一、前言
海洋占據世界約70%的面積,過往由於技術尚不成熟,各國僅能望「洋」興嘆。近年來,隨著技術水準與關注度不斷提升,海洋發電逐漸成為關注焦點。海洋發電最困難之處在於,由於使用環境較陸域更為複雜,因此其技術準備度及發電設備是否經過實海域測試驗證是許多有興趣投入該領域的廠商卻裹足不前的最大阻礙,因為目前唯一受國際認可的海洋發電測試場域遠在鄰近蘇格蘭外海的奧尼克小島上。海洋發電設備猶如風力發電機機組,雖可拆卸,但其體積跟重量仍相當可觀,基本運輸已非易事,更何況要運送至國外進行實海域測試驗證。因此,即使我國在海洋發電領域投入已有些年頭,其發電機組未來所需的實海域測試及後續營運仍缺乏妥善規劃。
二、英國-瑞典新創Minesto海洋發電機組實海域測試歷程
海域實測問題不僅對我國發展洋流發電產生影響,對國外正在進行海洋發電機組研發的廠商也有影響,畢竟具備完善條件的實海域測試場域就那一個。對此,成立於2003年英國-瑞典合資新創企業Minesto所設計研發的「海底風箏」(Deep Green)的實海域測試歷程及應用模式或許可作為我國未來參考應用的模式之一。
Minesto在發電機組實海域測試方面,並未選擇固定場域的海域實測,而是發展出「移動式實海域測試模式」來解決發電機組運輸至其他地區獲取測試認證的問題。Minesto於2011年成功爭取北愛爾蘭環境局所公告之標案,作為「海底風箏」單元發電機的海域試測計畫。在此計畫中,Minesto成功驗證「海底風箏」的運作能效,也順利完成北愛爾蘭環境局的需求,證實海洋發電對既有海域保育無顯著影響。為便利後續商業營運的可能性,Minesto在2013年計畫結束時,同時也完成未來商轉規模驗證機縮小尺度(1:4和1:10)的測試,確認機組配置與規劃之可行性。
2016年,Minesto成功獲得歐盟最大規模科研計畫Horizon 2020的資助,設計研發「海底風箏」的商轉規模驗證機。為完善機組設計與相關功能,Minesto邀集其他分別來自英國、瑞典和比利時的8個夥伴,共同合作進行商轉驗證機的開發,包含關鍵技術精進、未來電力上岸及饋線規劃,以及商轉後的營運進行一整大系統的規劃。而該系統的規劃於2018年的「威爾斯海潮能源計畫」進行實海域測試驗證,並成功獲得威爾斯政府的支持,願意在不久的未來將「海底風箏」機組實際裝設於霍利黑德海底,並於2019年進行饋線併網的規劃。
在2018年的「威爾斯海潮能源計畫」中,Minesto考量該海域之特性,分別設計了0.5MW及0.75MW兩種基礎容量基礎的發電方案,經一年的實測,0.5MW方案勝出(此測試機組也以DG500命名),並於2018年10月初步嘗試發電併網。同年,Minesto的發電機組再獲得歐盟SME儀器計畫的補助,期望可針對歐盟會員國幾個較偏遠的離島進行再生能源發電陣列的規劃。SME儀器計畫主要補助Minesto提升「海底風箏」的關鍵組件能效,並搭配2019年丹麥法羅群島0.1MW的實海域發電陣列測試驗證計畫。丹麥法羅群島DG100的測試計畫是繼「海底風箏」DG500於威爾斯商轉規模測試成功後,全新的海域環境和不同裝置容量的實測經驗。
至此可理解到,相比固定場域的實海域測試,Minesto這種移動式海域測試的模式更具挑戰性,卻也更能測試發電機組的穩定性與發電能效。而這種模式最主要的挑戰在於研發團隊要如何更彈性地去調整發電機組的配置,以及相關所及的發電配置和規劃。每個海域都有其特殊性,該如何配合這個海域進行發電機組的容量設置,以及相關所及的完善規劃,其實對不論是技術團隊,抑或是後續接手營運的團隊皆是一個相當大的挑戰。
三、Minesto移動式海域實測經驗對我國的啟示
從Minesto的經驗來看,雖以申請歐洲各地政府的測試驗證計畫來完成其實海域測試的規劃,但從相關的規劃文件和驗證成果來看,Minesto研發團隊其實在申請每個驗證計畫前,實則已針對當地需求及合適的發電陣列進行完善規劃,因此,與其說Minesto是透過申請不同海域、不同裝置容量的測試驗證計畫來測試其發電機組的效能,不如說Minesto是透過這樣的模式確定所研擬的發電模式與構想實現的可能性。
我國自2009年起投入洋流發電的研發與研究,至今也已有十個年頭。由於使用環境較陸域更為複雜,導致技術開發具有相當難度,但後續如實海域測試,抑或未來的營運管理有必要提前規劃。如同所有產品的認證的重要性,我國發展洋流發電也期望在可期的未來可獲得國際認證,並成為在國際標準上有話語權的一員,但首要條件是要如何加速我國洋流發電機組的實海域測試規劃。Minesto移動式海域實測或許是一個可參考的測試模式,但需確認我國研發團隊之能量,不僅在發電機組,後續發電模式及營運構想的規劃是否已有所準備,只是在找尋合適場域與時機再次進行確認。
海洋蘊含可觀能量,但如何從其身上獲取能量,並成功轉換常為陸域環境可使用之電力,是目前世界各國積極發展與努力的目標。Minesto以移動式實海域測試驗證模式證明,不論到哪個海域,其所研發的機組都有足夠能力去適應。這個模式或許不見得適合我國應用,但為應對日後所需實海域測試及後續營運的規劃則有必要及早進行設計,而非等待真正有商品時才來思索該如何對外營銷。