顏志偉 組長

工研院綠能所

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波浪是一種巨大的再生能源，用以發電不會佔用陸地上珍貴的土地及造成環境污染，這些優點正好彌補傳統能源的缺點，因此成為一種有發展潛力的新興能源，現已引起許多海洋國家的重視。波浪能係由太陽能轉換而來，由於太陽輻射及地球自轉等種種原因而形成風，海洋因風力作用而產生波浪，而波浪發電的原理簡單來說就是利用波浪運動之位能差、衝擊力或浮力差轉換為機械能，再驅動發電機進行發電。目前全球尚無可商業化之波浪發電機組，仍屬海上測試及示範階段，歐洲海洋能源中心(European Marine Energy Center, EMEC)有多座百kW級機組進行測試中，分別為Pelamis (750kW )、Oyster 800 (800kW) 、Oy_Penguin (500kW)、 Oceanus (800kW)。

   

圖1 懸浮點吸收式波浪發電系統發電原理。

 

工研院投入波浪發電系統研發，在考量海域條件與施工能量後，選定發展懸浮點吸收式波浪發電系統(FPA，Floating Point Absorber)，主要優點為(1)懸浮式適用在20~50米水深、(2)圓型浮筒設計不需對波、(3)錨碇系統佈放工程較簡單。機組發電原理如圖 1所示，可分為兩個部分，第一部分為設計圓柱浮體(Buoy)藉由浮體上下運動，將波浪能量傳遞到系統內部。第二部分為能量擷取系統(power take off, PTO)，其功能為將浮體所傳遞進入之能量轉換為可用電能。      

圖2 20kW波浪發電機之設計。

圖3 20kW波浪發電機完工圖。

 

近年來技術團隊逐步進行放大尺度的開發與海上測試驗證，已由kW級發展至20kW級，更加入創新技術精進機組性能，目前新一代之20kW波浪發電系統已完成開發，本機組採模組化設計，包括浮筒模組、運動模組、延伸模組與穩波模組(詳圖2)，整座機組總長度16米、上浮體直徑6米、總重量71.8公噸。其外型設計概念為包含一具有相對運動端直徑6m圓柱形上浮體與具有相對穩定作用的下浮體；下浮體底端設計為對角寬度7.8m六角形平板，可產生較大之流阻力，以抑制下浮體運動振幅，提升上、下浮體的相對運動量；銜接上下兩浮體為能量擷取系統PTO，藉由波浪作用於上下浮體產生之相對速度來吸收能量， PTO系統採用閉迴路油壓系統來擷取波浪能，主要工作元件包含液壓缸、方向控制閥、蓄壓器、油壓馬達與發電機。因採懸浮式，需透過錨碇系統(mooring system)加以固定。102年海測最佳發電效率達34.73%，為來將研發智慧型控制來提高浮體擷能效率，預估滿載發電時數可達3,000小時以上。新一代之20kW波浪發電系統(詳圖3)即將於基隆外海進行海上長期測試來驗證機組，更將藉由機組海上成功發電來宣示波浪發電技術之重大突破。