海洋溫差發電 - 國際發展

上一篇 OTEC 基本介紹有提到許多溫差發電的優缺點，國際上 OTEC 的研究早從1990年開始，赤道兩側的表層海水溫度高，能夠方便取得海洋深層水的國家開始不少嘗試，例如美國、日本、印度、台灣，但是電廠初期的大量投資，管線鋪設的風險，天然災害的威脅，至今全世界尚未有商業運轉的OTEC電廠。隨著近年技術進步與低碳能源的風潮，，又興起一股 OTEC 發展的熱潮，例如美國海軍在夏威夷Kona島上 100 kW 岸式 OTEC 實驗機組是目前全世界最大的測試電廠、中國海南島附近正在規劃離岸 10 MW 的 OTEC 電廠、法國也在其印度洋的島上安排實驗計劃。



夏威夷 Kona ，100 kW OTEC 測試機組是目前全世界最大的機組，有兩條深層海洋水管，620m 深 1m 寬的管子與 914m 深 1.4m 寬的管子（15萬噸海水/day），發電機組的計劃預算為 $1.0 million，預計會在2014年2月運轉。100 kW 的測試機組提供OTEC商業化之前重要的操作與設計數據。研究目標為模擬在 10 MW 商業運轉狀態下，最佳化發電機組的參數，另外一個重點是研究大型的熱交換系統，10 MW 的電廠每天熱交換的水量是約 20-30 萬噸的海水，必須能夠維持高效率的熱交換，此外，熱交換系統價格會佔總系統很大的一個部分，因此發展便宜又大碗，能夠在海水腐蝕性強的狀況下，穩定的熱交換系統，顯得格外重要。


該計劃出資的單位是美國海軍，由於能源安全也屬於國防安全的一部分，在太平洋島嶼上的基地如果能夠擺脫對石化能源的依賴，將強化軍隊能源的自主性，美國海軍的計劃是在 2020 年夏威夷的基地，能源需求能夠達到自給自足。執行單位 Makai Ocean Engineering 則是在 OTEC 領域技術領先的公司，過去有接下不少案子。另外在Knoa島上，Makai Ocean 還有 10MW、100 MW 的離岸電廠計劃。在2013年3月美國海軍 OTEC 電廠的計劃，因為投資回本的時間長，美軍暫緩離岸大型電廠的興建計劃。
(2013.03 OTEC News)

夏威夷島上有三間OTEC公司，都有數十年的發展歷史，分別是Maikai Ocean Engineering、OTEC corporation、OTEC international LLC。

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Lockheed Martin 與香港華彬集團（Reignwood Group）宣布在中國南海建立 10 MW 的 OTEC 發電廠，因為南海距離深層海水上有100公里的距離，推測應該會是離案發電廠的設計，這座電廠將會是目前全球最大的OTEC電廠，電力將提供華彬集團的飯店的能源，預計今年將會完成 concept 設計，明年會開始施工。

中國OTEC的發展，我覺得很精彩，因為今年開始設計，明年希望順利開始施工，中國 OTEC 的發展就會從從落後轉變成全球領先。
（2013.04. 新聞稿）

Lockheed Martin也是OTEC研究歷史悠久的公司，其網頁上有很清楚的離岸機組的影片。



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印度洋，DCNS法國的海軍防衛公司在印度洋的La Reunion島上測試OTEC的熱交換設備與蒸發設備(evaporator)，該計劃利用熱汞的熱源作為熱交換，尚未以深層海水測試。(2013.04 OTEC News)


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日本在OTEC已經有多年的研究，主要的研究單位有佐賀大學 Saga University，與另外兩間公司 GEC、Xenesys。但是目前我還沒有找到太多實際的案例。
http://www.otecnews.org/2012/07/otec-pilot-plant-to-be-built-in-okinawa-prefecture/

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印度的National Institute of Ocean Technology，在 Tamil Nadu 海岸建造1.2公里長、1公尺寬的海洋深水管，預計連接1 MW的OTEC電廠，但離岸電廠與管線連接出狀況，導致這個計劃目的轉型成為深層海水淡化用。

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英國的 OTEC 公司 Energy Island 有不少 OTEC 電廠和波浪發電的設計，值得一看。

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本篇文章的內容主要參考OTEC news，該網站持續搜集全世界OTEC最新的發展狀況！

希望看完這篇零散的國際發展文章，你會更好奇下一篇關於台灣在深層海洋水與 OTEC 應用的發展狀況。

海洋溫差發電 - 24小時持續發電的低碳再生能源

圖：海洋深層水發電原理與利用 (感謝Rex協助 Sketch 的制作)

海洋溫差發電（Ocen Thermal Energy Conversion, OTEC）的原理是利用低溫的深層海水和表層海水的溫差發電，低溫海水能夠將發電設備中的工作氣體（氨氣或是冷氣機中常用的冷媒）凝結成液體，液體經過加壓幫浦後，溫度高的表層海水能夠氣化工作氣體，推動發電機發電。

OTEC屬於再生能源，深層海洋水與表層海水終年保有一定溫差，因此可以24時全年無休的發電，可以作為穩定的基本電力來源（base flow），因此相較於太陽能或是風力發電，OTEC有很大的發電優勢。

OTEC也沒有使用大量貴重金屬，相較於製造太陽能板使用的稀有元素Indium，大規模推廣OTEC不會受到稀有金屬的限制。貴重金屬的預計使用年限(2010)

