東台灣地域深層海水與溫泉水整合溫差發電可行性探討

我國四面環海,對於海洋能源的利用卻是極度匱乏,海洋溫差發電(Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC) 系統可將溫差能轉換電能以提供24小時全天候使用 ... 學習資源搜尋 全部類別 專欄新知   專家專欄   能源小常識   在地能源亮點   獲獎實作分享   電子報數位學習   潔能講堂   線上課程   能源素養就醬教   能源知識乎你知   動手玩流體力學   VR體驗   互動式圖表延伸學習   能源剪報   潔能x創藝   友站連結中小學教師園地   最新消息   能源專欄   下載專區 選擇標籤 搜尋 熱門關鍵字： 太陽能 儲能 氫能 風力發電 電動車 實踐基地 循環經濟 智慧電網 淨零碳排 電網 選擇標籤 × 全選 能源類別 初級能源 次級能源 非再生能源 再生能源 化石能源 潔淨能源 初級能源 太陽能 風能 水力能 海洋能 生質能 地熱能 石油 天然氣 煤 核能 次級能源 電能 汽柴油 酒精 煤氣 合成氣 焦炭 液化石油氣 氫能 能源科技 創能 儲能 節能 系統整合 汽電共生 分散電網 併網型系統 區域能源整合(節能) 火力發電 電池 電氣化 電能管理 碳捕存與再利用 廢能回收 熱能管理 建築節能 運輸節能 化學儲能 廢棄物能源化 轉換效率 能源素養原則 自然法則 地球科學 生態環境 科技文明 決策形成 社會文化 生活品質 潔能系統整合與應用人才培育計畫 能源教材 能源科普 能源通識 能源專技 實踐基地 2018臺灣能潔能科技創意實作競賽 2019臺灣能潔能科技創意實作競賽 2019臺灣「能」潔能系列論壇 2020臺灣「能」潔能系列講座 2020臺灣能潔能科技創意實作競賽訓練營 2020臺灣能潔能科技創意實作競賽 臺灣能源通識 2021臺灣「能」!綠運輸-潔能系列講座 2019臺灣能源教育工作坊 2021臺灣能潔能科技創意實作競賽訓練營 2021臺灣能源教育工作坊-綠運輸場 2021臺灣能潔能科技創意實作競賽 能源科技人才培育計畫 太陽能教學聯盟 工業節能教學聯盟 儲能(含蓄電與蓄熱)教學聯盟 住商與運輸節能教學聯盟 風能與海洋能教學聯盟 生質能教學聯盟 中小學能源科技教育師資培訓中心 磨課師MOOCS 課程模組 108課綱能源教育議題 能源意識- 能E1 能源意識- 能E2 能源意識- 能J1 能源意識- 能J2 能源意識- 能U1 能源意識- 能U2 能源概念- 能E3 能源概念- 能E4 能源概念- 能J3 能源概念- 能J4 能源概念- 能U3 能源概念- 能U4 能源使用- 能E5 能源使用- 能J5 能源使用- 能U5 能源使用- 能U6 能源發展- 能E6 能源發展- 能J6 能源發展- 能U7 行動參與- 能E7 行動參與- 能E8 行動參與- 能J7 行動參與- 能J8 行動參與- 能U8 行動參與- 能U9 108課綱環境教育議題 氣候變遷- 環U7 能源資源永續利用- 環E14 能源資源永續利用- 環E15 能源資源永續利用- 環E16 能源資源永續利用- 環E17 能源資源永續利用- 環J14 能源資源永續利用- 環J15 能源資源永續利用- 環J16 能源資源永續利用- 環U12 能源資源永續利用- 環U13 能源資源永續利用- 環U14 能源資源永續利用- 環U15 108課綱海洋教育議題 海洋社會- 海J4 海洋科學與技術- 海J13 海洋科學與技術- 海U15 海洋資源與永續- 海U17 108課綱科技領域 科技的本質- 生N-IV-1 科技的本質- 生N-IV-2 科技的本質- 生N-IV-3 科技的應用- 生A-IV-4 科技的應用- 生A-IV-5 科技的應用- 生A-IV-6 科技與社會- 生S-IV-1 科技與社會- 生S-IV-2 科技與社會- 生S-IV-3 科技與社會- 生S-IV-4 108課綱自然科學領域 資源與永續性- INg-II-1 資源與永續性- INg-II-2 資源與永續性- INg-II-3 資源與永續性- INg-III-5 資源與永續性- INg-III-6 演化與延續- Ga-IV-5 科學、科技、社會及人文- Ma-IV-1 科學、科技、社會及人文- Ma-IV-4 資源與永續發展- Na-IV-2 資源與永續發展- INa-IV-1 資源與永續發展- INa-IV-2 資源與永續發展- INa-IV-3 資源與永續發展- INa-IV-4 資源與永續發展- INa-IV-5 資源與永續發展- Nc-IV-1 資源與永續發展- Nc-IV-2 資源與永續發展- Nc-IV-3 資源與永續發展- Nc-IV-4 資源與永續發展- Nc-IV-5 資源與永續發展- Nc-IV-6 能量的形式、轉換及流動- PBa-Va-1 能量的形式、轉換及流動-PBa-Va-2 能量的形式、轉換及流動-PBa-Va-3 能量的形式、轉換及流動-PBa-Va-4 能量的形式、轉換及流動-PBa-Va-5 能量的形式、轉換及流動-PBa-Vc-1 能量的形式、轉換及流動-PBa-Vc-2 能量的形式、轉換及流動-PBa-Vc-3 能量的形式、轉換及流動- PBa-Vc-4 能量的形式、轉換及流動-PBb-Va-1 