臺灣海洋資源的開發

2010
05.25

臺灣每人每年平均分配到的水量約為 1 千公噸,只有全世界平均值的七分之一,因此被歸類為缺水國家。臺灣的地質環境特殊,坡陡流急,水資源不易涵蓄利用,傳統水資源的開發又日益困難。然而,因四面環海之便,臺灣其實擁有利用海水資源的優勢。

撰文|吳銘志(成功大學地球科學系)、盧真(經濟部水利署暨成功大學水利產業知識化育成中心)

原載於【科學發展438 期】2009.06.01

海洋擁有地球上最豐富的資源,遠超過陸地上同類資源的蘊藏量。隨著科技的發展,陸續發現了蘊藏在海洋中的寶藏,因此開發海洋產業成為目前許多國家努力的目標。臺灣四面環海,海岸線綿延達一千五百多公里,東臨世界最大洋區,又位處西太平洋海上交通的樞紐,最適宜利用四周的海洋資源奠定繁榮富足的基石。

臺灣的地質環境特殊,坡陡流急,水資源不易涵蓄利用,傳統水資源的開發又日益困難。然而,因四面環海之便,臺灣其實擁有利用海水資源的優勢。為綢繆水資源供需可能失調的危機,行政院於 95 年 1 月核定「新世紀水資源政策綱領」,推動海水資源多元化利用與環境保育,以達到未來海水資源永續經營的目標。

台海1

臺灣的年平均雨量高達 2,500 公釐,是世界均值的 3 倍,單日最大降雨量甚至達 1,700 公釐,和世界紀錄 1,870 公釐相差不遠,而這些降雨百分之八十都發生在每年 6 到 9 月的颱風季節。此外,臺灣的河流湍急而短促,沿岸地質鬆軟,這樣的氣候和地理條件引發了高頻率的河川氾濫。

臺灣年平均雨量 2,510 毫米,約為世界平均值的 3 倍,在一般人的印象裡,水資源應該不虞匱乏。然而因為地理環境特殊,山高地狹,坡陡流急,加上降雨時空分布不均,使得大部分的雨水都迅速經由河川匯排入海,所以臺灣每人每年平均分配到的水量,其實只約為 1 千公噸,是全世界平均值的七分之一,而被歸類為缺水國家。但是,若能發揮臨海優勢,發展海水淡化技術,將有利於解決離島與沿海城市的缺水問題。

另外,深層海水是近年來倍受重視的一項海水資源。由於深層海水的高附加價值,具有創造經濟倍數成長的利基,因而被譽為「藍金」,有相當大的發展空間。

除了海水的淡化是目前世界各國極力發展的新興水資源外,我國也積極推展相關資源的開發。近年來,由於全球石油能源短缺及溫室效應議題發燒,各國紛紛開始尋找各種替代能源,例如風力發電、水力發電、太陽能、生質能、海洋能源等。其中海洋資源就包括了海洋動力能源與海洋生物及非生物資源等,實具有最大優勢。

海水淡化

海水淡化是一種海水處理技術,原理是利用能量把海水分離成兩部分,淡水與含高鹽量的鹵水。目前海水淡化常使用的方式,包括多級閃化法、多效蒸發法、蒸氣壓縮法、逆滲透法等。

臺灣的海水淡化技術已日趨成熟,現有海水淡化廠大都分布在離島地區。在海水淡化過程中會產生鹵水,若直接排放,可能對海域生態有所影響,因此應經適當處理以減輕對海域生態的衝擊。此外,這些鹵水富含天然的礦物質,可以製成具經濟價值的副產品,或經由再處理後做為休閒養生、工業生產、化妝品等原料。把它資源化後,一方面可以降低環境污染,另一方面對資源匱乏、工業原料端賴進口的臺灣也有所助益,可謂一舉數得。

深層海水

臺灣東部海岸位居海洋大循環的迴圈帶通過處,並且離岸約 2 ~ 3 公里就可取得深層海水,優越的地理位置與近海水文特性,使這地區極具開發深層海水資源的潛力。「深層海水」一般是以取自 200 公尺以下深海中的水為主,但廣義的「深層水」指介於 200 至 4,000 公尺之間的海水,取水深度則依取水地點與方式略有不同。

在這個深度的海水,由於光線無法到達,水質穩定且清澈乾淨,具有低溫、富含微量元素及天然礦物質、病原菌極為稀少等特點,因此可應用於水產養殖、食品飲料、溫差發電、休閒理療、醫藥研製等不同產業,以創造極高的附加價值。

近兩年透過政府的推動與企業積極的發展,臺灣已有 3 家企業成功地布管汲取深層海水。市面上也有廠商販售深層海水包裝的飲用水,深層海水相關應用的產品也蓄勢待發。未來若能整合產、官、學、研的力量,逐步建立具有臺灣特色的深層海水資源產業,以提升國際競爭力,就能開創更豐碩多嬴的局勢,使深層海水產業能永續發展。

