我國發展海洋溫差發電之可行性分析

發表於科技發展政策報導，第6期，民國96年11月

我國發展海洋溫差發電之可行性分析

賴正義

一、前言

自1881年法國物理學家達森瓦(D’Arsonval)首次提出利用海洋表層與深層間溫差來發電之概念後，直到1926年法國科學家克勞德(Cloudo)才成功證實溫差發電的可行性，之後研究風潮並未興起。1970年代的石油危機促使世界各國注意海洋溫差能的開發，美國、日本、印度等國紛紛投入海洋溫差發電的研究，並建立多個實驗性電廠（中興工程顧問公司，2002a）。不過，隨著石油價格的回穩，加上海洋溫差發電在短中期內尚難成為核心發電方式，致使許多研究計畫被迫中止（工研院，2006）。同樣地，1970年代的石油危機也啟動我國的溫差發電研究，從1980年代起台電公司與經濟部能源局（前身為經濟部能源委員會）已陸續完成多項研究計畫（國立海洋大學，2007），如台電公司的台灣東部海域海洋溫差發電潛能研究計畫、和平海洋溫差發電預定廠址外海海床調查研究、樟原溫差發電廠址陸上及淺海區域地形測量、複合式溫差發電應用研究等，以及經濟部能源局的混合式溫差發電初步可行性研究、台灣東部海洋溫差發電多目標利用計畫(MPOP)、海洋溫差多目標利用初步可行性研究、中華民國海洋溫差發電全盤計畫(MOPR)、海洋溫差發電利用計畫等。1989年我國並推動成立國際海洋溫差協會(IOA)，設秘書處於台灣，定期發行協會季刊。

綜整我國海洋溫差歷年來的相關研究計畫，其重要結論為：以當時的時空環境及技術水準而言，興建海洋溫差電廠之技術風險仍高，大型冷水管之製造、施工與維護等技術尚待突破，生物附著問題嚴重，陸上可用廠址有地層滑動的潛在風險，颱風侵襲冷水管與電廠構造物的安全問題有待克服，發電成本遠高於傳統發電方式，尚不具經濟效益，需結合深層海水等多元化利用以提升開發價值，惟海洋溫差發電為未來重要能源之一，應持續研發。鑑於近年來化石燃料日漸耗竭，價格節節高漲，加上京都議定書生效，二氧化碳減量壓力迫在眉睫，以及海洋工程技術的進步與深層海水的開發利用，因此本文擬從地理環境、開發潛能、發電成本、發電技術、國家政策等角度，分析我國目前發展海洋溫差發電的可行性，供各界參考，期能有更多專家學者投入此領域，加速我國海洋溫差發電的開發利用。

二、可行性分析

1.地理環境

由於再生能源的能源密度遠低於化石能源，其發電設備之裝置必須佔用較大的土地面積，對於地狹人稠的台灣而言，較不利於再生能源的發展。幸運的是，台灣陸地面積雖小，卻四面臨海，可用來裝置再生能源發電設備之海域面積遠大於陸域面積，因此較適合離岸能源（含海洋能）的開發。此外，大規模陸上再生能源的開發常會對人類的居住環境產生負面的的衝擊，與人類的生活圈發生嚴重的衝突，由於海洋能的開發大多不需利用到陸地空間，可減少與人文環境接觸的機會，降低開發時人為的阻力，因此適合在寸土寸金的台灣發展。另一方面，海洋能雖然蘊藏豐富，分布廣，但地域性強，就海洋溫差發電而言，其發展的首要條件為表層海水與深層海水溫差須達20 ℃以上，由於全球1,000公尺深之海水溫度大多約為0至5 ℃，故海洋溫差發電較適合在表層海水溫度達20至25 ℃以上的地區發展，台灣距離全球最高水溫海域「暖池」相當近，優越的地理環境使我國比歐日等重視再生能源開發國家更適合開發海洋溫差能。一般而言，台灣南部及東部附近海域夏季表層水溫在27 ℃以上，冬季亦在20 ℃以上，深具開發溫差發電的潛力。此外，台灣東部海域地形陡坡，在離岸3至6公里處水深即達 1,000 公尺，可減少溫差發電所需的冷水管長度，能降低其開發成本。

