以海洋長期且穩定的流動特性作為能源來源，一直是海洋工程與再生能源領域的重要研究目標。然而，在颱風活動高度頻繁的西北太平洋地區，此一構想長期面臨實踐上的挑戰。工學院船舶及海洋技術研究中心之研究團隊近年來致力於探索新的技術路徑，強調順應自然環境特性，以提升系統韌性與可持續性。臺灣東岸具備全球少數優越的洋流條件，全年平均流速約為每秒1至1.5公尺，具高度穩定性，不受季節、天候或晝夜變化的影響，顯示其作為基載再生能源之潛力[1]。然而，此海域同時位於颱風密集通過的區域，再加上深海地形複雜，傳統固定式海洋能裝置在工程與經濟層面均難以達成長期可行性。過往在類似環境推動洋流或潮流發電的嘗試，多在極端天氣事件中遭受挫敗，因此亦引發關於其技術可行性的質疑。
師法自然的浮游式設計
本中心與跨校、跨領域研究團隊經過近十年的技術累積，從自主式水下載具至深海遙控操作系統均建立成熟的研發與測試能力。基於此一技術基礎，團隊提出一項新的工程構想──「浮游式洋流發電系統」。該系統不再以剛性結構將渦輪機固定於海床，而是採用單點錨碇，使裝置得以隨流向調整姿態，並具備主動調節深度之能力。其運作策略為：在颱風等極端天候條件下下潛至深部海域，以迴避劇烈表層擾動；於正常環境下則上浮至最佳流速層以進行能量擷取。此概念與大型海洋哺乳動物或深海魚類於垂直水層中調節棲位之行為類似，可兼顧能源利用效率與結構安全性。
三大核心元件
圖1：浮游式洋流發電系統核心構件：依據海床地質條件設計的錨碇系統；可容許三維運動的單點繫纜；配備即時流速感測與自主深度調整功能的渦輪機陣列。
該洋流能源系統包含三大核心子系統（圖1）：(1)依海床地質條件設計之錨碇裝置、(2)能容許三維運動之單點繫纜、(3)具備即時流況量測與自主深度控制之渦輪機組。其關鍵技術在於整合原應用於水下滑翔器的浮力調節系統與能源擷取渦輪，使整體能源系統具備更高的操作靈活性與自我保護能力。透過計算流體力學模擬、縮尺模型水槽實驗與工程量測，團隊已驗證其核心操作概念之可行性，包括能自動定位於流速峰值區以提升能量擷取效率，並在模擬極端環境下維持足夠的結構完整性。
十年的研發歷程
圖2：20kW洋流發電機於2022年10月在小琉球海域的錨碇試驗。
自2015年起，研究團隊即依循系統化研發路徑推進此項技術。2015至2017年間，在國家型能源計畫支持下，建立流體—結構—繫纜耦合動力學模型與相關數值分析能力。2019至2022年間，於國家海洋研究院支援下，進行小尺度（10-20 kW）原型機之近岸場域試驗（圖2），驗證葉片幾何設計、功率係數提升策略，以及自主控制演算法的有效性。自2023年起，在中央研究院淨零科技計畫支持下，研究團隊已著手建造中尺度（100 kW）原型機（圖3），並規劃於洋流主軸海域進行實海測試。此階段將是技術由受控環境轉向實際海洋條件之關鍵過渡。
圖3：100kW洋流發電機於2025年4月在台船重件碼頭進行配重與浮力調整，為後續的海下拖曳及洋流場域錨碇試驗做準備。
具競爭力的發電成本
在經濟面向方面，洋流能源具備明顯的長期優勢。研究團隊推估，若達到 200 MW規模的佈建，其電力成本可望低於每度新台幣5元，具與其他再生能源競爭的潛力[2]。其主要優勢在於高容量因子與高可預測性，減少對化石燃料備援機組之依賴。系統在颱風期間可自我調整深度以迴避破壞性載荷，亦有助於降低維運風險。此項技術同時補足淨零轉型中的一項缺口：在間歇性再生能源快速成長的情況下，電網仍須仰賴化石燃料尖峰電廠平衡供需，而洋流能源的可預測性與穩定性，將有助於提供再生能源的基載能力。
