【探索31-8】海洋溫差發電

2024 年 09 月 09 日2024 年 09 月 10 日 CASE PRESS

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海洋占據了地球表面積的70%，而其中也蘊含著極其龐大的能量，如何將這些能量轉換成可供我們利用的能源，是一項極其重要也困難的研究領域，也就是世界各國依照各自天然條件積極開發中的海洋能。目前海洋能的應用各式各樣，除了前面場次介紹的洋流發電外，還有潮汐發電、波浪發電等，當然還有今日的主題「溫差發電」。你知道嗎？位在花蓮的和平電廠可是一座非常獨特的發電廠喔！究竟它特別在哪裡呢？溫差發電又是什麼呢？本期探索基礎科學講座邀請到和平電力股份有限公司永續發展與溝通部余宗謙經理，來與我們揭開溫差發電與和平電廠的神祕面紗。

講者｜和平電力股份有限公司永續發展與溝通部余宗謙經理

彙整、撰稿｜何緯綸

位處於花蓮縣的和平發電廠，所提供的電力占全臺灣總發電量的4%，這個量約可以提供兩百萬戶家庭的用電量。談到和平電廠的特色，就不得不提「沒有灰塘」這點了。而什麼是灰塘呢？灰塘的作用是將燃煤發電後所產生的煤灰跟煤渣儲存起來，對於發電廠來說是不可或缺的設備。那麼，為什麼和平發電廠可以如此獨樹一格呢？以下就讓我們好好瞭解，為什麼花蓮和平電廠可以沒有灰塘，卻依然成為了海洋溫差發電的首要考慮地址吧！

循環經濟，三合一發電

和平電廠是由台泥公司進行開發與營運，他們將水泥廠、工業港、發電廠三者串連在一起，形成了一條如同生產鏈的三合一發電模式。當進口的炭煤被運送入工業港後，這些炭煤將會被轉運至發電廠，並在這邊被研磨、絞碎，並且燃燒供產電使用，而燃燒後剩餘的煤灰最後將被運送至水泥廠，作為水泥的原料，如此一來，三合一的節能減碳循環經濟便產生了。而這也就是臺灣的花蓮和平電廠，之所以能夠成為世界上唯一沒有灰塘及掩埋設施的燃煤電廠的祕密。

不過，這樣的努力似乎還不夠，是否還有更好的方法能夠使碳排放量降到最低呢？目前我們已知，絕大部分再生能源的能量源頭均來自太陽輻射；由於太陽熱能可以造成大氣對流，因此產生風能，而風能（表面風）會帶動上升的海流，使海洋表面蒸發形成降雨，而透過將水的位能轉換，就是水力發電了。那麼海洋發電呢？表面積如此巨大的海洋吸收了大量的太陽能量，如何將這些儲存能量轉換為可使用的能源，就要考驗各國研究的實力了。如今應用海洋能源的發電方法，包含：潮汐發電（位能→電能）、波浪發電（位能→電能）、海流發電（動能→電能）、鹽差發電（電位能→電能）、海洋溫差發電（熱能→電能）……等。

在各式各樣海洋能源發電中，又以潮汐發電的發展最為迅速，其餘的類型目前多仍處於研發或示範階段而已。今日所探討的主題「海洋溫差發電」，需要建立在較中低緯度的地方，因為這些地區的表層海水溫與底層海水溫才會有比較大的溫差。

花蓮的和平場址便有著如此的優勢，其深層海水 (7 ℃) 與表層海水（約25 ℃）有著顯著的溫差，是足以滿足用來發電的條件，且若再引用發電廠用來降溫，使溫度較一般海水高的冷卻水來代替表層海水，則可以將溫度差提升至5～7 ℃，使發電效率提升2.4％！不僅善用了發電廠產生的高溫冷卻水，還能用來發電，簡直是一舉兩得。

