芬灣（Devons），這座實驗性的海洋海潮發電廠類似陸上風力發電機，差別在於它深入海中，原理是利用潮汐的變化來發電，這座海洋海潮發電廠因收集珍貴的海潮發電資料，供未來設置海洋海潮發電廠的參考，而富有時代指標意義。
台灣四面環海，海潮成為電力的運用可待商榷，本文希望藉由德、英海洋海潮發電合作案的說明，提供台灣未來新能源開發的參採。
海洋海潮發電的地點選擇
利用潮汐變化來推動的海流渦輪機，可斟酌地理位置來設立。最重要應要考慮的條件為潮汐的流速，一般而言，流速最少應達每秒2～3公尺，且應盡可能保持同樣的速度。這類的條件常可在海角地岬或海灣，島嶼與島嶼之間的海峽範圍發現，而在這類地點開發海潮發電廠與捕魚業及船隻的航行所產生的爭議衝突，可藉由協調來平息。
海洋理想深度為滿潮時25公尺，方便測量設備固定在海床上，而為能在退潮時更換轉輪，低潮時的海水深度也應有15公尺深。為節省電纜鋪設費用，除了電纜應堅固而有力外，海洋海潮發電廠也應盡量靠近岸邊。以多芬灣海潮發電廠為例，它離英國海岸只有2公里，而其它類似的地點也可在威而斯（Wales）以南的海峽或布里斯陀（Bristol）以南100公里處的海岸發現。
歐陸具海潮發電潛力的地點
歐洲具海潮發電潛力的地點大約有100個。針對海潮發電地點及潛力的研究在歐洲已執行多年，單單英國海岸的海潮發電潛力即估計有31～58TWh╱年的電力，而其他歐陸海岸則有17TWh╱年的電力已被確認，亞洲陸塊甚至有100TWh╱年的潛能。（註：T：tera, trillion, ＝1012）
其實海洋的能源並不止於海中的潮流，更包括海浪。依據德國BINE資料中心所公布的資料，愛爾蘭和英國可由海浪發電的運用來供應國內30％的電力需求，在這兩個國家的海岸已有由歐盟所支援的海浪發電實驗計畫正在實行中。
另外，海洋表面溫度和內部溫度的溫差可達25℃，也可經由海洋熱力轉換技術（Ocean Thermal Energy Conversion）轉換成能源來供使用，但目前為止並沒有實驗計畫執行中。
計畫說明
德、英多芬灣海洋海潮發電廠是，英國IT POWER工程辦公室推動的名為「洋流（Seaflow）」的計畫之一，德國風機製造商開發建造技術，轉輪、電力系統、控制裝置和設備的調整由德國太陽能源技術公司（Solare Energieversorgungstechnik）和其他設備廠商共同開發與製造。
整個合作案由歐盟、德國聯邦環境、自然保護與核能安全部（Federal Ministry of Environment, Preservation of Nature and Nuclear Safety, BMU）與英國貿易與工業部（Trade and Industry Department）合作促成。
設備原理
整個電廠設備的原理其實和風力發電機是一樣的，它的組件包括：轉輪、輪軸、傳動裝置、發電機和發電塔座。整座發電廠必須建造堅固，防止因潮流而晃動，或甚至漂走。為了要順利且有成本考量地將圓柱塔固定在海床上，這個圓柱塔直徑達2.1公尺，高42.5公尺，重量達80噸，在海床上鑽孔，放進圓柱塔並灌注水泥予以固定。
在圓柱塔的上方就是控制台，裡頭有各類控制裝置或電子設備，另外更設有一台起重機，可隨時在海底發電設備需要維修時使用。
海底電纜除了必須堅固強大外，還需要防水。備有兩片扇葉的轉輪和傳動設備以及發電機一起被安裝在同一個架構輪盤中，如此一來，就可以在檢查維修海底電纜時，一起將整個架構輪盤提出水面並進行檢查。轉輪的直徑大約為11公尺，並備有定位系統可依海流的方向進行調整，調整的角度達180度，可以在漲潮和退潮時進行最大的發電可能性，轉輪也可依機械的需要停止運轉。
計畫的經驗分享
該計畫實行至今已達4年的時間，雖然設備本身仍有許多問題尚待解決，但其間所收集的資料深具參考價值。電廠運行期間，傳動裝置和其他的零件均有更換過，而設於圓柱塔的起重機也的確發揮效用。
轉輪所發出的尖峰電力為290kW，與電腦模擬所預計的300kW電力相差不遠，轉輪扇葉和輪軸因為有塗上特殊的漆料，至今尚未發現腐蝕的現象；而架構輪盤也未發現貝類在此棲息，圓柱塔在水位較低的部分發現有少數藻類滋生。總的來說，整體設備並未受到海水的侵害。
該計畫所收集到的資料包括：海浪的變化、海床、海底沉積物、水質、海中生物、鳥類、魚類、船隻航行和運行噪音等，都是未來設立海潮發電廠的重要參考。
據資料顯示，該設備也可設於離岸4公里以外之處，對地表景觀的影響可望更加降低，圓柱塔上的控制台位於12～20公尺水面以上，未來更希望設立系列的發電裝置進行更大規模的實驗。
計畫未來之延伸及電價評估
有了原先計畫成功的案例，開發新能源就愈來愈熱切的兩國政府，事實上已在2006年就以原先計畫為範本，在北愛爾蘭設置類似的發電廠並增加1.2MW的設備，單單私人企業投入的金額就達300萬英鎊，且尚未加上政府提供的資源。
海洋海潮發電的投資成本至今仍高，但有了成功的計畫實行，未來可望增加更多的類似發電廠的設立。以一個具有20座海潮發電機組的海洋海潮發電園區來說，投資成本為1,750歐元╱kW，每年運作時間約為3,500小時，這個成本大致上相等於位在宏斯瑞夫（Hornsrev）的第1座離岸風力園區，投資成本為1,700歐元╱kW，每年運作時間為3,700小時，電力的售價為6歐分╱kWh，但前者的設備耐用壽命並不如風電機組長。
結語
全世界的海洋提供強大的能源可供利用，如海潮、海浪和溫差等，世界上有為數不少的國家適合利用海洋來增加能源，但必須依個別的天然環境的優勢來判定。其中海洋海潮發電具有相當誘人的條件，包括不影響地表景致，渦輪運作噪音低等，另外也較不會像風力和海浪受到天候的影響左右。
上述理想的海洋海潮發電的地點在德國海岸幾乎找不到，而海島國家如英國卻可從中滿足10～20％的用電需求。
海洋海潮發電能做到真正商業化仍有一段長遠的路要走，諸如海底電纜的改良、設備效率的提升、以及和陸上輸送電路的聯結都需要做非常大的調整。如同上述的實驗計畫，裝置容量為300kW，未來的機組可望改進為複式轉輪，裝置容量為1.2MW，在2013年可望見到裝置容量為100MW的機組，電價介於每度5～10歐分╱kWh之間，另外海洋海潮發電也希望能整合離岸風電園區和陸地輸配電路以達到最大的利用價值。（作者為本刊駐德國特約記者╱有興趣的讀友可逕行上網查詢：www.bine.info）