目前在於全球氣候變化影響生態平衡和過度依賴化石燃料，使世界各國對再生能源產生高度興趣。海洋佔地球70%的面積為世界上最大型的太陽能源吸收及能源儲存系統，海洋熱能轉換是一門能源技術，其中海洋溫差能即是利用海洋深度分層的自然溫差來產生電力，海洋再生能源的使用可減少過度依賴化石燃料與環境破壞的影響。
在各種海洋再生能源中，台灣具有發展海洋溫差能的趨勢，因為台灣東部海域具有較窄的海棚、海底地形陡峻且海底較為平坦，距岸邊三、四公里處即可達到一千公尺的水深，海水溫差經年可維持在20℃以上，因此海洋溫差發電系統具有龐大的經濟效益。
本文規劃設計的混元排熱利用型海洋溫差發電系統與混元燃料電池排熱利用型海洋溫差發電系統，是利用海洋溫差發電系統連接電解膜電解器與高溫型燃料電池後，將高溫型燃料電池所產生之廢熱再做熱回收，以提高海洋溫度差，最後分別以海洋溫差發電系統的發電量與燃料電池的發電量做COP之計算，以期發展出最佳的設計規劃。

本文規劃設計的混元排熱利用型海洋溫差發電系統與混元燃料電池排熱利用型海洋溫差發電系統，是利用海洋溫差發電系統連接電解膜電解器與高溫型燃料電池後，將高溫型燃料電池所產生之廢熱再做熱回收，以提高海洋溫度差，最後分別以海洋溫差發電系統的發電量與燃料電池的發電量做COP之計算，以期發展出最佳的設計規劃。

The Ocean covers about 70% of the earth''s surface. It’s the largest solar energy absorption and storage system in the world. Ocean thermal energy conversion（OTEC）is an energy technology for converting solar radiation heat into electricity which uses the natural temperature difference between deep and shallow waters.

　　Off Taiwan''s east coast, the undersea shelf is narrow, the seabed is steep and flat in topography. The water depth can reach 1,000 meters3 or 4 kilometers off the shore. Temperature Difference maintains above 20 ℃ during the year. So the ocean temperature difference Power generation system (OTDPGS) will bring huge economic benefits.

In this paper, we design compound heat rejection OTDPGS and compound fuel cell heat rejection OTDPGS. The electrolytic membrane, the electrolysis system, and the high-temperature fuel cell are connected with the OTDPGS. Waste heat generated by high-temperature fuel cell is recovered to improve the ocean temperature difference. Finally, the COP of generating capacity of the OTDPGS and the fuel cell is calculated to get the best design.

目 錄

摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 文獻回顧 2
1.4 研究流程 4
1.5 論文內容 5
第二章 海洋再生能源應用技術 6
2.1 海洋溫差發電系統(OTEC) 6
2.1.1 台灣東部海域水溫與地形測量 8
2.2 海洋溫差發電方法 10
2.2.1 密閉式循環系統 10
2.2.2 開放式循環系統 11
2.2.3 混合式循環系統 12
2.2.4 海洋溫差發電子系統 12
2.2.5 海洋溫差發電特性 13
2.2.6 潛在經濟價值 14
2.3 波浪能 15
2.3.1 波浪能發電方法 15
2.3.2 波浪能特性 16
2.3.3 潛在經濟價值 16
2.4 潮汐能 17
2.4.1 潮汐能發電方法 18
2.4.2 潮汐能特性 18
2.4.3 潛在經濟價值 18
2.5 離岸風力 19
2.5.1 離岸型風力發電系統裝置 20
2.5.2 離岸風力發電特性 20
2.5.3 潛在經濟價值 20
2.6 海洋流能 21
2.6.1 海洋流能發電方法 22
2.6.2 海洋流能特性 23
2.6.3 潛在經濟價值 23
2.7 鹽差能 24
2.7.1 鹽差能發電法 24
2.7.2 鹽差能特性 25
2.7.3 潛在經濟價值 25
2.8 海洋再生能源比較 26
2.8.1 台灣海域再生能源蘊藏量 26
2.8.2 全球海域再生能源蘊藏量 27
第三章 海洋溫差發電系統(OTEC)特性 29
3.1 卡諾循環型海洋溫差發電系統 29
3.2 朗肯循環型海洋溫差發電系統 30
3.3 海洋溫差發電系統計算數學模型 31
第四章 混元型海洋溫差發電系統製氫技術特性 34
4.1 前言 34
4.2 混元型海洋溫差發電在製氫系統應用 34
4.3 數學模型 35
4.4 結果與討論 39
第五章 混元排熱利用型海洋溫差發電系統製氫/高溫型燃料電池特性分析 44
5.1 高溫型熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)發電特性 44
5.2 高溫型固態氧化物燃料電池(SOFC)發電特性 45
5.3 密閉式海洋溫差發電系統(OTEC)效益分析 46
5.3.1 系統流程構造 46
5.3.2 系統COP值計算 47
5.4 混元排熱利用型OTEC/PEM/SOFC熱回收效益分析 49
5.4.1 系統流程構造 49
5.4.2 系統COP值計算 50
5.5 混元排熱利用型 OTEC/PEM/MCFC熱回收效益分析 53
5.5.1 系統流程構造 53
5.5.2 系統COP值計算 54
5.6 混元燃料電池排熱利用型 OTEC/PEM/SOFC效益分析 56
5.6.1 系統流程構造 56
5.6.2 系統COP值計算 58
5.7 混元燃料電池排熱利用型 OTEC/PEM/MCFC效益分析 59
5.7.1 系統流程構造 59
5.7.2 系統COP值計算 61
5.8 結果與討論 62
5.9 結言 64
第六章 結論 65
參考文獻 66
符號說明 69


