海洋科技季刊
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『海洋再生能源』專輯
目  錄 封面
「海洋再生能源」專輯序言
黑潮發電所需面對的問題與解決方案
臺灣海流發電高潛能區分析
點吸收式波浪發電機開發
應用WWM風浪模式推估台灣環島波能之研究
黑潮發電之海洋環境評估
推動離岸風力海事工程策略之探討
結合地理資訊系統在增進沿岸及海洋空間規劃的應用實例探析
海洋及水下科技季刊一0二年度第二十三卷第二期封面


「海洋再生能源」 專輯序言
(第二十三卷第二期-序言)
摘要
 再生能源具有取自大自然、永續性、及可再補充等特點。地球表面的七成以上是海洋,海洋再生能源主要包括:海(潮)流能、波浪能、岸外風能等,透過能量之間的轉換就可獲得海洋能源。和現代生質能等其他再生能源相比,海洋再生能源具有總蘊藏量大、不需要陸地空間需求等特點,因此海洋再生能源受到多數海洋國家的重視與投入。本期於以「海洋再生能源」專輯,做為開發海洋再生能源技術的參考,共收錄六篇研究報告,研究主題涵蓋上述三種海洋再生能源,使本專輯展現學術專業與作為與實際營運管理之重要參考。

 在海(潮)流能的研究議題中,首先,柯永澤等作者考量黑潮經過的部分地區雖然有開發海洋能源的潛力,且加入基於經濟效益與工程安全之考量,提出一個建造安全可靠、高效率與多功能的載體與機組來利用黑潮發電的方案。林勝豐等作者對藉由長期海流數值模擬結果,分析台灣四周淺海與深海的海流高潛能區與其可能之年發電量,而建議從淺海高潛能區著手海流發電的研發,以期建立海流發電的共通技術。張明輝等作者沿著綠島北方海脊群施放五組都普勒流剖儀錨碇,進行最長達10個月的海流觀測,經由其觀測結果可以讓讀者了解台灣東部海域黑潮發電之海洋環境評估情況。

 在波浪能的研究議題中,陳韋銘等作者以點吸收式波浪發電機開發為主題,藉由工業技術研究院完成的之點吸收波浪發電系統,經由實驗結果可以使讀者了解上述系統的最佳發電效率,在此文章中也將介紹2012年工研院與台灣造船股份有限公司合作完成20kW波浪發電機組的設計與製造,此機組預計於2013年進行海上佈放測試,了解實際機組於海域運作特性。許泰文等作者本文利用Hsu et al. 所發展的WWM(Wind Wave Model)風浪模式推算東北季風(10月至1月)作用下,台灣環島海域之波浪潛能。並以公尺為解析度單位之非結構性格網進行模式計算, 改善前人以數值模式推估環島波能時,其解析度係以公里為單位,以提高其精準度。

 風力是良好的再生能源,由於風力發電的設置地點必須具風期長、風力穩定、不受遮蔽等特點,為了可以使用海上良好的風性及節省陸上空間需求,因此,目前風力發電設置點的趨勢是朝離岸發展。簡連貴等作者以推動離岸風力海事工程策略之探討為主題,研究內容以群聚推動策略及風電服務業,建立友善離岸風電與海洋能產業發展環境等不同思維,探討台灣海事工程產業現況、挑戰及與未來發展方向。

 由於海洋空間規劃在沿岸及海洋環境的管理上扮演十分重要的角色,本專輯亦收錄吳東明等作者以結合地理資訊系統在增進沿岸及海洋空間規劃的應用實例探析為主題,提出一個結合當地及區域性沿岸使用型態的「地理資訊系統」地圖技術,有益於成功建置實踐以社區團體為基礎的「沿岸及海洋空間規劃」的專案計畫構想。

有鑒於全球面臨能源枯竭的問題,發展與利用這些取之不盡的再生能源是刻不容緩的第一要務,本專輯之編輯委員們,衷心感謝作者群的文獻提供,以期為台灣再生能源中的海洋能源技術敬獻一份助益。

