國立中山大學陳陽益副校長、國立成功大學水工試驗所許弘莒研究員、國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心楊益副研究員、國立中山大學海洋環境及工程學系薛憲文副教授以及慶富造船陳慶男總裁和萬機鋼鐵工業股份有限公司白俊彥董事長等人所組成的洋流能發電團隊,在科技部之經費支持下,進行研發低轉速之洋流能50kW單元發電機組,2016年7月23日於屏東海域水深900公尺處建置世界第一座深海洋流能測試系統,2016年7月25日於黑潮主流進行50kW單元發電機組之測試,得到在1.27m/s之洋流流速下,其平均發電功率26.31kW,此成果不僅為台灣第一,亦是世界第一。
萬機公司白俊彥董事長之團隊從2009年啟動洋流能發電之研發專案,歷經7年的測試與改善,參考國內外相關技術逐步發展出適合臺灣海域環境之低轉速洋流渦輪機,取得關鍵技術以因應嚴苛的環境條件,包括葉片耐海水鋼材、海洋生物污染防治和低轉速水下發電機等。為使渦輪機能夠於低流速的流場中啟動,並將洋流能轉換為電能,研究團隊首先進行了低轉速洋流渦輪機的研究開發。經過2015年船拖測試,洋流能發電機組最低啟動流速僅需0.5m/s,比起現有最低啟動流速皆需在0.7~2.0 m/s以上的潮流能發電機組更適合臺灣周邊海域。本團隊於此計畫的研發歷程以過去長期累積之實務基礎,並依照實際測試情況發現之問題,蒐集可行解決方案並列比較,逐一去蕪存菁,整合出因應臺灣海域環境適合的洋流發電關鍵技術。
中山大學陳陽益副校長領導之團隊在屏東縣政府的大力協助下,於在2015年3月3日在小琉球海域進行船拖測試,以工作船拖曳洋流能發電機組產生相對流速來模擬黑潮流速,並且在穩定流速下改變不同負載,取得不同流速之發電效能曲線,測試結果於1.43m/s穩定流速下平均發電量為32.57kW。並驗證了洋流能發電機組之最低啟動流速僅需0.5m/sec。本團隊研發之洋流發電渦輪機組從設計製作到組裝及後續測試,皆由國人自行完成。
2016年7月23日中山大學陳副校長帶領成功大學水工試驗所與慶富造船之團隊於屏東縣東南方海域離岸18海浬(水深900公尺)建置深海繫泊基座與多功能浮式載台,完成世界首座洋流能測試系統。2016年7月25日緊接著進行50kW單元發電機組之發電測試,在洋流能測試系統掛載發電機組並利用多功能浮式載台量測環境流場資料,利用黑潮來推動洋流能渦輪機進行發電測試,同時驗證2015年之船拖測試結果。量測結果顯示在1.27m/sec之黑潮流速下,其平均發電功率為26.31kW,並且成功於0.45m/s之流速下啟動渦輪機,連續運轉達60小時之久,此成果不僅為台灣第一,亦是世界第一次完成洋流能單元機組之發電測試。
對於此項重大研發成果,中山大學校長鄭英耀欣喜肯定,他表示,中山的海洋領域研究成果表現亮眼,海洋化學領域的研究成果與在海洋天然物方面之研究實力更已達國際級水準,將積極推動校內跨領域團隊整合,以展現中山大學在海洋方面的國際影響力。
【註】洋流能發電的背景介紹
黑潮係源自於菲律賓東方的北赤道洋流,黑潮主流自呂宋海峽向北流經台灣東岸,在台灣東北部外海遇東海陸棚後,沿陸棚邊緣注入琉球群島西邊及日本九州東南方海域,最後在東京灣沿岸轉向東匯入北太平洋洋流中。黑潮寬度超過100公里,其最高流速可達1.5m/sec,根據Chen(2010)指出,台灣東部黑潮流量在20~30*Sv之間(1Sv=10^6m^3/sec),以流速超過1m/s計算,平均總發電量5.5GW,且夏季約有10GW,而冬季為4GW。由於洋流發電需要得天獨厚之地理環境,目前世界各國嘗試利用洋流進行發電,然皆處於設計階段,尚無成功發電之實績,其中日本IHI和東芝於2015年啟動海流發電系統示範研究,預計於2020年進行單元機之實海域測試。
重要成就
中山大學陳陽益副校長與萬機公司白俊彥董事長所領導之團隊在科技部的計畫資助下,為因應臺灣海域環境發展洋流能發電關鍵技術,目前已研發出低轉速之洋流能發電機組,並成功地建置世界首座之深海洋流能測試系統,更於黑潮主流進行50kW單元發電機組之測試,得到在1.27m/s之洋流流速下,其平均發電功率26.31kW,在洋流能發電技術已取得國際領先之地位。其核心技術包括渦輪機3D動態模擬技術、深海繫泊系統之設計與施工技術、百萬瓦級洋流渦輪機及載具試商轉機組研發、防污防腐型金屬熔射材料研究、海下應用之增速機、低轉速潛水式永磁發電機、多功能浮式載台與發電單元機組之共振分析與鋼纜受波流作用之影響與動態分析等。
本計畫重要成就包含:
1.建置深海錨碇系統,完成台灣首座在水深900m建置深海繫泊基座與多功能浮式載台,亦是世界第一座深海洋流能測試系統。
2.於2016年7月25日在屏東縣鵝鑾鼻東南方海域,在黑潮主流進行50kW洋流能單元發電機之測試,得到在1.27m/sec之流速下,其平均發電功率為26.31kW。此成果不僅為台灣第一,亦是世界第一。
3.以深海洋流能測試系統掛載低轉速洋流能渦輪機,成功於0.45m/sec之流速下啟動渦輪機,並連續運轉達60小時,為成功利用黑潮擷取能量之世界首例。
自2017年起中山大學陳陽益副校長與萬機公司白俊彥董事長領導之團隊將進一步投入商轉機組之研發測試,發展國家級洋流能測試場,制訂世界通用之洋流能發電標準規範,目標實現在台灣東部海域進行洋流能的開發,成就世界第一座洋流能發電廠。穩定的洋流發電,將間接影響社會經濟層面。藉由大量製造、佈放的洋流發電設備,除可增加就業機會外,更可藉海洋能相關產業之需求,促進產業升級,活化企業產能。至於對國家經濟面可能產生的主要助益,除了可節省對外採購的發電燃料費用,實現能源自主的目標,亦可減輕工業化對於自然環境的傷害及破壞,提供我國尋求替代能源的絕佳解決方案。