2010/08/05
經濟部能源局
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▓撰文：郭啟榮、李毓仁、徐泊樺 ▓圖片提供：工研院
海洋溫差能（Ocean Thermal Energy）係指表層和深層海水間的溫差能。海洋溫差發電（Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC）利用熱機循環系統，將海洋溫差能轉換為電力，可全日全年發電，並做為基載電力，且不排放二氧化碳，屬於再生、永續能源。台灣為全球最適合發展海洋溫差發電的國家之一，預估東部海域OTEC的可裝置容量達52GW，有效開發可提升國家電力安全，開創我國海洋綠能產業。
工研院於2008年在實驗室成功開發一5kW溫差發電機組，植基於上述技術和經驗，並參照花蓮台肥廠區提供的深層海水與表層海水條件，2009至2010年開發、建造OTEC現場機組，實地發電測試。冷熱溫差僅8～9度即可發電，機組性能優良，驗證設計結果。另工研院與美國洛克希德馬丁公司（Lockheed Martin, LM）合作完成台灣MW級OTEC電廠概念設計與評估，結果顯示大型化海洋溫差電廠（100MW）的均化發電成本為每度0.22美元，相較於其他再生能源，具有相當的經濟競爭力。未來應持續深入OTEC技術研究開發，加速國內OTEC能源產業發展。
瓩級OTEC實驗機組與現場示範機組
黑潮（暖潮）流過台灣東部海域，表層海水溫度終年達24～30℃，而且沿岸大陸棚陡峭離岸3～5公里，水深達1,000公尺，水溫僅有4.0℃，據顯示表層和深層海水平均溫度超過20℃區域，預估離岸30公里內的OTEC電廠可裝置容量達52GW。OTEC電廠可全年全日發電，做為基載電力，電力品質優於其他海洋能發電，而且台灣東部海域具備地利條件，具開發價值。
工研院執行能源局「海洋能源發電系統評估與測試計畫」，在2008至2009年間成功開發一5瓩OTEC實驗機組，係由溫水供應次系統（供水溫度25～30℃）、冷水供應次系統（供水溫度4～10℃）、動力循環次系統等3部分組成，同時搭配機組控制和數據擷取系統，做為各次系統介面間的資訊溝通橋樑、機組保護措施和測試資料記錄。其中，溫水、冷水供應系統模擬東部海域表層海水和深層海水溫度範圍，動力循環次系統則為溫差能轉換為電能的轉換單元，作動流程說明如下：
一、工作流體升壓泵
升壓泵將液態流體自儲存槽吸出並升壓，使其壓力足夠提供動力系統管線壓損、熱交換器壓損、閥件壓損和渦輪機壓降之總和。
二、蒸發器
升壓後的工作流體於蒸發器吸收溫水熱能後轉換為汽態。
三、渦輪發電機
蒸發器產生的汽態工作流體進入渦輪機轉換為渦輪機的旋轉動能，再利用發電機將旋轉動能轉換為電力輸出。
四、冷凝器
通過渦輪機後的低壓汽態工作流體，於冷凝器內釋放熱能轉換為液態，送回儲存槽，完成系統迴路循環。釋放的熱能則由冷水帶走。
目前5瓩OTEC實驗機組動力循環系統，可供運轉展示用途，已有超過20個研究單位、學校、公司蒞臨參觀，成功推廣計畫成果。
溫差超過8～9℃即可發電
落實OTEC的冷、熱源來自深層海水和表層海水本質，並展示OTEC全日全時發電特性。在2009至2010年間，於花蓮的台肥園區內，利用園區汲取的深層海水（深度660公尺、上岸水溫約9～10℃）和表層海水（汲取深度60公尺、上岸水溫因季節變異，約18～26℃）分別做為冷源和熱源，開發、建造岸基式（Onshore）瓩級OTEC現場機組。儘管冷、熱源溫差不及20℃，但依據系統實際測試結果，只要溫差超過8～9℃，機組即可運轉發電。目前正進行試運轉階段，預計於2010年9、10月間開放展示，以收技術研發成效、落實海洋綠能發電願景，並推廣深層海水多用途目標。此OTEC現場機組為國內首次開發、建造完成，開啟我國海洋能開發和利用的里程碑。
MW級OTEC電廠技術和經濟可行性研究
美國洛克希德馬丁公司（LM）於2008年獲得美國能源局（DOE）計畫，結合Makai工程公司研發大管徑FRP深層海水管，預計2013至2015年間於夏威夷建造1座10MW發電容量先導型浮式OTEC電廠，並規劃100MW商業型電廠建置案；其後，於2009年LM又獲美國海軍的OTEC電廠建置評估計畫，積極推動商業型OTEC電廠開發和利用。運用LM在OTEC的技術開發和經濟分析能力，並就台灣東部海域海洋溫差潛力場址，工研院於2009至2010年間與LM合作，展開MW級OTEC電廠的技術和經濟分析評估。相關訊息可參照我國9處海洋溫差潛力場址資料（包括：溫度、海流、波浪、風場、地形、地震頻率、颱風頻率等）和電力傳輸配送資料（包括：電力變電設施場址、電力輸送規格、輸電距離、台電發電成本等）。
LM執行概念設計並分析建廠技術和經濟可行性，研究結果指出優先開發場址為：一、綠島：10MW岸基式OTEC電廠；二、金崙外海：100MW浮式離岸（Offshore）OTEC電廠，有關建造和均化發電成本，據研究，岸基式10MW電廠均化發電成本折合新台幣約每度19.5元、浮式100MW電廠約7元。前述均化發電成本乃依據首次開發、建造估算，其風險成本占建造成本的20％，且模具、技術研發等成本居高不下。若商業型OTEC電廠蔚為風尚後，技術成本、製造成本和開發風險皆可大幅調降，預期岸基式電廠均化發電成本可逐年降至每度5～7元、浮式電廠可降至2～3元。（作者任職於工研院）