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2018/09/05
月亮也能產生電力?

環保意識興起,各種可再生的綠色能源開始逐漸受到重視,其中又以太陽能最被社會大眾所知,但是你知道嗎?除了可以透過太陽能來發電外,其實月亮也能夠發電呢?不過與其說是“月亮能”,事實上指的是透過月亮引起的潮水落差來進行發電,也就是潮汐發電喔!

潮汐發電是屬於水力發電的一種形式,利用潮汐水流的流動,或是潮汐海面的升降從中取得能量。雖然目前尚未被廣泛使用,但潮汐發電對於未來的電力供應有很高的潛力;此外它比風能、太陽能都更容易預測,而且潮汐能的利用在歐洲已經有上千年的歷史,荷蘭著名的風車,就是利用潮汐能推動磨坊來研磨穀物。海洋覆蓋地球表面積達2/3以上,因此所蘊藏的海洋能潛力豐沛,根據國際能源總署的海洋能系統(IEA-OES)資訊,海洋能年總發電量理論值最高可達93,100TWh/年(1TWh=10億度),若能成功加以開發海洋能量,將可挹注再生能源發電豐沛的能量。

如何利用潮汐來發電?

潮汐發電是利用漲潮與退潮的水面高低變化發電。漲潮時將海水引入蓄水池,推動渦輪機產生動力發電,並將海水儲存在水庫內;在退潮時將海水放回大海,利用高、低潮位之間的落差,再一次推動渦輪機,帶動發電機發電;因此,在設計上必須允許水自漲潮方向流入或退潮方向流出。

漲潮時將海水引入蓄水池,並將海水儲存在水庫內;退潮時將海水放回大海,利用高、低潮位之間的落差,再一次推動渦輪機,帶動發電機發電。  需重繪,並請將水流方向的箭頭改成較明顯的顏色。

漲潮與退潮時的發電原理

 

潮汐能源的生成方式

        潮汐能源的生成方式目前共有三種方法:

  • 潮流式系統:
    利用海水漲退潮時流動的動能,推動渦輪發電機,與風推動風車的方式類似;這是目前比較常用的方式,成本上比較低廉,對生態環境的影響也比較小。

漲潮時將海水引入蓄水池,並將海水儲存在水庫內;退潮時將海水放回大海,利用高、低潮位之間的落差,再一次推動渦輪機,帶動發電機發電。

潮流式系統發電示意圖

 

  • 堰壩式系統:
    利用海水潮汐高低差的位能進行發電。此系統本質上是建造橫跨潮汐河口寬的水壩,但其缺點為需要昂貴的建設成本,且全球較缺乏可行地點以及開發水壩會造成的生態環境問題。目前世界上較具此類型經濟效益的潮汐發電站如法國蘭斯潮汐發電站及韓國始華湖潮汐發電站皆是使用此項技術。

漲潮時將海水引入蓄水池,並將海水儲存在水庫內;退潮時將海水放回大海,利用高、低潮位之間的落差,再一次推動渦輪機,帶動發電機發電。

堰壩式系統發電示意圖

 

  • 動態潮汐能:
    此方法為從海岸一直延伸到海洋並在遠端建立垂直的屏障,形成一個龐大的T形水壩型建築物。這個T型長壩會干擾與海岸平行震盪的沿陸地的潮汐波,並含有強大的落差流。

T型長壩干擾與海岸平行振盪的沿岸潮汐波,含有強大的落差流。

動態潮汐能水壩能量俯視圖(圖片出處Wikimedia Commons)

 

堰壩式潮汐發電有哪些的形式?

目前堰壩式系統為最傳統的潮汐發電方式,按照運行方式和對設備要求的不同,可以分成單池單向型、單池雙向型和雙池單向型三種:

  1. 單池單向型發電:先在海灣築堤設閘,漲潮時開閘引水入庫,落潮時便放水驅動水輪機組發電。這種類型的電站只能在落潮時發電,一天兩次,每次最多5小時。
  2. 單池雙向型發電:為了在漲潮進水和落潮出水時都能發電,盡量做到在漲潮和落潮時都能發電,因此便設計巧妙的迴路設施或設置雙向水輪機組,以提高潮汐的利用率。
  3. 雙池雙向型發電:配置高低兩個不同的水庫來進行雙向發電。

然而,前兩種類型都不能在沒有水位差或停潮時,水庫中水放完的情況下發出電壓比較平穩的電力。第三種方式不僅在漲落潮全過程中都可連續不斷發電,還能使電力輸出比較平穩;它特別適用於那些孤立海島,使海島可隨時不間斷地得到平穩的電力供應。

雖然潮汐發電是一種清潔、不污染環境、不影響生態平衡的可再生能源。但目前臺灣尚未有潮汐發電站,主要原因在於潮汐發電站適合潮差為5公尺以上,而臺灣沿海之潮汐,最大潮差發生在金門、馬祖外島,約可達5公尺潮差,西部海岸,如台中港、苗栗外埔與新竹,則平均潮差約3.5公尺。且台灣西部海岸大都為平直沙岸,缺乏可供圍築潮池的優良地形,而金門、馬祖外島是發展潮汐發電的理想場所,但屬於離島,開發成本較貴,目前並無開發。

人類對於地球資源的過度使用,造成地球暖化、氣候變遷等問題,而潮汐這類綠色能源不但能減少對環境的汙染,也能再生利用而不影響生態平衡,值得我們進一步思考它的有效開發、利用方式。

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