淺談波浪能的利用和前景

生活科學趣談

澳洲啟用世界首個波能發電站 – ScienceAlert 發佈於2015/2/18

這是澳大利亞的卡內基海浪能源公司(Carnegie Wave Energy)在經過十多年的測試後,首次將產生的電能連接到澳大利亞的電力輸送網,下列的影片介紹了它的運作原理。

這套稱為CETO的機組採用潛沒壓差式(Submerged Pressure Differential),當海浪起伏時,上下運動的水體會因高度變化而對潛沒的浮標施以不同程度的向下壓力。壓力增大時會經由連桿對固定在海床上的幫浦施加向下的外力,壓力減弱時則會經由連桿對幫浦施加向上拉扯的力量。這就如同我們在使用腳踏車的打氣筒時,會藉由一上一下的施力來打氣一樣。於是幫浦就能將海水增壓,並將其輸送到岸上來推動水輪發電機,最後這些低壓的海水再流回海中。

因此這套系統是將海浪的波浪能 Wave Energy波浪運動的位能差、往復流動的動能)經由幫浦先轉變成壓力能,這是一種位能的形式。譬如流體經過文氏管時,在狹窄的截面處會造成流速變快,這種因流速變快所增加出來的動能,就是來自於流體所減少的壓力能。另外,日常生活中一個常見的例子,就是將水管朝上噴水時,如果將水管的出口端捏細,那麼水就能夠噴得比較高。其原因就是因為這時的水管會變得比較硬,表示這時管中的水有較高的壓力能,因此射出後即能將較高的壓力能轉變成較高的重力位能

接著這些高壓的海水沿著管線流至岸上,轉換成發電機扇葉的動能,最後再經由電磁感應轉變成電能。由於高壓的水流還能用來推動海水淡化廠的運轉,當作推動海水這種高張溶液通過半透膜所需的壓力來源,因此就不必再使用電動泵來對水加壓。這種以高壓海水所進行的逆滲透過程從海水中提取出純凈的飲用水,不會像傳統使用電動泵對水加壓時會產生溫室氣體及碳足跡。由於這種擷取波浪能的技術可將海洋涌動的波浪轉換為零污染的可再生能源和零污染的淡水,因此波浪能堪稱是一種取之不盡又用之不竭的乾淨能源。

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根據工研院的調查,台灣東北角海域在冬季的平均波高超過2公尺,是目前調查出來最佳的波浪發電場所。該處的波浪能功率密度達每平方公尺15~20瓩,2013年已完成 20瓩波浪發電機組的開發與海上短期測試。系統採浮標懸浮於海面上的點吸收式(Point Absorber)來進行波浪發電,浮標會跟著表面波浪運動,機組則利用3塊各70噸的錨碇塊進行固定,並透過資料無線傳輸系統測試,可進行資料接收與遠端控制。

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工研院「海洋能發電系統研發計畫」在基隆外海於於東北季風作用下,從2013年10月起共進行5個月的海上測試,滿載發電最大瞬時發電量接近30瓩,最佳平均效率約30%。今後將朝大型化商業機組發展,象徵國內已擁有自主開發海洋能源的能力。

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延伸閱讀

我國海洋能發展與願景 – 工研院綠能所