海底微電網的願景
此項研究更具前瞻性之處，在於其對未來海洋能源應用模式的重塑。團隊提出的「海底微電網」概念，旨在透過多座分散式洋流渦輪機組，於海底形成自主型能源網路，為離岸設施供電，而不需鋪設高成本的海底電纜連結陸地。此模式可支援深海研究站、水下數據中心、長期環境監測系統及海底地震預警網等需長期穩定能源供應之基礎設施，並為未來海洋經濟發展奠定基礎。
國際合作與在地挑戰
在國際合作方面，本研究團隊已與東京大學建立協作關係，針對同樣面臨洋流優勢與颱風挑戰的海域進行技術交流。此合作有助於提升臺灣在國際再生能源研究社群中的能見度，並強化太平洋沿岸國家於氣候適應型技術發展上的共同基礎。儘管如此，仍有若干技術問題需持續克服，包括熱帶海域生物附著、控制系統在高腐蝕環境下的長期可靠度，以及水下維運之成本效益等。即將展開的實海測試將是驗證性能預測模型、識別潛在失效模式、並進一步改善系統設計的重要里程碑。
從理論走向實務
整體而言，研究成果顯示：在颱風頻繁的西北太平洋地區，洋流能源正逐步由概念模型邁向工程實現。若此技術能成功推展，臺灣的經驗可望協助東南亞、加勒比海等同樣兼具強流與風暴條件的地區釋放其尚未開發的海洋能源潛力。此研究亦展示基礎海洋工程技術的持續投入如何匯聚為面對氣候危機的關鍵能量。
結語
面對需要迅速減碳與同時承擔極端天氣衝擊的全球能源轉型挑戰，能同時具備穩定性、可預測性與環境韌性的能源技術將愈加重要。雖然洋流能源的商業規模化仍待實證，臺大團隊所提出之浮游式洋流發電系統，已為未來海洋能源利用提供一條具潛力之技術路徑──即以順應自然法則的方式，從海洋持續不息的動能中擷取能源，並確保系統在面對環境變異時仍具備足夠的韌性。（本期專題策畫／工學院闕蓓德副院長）
參考文獻：
[1] Chang, Y. C., Wu, C. R., Chu, P. C., Wang, Y. L., Centurioni, L. R., Chen, G. Y., & Tseng, R. S. (2025). Underestimated Kuroshio power and its potential sites off Southeast Taiwan. Applied Energy, 396, 126316.
[2] Guo, J., Huang, C. F., Mu, L. J., Ho, T. E., Huang, S. W., Chen, E., & Hung, Y. T. (2024, April). Economic Analysis of a Kuroshio Current Power Plant in Taiwan. In OCEANS 2024-Singapore (pp. 1-5). IEEE.
郭振華小檔案
1982年畢業於本校海洋研究所，1991年在美國明尼蘇達大學取得機械工程博士學位，現任工程科學及海洋工程系教授，同時擔任中央研究院合聘研究員，工學院船舶及海洋技術研究中心主任。2007-2012年間合聘於臺灣海洋科技研究中心，負責開發3000公尺水深作業級遙控載具。2019至2022年間，擔任國家運輸安全調查委員會委員，從事水路交通安全調查。
郭教授長期投入海洋機器人和海洋能源研發。他帶領團隊開發能自主探索海底的水下機器人，可為海底電纜鋪設規劃最佳路徑，也能繪製海流及溫度分布。他研發的仿生魚型機器人，能像真正魚群一樣透過感知水壓變化協同行動。
近年來，郭教授專注於洋流發電技術開發，希望將臺灣周圍強勁的洋流轉化為潔淨能源。