陳建宏 教授

國立臺灣海洋大學

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廣袤無邊的海洋蘊藏著極其龐大的海洋能，為各國的能源自主與減碳效益帶無限的可能性。海洋能雖早為人類所知悉，但其中的開發與應用卻是近二、三十年的新夢想，相關的技術仍在萌芽的階段，有待進一步的突破，才有可能進入商轉，為人類的福祉服務。在本文中，我們將從四個面向來討論所需面對與突破的挑戰。

第一個面向是技術性的。開發海洋能的根本問題是：海洋能發電技術可行嗎？

這個面向所牽涉的層面相當廣。

首先，我們仍沒有詳細的海洋能資源分布圖。目前所有的資源調查通常是以國家為層級，幅員過於遼闊，且僅侷限於少數的國家，區域性的解析度過低。譬如以台灣為例，我們的波浪能分布是利用少數幾個測站的資料，透過數值模擬預估出來的，大尺度的預估並無法確實了解區域性的真正特性，近年來開始有學者表示，台灣海洋波浪能被低估了。由於沒有詳細、準確的資源分布資料，產業界就難以了解區域性資源的特性，但這些特性對發電系統的參數調校卻是非常要緊，我們須了解這些特性對能源擷取與發電衝擊的效應，才有辦法開發出效率較高的機組系統。

圖1  海洋能開發的關鍵性技術挑戰：可靠度、可存活性、與可安裝性（圖為台灣大學與台灣海洋大學共同開發的黑潮渦輪機組1:25模型）。

 

其次是系統設計還有待大幅改善，其中三個關鍵性的挑戰是：可靠度、可存活性、與可安裝性。海洋是個動態的環境，而且其動態度常超過我們所想像的，極端天候下的海況尚無法準確預測，海洋能源系統所受的力量負荷也往往超出預期，布放在海面上的海洋能系統如何長期存活，是極為關鍵的課題；深海地區如何錨碇，如何讓機組得以可靠穩定地運轉，也是洋流能系統不能迴避的問題。

另外，截至目前為止，我們對部署陣列的經驗仍相當有限，即使我們對單一機組已有充分的了解，但機組陣列該如何布置，仍有不確定性。譬如波浪能或潮流能機組陣列中，個別機組所造成的跡流效應，對整個陣列的發電量有何影響，我們還不清楚，而陣列的電纜該如何布置，也是個挑戰。有關此議題，最近幾年開始才有實驗室等級的研究，因此陣列的布放在技術上仍有諸多風險。

 

第二個面向是經濟議題。若相關的技術構想證實是可行的，那接下來的關鍵問題是：技術成本與風險該如何與市場上的其他綠能技術競爭。不論是政府、還是廠商，都得面對價格的壓力，儘量採用最低成本、最小風險的技術方案，來達到減碳、發電的目標，我們不能低估這些經濟競爭力的重要性。雖然從長期的能源結構效益來看，納入海洋能是有助其他能源的互補性，但當政府在選擇計畫時，發電均化成本與對納稅人的衝擊往往是最主要的驅動力。海洋能源所面臨的競爭力挑戰，與成本、風險特性息息相關。

目前海洋能發電的均化成本遠高於一些綠能發電技術（譬如太陽能、風能等），而且具有高度的不確定性，此乃因目前成本資料數據不足，各個開發計畫的成本策略因系統的多樣性之故，彼此之間的差異往往相當大，而且均化成本的重要關鍵因子，像是發電產出因子、機組系統壽命，尚無法深入掌握。所以，目前若沒有公部門的介入，採適當的補助或躉購方式，海洋能的開發是不具競爭力的。

另外，長期的成本下降趨勢也難以預測。根據過往的經驗，從傳統能源到陸域風電等再生能源領域，均化成本預期會隨著規模、經驗累積、與技術創新而大幅下降，歐洲在海洋能發電上，預期目標是認為2020年中後期，成本將能與離岸風電競爭。不過，我們必須強調的是，這種成本的下降主要是建立在部署與投資之上，而非時間之上。但因部署速度有相當高的不確定性，因此成本下降的預測就有困難，決策者往往就不會去獎勵併網前景不明的技術。

還有，一般咸認海洋能的技術發展比其他競爭技術更具風險性。由於目前尚無商轉實績，這就引發技術的不確定性，進而提高了成本與收入來源的風險。譬如說，部署可能會有延宕的風險，發電量可能不如預期等。對私部門而言，面對這種狀況，他們為了把風險暴露降至最低，典型的作法就是不願提供資金挹注。

圖2  海洋能的技術發展比其他競爭技術更具風險性，圖為工研院過去所發展的點吸收式波能發電機，必須面對海洋動態環境的諸多不確定性。

 

第三個面向是環境與社會議題。雖然大家都同意海洋能發電可降低碳排放量，有助環境保護，但我們也毋庸置疑，任何發電方式也都會帶來環境與社會風險，我們必須加以辨識、控管。海洋能發電機組如果設計不良或不當，那可能會造成海洋能延緩開發、科技創新遭到扼殺的風險，這些風險是來自環境與社會兩層因素。

首先是複雜、曠日廢時的法律程序。海洋能發電是個新興產業，涉及海域的使用與發電的產出，相當複雜，政府各部門轄下的法規可能疊床架屋、彼此矛盾，舉世皆然，開發商得先釐清須滿足那些法律的要求。但即便釐清了法律程序，可能還是不清楚該滿足那些環評標準，甚至可能因法律本身的矛盾，而讓人一頭霧水。

其次，環境監控要求可能高得不成比例。雖然海洋能原型機組尺寸一般不大，但環境監控要求卻很高，這已成為美國與歐盟國家的問題，特別是預警防範原則責令開發商必須大量收集部署前、後的資料。這些要求其實非常有挑戰性，因為海洋能發電尚無運轉經驗，對環境會產生甚麼衝擊，我們並不清楚。在一些個案中，初期原型機部署是採用「做中學」的模式，相關的環境風險包括棲息地的破壞、機組與海生物的互動、以及機組運轉所製造出來的水下噪音等，海洋能開發商必須證明這些風險可以消除。目前調查做得比較完整的是在北愛爾蘭潟湖區運轉的SeaGen潮流能機組，不過SeaGen現在已經停止運轉。

再者，海洋能源發電也會面臨海域使用衝突問題，像是漁業、航運、國防、觀光、休閒、環境保護區塊等。
最後，主管機關可能有人才短缺問題。主管機關可能缺乏海洋領域的專家，無法正確評估海洋能開發計畫，這會導致作業遲緩，或是作出過度規避風險的決策。

圖3  北愛爾蘭潟湖區的SeaGen潮流能發電系統，研究人員曾就此系統所可能造成的環境影響做了非常詳實的長期監測與評估。

 

第四個面向涉及基礎建設。這包括兩個層面，分別是電網與供應鏈。

在電網方面，癥結點是電網併接困難。在部分地區，併網是海洋能發電商業化的關鍵瓶頸，原因是豐富的海洋能資源往往遠離高用電地區，位於電網的末端，因此電網容量可能不足，導致併接延宕。

在供應鏈方面，目前是不足、且不完整的。海洋能尚未進入商轉，供應鏈系統較為薄弱，港埠無適當設施，工作船舶也缺乏。另外，海洋能具有多樣性，也許每種海洋能都必須發展各自的供應鏈。