台海2

海洋能源的開發是針對海水的自然能量直接或間接地加以利用,使它轉換為電能。

海洋能源發電

海洋能源是指潮汐、潮流、波浪、海流、溫差、鹽度差等能源,海洋上的離岸風力也是可利用的能源。海洋能源的開發是針對海水的自然能量直接或間接地加以利用,使它轉換為電能。

海洋能源依能量轉換方式,可分為波浪發電、潮汐發電、海流發電及溫差發電,各類海洋能源的概要說明如下。

波浪發電

波浪發電是利用波浪上下振動的特性,藉由穩定運動機制,擷取蘊含在波浪中的能量,把海浪的動能轉換為電能。臺灣全島海岸線綿長,沿海地區由於受到強大季風的吹襲,在廣闊的海面上經常出現洶湧的波濤,波浪中蘊藏的能量極為豐富,是一項可觀的海洋能源。工研院研究臺灣四周海域波浪潛能的結果顯示,西岸及西南沿海的波能較小,臺灣海峽北部及東岸沿海次之,澎湖西側海域、巴士海峽、東北部及東部外海的波能則較高。

潮汐發電

地球表面海水的水位,會隨地球自轉運動及月球繞地公轉間的引力作用而產生高低變化,這種海水高低起伏的現象就稱為潮汐。潮汐能源的擷取對象,主要是高潮與低潮的潮差產生的位能,以及因潮流流動產生的動能。位能與潮汐振幅有關,動能則與潮流流速相關。在潮汐水位落差變化中,把海水動、位能間的變化轉換成電能的發電方式就是潮汐發電。

經濟部能源局於民國 94 年針對各地的潮汐資源進行潛能調查,結果顯示金門與馬祖外島的潮差約可達 5 公尺,其次是新竹至臺中一帶的西部海岸,其餘各地都在 2 公尺以下。這些數值與具經濟價值的理想潮差,6 至 8 公尺,仍有段差距。由於臺灣西部海岸大多是平直沙岸,缺乏可供圍築潮池的地形,比較不具潮汐發電的條件。但對金門及馬祖離島而言,因小型火力發電成本較昂貴,發展潮汐發電應較具經濟誘因。

海流發電

海洋中的水體受到地球自轉與陸地邊界影響,所產生固定方向且生生不息的水流運動,就是海流的成因,其中以大西洋的灣流及通過台灣東部海岸的黑潮最為有名。臺灣沿海可供開發海流發電應用的地區,以東部海域及澎湖水道為佳。澎湖水道的海流由於水道突然內縮,使得通過的海流流速增加,造成海流潛能大增,約為每平方公尺 100 至 600 瓦。東部海域除了沿海地區外,多處外海的海流潛能達每平方公尺 600 瓦以上,臺東外海由於黑潮的流經,部分地區甚至高達每平方公尺 1,200 至 2,100 瓦。

溫差發電

台海3

臺灣地狹人稠,但周圍海域廣闊,若能有效配合生技、觀光、休閒、旅遊、食品、美妝、製藥、養殖等產業及學研界的研發中心,共同研究海水資源的開發與經營技 術,做最有效的規畫利用,海水資源將可以為臺灣帶來龐大的經濟效益。(圖為台灣花蓮海洋公園水族館)

海洋溫差發電是利用表層與深層海水間的溫度差,經過熱交換器及渦輪機來發電。一般而言,溫度差若達到 20 度就可有效發電。臺灣東岸海底地形陡峭,離岸不遠處水深就達 800 公尺,水溫約攝氏 5 度,海面又有黑潮暖流經過,表層海水溫度較高,約達攝氏 25 度。由於這些優越的地形及水溫條件,甚具開發溫差發電的潛力。目前已有業者投入深層海水產業,若能與海洋溫差發電的開發結合,將可提高海洋資源利用的經濟效益。

人類文明發展與環境生態系統的運作,都離不開水資源。雖然地球表面約 70% 的面積被水所覆蓋,人類可直接使用的水資源卻僅占全球水總量的 0.8%。因此,人類的生存其實尚需仰賴海水資源,而海水資源的開發,更是海水經濟發展的重點。在不危害生態平衡的原則下,能有效地開發及發展海水資源科技是時勢所趨。

臺灣地狹人稠,但周圍海域廣闊,若能有效配合生技、觀光、休閒、旅遊、食品、美妝、製藥、養殖等產業及學研界的研發中心,共同研究海水資源的開發與經營技術,做最有效的規畫利用,海水資源將可以為臺灣帶來龐大的經濟效益。為了促使海洋能源的開發利用並永續經營,目前不只需要基礎潛能的調查,或國外技術的合作與國內技術的建立,更需有海洋能源相關法規的研究與擬定,以藉由政府的獎勵、補助、輔導與補償措施來培育海洋能源產業。

生命的起源來自於海洋,海洋孕育了多種生命族群及物種,在全世界追求永續發展的過程中,如何明智地開發與運用珍貴的海洋資源,是 21 世紀人類必須面對的共同課題。

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