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潮流能利用潮汐海水流動的動能，自其中取得能量，因此流速越快發電量越高。圖為潮流能水下發電設備示意圖。（圖片來源：iStock）
編按：全球能源轉型趨勢下，海洋能正成為台灣發展前瞻能源的要角。作為再生能源版圖中尚待開發的重要拼圖，海洋能因為穩定、可預測的發電特性逐漸受到關注。本文由台灣海洋能發展協會理事長莊閔傑撰寫，深入解析波浪、海流、溫差等5大海洋能類型，並結合國際研究數據與技術圖示呈現相關應用，為台灣探索多元綠能路徑提供參考。
什麼是海洋能？
海洋是全球生命支援系統的基本組成單位，占地球表面70%以上的面積，約達3.6億平方公里，海洋與天氣、氣候和氣候變化的關係密不可分，海洋在調節地球氣候的同時，也蘊藏了巨大的能量，這些能量主要來自太陽、地球、月亮之間的天體運動與引力關係，加上與自然氣候系統之間相互作用而產生的各種現象（如風、氣流、雨、蒸發），這些能量又轉換成海洋中的各種運動現象及特性，例如波浪、海流、潮汐與溫差、鹽差等。
海洋能量具有多樣化且源源不絕、可預測性高、可運用時間較長的特性。從能量密度的觀點來看，海洋能分別為風能的4到5倍及太陽能發電的20倍（海洋能能量密度為2～3 kW/m2，太陽能與風能之能量密度分別為0.1～0.3kW/m2與0.4～0.6kW/m2）。
根據國際組織對全球各種海洋能量的預測，其中波浪能的蘊藏量最豐富，全球估計每年可產生8,000～80,000太瓦．時（TWh；一太瓦TW為1012瓦特W）的波浪能。由於海水的密度是空氣密度的830倍，因此相同裝置容量的海洋能轉換裝置體積比風力發電小許多。
表1、各種海洋能源理論蘊藏量（資料提供：莊閔傑；製表：RECCESSARY）
此外，根據IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會）2011年的報告指出，海洋能是所有電力系統在全生命週期中碳排放量最低的能源方式，對長期的碳排放削減具有潛力，如能將海洋能完全開發利用，將是取之不盡、用之不竭的天然清潔能源。
國際能源總署-海洋能源系統（IEA-OES）2023年底發布「海洋能源與淨零排放：到2050年開發300GW海洋能源的國際路線圖」（Ocean Energy and Net Zero： An International Roadmap to Develop 300GW of Ocean Energy by 2050），預計2050年全球海洋能裝置容量可達300GW（百萬瓩）以外，也將創造68萬個工作機會及3,400億美元的附加價值，並防止5億噸以上的碳排放，並強調出海洋能對社會、環境、經濟的貢獻。
海洋能的種類有哪些？
1. 波浪能（Wave Energy）
人類希望利用海洋的能源並不是今天才開始，1799年法國的吉拉德（Girard）父子，獲得了人類史上第一件利用海洋能的專利，就是波浪能。
波浪的大小與風速、風向、連續吹風的時間、流速等諸多因素有關，根據形成的方式又可分為風浪、湧浪與海嘯。
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風浪
「無風不起浪」，風是引起海面波動的主要外界因素，但本質上是由太陽能轉換而成，因太陽輻射的不均勻加熱，造成不同區域海水表面溫度差異，進而產生大氣流動而生成風，再因地球自轉使風受到科氏力與慣性力而改變風向和風速。
當風吹過海面時，將海水掀起，使水分子向上升，海水表面因為空氣的摩擦力和大氣壓力的作用而產生動盪，隨後受到自身的重力作用而下降，如此使海面週期性起伏而形成的波浪稱之為風浪。
圖1、波浪能量傳遞原理（圖片來源：莊閔傑提供）
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湧浪
「無風三尺浪」，風浪生成後會開始離開產生波浪的區域，接著這股能量會以湧浪的型態在海洋表層移動向前傳遞，形成一連串往海岸方向前進的波浪，而水分子本身則是以獨立的打圈方式移動。
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海嘯
因海底地震、海底山崩、海底火山爆發或隕石撞擊所造成海水的運動。
波浪能量的傳遞距離可達數千公里，直到遇到海岸，能量才會被損耗掉。波浪能發電主要是利用波浪上下運動的位能變化或波浪水質點運動帶動機械裝置，將波浪的動力轉換為機械能，進而透過發電機轉化為電力。其能量大小的計算與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。
波浪能發電技術的發展至今已歷經了200多年，發展出各種不同形式的波浪能系統，常見的波浪能轉換設備依照其機械原理分類已超過10大類。這些技術設備可以被設置於岸邊、近岸或遠岸，因此依照設置地點可分為岸基式與離岸式機組，如圖2。
圖2、各類波浪能機組技術原理（圖片來源：社團法人台灣海洋能發展協會提供）
