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太陽能、風力前景看好 地熱發電後續看漲

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Hywind Scotland 浮動式離岸風電計劃總發電量達到30MW,每台風機皆裝置於90公尺高的漂浮底座上,透過與海底深100公尺處的 3 個吸力式基樁固定。圖片來源:www.equinor.com

在降低二氧化排放量、扶植能源產業發展,加上替代能源技術進步、成功開發案例多、建置成本下滑等因素,根據REN21於2018年6月發表的「RENEWABLES 2018 GLOBAL STATUS REPORT」,2017年全球於替代能源投資額比起2016年增加58億美元,成長比例約達2.1%。

若進一步分析全球能源使用情況,約有26.5%來自於替代能源,其中為水力發電16.4%、風力發電5.6%、生質能發電2.2%、太陽光電1.9%,其中又以太陽光電與風力發電的成長幅度最大。

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為避免地熱資源枯竭,2016年位於日本大分縣八丁原的地熱發電所,已成功進行CEEG測試。圖片來源:Herman Darnel Ibrahim

英國打造的Meygen project發電廠,是世界最大規模潮汐能發電案,預估總發電量可達2GWh。圖片來源:www.nessribs.co.uk

浮體式離岸風電技術成熟  有助擴大發電效益

儘管受到大陸基礎電網建設趕不上風力發電需求,以至於爆發大量「棄風」的影響,根據IEK統計資料顯示2017年全球風力發電新增裝置量為49,219MW,較2016年減少6.1%左右,但全球市場規模約仍然達到826億美元,顯見風力發電仍然是各國政府首選項目之一。

尤其隨著相關技術持續成熟,2018年全球離岸風電市場將持續成長擴大,其中又以浮體式離岸風電技術最值得關注,可望成為推動離岸風力發展的重要技術。

2017年10月全球大浮動式離岸風電 Hywind Scotland正式被安裝於英國蘇格蘭外海上,根據挪威國家石油公司(Statoil)資料指出,在長達3個月的風力測試中,該電廠平均風力容量因數達65%,遠高於美國陸上風電平均的 7%,也比一般離岸風電的45%∼60%要高。

然而值得關注之處,在於一般固定式的離岸風機,必須在海底以混凝土打樁固定,因此無法建於水深超過50公尺區域,而浮動式離岸風電卻能夠突破該限制,有助於擴大離岸風電場的舖設範疇,提高風場發電的效益。

Hywind Scotland浮動式離岸風電計劃是由Statoil、Masdar共同執行,該計劃在2016年動工,共有5座6MW風機,總發電量達到30MW,每台風機皆裝置於90公尺高的漂浮底座上,透過與海底深100公尺處的3個吸力式基樁固定。此舉,可讓風機在暴風雨時期依舊保持穩定,並可透過控制器調節風扇角度或自動停止,確保風力發電機運作時的安全性。

地熱發電潛力大  印尼搶進、日本推新技術

儘管地熱發電在佔全球再生能源發展比例不高,但因發電技術已發展多年且相當成熟,擁有此天然環境的印尼、土耳其、智利、肯亞、日本等國家,均積極投入地熱區的開發。

而台灣位於菲律賓板塊與歐亞大陸板塊邊界,理論蘊藏量約達25.4GW,其中宜蘭約7.4GW、大屯地熱區約2.9GW,花蓮及台東約15.1GW,因此台電也已擬定4年期的綠島地熱發電開發計劃,2018年已經進入地熱電廠的規劃階段,期盼能夠在最短時間完成地熱電廠之建置與商轉。

擁有近130座活火山的印尼,地熱資源大多集中在爪哇島,使得印尼擁有佔全球40%的地熱資源(推估約29GW),只是該國受限於經費上的限制,沒有足夠經費投入地熱電廠的開發,2014年底的地熱發電裝置容量僅約1,340MW。

所幸印尼在2014年通過地熱法第21/2004號,將地熱勘探定義為非採礦活動後,順勢吸引大量國外資金與技術協助,光是2016年就有4座新建地熱發電廠開始運轉,總裝置容量215MW。隨著地熱電廠開發成效逐漸浮現,印尼政府從2016年起至今,已計劃推動多達30個地熱工作區建置案,寄望未來10年內能將地熱發電裝置容量增加到6,000MW以上。

至於推估地熱資源量高達23GW的日本,因過去非常依賴核能發電,導致地熱發電裝置容量卻僅有約522 MWe,僅排名世界第10名,直到爆發311福島災之後,才大舉投入地熱資源開發的工作。根據日本政府公布資料,過去幾年已投入18億台幣,推動26項地熱開發計劃,其中有7項計劃是關於地熱資源的探勘。

為避免因大量抽取地熱水源發電,而導致地熱資源枯竭、發生地層下陷的問題,日本京都大學工學院與日本新能源公司(Japan New Energy Corporation;J-NEC)攜手合作,在2016年成功開發出閉迴路熱量收集系統(Complex Energy Extraction from Geothermal resource;CEEG)技術的應用。

該系統採用封閉式迴路,發電過程中只需將純水注入井內,利用深層高溫地層進行加熱並送回地表進行發電,由於發電過程中並未將任何流體打入地層,因此不會造成地層壓力增加或是井管結構問題,相當值得台灣推動地熱發電的參考。

海洋發電潛力無窮  台灣鎖定洋流發電

儘管在前述RENEWABLES 2018 GLOBAL STATUS REPORT中,現階段海洋資源發電比例非常低,但畢竟海水佔全球面積高達97.59%,促使各國均積極投入洋流發電、潮汐發電等領域。

以中山大學、成功大學、國研院等產學研單位合作的「黑潮發電計劃」,早在2016年已完成台灣第一座深海洋流能測試系統,在每秒 1.27公尺的流速下,渦輪機可達到26.31kW的發電功率,即使在流速低至每秒0.45公尺時,發電機仍可持續運轉60小時。

中山大學行政副校長陳陽益認為,若依照現階段研究成果,只需在台灣東海岸沿線架設約20座大型發電機組,將可供應全台70%發電量,且相較於化石能源發電或核能發電,更具備便宜、環保等優勢。

除洋流發電之外,也有許多國家投入波浪能與潮汐能的測試與部署,Ocean Energy Systems預估可在2050年提供750GW電力,約是當今核能發電的2倍以上。

截至目前為至,潮汐能是海洋能源開發中最成熟產業,如2011年,南韓便在始華湖打造裝置量達254MW的潮汐電廠。此外,2016年,加拿大在芬迪灣裝置潮汐能系統,英國亦在同年推動世界最大規模潮汐能—Meygen project,預估總發電量可達2GWh。

至於在波浪能發電部分,則因要考量上天氣、海浪拍打與船隻碰撞等複雜因素,因此 Wave Swell Energy設計的波浪系統就,則是將設備建置在海中的大型空心混凝土建築,其下方留有一個與海洋連接的通道,當海水流入或流出通道時,引起的空氣壓力會使頂部渦輪機運轉,藉此來發電。