日本海洋能源發展

                 前幾年在石化燃料的價格抬升與溫室效應的雙重影響下,綠色能源逐漸受到重視,尤其離岸風能的商轉下,帶動了海洋能源科技產業大幅的興起,連多數海洋能相關的國內外學術研討會,均都另設海洋能源議題,深度討論海洋能源的技術發展。我方鄰國日本,在1988年之前早已是海洋能源世界領導者的地位,無奈發電成本始終無法降至每千瓦140日圓因而作罷。近年來各國的海洋能源興起,日本又決定振興海洋能源的發展。

                 日本在法人單位NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) 的帶動下,系統化的快速發展,並連結各大學與能源研究中心,可提供每期6年的研究計畫。在筆者所屬的佐賀大學能源中心波能領域,該中心有非常紮實的學術理論基礎,並自主研發評估工具與軟體,教授畢生的研究則轉嫁在研發的轉換器上,非常務實。此外,日本重工業基礎與產學強大的連結,都是能快速發展的優勢,研究中心畢業的學生,亦可透過產學連攜研究,漸漸轉入業界,持續研發工作,在產官學研的連結上相當紮實。因此,短短6年內,由理論基礎評估、實驗測試到海域實測皆可完成,並再回頭查看轉換器的優缺點,進一步改善。

圖1  佐賀大學發展的波能轉換器

圖2 佐賀大學發展的衝動式葉輪系統

                 該中心延續了1978年所發展的海明號浮式震盪水柱式波能轉換器,稱為後彎導管浮式波能轉換器(Backward Bent Duct Buoy, BBDB),如圖1所示。圖2則為加裝在轉換器中空氣艙內的動力渦輪系統,藉由波浪驅動轉換器內水位的上下移動,再驅動內部空氣流入流出,藉由導片使葉輪同方向旋轉,此發電效率最大可達30%,平均可維持在20 %左右。此轉換器具有以下優點:(1) 轉換器體積較小 (約為2公尺立方);(2) 轉換器內部空氣受水體快速壓縮,具有高速驅動葉輪之功能;(3) 在入射波長較轉換器長度約為5~6倍時,轉換器具有往上游漂移的能力,減少繫纜的負擔。此外,目前該動力渦輪系統同樣用於潮流的轉換器研發。

                 近幾年發展中的波能公司陸續倒閉,主要是受到龐大研發資金所困,一組波浪能轉換器動輒數十公尺大小,談論的是併入一般電網的效果,加上大範圍海洋開發又得考量航權問題。台灣雖然在秋冬季節的西部海域有全球極佳的風場,以及東北海域的東北季風影響,年平均波能約為10 kW/m,離島與西部海域的潮差也都具有良好的開發條件。然而,面對夏季遠高於秋冬季供電承載力的台灣,除再生能源併網外,提供個人建議如下,可減少台灣用電承載負擔:(1) 多發展小型可攜式轉換器,用於近岸海洋工作(如養殖、港口微量用電);(2) 離岸風力機基礎加裝波潮流能轉換器,一方面保護基座,另一方面擷取能量,作為在地微量用電或補助供電使用。

作者介紹

國立臺灣海洋大學 陳大煒 博士
海洋能源、海洋工程、海岸結構物災害分析、近岸水動力模擬