能量的形式、轉換及流動-PBb-Va-2 能量的形式、轉換及流動-PBb-Va-3 能量的形式、轉換及流動-PBb-Vc-1 能量的形式、轉換及流動-PBb-Vc-2 能量的形式、轉換及流動-PBb-Vc-3 能量的形式、轉換及流動-PBb-Vc-4 科學、科技、社會及人文- CMa-Va-1 科學、科技、社會及人文- CMc-Va-1 科學、科技、社會及人文- CMc-Va-6 資源與永續發展- CNa-Va-1 資源與永續發展- CNa-Va-2 資源與永續發展- CNa-Va-3 資源與永續發展- ENa-Va-4 資源與永續發展- CNc-Vc-1 資源與永續發展- CNc-Va-1 108課綱社會領域 醫療與科技- 歷Sb-V-2 資源與能源- 地Ja-V-1 資源與能源- 地Ja-V-2 資源與能源- 地Ja-V-3 資源與能源- 地Ja-V-4 資源與能源- 地Ja-V-5 資源與能源- 地Jb-V-1 資源與能源- 地Jb-V-2 資源與能源- 地Jb-V-3 資源與能源- 地Jb-V-4 資源與能源- 地Jb-V-5 取消 確定 選擇標籤 × 全選 十二年國民基本教育之核心素養 身心素質 自我精進 系統思考 解決問題 規劃執行 創新應變 符號運用 溝通表達 科技資訊 媒體素養 藝術涵養 美感素養 道德實踐 公民意識 人際關係 團隊合作 多元文化 國際理解 108課綱能源教育議題 能源意識- 能E1 能源意識- 能E2 能源意識- 能J1 能源意識- 能J2 能源意識- 能U1 能源意識- 能U2 能源概念- 能E3 能源概念- 能E4 能源概念- 能J3 能源概念- 能J4 能源概念- 能U3 能源概念- 能U4 能源使用- 能E5 能源使用- 能J5 能源使用- 能U5 能源使用- 能U6 能源發展- 能E6 能源發展- 能J6 能源發展- 能U7 行動參與- 能E7 行動參與- 能E8 行動參與- 能J7 行動參與- 能J8 行動參與- 能U8 行動參與- 能U9 108課綱環境教育議題 氣候變遷- 環U7 能源資源永續利用- 環E14 能源資源永續利用- 環E15 能源資源永續利用- 環E16 能源資源永續利用- 環E17 能源資源永續利用- 環J14 能源資源永續利用- 環J15 能源資源永續利用- 環J16 能源資源永續利用- 環U12 能源資源永續利用- 環U13 能源資源永續利用- 環U14 能源資源永續利用- 環U15 108課綱海洋教育議題 海洋社會- 海J4 海洋科學與技術- 海J13 海洋科學與技術- 海U15 海洋資源與永續- 海U17 108課綱科技領域 科技的本質- 生N-IV-1 科技的本質- 生N-IV-2 科技的本質- 生N-IV-3 科技的應用- 生A-IV-4 科技的應用- 生A-IV-5 科技的應用- 生A-IV-6 科技與社會- 生S-IV-1 科技與社會- 生S-IV-2 科技與社會- 生S-IV-3 科技與社會- 生S-IV-4 108課綱自然科學領域 資源與永續性- INg-II-1 資源與永續性- INg-II-2 資源與永續性- INg-II-3 資源與永續性- INg-III-5 資源與永續性- INg-III-6 演化與延續- Ga-IV-5 科學、科技、社會及人文- Ma-IV-1 科學、科技、社會及人文- Ma-IV-4 資源與永續發展- Na-IV-2 資源與永續發展- INa-IV-1 資源與永續發展- INa-IV-2 資源與永續發展- INa-IV-3 資源與永續發展- INa-IV-4 資源與永續發展- INa-IV-5 資源與永續發展- Nc-IV-1 資源與永續發展- Nc-IV-2 資源與永續發展- Nc-IV-3 資源與永續發展- Nc-IV-4 資源與永續發展- Nc-IV-5 資源與永續發展- Nc-IV-6 能量的形式、轉換及流動- PBa-Vc-4 科學、科技、社會及人文- CMa-Va-1 科學、科技、社會及人文- CMc-Va-1 科學、科技、社會及人文- CMc-Va-6 資源與永續發展- CNa-Va-1 資源與永續發展- CNa-Va-2 資源與永續發展- CNa-Va-3 資源與永續發展- ENa-Va-4 資源與永續發展- CNc-Vc-1 資源與永續發展- CNc-Va-1 108課綱社會領域 醫療與科技- 歷Sb-V-2 資源與能源- 地Ja-V-1 資源與能源- 地Ja-V-2 資源與能源- 地Ja-V-3 資源與能源- 地Ja-V-4 資源與能源- 地Ja-V-5 資源與能源- 地Jb-V-1 資源與能源- 地Jb-V-2 資源與能源- 地Jb-V-3 資源與能源- 地Jb-V-4 資源與能源- 地Jb-V-5 取消 確定 專欄新知 專家專欄 能源小常識 在地能源亮點 獲獎實作分享 電子報 專欄新知 專家專欄 A A A 專家專欄 東台灣地域深層海水與溫泉水整合溫差發電可行性探討 2019-03-28 陳孟炬副教授 國立台東大學應用科學系 我國四面環海,對於海洋能源的利用卻是極度匱乏,海洋溫差發電(OceanThermalEnergyConversion,OTEC)系統可將溫差能轉換電能以提供24小時全天候使用的基載電力，是一項潔淨的永續能源。