2. 海流能（Ocean Current Energy）
海流能是一種利用海洋的海流（洋流），即海水流動的動能來產生電力。由於海流能規律性強、能量可預測、不同期間的發電量較穩定，加上不占用陸地面積、不影響景觀，對海洋生態影響有限。
海流就像海中的河流，常年沿著固定的方向流動，所以流速與流向較為固定，利用黑潮等強勁且穩定之洋流進行發電稱之為海流能，其機組原理如圖。
圖3、各類海流能機組技術原理（圖片來源：社團法人台灣海洋能發展協會提供）
圖4、海流示意圖（圖片來源：莊閔傑提供）
海流依形成原因又可分為：
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風吹流（如黑潮洋流）
海流能發電主要運用的海流即為此類型海流，地球表面大範圍風系不停地吹拂大洋海面，造成海水流動所形成的海流，也因受到地球自轉科氏力效應的影響，使得地表附近的風或海流形成一種偏向力，形成北半球海洋環流呈順時鐘方向運行，南半球會呈逆時鐘方向運行的現象。
圖5、全球洋流運動 （圖片來源：氣象局）
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密度流
又稱溫鹽環流，因海水鹽度或溫度不同而造成海水的流動。
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補償流
包含湧升流與沉降流，海流除了水平移動之外，某些區域也會因為海流受到海底地形的影響，將底層較冷水團往表層輸送形成湧升流，或因為表層海水冷卻水團的向下沉降形成沉降流。
3. 溫差能（Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC）
海洋主要是透過海洋表層的「溫」海水與海洋深層的「冷」海水進行熱交換，達到熱能轉換成電能的效果，溫差越大發電效率越高。由於海洋溫差終年的變化不大，因此相較於太陽能、風能，是一個更穩定的發電方式，可設置於岸邊（岸基型）或海上（離岸型）。
溫差發電首先抽取溫度較高的海洋表層溫水，將熱交換器（蒸發器）裡面沸點很低的液態工作流體（working fluid，如氨、氟利昂等）蒸發氣化，然後推動氣渦輪發電機而發出電力；再把它導入另外一個熱交換器（冷凝器），利用深層低溫冷海水的冷度，將它冷凝而迴歸液態，這樣就完成了一個循環，如此周而復始的工作進行發電。
圖6、溫差能技術原理（圖片來源：社團法人台灣海洋能發展協會提供）
4. 潮汐能（Tidal Energy）
潮汐能主要透過潮汐漲落驅動渦輪機發電。與太陽能或風力等間歇性發電不同，潮汐能的最大優勢在於完全可預測，甚至可以提前數年準確預測潮汐變化。潮汐能依照潮汐運動的能量型態，主要有2種方法：
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潮差能（Tidal Barrage system）
利用潮汐海面的升降所產生的位能，在漲潮時儲水、退潮時釋放，藉此驅動渦輪發電取得能量。潮差能是國際上最早開始商業應用的海洋能類型，因需要建造堰壩使得成本高昂，因此目前國際幾處運轉中的潮汐電廠其潮差皆在10公尺以上的地點，或是在岸邊具備潟湖等天然地形的地點以降低工程費用方具經濟利用價值。台灣以台中、金門、馬祖等地區條件較佳，但潮差也僅有5～6公尺，因此未朝此方向發展。
圖7、潮差能原理（圖片來源：社團法人台灣海洋能發展協會提供）
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潮流能（Tidal stream system）
利用潮汐海水流動的動能，自其中取得能量，因此流速越快發電量越高。與洋流能不同之處，潮汐水流為往復式雙向流動，洋流能的水流方向為單向流動，由於兩者所採用之機組型態與技術相似，部分企業更發展出兩用技術，因此亦有國際組織將洋流能歸類為海流能。過去台灣並未針對潮流能進行詳盡調查分析，然而因潮汐流的可預測性高，因此各國皆已將潮流能列為重點發展方向。
5. 鹽差能（Salinity Gradient Energy）
是將海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能轉換成水的位能，再利用水輪機發電，一般設置在河川出海口附近。具體主要有滲透壓式、蒸汽壓式和機械—化學式等，其中滲透壓式方案最受重視。
雖然海洋能技術尚未大規模商轉，但全球已不約而同加快腳步投入。台灣四面環海，未來若能克服技術、成本與環境影響評估等挑戰，海洋將不只是氣候調節者，也將強化本地綠能供應，成為能源轉型的重要推進力量。
※ 本文為「台灣海洋能發展協會」合作專欄。原文標題：〈來自大海的驚人力量——海洋能〉
（觀點文章呈現多元意見，不代表《RECCESSARY》的立場）
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