作者:許泰文/國立台灣海洋大學河海工程學系 教授

       國立台灣海洋大學研發長、海洋能源政策與研究中心主任

   顏志偉/工業技術研究院綠能與環境研究所 組長

   吳景凱/國立高雄海洋科技大學輪機工程系 副教授   

黑潮發電所需面對的問題與解決方案
(第二十三卷第二期-海洋再生能源)
摘要

 黑潮經過的部分地區雖然有開發海洋能源的潛力,但要利用黑潮來發電,仍然存在很多問題有待克服,如台灣地區颱風多,因此機組不能長期安裝於靠近水表面流速較快之處,容易被大浪破壞,該系統必須是可以調整深度以避颱風,且大部分區域水深很深,只有少部分區域在150∼300公尺,要如何找到經濟有效固定方式亦是關鍵。海事工程複雜,投資高,且機組沈在水中長期運轉需考慮水密所造成之問題。

 因此如何建造安全可靠、高效率與多功能的載體與機組是黑潮發電的成敗,本文將提一初步構想供大家參考。

作者:柯永澤/國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系

   辛敬業/國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系

   林正文/國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系

   蔡政翰/國立臺灣海洋大學海洋環境資訊系

   

臺灣海流發電高潛能區分析
(第二十三卷第二期-海洋再生能源)
摘要

 臺灣四面環海,所蘊藏之海流能量穩定且豐沛,若能有效開發利用做為可靠、自產的新能源,則海流發電將可成為我國重要的天然、潔淨永續性能源。本文藉由長期海流數值模擬結果,分析台灣附近的海流高潛能區與其可能之年發電量。其結果顯示在近岸淺海區,台灣北端海域和澎湖海域都有高達1 kW/m2以上的海流發電高潛能區。在假設使用單座為500 kW發電容量的海流發電機情況下,淺海高潛能區的單座海流發電機年發電量可達1,500 MWh,優於深海高潛能區的1,100 MWh。我國利用海流發電的研發上,應可由建立海流發電的共通技術,先行開發淺海高潛能區之潮流發電,再逐步發展至深海的洋流發電。

作者:林勝豐/工業技術研究院綠能與環境研究所 研究員

   顏志偉/工業技術研究院綠能與環境研究所 組長

點吸收式波浪發電機開發

(第二十三卷第二期-海洋再生能源)

摘要
 工業技術研究院已陸續完成50W及1kW之點吸收波浪發電系統,50W之波浪發電系統經水槽測試得到系統最佳週期平均效率為12.26%。在經放大比尺後所開發之1kW波浪發電系統其圓柱浮體之直徑達2.25m,在試驗水深3.2m,測試週期介於2.6~4.2s間,波高0.36~0.48m之規則波條件下,實驗結果顯示最佳發電效率發生在週期2.7s,週期平均發電效率大幅提昇至29.18%。2012年工研院與台灣造船股份有限公司合作完成20kW波浪發電機組的設計與製造,機組上浮體直徑6m,總高度18m,重量達69公噸,並且已於陸域上完成初步拉伸測試與台船船塢口進行海上靜平衡與水密測試,預計2013年進行海上佈放測試,了解實際機組於海域運作特性。

作者:陳韋銘/工業技術研究院綠能與環境研究所 副研究員

   黃子鴻/工業技術研究院綠能與環境研究所 副研究員

   藍振洋/工業技術研究院綠能與環境研究所 研究員

   張文綺/工業技術研究院綠能與環境研究所 研究員

應用WWM風浪模式推估台灣環島波能之研究
(第二十三卷第二期-海洋再生能源)
摘要

  本文利用Hsu et al.(2005;2009)所發展的WWM(Wind Wave Model)風浪模式推算東北季風(10月至1月)作用下,台灣環島海域之波浪潛能。前人以數值模式推估環島波能時,其解析度係以公里為單位,然風浪波長較常發生的範圍在數十公尺至數百公尺之間,因此高解析度的波能推估格網大小應達以「公尺」為單位。有鑑於此,本研究以公尺為單位之非結構性格網進行模式計算,以提高其精準度。模式計算結果之總波能,再除以東北季風作用時間求得環島平均波能密度。數值計算結果顯示,台灣環島海域平均波能在14kW/m至21 kW/m之間,時間分佈以1月份波能密度較高;空間分佈以東北海岸及東部具較高能量密度。