我國東部海域深具發展海洋溫差之潛力，台灣東部具多處極具發展海洋溫差發電的場域，如圖1所示。

圖1東台灣海洋溫差發電潛力場址。

(資料來源：國科會ODB(1985-2005))   溫差發電的工作原理和目前常見的火力發電廠非常相似，採取有機朗肯循環（OrganicRankineCycle,ORC）發電技術，系以熱源將工作流體(WorkingFluid)加熱加壓成高溫高壓的蒸汽，使其熱膨脹並推動在渦輪機內的渦輪葉片，進而帶動發電機(Generator)而產生電力；膨脹後的工作流體被引導至冷凝器(Condenser)中冷卻成液體，再經泵浦加壓打回熱源持續作熱交換，形成一個封閉式的循環(CloseCycle)，如圖2。

海洋溫差發電之熱循環系統約可分為開放式循環系統、封閉式循環系統、Kalina循環、再生式循環系統與混合式循環系統等等,其中以封閉式動力循環系統為主要發展方向，利用高溫表層溫海水將低沸點工作流體氣化，使工作流體體積瞬間膨脹產生高壓蒸汽端；低溫深層海水則將汽化工作流體冷凝為液態形式成為低壓端，藉由高、低壓差來推動渦輪機組，帶動發電機運轉使電力產出發電，但受限於表層海水與深層海水之溫差過小，使其熱效率欠佳，因此淨電力輸出多在3%以下。

  圖2封閉式有機朗肯循環驅動溫差發電原理。

  海洋溫差發電（OceanThermalEnergyConversion,OTEC）之研究，始於1881年法國d'Arsonval所構思，1930年Claude承接其研究並於古巴海岸嘗試以開放式循環(OpenCycle)系統發電。

近代的發展，如1979年美國在夏威夷(Hawaii)海域的50KW發電的海上實驗、1980年10月東京電力及東芝電氣合作在諾魯(Nauru)共和國的100KW發電實質性實驗，以及1982年8月日本在德之島(DokunoShima)的50KW廢熱發電實驗。

