技 術 大 綱

1) 潮 汐 能
2) 海 浪 能
3) 其 他 海 洋 能 技 術

地 球 表 面 70% 以 上 的 地 方 被 海 洋 覆 蓋 。 海 洋 中 的 潮 汐 和 海 浪 都 蘊 藏 著 大 量 的 能 量 。 潮 汐 的 出 現 主 要 是 由 於 月 亮 的 引 力 , 而 波 浪 則 主 要 是 由 風 引 起 的 。 潮 汐 和 海 浪 都 是 間 歇 性 的 , 通 過 機 械 設 備 可 以 將 其 中 的 能 量 轉 化 為 電 能 。 另 外 , 海 洋 流 也 可 以 用 來 發 電 。

大 部 分 海 洋 可 再 生 能 源 技 術 仍 然 處 在 開 發 階 段 , 只 有 少 數 進 入 商 業 應 用 階 段 。

1) 潮 汐 能

潮 汐 指 的 是 海 平 面 周 期 性 的 漲 退 。 潮 汐 現 象 產 生 自 太 陽 和 月 亮 對 海 水 的 引 力 作 用 。 潮 汐 是 最 可 預 計 的 自 然 力 量 之 一 。 海 平 面 在 漲 潮 的 時 候 上 升 , 退 潮 的 時 候 下 降 。 每 天 ( 更 精 確 的 說 法 是 月 亮 繞 地 球 旋 轉 一 周 所 需 的 24.84 小 時 ) 有 兩 次 潮 漲 和 潮 退 。 在 接 連 的 潮 漲 和 潮 退 之 間 , 海 水 平 面 的 落 差 被 稱 為 " 潮 差 " 。

由 於 地 球 和 月 亮 都 繞 着 太 陽 轉 動 , 月 亮 和 太 陽 的 相 對 位 置 也 會 影 響 潮 汐 現 象 。 當 兩 者 排 列 成 一 直 線 時 , 引 力 作 用 非 常 強 大 , 所 引 發 的 潮 差 也 很 大 。 這 種 現 象 稱 為 " 大 潮 " 。 而 當 兩 者 並 不 排 列 成 一 直 線 的 時 候 , 潮 差 會 小 一 點 。 當 月 亮 和 太 陽 相 對 地 球 排 列 成 直 角 時 , , 所 引 發 的 潮 差 最 小 , 這 種 現 象 稱 為 " 小 潮 " 。

通 過 蓄 水 灣 可 以 將 潮 汐 能 儲 存 , 隨 後 可 以 洩 放 海 水 以 推 動 水 輪 發 電 。 蓄 水 塘 越 大 , 在 潮 汐 過 程 中 能 夠 儲 存 的 能 量 就 越 大 。 假 設 一 個 蓄 水 灣 的 截 面 積 固 定 , 而 落 差 為 H 米 , 那 麼 這 個 蓄 水 灣 單 位 面 積 蓄 能 將 為 每 平 方 米 4.91 H2 千 焦 。 當 然 , 這 只 是 潮 汐 能 潛 力 值 的 最 大 理 論 值 。

潮 汐 發 電 設 備 的 工 作 原 理

潮 汐 能 可 以 通 過 在 河 口 建 立 堤 壩 形 成 蓄 水 灣 來 截 取 。 在 漲 潮 過 程 中 , 通 過 一 些 水 閘 可 以 將 海 水 注 入 蓄 水 灣 , 隨 後 在 落 潮 時 關 閉 這 些 水 閘 。 當 海 水 落 潮 以 後 , " 水 頭 " 就 會 增 加 。 蓄 留 的 海 水 排 出 時 可 以 推 動 傳 統 的 水 輪 , 從 而 帶 動 發 電 機 發 電 。


潮汐堤堰。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : 潮 汐 堤 堰

潮 汐 能 發 電 可 以 通 過 在 漲 潮 時 直 接 推 動 堤 堰 上 安 裝 的 水 輪 發 電 ( 漲 潮 發 電 ) , 或 者 在 漲 潮 時 讓 海 潮 通 過 水 閘 進 入 蓄 水 塘 之 後 關 閘 , 再 在 退 潮 時 讓 海 水 通 過 水 輪 發 電 ( 退 潮 發 電 ) 。 在 簡 單 的 退 潮 發 電 和 漲 潮 發 電 設 施 , 每 個 潮 汐 周 期 裏 設 備 使 用 時 間 比 較 短 ( 3 到 6 小 時 ) , 期 間 產 生 相 對 短 時 間 的 電 功 率 。

另 外 一 種 方 法 是 雙 向 發 電 , 此 方 法 可 以 從 漲 潮 和 退 潮 過 程 中 都 提 取 能 量 。 不 過 , 由 於 電 力 輸 出 更 加 均 勻 分 佈 , 電 功 率 值 會 降 低 。

2) 海 浪 能 ﹝ 波 浪 能 ﹞

風 和 海 面 之 間 的 互 動 , 產 生 海 浪 。 海 浪 中 既 有 動 能 ( 海 水 前 移 運 動 ) 也 有 位 能 ( 部 分 海 水 水 位 升 高 ) 。 海 浪 能 最 密 集 的 地 方 在 南 北 半 球 的 緯 度 40 度 到 60 度 之 間 。 而 主 要 原 因 是 這 個 地 帶 的 信 風 的 緣 故 。