作者:許泰文/國立台灣海洋大學海洋能源與政策中心主任

   張友齊/國立成功大學水利及海洋工程學系碩士

   廖建明/國科會國家實驗研究院海洋科學研究中心研究員

黑潮發電之海洋環境評估
(第二十三卷第二期-海洋再生能源)
摘要

 黑潮屬於北太平洋大尺度環流系統,在時空上具有”相對穩定”之流況,且緊貼台灣東岸,流幅100-150公里,流強1-1.5 m/s,使得台灣成為少數具有極佳海流發電天然條件的國家。然而,黑潮海域流強仍具有不可忽視的變動性,包括主軸季節性擺動、渦漩衝擊、島嶼/地形效應、潮流影響等等。在台灣東部之黑潮主軸上,水深普遍深於2000公尺,綠島北面海域具有離岸近、水深較淺的特性,可降低海流發電成本及技術要求。為了瞭解綠島附近海域之海流分布、強度及穩定度,本研究沿著綠島北方海脊群施放五組都普勒流剖儀錨碇,進行最長達10個月的海流觀測,觀測結果顯示,50米深度的平均海流流速為1.1-1.3 m/s,變動量約0.3 m/s。假設推動發電機渦輪所需之海流門檻值為0.5 m/s,在50米深處有超過90%的機率流速超過此門檻,在100公尺深超過此門檻值之機率仍大於90%;假設啟動轉速為1 m/s,則在50米深處流速有68%機率可達發電門檻。另外,此海域顯著受颱風波浪影響,過去幾年的觀測結果顯示此海域颱風期間的示性波高主要介於6-10m間,換算成最大波高約介於10-20m間。2012年杰拉華颱風期間曾測得示性波高18.8m,最大波高超過30m之記錄。

作者:張明輝/國立台灣海洋大學 海洋環境資訊系

   唐存勇/國立台灣大學 海洋研究所

   何宗儒/國立台灣海洋大學 海洋環境資訊系

   鄭欣雅/國立台灣海洋大學 海洋環境資訊系

   何文華/國立台灣大學 海洋研究所

   謝祥志/國立台灣大學 海洋研究所

   董東璟/國立台灣海洋大學 海洋環境資訊系

推動離岸風力海事工程策略之探討
(第二十三卷第二期-海洋再生能源)
摘要

 為彰顯台灣為海洋國家特色,達到永續發展及綠色經濟目標,推動離岸風電發電為海洋再生能源發展的重要主軸,透過「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」補助,相關部會已陸續啟動此領域之相關研究。其中,推動本土化與在地化自主海事工程能量,將是離岸風力產業永續發展的關鍵因素。以海事工程技術及設備業能量而言,台灣仍以港灣工程及近岸為主,且少有深海施工經驗,國內業者仍須面臨更多不確定性與挑戰;然而,隨著風海觀測塔及示範場的建置時程在即,現階段仍處於帶動離岸風電服務業發展的良好契機,本研究以群聚推動策略及風電服務業(海事工程技術、設備業),建立友善離岸風電與海洋能產業發展環境等不同思維,探討台灣海事工程產業現況、挑戰及與未來發展方向。

 

作者:簡連貴/中華民國海洋及水下技術協會 秘書長

       國立海洋大學河海工程系 教授兼系主任

   邱淑宜/海洋大學河海工程學系 專任助理

↑回目錄

 

結合地理資訊系統在增進沿岸及海洋空間規劃的應用實例探析
(第二十三卷第二期-海洋科技報導)
摘要

 現今「地理資訊系統」科技可以充份融合繪圖、統計分析及資料庫科技等。在西元1992年間,歐盟政府以「地理資訊系統」為基礎的「沿岸及海洋空間規劃」工作被授命實施,並且結合內河流域及沿岸水域,向外延伸至大陸棚架的「生態系統管理」理念。在美國則將「沿岸及海洋空間規劃」列入聯邦政府「國家海洋政策」的九個策略行動計畫之一,並且已提昇因應滿足現今及未來沿岸及海洋環境的「生態系統管理」需求。類似的行動方案亦早已被若干其他國家所採行及熱烈實施中。現今新型的「共存計畫」思維邏輯擁有較高的成功或然率,其係因為是以「由下而上」為基礎,及以「社區團體」為基礎的作業模式。當在地團體參與空間規劃的計畫工作時,即意謂當地微觀經濟推動人士的主導份量勝過遠距總體宏觀經濟的促進者。綜觀而言,一項成功推展的「沿岸及海洋空間規劃」計畫始於整合所有當地團體參與層級,其次尋找政府機關的行政協助,藉以實現由利益關係人士為主導的開發計畫。因此結合當地及區域性沿岸使用型態的「地理資訊系統」地圖技術,有益於成功建置實踐以社區團體為基礎的「沿岸及海洋空間規劃」的專案計畫構想。

 

作者:吳東明/中央警察大學水上警察學系專任教授

   郭崇裕/中央警察大學水上警察學系碩士班研究生    

↑回目錄

 

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