在這些實驗例證中，證明只要能夠穩定取得海洋溫度分層足夠20℃以上的溫差，便可有效地轉換為電能。

國內的溫差發電研究也在1970年代石油危機的背景起步發展。

從1980年代起台電公司與經濟部能源局已陸續完成多項研究計畫，如台電公司的臺灣東部海域海洋溫差發電潛能研究計畫、和平海洋溫差發電預定廠址外海海床調查研究、樟原溫差發電廠址陸上及淺海區域地形測量、複合式溫差發電應用研究，及經濟部能源局的混合式溫差發電初步可行性研究、臺灣東部海洋溫差發電多目標利用計畫(MPOP)、海洋溫差多目標利用初步可行性研究、中華民國海洋溫差發電全盤計畫(MOPR)、海洋溫差發電利用計畫。

2009年工研院執行能源局「海洋能源發電系統評估與測試計畫」成功開發5瓩OTEC實驗機組，如圖3所示。

2010年也在於花蓮的台肥園區內，利用園區汲取的深層海水開發建造岸基式瓩級OTEC現場機組。

依據工研院綠能所資料顯示，儘管冷、熱源溫差不及20℃，但依據系統實際測試結果，只要溫差超過8~9℃，機組即可提供發電使用，溫差達14~15℃時，發電量可達1.2kW~1.5kW。

此利用海洋能的OTEC機組為國內自行開發建造，為我國海洋能開發和利用的重要開端。

近年各國發展海洋溫差發電場如:2014年法國DCNS公司獲得歐盟NER300項目資助七千二百萬歐元，於加勒比海Martinique島外海設置一個容量16MW的海洋溫差發電廠，以取代島上現有之石化發電廠；2013年大陸華彬集團與美國LockheedMartin公司簽訂合約，於海南島外海合資興建一座10MW的浮式海洋溫差發電廠，以海底電纜提供沿岸一個新開發的低碳渡假區電力。

2014年日本也在琉球久米島上設置50KW實驗電廠，可見各國對於海洋能利用正積極投入開發行列之中。

圖35瓩OTEC實驗機組系統。

(資料來源：工研院綠能所)   屬再生能源發展之一的海洋溫差發電，係利用表層海水與深層海水間的溫差，將儲存於表層海水中的太陽熱能轉換為電能的一種技術。

以臺灣東部海域為例，在北回歸線附近之表層海水溫度約在23℃～28℃之間，如圖4所示，至1000公尺深度水溫即降到4℃左右。

表面混合層與深層海水之間的溫差愈大，則發電的效率將相對提高。

因此，在赤道至南北緯30度之間的海洋，比較具有適合海洋溫差發電發展的條件，且可落實OTEC的冷、熱源來自深層海水和表層海水本質，並展示OTEC全日全時的發電特性。

台東大學與國內外學、研單位實驗研究，推估熱源與冷源之溫差高達攝氏百度時，其熱力效率可到達30%～40％；而海洋溫差僅有15℃~25℃，因此其效率僅約1~3%，如果我們可以將熱源溫度提高，以高溫的溫泉水代替表層海水，藉以增加溫差熱力效率，既可提高發電商轉價值的可行性。

高溫溫泉水與低溫深層海水之異質資源整合的溫差就有80℃~120℃，如前述所言，溫差發電採取有機朗肯循環的原理，其中的熱源是溫泉水，冷源則為深層的冷海水，而工作流體可以使用低沸點、高密度、高蒸汽壓力的媒介作為發電動力。

圖4利用高溫溫泉水及深層海水之封閉式溫差發電系統。

  由於臺灣四面環海以至於過去認為能源只能仰賴進口，事實上蘊藏豐富的再生能源，諸如海洋溫差、波浪、海流、潮汐等海洋資源；又因臺灣位於環太平洋地震帶上，溫泉和噴氣孔遍佈全島，地熱蘊藏量豐沛無比，深具發展地熱的良好先天條件。

若能將其整合轉換成電能應用，除了可以減少能源所產生的廢棄物之外，還可兼顧日益受重視之環境保護觀念，特別是臺灣東部海域海底地形陡峻，離岸不遠處，水深即深達七百公尺，水溫約6°C，同時海岸山脈地熱井口溫度高達80~120℃。

地形及水溫條件俱佳，開發溫差發電的潛力雄厚。

針對ORC技術之工作流體的選擇、異種資源整合溫差發電系統之熱力性能分析、臺灣東部地理環境蘊藏資源之潛力，以及深層海洋水與溫泉水整合溫差發電的營運成本與經濟效益等項之初步分析，我國為全世界最適於開發溫泉-海洋溫差的國家之一，此與國內外學、研單位之研究結論相符合。

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(取自http://ppt.cc/HpMX) 3.郭明錦(2004),再生能源之地熱資源。

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