理 論 上 深 海 海 浪 的 功 率 P 為 ﹝ 瓦 / 米 ﹞ :

P = pg2H2T/(32*pi) 瓦 / 米 浪 峰 寬
或 大 約 H2T 千 瓦 / 米 浪 峰 寬

其 中 , p 是 海 水 密 度
H 是 海 浪 高 度 ( 浪 峰 到 浪 谷 之 間 垂 直 距 離 ) , 單 位 米
T 是 海 浪 週 期 , 單 位 秒

海 浪 發 電 設 備 的 工 作 原 理

以 下 為 當 前 主 要 的 海 浪 發 電 技 術 。

(a) 振 蕩 水 柱 式 波 浪 發 電 系 統 , 通 過 波 浪 引 起 豎 井 或 沈 箱 中 的 水 柱 上 下 運 動 來 發 電 。 水 柱 的 上 下 振 蕩 可 以 使 到 豎 井 中 水 面 上 的 空 氣 來 回 進 出 , 從 而 推 動 渦 輪 旋 轉 而 發 電 。 這 類 系 統 也 稱 氣 動 系 統 。


振蕩水柱式海浪能發電設備工作原理。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : 振 蕩 水 柱 式 海 浪 能 發 電 設 備 工 作 原 理
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(b) 收 窄 水 道 式 波 浪 發 電 系 統 ( TAPCHAN ) , 包 含 一 個 不 斷 變 窄 的 水 道 以 將 波 浪 聚 集 到 比 海 平 面 高 數 米 的 儲 水 湖 中 。 波 浪 進 入 縮 減 水 道 後 越 是 接 近 儲 水 湖 , 波 浪 高 度 也 就 越 高 。 最 終 一 些 水 會 越 過 水 道 的 圍 牆 而 進 入 儲 水 湖 。 通 過 這 個 過 程 , 波 浪 的 動 能 轉 化 為 儲 水 湖 中 的 水 位 能 。 最 後 儲 水 湖 中 的 水 會 被 送 到 水 輪 機 進 行 發 電 。


收窄水道式波浪發電系統。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : 收 窄 水 道 式 波 浪 發 電 系 統

(c) 浮 式 波 浪 發 電 設 備 利 用 其 浮 水 部 分 的 諧 波 運 動 發 電 。 浮 水 部 分 的 起 伏 可 以 直 接 發 電 , 也 可 以 驅 動 安 裝 於 海 床 的 活 塞 或 者 軟 管 泵 , 以 推 動 渦 輪 機 從 而 發 電 。

OceanPowerTechnologies開發的PowerBuoy波浪發電裝置。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : Ocean Power Technologies 開 發 的 PowerBuoy 波 浪 發 電 裝 置
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(d) Pelamis 波 浪 發 電 裝 置 是 一 種 部 分 浸 入 海 水 而 狀 似 海 蛇 的 設 備 。 該 設 備 由 活 動 鉸 連 接 在 一 起 的 鋼 管 組 成 , 每 一 個 活 動 鉸 都 裝 有 一 個 液 壓 泵 。 波 浪 導 致 活 動 鉸 的 運 動 , 牽 引 水 力 錘 不 斷 把 高 壓 油 泵 向 液 壓 馬 達 , 然 後 馬 達 再 牽 引 發 電 機 進 行 發 電 。 該 裝 置 由 纜 繩 繫 泊 , 繫 泊 系 統 由 許 多 浮 物 和 重 物 組 成 , 以 避 免 纜 繩 繃 緊 。

Pelamis波浪發電裝置。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : Pelamis 波 浪 發 電 裝 置
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3) 其 他 海 洋 可 再 生 能 源 技 術

海 洋 流 發 電 技 術 利 用 類 似 風 力 發 電 機 轉 子 的 海 洋 流 渦 輪 收 集 海 洋 流 能 量 。 與 流 動 空 氣 推 動 風 力 發 電 機 不 同 的 是 , 海 洋 流 渦 輪 處 于 海 面 子 下 , 由 潮 汐 流 或 海 洋 流 推 動 。 旋 轉 的 渦 輪 轉 子 經 齒 輪 箱 帶 動 發 電 機 發 電 。 轉 子 可 以 安 裝 在 插 入 海 床 的 杆 柱 上 , 從 而 固 定 於 海 洋 之 中 。

海洋流發電技術。 以上文字說明這張圖片。
(Copyright by Marine Current Turbines TM Ltd)

海 洋 流 發 電 技 術 仍 然 處 於 開 發 階 段 。 全 世 界 第 一 個 商 業 規 模 的 海 洋 流 發 電 機 於 2003 年 在 英 國 北 德 文 郡 (North Devon) 林 茅 斯 (Lynmouth) 附 近 的 布 裏 斯 托 爾 海 峽 (Bristol Channle) 進 行 試 驗 。 渦 輪 由 單 個 葉 片 構 成 , 葉 片 長 度 為 11 米 。 試 驗 的 海 洋 流 發 電 機 發 電 能 力 為 300 千 瓦 , 作 為 將 來 開 發 潮 汐 流 發 電 機 的 測 試 機 種 。

   
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