 2.開發潛能

台灣除地理環境適宜開發海洋溫差能外，國內專家學者的研究亦顯示台灣擁有可觀的海洋溫差能開發潛能。海洋能主要包含海流、潮汐、波浪、溫差等，由表1（能源計畫辦公室，2006）可知，在上述四種海洋能中，無論在理論蘊藏量及預估可開發量上均以海洋溫差發電為最高。我國2006年發電總裝置容量約為4.5萬MW，核能發電裝置容量為0.51萬MW（經濟部能源局，2007a），依據表1，我國海洋溫差發電理論蘊藏量可達3萬MW，預估可開發量亦達0.3萬MW，顯示海洋溫差發電具有成為我國重要發電方式之一，亦有可能成為核能發電的替代方案。梁乃匡（2006）亦在其「海洋再生能源開發的展望」報告中指出：台灣沒有條件發展潮汐能，海流能源密度低且可設廠之地點少，波浪能不穩定且破壞力強，溫差能源穩定且能源密度高，如生產氫、氨及甲醇等燃料，可設廠地點可擴及廣大熱帶海洋，若充分開發將可解決人類能源問題，因此海洋溫差能源應是發展的第一選擇。此外，工研院（2006）對我國海洋能潛能的研究也指出：在潮汐方面，其平均潮差雖然可達3公尺以上，但其潛能須視腹地大小而定；在波浪能方面，外海地區較沿岸佳，多數可達開發的標準；在海流能方面，雖有黑潮流經，但其流速不高，對國際上現有海流能發電機而言，尚不適合開發；在溫差能方面，台灣東部及屏東以南許多地區符合溫差發電基本需求，可進行開發。

 表1 我國海洋能發電潛能

3.發電成本

經濟因素是世界各國從事再生能源開發時的最主要考量之一，以往國內外的研究均顯示，與傳統能源相比，海洋溫差發電成本偏高，未具經濟競爭力。不過依據工研院（2006）所引用之美國Business Communications Company, Inc.2004年資料來看，至2008年，海洋能發電成本已接近燃煤發電，如表2所示。此外，近年來國際原油價格已從1999年1月的10.37美元/桶，提高至2006年6月的64.67美元/桶，7年半間漲幅達623.6 %，2007年9月更一舉超過80美元/桶，部分專家預測原油價格超過100美元/桶將是指日可待之事。尤其是京都議定書已於2005年2月生效，二氧化碳減量的實施將會大幅增加化石燃料發電的外部成本，進一步縮小化石燃料發電與海洋溫差發電成本的差距。另一方面，隨著海洋溫差發電設備與技術的改善與精進，其發電成本也會降低，未來大型電廠商轉化後，帶動相關產業的發展，其發電成本將會更進一步下降。許多研究也指出海洋溫差若能朝多元應用發展，將會提高整體經濟效益，例如，除了發電效益外，海洋溫差發電用過之深層海水可供空調、農業種植、水產養殖、休閒觀光理療、水源供應使用，提高深層海水的附加價值，並帶動建立相關產業，降低海洋溫差的整體發電成本。根據聯合國教科文組織調查（何秀玲，2003），地球海洋能的總量為7,360萬MW，其中海洋溫差能約為4,000萬MW，國際能源總署亦估計全球海洋溫差發電度數可達100,000億度/年（IEA, 2006），顯見全球海洋溫差能蘊藏量甚為龐大，未來具有可觀的產業市場。目前全球尚無商業化運轉之溫差發電廠，產業市場尚未被先進國家壟斷，台灣若能搶先投入佈局，掌握關鍵技術，將易於切入建立利基產業，能在未來全球海洋溫差相關產業中搶占領先及重要地位。

