再生能源裝置量創新高 有助舒緩地球暖化問題

台灣陸岸風力發電場址有限，但卻擁有16個全球最佳的離岸風力發電場址，因此成為推動再生能源發展的新方向。(照片來源：財團法人台灣永續能源研究基金會)

根據REN21最新公布2016年全球可再生能源現狀報告，2015年世界各國的再生能源裝機量創下新高，新增發電機組容量達到147GW，這代表在地球暖化問題加劇下，各國政府推動綠能發電的速度比過去更快，其次再生能源發電技術逐漸成熟，以往為人詬病的發電成本正漸漸被解決，且電力供應穩定性逐漸追上石化能源發電，所以才會吸引更多國家願意投入綠色能源開發之列。

現今最常見且普及的替代能源技術之一，莫過於發展超過百年的水力發電，該技術運作原理是將水流動地動能轉換成電能，即利用水位高地落差方式推動發電輪機，以達利用水動能發電的目的。水力發電技術從1882年美國威斯康辛州首先使用至今，相關技術已非常成熟且普及，發電規模從結合水庫發電的大型發電技術，到僅供單一家庭使用的小型發電裝置均有，發電成本也不斷下滑中。

常見水力發電機組可分成三大類，分別是水庫、河川、調整池等，水庫發電是透過加裝發電機組模式，以便在供應民生用水過程中順道取得寶貴的電力，至於河川發電則是將發電組安裝在大型河川中，在水自然流動過程中獲取電力。至於調整池式發電，則是在水庫下游興建小型攔水壩，在用電高峰將水庫水排放至調整池中，以便驅動發電機取得所需的電力，待半夜時段再將水抽回水庫之中，方便隔天尖峰時間供發電使用，同時避免寶貴的水資源被浪費。

至於潮汐發電原理與河川相近，但得額外安裝反向發電機組，才能夠利用海水漲潮時段再度獲得電能，是該技術受限於海洋水位變化不大，能夠獲得的發電量並不多，目前僅有英國提出建置大型潮汐發電機組織的計畫，其餘均屬於研究性質的小規模發電機組。

洋流具發電潛力  台灣技術領先全球

在傳統水力發電模式外，同樣是運用水流動原理獲得電能的洋流發電，則是眾多海洋國家積極投入的領域。洋流因具有常年定向且穩定流動的特性，除夾帶著龐大漁業資源外，更有極為可觀的動能，被許多專家認為是發展替代能源的最佳方案。

以流經台灣東部時貼岸穩定往北且流速強勁的黑潮，正是北太平洋環流的一支，根據臺大應力所教授陳發林的研究資料， 黑潮是全世界第二強勁的海流，流速每秒約1？2公尺，水溫約在攝氏24？26度，洋流可用率達0.7以上，是非常值得期待的再生能源。

洋流發電建廠所需技術均很成熟，且擁有無排碳、不須燃料、供電持續的特性，最大挑戰在於各洋流所需渦輪發電機組迥異，都須經過長期測試之後，才能找該洋流最適合解決方案。

其次，在流動速度快且深的洋流中，能否順利固定渦輪發電機組，也是決定洋流發電成敗的重要關鍵，若選擇在淺水區固定發電機組，則整體發電效益可能不如預期。相反，若選擇利用纜繩協助固定在數百公尺的海床上，還得考量到纜繩強度、後續維修等等問題，否則一旦機組被強勁洋流沖散，則會面臨投資無法回收的窘境。

正因前述種種問題，現階段多數國家洋流的發電專案都處於研究階段，不過日前台灣中山大學在屏東外海實驗的黑潮發電計畫正式成功，順利運轉長達60小時以上，為全球首例成功擷取洋流能源的發電計畫。根據中山大學提供資料顯示，這項發電計畫研究時間已長達數年之久，採用建置於900公尺的深海繫泊系統與浮式平台，透過掛載專為低轉速洋流設計的能渦輪機，能於每秒0.45公尺流速之下運作，不僅可成為其他國家發展洋流發電的參考，也向商業運轉邁進重要的一大步。

陸岸風力趨於飽和  離岸風力興起

藉由空氣流動轉動葉片來發電的風能，同樣是現今主流再生能源技術之一，由3-5組葉片組成的葉輪，在接受風吹之空氣動力作用之後，可自動繞軸旋轉，將風能而轉換成寶貴的電能。由於葉輪使用的葉片愈長，其受風面積便愈大，也能擷取更多風能，在風力機之輸出電能約與葉輪直徑平方成正比下，現今陸岸風力機正朝向大型化發展，所以發電塔架高度亦不斷攀升之中。

儘管商業化風力機皆使用微電腦監控，可自動依照風速、風向大小變化，自動啟動、關機與調整迎風轉向，加上具遠距監控及異狀保護功能，因此整體安全性相當高，也成為許多國家積極開發的再生能源。不過，陸岸風力發電並非沒有缺點，除需要大片土地面積之外，運轉過程中也可能會影響鄰近住家品質、環境生態，近來不少國家在土地難尋的狀況下，轉而積極開發離岸式風力電場。

有別於陸岸風力機朝向大型化發展，離岸風力發電場受限於地形限制，風力機以高效率、小型、串聯或並聯發電發展，不僅發電場建置成本較高，後續設備維護難度也相當高。

所幸在丹麥、荷蘭等歐洲國家相繼投入研發下，整體發電成本正快速下跌中，根據歐洲風能協會(Wind Europe)提供資料顯示，歐洲離岸風廠發電成本可在未來10年內低於0.08歐元？度。而四面環海且地狹人稠的台灣，受限於陸上風況好的場址有限，所以更適合離岸式風力發電場。

太陽能技術成熟  維能源轉換率待提升

根據國際再生能源組織的研究報告指出，2015年太陽能發電裝置量達到235,256MW，其中太陽能光電系統裝置量為230,606MW，剩餘則為太陽能光熱發電系統的4,650MW。

太陽能光熱發電技術是利用不同形式的反射鏡等聚光系統，將太陽能源集中到加熱系統後，利用加熱水或鹽等介質方式，利用蒸氣推動蒸汽渦輪發動機，達成藉由太陽能源發電的目標。太陽能光熱發電技術因需要較大建置場域，比較適合國土面積較大的歐洲、美洲國家，其餘國家多為利用使用光伏半導體材料的太陽能光電發電系統。

太陽能光電系統發電原理是運用光線照射在半導體面板上時，光子會與半導體中的電子作用，再運用電子流動原理達成發電的目的。而矽晶電池因具備原料取得容易，加上製造成本低廉，成為現今太陽能光電系統最常用使用的太陽能電池。

該系統最大缺點在於能源轉換效率不高，目前平均效率約在15%左右，因此研發超高效率的太陽電池，變成為各方研究單位積極努力的目標。至於專為智慧建築設計的薄膜電池技術，雖然擁有可融入屋頂、天窗、外觀、門窗之中，但有能源轉換效率更低、材料容易衰退的問題，成為太陽能發電亟待克服的瓶頸。