海洋温差发电：台湾花莲和平电厂的创新实践

海洋温差发电：台湾花莲和平电厂的创新实践

海洋占据地球表面的70%，蕴含着巨大的能量潜力。如何将这些能量转化为可用能源，是各国积极研究的重要课题。在各种海洋能源利用方式中，海洋温差发电因其独特的优势而备受关注。本文将为您详细介绍这一前沿技术及其在台湾花莲和平电厂的应用。

位处花莲县的和平发电厂，所提供的电力占全台湾总发电量的4%，这个量约可以提供两百万户家庭的用电量。谈到和平电厂的特色，就不得不提“没有灰塘”这点。灰塘的作用是将燃煤发电后所产生的煤灰和煤渣储存起来，对于发电厂来说是不可或缺的设备。那么，为什么和平发电厂可以如此独树一格呢？以下就让我们好好了解，为什么花莲和平电厂可以没有灰塘，却依然成为海洋温差发电的首要考虑地址。

循环经济，三合一发电

来源：台湾大学科学教育发展中心

和平电厂是由台泥公司进行开发与营运，他们将水泥厂、工业港、发电厂三者串联在一起，形成了一条如同生产链的三合一发电模式。当进口的炭煤被运送到工业港后，这些炭煤将会被转运至发电厂，并在这里被研磨、绞碎，并且燃烧供产电使用，而燃烧后剩余的煤灰最后将被运送到水泥厂，作为水泥的原料，如此一来，三合一的节能减碳循环经济便产生了。而这就是台湾的花莲和平电厂，之所以能够成为世界上唯一没有灰塘及掩埋设施的燃煤电厂的秘密。

不过，这样的努力似乎还不够，是否还有更好的方法能够使碳排放量降到最低呢？目前我们已知，绝大部份再生能源的能量源头均来自太阳辐射；由于太阳热能可以造成大气对流，因此产生风能，而风能（表面风）会带动上升的海流，使海洋表面蒸发形成降雨，而透过将水的位能转换，就是水力发电了。那么海洋发电呢？表面积如此巨大的海洋吸收了大量的太阳能量，如何将这些储存能量转换为可使用的能源，就要考验各国研究的实力了。如今应用海洋能源的发电方法，包含：潮汐发电（位能→电能）、波浪发电（位能→电能）、海流发电（动能→电能）、盐差发电（电位能→电能）、海洋温差发电（热能→电能）……等。

在各式各样的海洋能源发电中，又以潮汐发电的发展最为迅速，其余的类型目前多仍处于研发或示范阶段而已。今日所探讨的主题“海洋温差发电”，需要建立在较中低纬度的地方，因为这些地区的表层海水温与底层海水温才会有所差异。

花莲的和平场址便有着如此的优势，其深层海水（7℃）与表层海水（约25℃）有着显著的温差，是足以满足用来发电的条件，且若再引用发电厂用来降温，使温度较一般海水高的冷却水来代替表层海水，则可以将温差提升至5～7℃，使发电效率提升2.4%！不仅善用了发电厂产生的高温冷却水，还能用来发电，简直是一举两得。

温差发电需要考虑的因素

来源：台湾大学科学教育发展中心

在进行温差发电场选址时，首先必须考虑地形的因素。花莲和平场址的离岸距离只有3.3公里，在东部九大温差发电潜力场址中是最短的，造就了很好的地理优势。为什么离岸距离越短越好呢？这与海洋的坡度有关。若距离越长，其坡度夹角越小，海底坡长变得较长，便会使工程费用上升、风险增加（可能搁浅），且温升影响也会下降。因此，在考虑离岸距离的时候，也必须考量当地的地形平坦度。

考量完地形因素后，还必须依照各地的条件选择温差发电的形式。若依照发电厂位置可以分为岸基式（放置在岸上）和离岸式（放置在海中央）两种，而依照系统的类型则可以区分开放式循环系统、封闭式循环系统和混和式循环系统三种。

依位置区分很好理解，但三种循环系统类型式什么呢？开放式循环系统是将海水引进一个真空的空间，在真空的压力下，可使海水的沸点降低到20℃左右，而沸腾后形成的水蒸气便可以带动涡轮，产生电力；至于推动涡轮后所凝结下来的水，已经成为淡水，因此可以说在发电的过程中也同时进行了海水淡化，不过由于其效率不高，因此目前并未普及。封闭式循环系统则与开放式循环系统雷同，不过此设施是封闭的系统，因此里头的水可以不断被循环利用于发电，也因为此设施的水蒸气不会溢散，因此发效率较高。

建立发电系统时的关键技术

中场休息与观众的交流｜来源：台湾大学科学教育发展中心

在建立发电系统时，各个设施、工程与零件均是有所讲究的。比如在设置热交换系统时，就必须考虑热交换器的热交换效率、压力损失够不够低、空间占比、维修保养方不方便、是否有防锈蚀等。在设置汽涡轮机时，也需要考虑效率高低、结构是否简单、占地面面积的大小，以及水蒸气以外的种气体是否能够适用（如：氨气）。至于取水管，需要考量其抗拉伸、抗压、抗变形、抗撞击、抗摩擦与抗老化等特性，目前有两种类型可以选择，一是聚乙烯管＋混凝土（作为配重使用，可协助将水管下沉直至海中），二是日本发明的铠装硬质管。

而所有过程中最重要的是管线布设工程，这部分也占用了海洋温差发电的大部分预算。这项工程较为困难，不仅取水头的设置需与海床保持一定的距离，才不会吸到海沙，且管线的沉浸也要遵循一定的方向，才不会使管线破裂，造成损失发生。要如何布管才能使效率最大化，同时维护生态环境、通过环境评估，将是海洋温差发电所面临最大的挑战。

海洋深层水的运用

Q&A的环节｜来源：台湾大学科学教育发展中心

我们已经知道，海洋温差发电是透过海洋深层水与表层海水的温差来进行发电，因此在过程中我们势必需要抽取深层的海水。那么，这些深层海水被用来发电之后，还能够怎么应用呢？

深层海水具有五大特性，分别是干净、安定、低温、再生、有丰富的营养盐，因此像是冷式栽培、美妆产品、海产品的养殖……等均能有很好的应用。举例而言：透过深层海水的养殖，紫菜可以在三周内快速成长1300倍；又如车海老（虾的一种），因为对于养殖环境极为敏感，在过去难以稳定养殖，然而在深层水的滋润下，也能够成功且稳定地培育出经济价值极高的养殖虾。

结语

在发展中所有的绿能所遇到的最大瓶颈，便是它们的不稳定性，为了提升其稳定性，势必需要许多的储电设施来帮助提升效率。台湾由于地理环境等优势，正在计划建设比夏威夷首座kW级温差发电场还要大的MW（mega walt）级海洋温差发电场，也希望在和平电厂附近能建立出一个有关深层水的园区，将海洋深层水的效益最大化。期许能够在未来的几年之间，见证台湾在绿能发展领域更上一层楼。

图左为主持人台湾大学土木工程学系詹瀅潔副教授，图右为讲师余宗謙经理｜来源：台湾大学科学教育发展中心