表目錄

表2.1台灣地區海洋再生能源蘊藏量[6] 26
表2.2 全球海洋再生能源蘊藏量[4,6] 27
表5.1 密閉式海洋溫差發電系統(OTEC)狀態(本文整理結果) 47
表5.2 混元排熱利用型OTEC/PEM/SOFC系統狀態(本文整理結果) 50
表5.3 SOFC系統陰極排氣成分與性質(本文整理結果) 51
表5.4 混元排熱利用型OTEC/PEM/MCFC系統狀態(本文整理結果) 54
表5.5 MCFC系統陰極排氣成分與性質(本文整理結果) 54
表5.6 混元燃料電池排熱利用型OTEC/PEM/SOFC系統狀態(本文整理結果) 58
表5.7 混元燃料電池排熱利用型OTEC/PEM/MCFC系統狀態(本文整理結果) 61
表5.8密閉式OTEC與混元排熱利用型和混元燃料電池排熱利用型發電COP比值(本文整理結果) 63



圖目錄

圖1.1 本文研究內容流程示意 4
圖2.1 全球海洋流溫差能源分布示意圖[4] 7
圖2.2 台灣東部海域1000m深度下離岸距離[4] 9
圖2.3(a) 海洋溫差密閉式循環發電系統[4,9] 11
圖2.3(b) 海洋溫差開放式循環發電系統[4,9] 11
圖2.3(c) 海洋溫差混合式循環發電系統 [4,9] 12
圖2.4 波浪能發電系統示意[7,12] 16
圖2.5 潮汐能發電系統[13] 18
圖2.6 離岸風力能發電系統[15] 20
圖2.7 海洋流渦輪發電系統水平軸式與垂直軸式[15] 23
圖2.8 鹽差能發電原理[2] 25
圖2.10台灣地區各種海洋再生能源蘊藏量(本文整理結果) 27
圖2.11全球各種海洋再生能源蘊藏量(本文整理結果) 28
圖3.1 卡諾循環型海洋溫差發電系統T-S圖 [9] 30
圖3.2 朗肯循環海洋溫差發電系統 T-S圖[9] 31
圖4.5海洋溫差發電系統連接固態電解膜電解器系統[10] 35
圖4.6 熱交換器阻抗示意圖[10] 36
圖4.7 實際與理想功率輸出在不同溫差下[10] 39
圖4.8 實際和理想轉換效率在不同溫差上[10] 41
圖4.9 在不同溫差上氫跟氧生產比例和水的消耗[10] 41
圖4.10 理想跟實際製氫比例在不同溫差下比較[10] 42
圖5.1 高溫型熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)示意[3] 44
圖5.2 固態氧化物燃料電池(SOFC)示意[3] 45
圖5.3 密閉式海洋溫差發電系統(OTEC)(本論文規劃結果) 46
圖5.4 混元排熱利用型OTEC/PEM/SOFC系統流程示意(本論文規劃) 49
圖5.5 密閉式OTEC與混元排熱利用型OTEC/PEM/SOFC發電COP比值(本文模擬結果) 52
圖5.6 混元排熱利用型OTEC/PEM/MCFC系統流程示意(本論文規劃) 53
圖5.7 密閉式OTEC與混元排熱利用型OTEC/PEM/MCFC發電COP比值(本文模擬結果) 56
圖5.8 混元燃料電池排熱利用型OTEC/PEM/SOFC系統流程示意(本論文規劃) 57
圖5.9 密閉式OTEC與混元燃料電池排熱利用型OTEC/PEM/SOFC發電COP比值(本文模擬結果) 59
圖5.10 混元燃料電池排熱利用型OTEC/PEM/MCFC系統流程示意(本論文規劃) 60
圖5.11 密閉式OTEC與混元燃料電池排熱利用型OTEC/PEM/SOFC發電COP比值(本文模擬結果) 62
圖5.12 密閉式OTEC與混元排熱利用型和混元燃料電池排熱利用型發電COP比值(本文模擬結果) 63

參考文獻

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