然而OTEC尚未普及也是有原因，初期的投資成本高，1MW 的電廠投資金額大約7億台幣，因此台灣政府目前沒有大力推廣，然而隨著技術成熟，價格勢必也會下降，舉例來說，大口徑的海洋深層水管則是一個技術瓶頸，大發電量的電廠（10MW 以上），需要大量深層海水，水管的寬度要大於2.5米，長度需要3-5公里才能取得1公里深的海洋深層水，目前台灣有五座深層海洋水的管線，隨著管線安裝的經驗增加，安裝失敗的風險也隨之減少。

OTEC 發電的核心發電機組有不同的技術，開放式的ORC、封閉式的ORC、半封閉式的ORC循環發電機，其中以封閉式為主流，目前工研院已經有自製 ORC循環發電機的能力，能夠生產250 kW以下的發電機組，成本也是國外技術的一半，目前也在開發更大型的機組中，技術成熟是可以預期的。

OTEC 另外一個靈魂物件是熱交換器，尤其是大量的低溫海水要將冷媒的熱吸收，交換器需要達到高品質，台灣的熱交換器生產技術已經達到一定水平，也有公司也有協助瑞典的廠牌作生產。綜合台灣地理位置、ORC開發技術、管線安排技術、與熱交換器生產技術，台灣應該很有產力發展成 OTEC 技術的輸出國家。

OTEC雖然初期投資成本高，但是電廠的規模越大，每度電的成本越低，因為管線鋪設與設備的成本到達MW以上後，增加的幅度大量減少。台灣離岸風力發電是目前政府想要推廣的目標（千架海陸風機計劃），但是大規模的離岸風力發電成本高，不會有OTEC的遞減效果，而且西部海岸的離岸風機承受颱風威脅的能力也尚未明朗，OTEC必須作為另外一個再生能源的考量。

OTEC是否有受到颱風威脅的問題呢？颱風的威脅主要來自海浪沖擊，OTEC的管線大約都埋在海平面下方15公尺以下的位置，因此避開岸上波浪、漂流木侵蝕的影響。


海洋溫差發電可以分為岸式的發電或是離岸式的發電。岸式發電機組有許多優勢可以分散投資的成本：
- 再利用發電後升溫的深層海洋水（水溫度依舊是15度以下），作為冷氣的熱交換冷源，尤其是應用在旅館、機場、醫院、溫室等大型的冷氣空調，將能有效省下可觀的電力
- 經過逆滲透處理之後，可以生產乾淨的飲用水
- 化妝品也可以利用海底深層的礦物質製作
- 海洋深層水也含有較多的磷酸鹽，可以養殖藻類作為生質燃料的來源

台灣經濟部東部深層海水創新研發中心的這個網頁也有說明台灣深層海水的使用狀況

綠色經濟 - 再生能源篇

Green Economy Report（2011）是UNEP分析如何發展綠色經濟所作出的報告，針對不同產業提出來的綠色發展建議，內容包括自然資源類（農業、漁業、水、林業）及能源及資源類（再生能源、製造業、資源回收類、建築、交通、旅遊、城市規劃）。建議相關行業的專業人員參考這份報告，或許可以得到商業發展上的新點子。再生能源、製造業、農業為我有興趣的領域，本篇節錄再生能源我所關注到的內容

英文版 簡體中文版（中國學者翻驛）

再生能源
再生能源各國就業狀況圖


歐洲再生能源成本(2007及未來預估)與CO2排放


挑戰與機會
- 能源牽涉到國家安全，再生能源能透補足部分能源需求
- 再生能源不會產生二氧化碳之外，也不會產生二氧化硫等其他可能對環境健康造成影響的化學物質，此外相較於石油開採，也沒有石油開採對環境的影響
- 合適的再生能源發展可以減緩溫室氣體排放，減少對氣候變遷增加影響。而合適的意思，指的是目前貴重金屬是無法提供全世界再生能源的使用。貴重金屬是再生能源發展的必需原料，例如風力發電需要用到永久磁、太陽能板需要用到稀有金屬，也就是說拿目前全世界可以取得的貴重金屬來使用，無法產生足夠的太陽能板供全世界使用。降低對稀有金屬的依賴性也是再生能源發展的重點


電力基礎設施與法規
風力與太陽能發電增加對電力系統的不穩定，動態電力調配成為重要課題，解決方式包括
- 國家間的電力交換
- 增加蓄電能力，例如以多餘的電力將水打到高處儲存能量、更好的方式是將多餘的電力產生氫氣作為燃料電池使用
- 有效率的電力供應系統包含較低的備載量，例如夏天中午的電力使用高峰，強迫電力公司必須準備超過平時供應量三到四倍的發電能力，供應僅兩個月夏天的用電高峰。智慧型電網主要利用電價達到調整電力需求的穩定性，如用電高峰高電價，強迫使用者減少不必要的用電，間接降低備載量


再生能源投資趨勢
- 開發中國家資金提供給再生能源投資計劃與工廠設廠，相較於其他國家容易許多
- 再生能源技術已經更穩定，投資金額也大為下降
- 高漲油價刺激再生能源發展
- 對再生能源有利的政策逐年增加


再生能源與就業
- 再生能源工作機會，目前集中在美國、日本、德國、巴西、中國。其中中國有最多、其次德國。再生能源就業發展最快為亞州
- 風力發展最為迅速，全球風力發電工作由23.5萬（2005）增加為55萬，太陽能相關就業機會為次之
- 根據彭博新能源財經（Bloomberg, 2009）的分析而太陽能相關就業機會預計在未來十年會有最大的成長


再生能源優勢與價格優勢
- 水力發電是所有再生能源中最成熟，小型水力發電，潛力大對環境影響較小
- 生質酒精在巴西已經是成熟的技術
- 陸上風力發電技術已經成熟，離岸風力發電正在拓展中
- 太陽能，加熱為目的的太陽能已經是成熟的技術，發電用的太陽能板也已經達到商業成熟