溫差發電需要考慮的因素

在進行溫差發電場選址時，首先必須考慮地形的因素。花蓮和平場址的離岸距離只有3.3公里，在東部九大溫差發電潛力場址中是最短的，造就了很好的地理優勢。為什麼離岸距離越短越好呢？這與海洋的坡度有關。若距離越長，其坡度夾角越小，海底坡長變得較長，便會使工程費用上升、風險增加（可能擱淺），且溫升影響也會下降。因此，在考慮離岸距離的時候，也必須考量當地的地形平坦度。

考量完地形因素後，還必須依照各地的條件選擇溫差發電的形式。若依照發電廠位置可以分為岸基式（放置在岸上）和離岸式（放置在海中央）兩種，而依照系統的類型則可以區分為開放式循環系統、封閉式循環系統和混和式循環系統三種。

依位置區分很好理解，但三種循環系統類型式什麼呢？開放式循環系統是將海水引進一個真空的空間，在真空的壓力下，可使海水的沸點降低到20 ℃左右，而沸騰後形成的水蒸氣便可以帶動渦輪，產生電力；至於推動渦輪後所凝結下來的水，已經成為了淡水，因此可以說在發電的過程中也同時進行了海水淡化，不過由於其效率不高，因此目前並未普及。封閉式循環系統則與開放式循環系統雷同，不過此設施是封閉的系統，因此裡頭的水可以不斷地被循環利用於發電，也因為此設施的水蒸氣不會溢散，因此發電效率較高。

建立發電系統時的關鍵技術

在建立發電系統時，各個設施、工程與零件均是有所講究的。比如在設置熱交換系統時，就必須考慮熱交換器的熱交換效率、壓力損失夠不夠低、空間占比、維修保養方不方便、是否有防鏽蝕等。在設置汽渦輪機時，也需要考慮效率高低、結構是否簡單、占地面積的大小，以及水蒸氣以外的各種氣體是否能夠適用（如：氨氣）。至於取水管，需要考量其抗拉伸、抗壓、抗變形、抗撞擊、抗摩擦與抗老化等特性，目前有兩大種類可以選擇，一是聚乙烯管＋混凝土（作為配重使用，可協助將水管下沉直至海中），二是日本發明的鎧裝硬質管。

而所有過程中最重要的是管線布設工程，這部分也占用了海洋溫差發電的大部分預算。這項工程較為困難，不僅取水頭的設置需與海床保持一定的距離，才不會吸到海沙，且管線的沉浸也要遵循一定的方向，才不會使管線破裂，造成損失發生。要如何布管才能使效率最大化，並且維護生態環境、通過環境評估，將是海洋溫差發電所面臨的最大挑戰。

海洋深層水的運用

我們已經知道，海洋溫差發電是透過海洋深層水與表層海水的溫度差來進行發電，因此在過程中我們勢必需要抽取深層的海水。那麼，這些深層海水被用來發電之後，還能夠怎麼應用呢？

深層海水具有五大特性，分別是乾淨、安定、低溫、再生、有豐富營養鹽，因此像是冷式栽培、美妝產品、海產品的養殖……等均能有很好的應用。舉例而言：透過深層海水的養殖，紫菜可以在三週內快速成長1300倍；又如車海老（蝦的一種），因為對於養殖環境極為敏感，在過去難以穩定養殖，然而在深層水的滋潤下，也能夠成功且穩定地培育出經濟價值極高的養殖蝦。

結　語

在發展中的所有綠能所遇到的最大瓶頸，便是它們的不穩定性，為了提升其穩定性，勢必需要許多的儲電設施來幫助提升效率。臺灣由於地理環境等優勢，正在計劃建設比夏威夷首座kW級溫差發電場還要大的MW (mega walt) 級海洋溫差發電場，也希望在和平電廠附近能建立出一個有關深層水的園區，將海洋深層水的效益最大化。期許能夠在未來的幾年之間，見證臺灣在綠能發展領域更上一層樓。