表2 煤與海洋能之發電成本（美元）比較

4.發電技術

依據台電公司與經濟部能源局過去的研究成果顯示，大型冷水管之製作、施工與維護技術，以及颱風、地震對電廠安全的衝擊等問題是我國發展海洋溫差發電尚待克服之技術瓶頸。2001年經濟部能源局曾委託中興工程顧問公司進行海洋溫差發電利用計畫，就海洋溫差發電之關鍵技術資料進行蒐集、評估及確認，並考慮東部海域之廠址特性進行評估，選擇最適合之廠址及其關鍵技術，再進行先導型實驗電廠之系統及整廠之規劃及概念設計，以及進行經濟可行性、工程可行性、風險性評估及環境影響評估，是國內較新與較完整的研究報告之一。其研究結論為（中興工程顧問公司，2002b）：國內產業界與學研機構可執行海域環境調查，國內造船業可與國外合作引進浮動平台設計與建造之相關技術，國內業界可獨立完成電廠海事工程，國內業界有能力提供發電之設備及系統元件，國內業界可生產一般所常用之海底管線材料，陸基式電廠所需深開挖之工程技術國內已相當成熟。工研院（2006）分析我國各項海洋能開發之可行性初步評估及開發優先順序之結論為：「在所有的海洋能發電技術裡最適合我國開發的屬溫差發電」，其理由之一為國外相關技術成熟且國內具有可承接的技術水準。此外，2006年國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心的能源計畫辦公室於執行國科會委辦之行政院能源政策及科技發展指導小組幕僚作業其間，亦曾舉辦數次會議，邀集國內產官學研界專家學者探討我國海洋溫差發電發展可行性、面臨問題及因應對策，如深層海水取水管製作、施工與維護等議題，會議主要結論為我國已具備相關研發能力與產業基礎，另可藉助國際技術合作及尋求國際奧援以強化我國較未成熟之技術（能源計畫辦公室，2007）。

5.國家政策

再生能源發展受政府政策影響甚鉅，我國能源相關政策目前主由經濟部能源局負責，在其能源政策白皮書（經濟部能源局，2005）中已說明：「為因應聯合國氣候變化綱要公約降低全球溫室氣體排放，並依『全國能源會議』、『全國經濟發展會議』及『經濟發展諮詢會議』之共識結論，新及再生能源發展為我國未來能源發展主軸之一。」能源局自2000年起展開再生能源5年示範推廣計畫，主要包括太陽能熱水系統、太陽光電及風力發電等，未將海洋能納入。惟近年來在多位科技首長倡議下，國家已逐漸重視海洋能的研發，行政院為彰顯對海洋事務之重現，也籌畫設立海洋事務部，並預先設置行政院海洋事務推動委員會，國內相關重要會議亦強調海洋能的開發。例如2005年全國能源會議決議之一為：加強海洋溫差、波浪發電、海流發電及潮汐發電之評估與研究（經濟部能源局，2007b）。2006年總統府科技諮詢委員會建議：宜投入海洋溫差利用的研究，包括溫差發電系統、製氫、空調應用等技術，進行研發、引進複製或自行設計，俟技術掌握後再進行先導廠試驗。由於我國過去投入此領域之研究資源不足，初期可透過國際合作引進技術，技術成熟後則可考慮進行跨國合作開發電廠。此外，2006年政府科技發展策略規劃報告地球環境群組（國科會，2006）強調投入包括溫差發電、海流發電、潮汐發電等新能源之研發，並規劃我國未來推動重點為海洋能分布調查評估、海洋能發電技術研發與引進，以及海洋能發電組建、營運、維護技術建立等。行政院科技顧問組訂於2007年11月舉辦之科技產業策略會議，亦將海洋能源列入討論議程。

三、結論與建議

台灣地狹人稠且欠缺自然資源，目前能源進口比例高達98 %，且大多仰賴煤碳及石油等化石燃料（經濟部能源局，2007a），不僅能源安全性偏低，溫室氣體排放量也居高不下，無法與經濟發展趨勢脫鉤，因此亟需發展再能源源。全球海洋溫差能蘊藏量高，而且相較於太陽能、風能等發電方式穩定許多。從上述針對地理環境、開發潛能、發電成本、發電技術、國家政策等項之初步分析，我國為全世界最適於開發海洋溫差的國家之一，此與國內學研界之研究結論相符合。基於國內過去研發經驗，未來應積極綜整國內產官學研界意見，規劃運用上、中、下游之研發資源，推動長期性整合型計畫，以提升綜效，並尋求國際合作，快速彌補我國研發條件不足之處。