2009年6月7日

無盡的寶庫(III):海洋能源

作者/陳鎮東(任教中山大學海洋地質及化學研究所)

上個月提到海底的石油、天然氣、煤礦以及可燃冰(天然氣水合物),這些都是海底的能源礦產;一旦開採,每單位面積所採到的能量很高。波浪、潮汐、海流、溫差發電等能源,能量則較為分散。

以波浪而言,由於波峰與波谷間有高度差距,可利用「位能」發電。全球約有2萬公里長的海岸線可供安裝海浪發電設施,平均每公里可發電5萬瓩。與100萬瓩級的核能電廠相比小多了。換言之要有20公里長的海岸全部用為波浪發電,才能發出相同的電量。

波浪的分布不論就季節與地區皆不同也不平均。中國大陸近海區的波浪,每年平均以北部海域最小,南部最高,這可能與一般的理解不同。以冬季而言,渤、黃海交界處的廟島列島附近,最大波高可達8公尺,黃海為6公尺,依次往南,逐漸降低到南海的4公尺左右。而夏季最大波高則出現在南海,西沙以南可達12公尺,北南海大陸棚地區為6~8公尺,東海、黃海4公尺左右,廟島列島附近仍有近6公尺。

就年平均波高而言,渤海只有0.3~0.6公尺,黃海、東海約為0.6~1.2公尺,北南海為0.6~0.8公尺,西沙以南則為1.4公尺。由於波浪能量分散,雖不需要燃料成本,且不排放二氧化碳等溫室效應氣體,但能夠用於發電的地方還是很少。目前局部用於海上浮標、小燈塔等,或作為防波堤使用,一方面防波,同時還可發電。

與波浪相比,利用潮汐的位能發電的技術較為成熟。早在1912年,德國就興建了小型潮汐發電站。1966年,法國建了世界最大、裝機容量24萬瓩的潮汐發電站。1984年,加拿大建的2萬瓩排名第二。中國大陸的海岸一般潮差不大,錢塘江口最高約10公尺,溫州附近8公尺,福建沿海及台中一帶可達5公尺,青島、營口一帶達3公尺,廣東沿海除北部灣可達5.5公尺之外,大多不及3公尺,與加拿大巴芬灣的45 公尺相比,實在是小巫見大巫。

全中國理論潮汐發電容量約有2800萬瓩,大約是三峽機組容量(1800萬瓩)的1.5倍。在50年代到70年代,中國建了40餘座小型潮汐發電站,最大的在浙江省溫嶺市樂清灣的江廈,總裝機量3200瓩。不過全中國40餘座土法煉鋼建成的發電站,由於經濟效益差,以及泥沙淤積,至今只剩下7座還在運轉,總容量7000瓩。這麼小的總量,居然還排名全球第三,僅次於法國及加拿大,可見潮汐發電的貢獻,微乎其微。

與波浪、潮汐相比,海流的能量就強多了,光是黑潮的海流能量就是全球河川總能量的20倍。不過百餘年來各國工程界,還是無法解決如何在強勁的海流中固定發電機的問題。有強勁洋流的地區,水往往深達數千公尺,興建高台裝發電機是不可行的。在船上用旋轉式或海流鏈式發電的裝置,也面臨同樣的船隻錨定問題。因為若船隻隨水流動的話,水流就不會通過發電機,也就沒有發電功能了。【更詳細的內容,請參閱第474期科學月刊】

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