【明報專訊】潮汐發電技術的歷史已經超過100年,但它的商業化情况不太理想,無法和(河流)水力發電、風力發電、太陽能發電等主流可再生能源相提並論。這主要是因為潮汐能的能量密度太低,難以收集;若要建造超級大型的設施,又顯得很不划算。不過,有瑞典公司提出一種有如「海底放風箏」的方案,聲稱是潮汐發電技術的重大突破。經過10多年的研究,這套方案的商業化計劃似乎已有些眉目。
海洋的潮汐變化,是由於月球和太陽對海水的引力所造成的。所謂「潮汐能」,就是將海水潮漲和潮退形成的勢能轉化為電能或者其他能量形式。人們在潮水進入的地方築起堤堰或水壩。在潮漲時,海水會經單向水閘流入被圍起的盆地。當海水由堤堰外退卻,堤堰內外便會產生水位差。當海洋那邊的水位進一步下降,只要透過大型的渦輪機,將盆地內所貯存的水放掉,便能夠產生電力。潮汐能的優點是幾乎無處不在。但另一方面,其能量密度卻很低,令到潮汐能發電廠的投資回報欠缺吸引力。
發電效率遠超傳統潮汐發電及風電
瑞典企業提出、被稱為「海底放風箏」的嶄新潮汐能發電方案,是從以往多家機構曾經在陸地上試驗過的「風箏發電」方案取得靈感,將之移植到海底。所謂「風箏發電」,是將以高分子聚合物材質製造的大型特製風箏(其外形有些像降落傘或者滑翔翼),放到距離地面400至800米的平流層中,讓它乘風而行,在風力中不斷上下來回活動,透過牽引地面上的發電機來產生電力。其運作方式,就好像人們放紙風箏般,只需要些少拉抽技巧,就可以將它長時間地穩穩放在高空。而這種用來發電的特製風箏的活動軌迹,亦的確和紙風箏相差無幾,經常都會呈現8字形。電腦軟件會控制這種特製風箏的姿態,以獲得最強拉力來產生能量,然後再讓它以最小的阻力被拉回。這種模式不斷重複,只需花很少能量將它捲回,便能夠產生出遠遠超過它消耗的能量。
與地面和離岸的風力發電渦輪機相比,「風箏發電」的優點是,效率高得多和投資成本低得多。原因主要有兩個。第一,平流層的風力大約是地面的2.5倍,令到風箏發電的效率可以高達70%。第二,地面和離岸的風力發電機通常都只能在某些風向下發電,電力時有時無,發電量極不穩定。而「風箏發電」卻能夠利用任何方向的氣流來發電,基本上24小時都可以發電,發電量也穩定得多。正因為其發電效率高得多,所以一個特製風箏的發電量,就相當於多個地面或離岸的風力發電渦輪機,令其投資成本低得多,佔用的地面面積亦小得多。
Dragon 12單機功率達1.2MW
至於「海底放風箏」發電方案,概念像地上的「風箏發電」,可以收集到較多潮汐能。最初由瑞典紳寶集團(SAAB)設計,後來由瑞典初創企業Minesto在2007年開始嘗試商業化,期間不斷改進技術。現時,Minesto已研發出多款不同大小的Dragon系列「海底風箏」,其外型其實比較像飛機,利用位於機尾的兩個螺旋槳轉動來產生電力。Dragon系列「海底風箏」的翼展由4.9米至12米,重2.7噸至28噸,發電功率則由100kW至1.2MW,其中最大型的稱為Dragon 12。
今年2月,Minesto已在丹麥法羅群島附近的海底安裝了第一個Dragon 12,成功發電以及將產生電力併入電網的試驗。
成功在法羅群島附近試驗
據報道,Minesto的研究獲得歐洲區域發展基金提供超過4000萬歐元資金的支持。而Minesto更計劃,與法羅群島的能源公司SEV合作建造功率達到120MW的海底發電風箏群,一共安裝大約100個Dragon 12,能夠供應該群島40%的用電量。此外,Minesto在其他歐洲國家還有多個計劃。至於亞洲市場,該公司則計劃在台灣高雄設立分公司,以及首個項目。
筆者認為無可否認,從初步數據來看,「海底風箏」發電技術的確擁有多個優點。相對於傳統的潮汐能發電設施和海上風電場,它的體積要小得多,投資成本也低得多。而且,它並不佔用海面,也不會產生很大的噪音,對於海洋生態的影響也小得多。不過,真正大規模推行時,「海底風箏」的安裝密度應該如何設計,才是最優化,既不會互相干擾,也不會影響到一些深海魚類的數量,仍然需要相當時間的試驗。