浮式離岸風機發展趨勢與挑戰

基於施工成本與難度等考量,當離岸風場水深超過50公尺時,浮式風機被視為最可行的型式。圖/Pixabay
基於施工成本與難度等考量,當離岸風場水深超過50公尺時,浮式風機被視為最可行的型式。圖/Pixabay

文/郭玉樹、翁子羚 國立成功大學水利及海洋工程學系教授、博士生

文/曾玉修 成大環能有限公司工程師

蘇格蘭高風風場是全球最早採用浮式風機的離岸風場之一,證明浮式風機商轉的可行性,至今全球浮式風機總裝置容量約為100千瓩(MW)。由於浮式風機的水下基礎型式與石油天然氣鑽油平台類似,由浮動平台、繫纜系統與錨錠基礎組成,若有石油天然氣工業與造船產業支持,浮式風場開發成本可望逐年下降。

水下基礎是以鋼鐵或混凝土建造,用來穩定離岸風機、抵抗環境作用力的重要結構,目前臺灣劃定開發的離岸風場,皆位於水深小於50公尺的淺水域,採用固定式水下基礎。然隨著開發位置逐漸走入深水域,因應海事施工成本增加,採用容量更大的發電機組才符合效益。依現有技術,若深水域也採用固定式水下基礎則需加大尺寸、提高用鋼量,加深海事施工難度。基於以上考量,當離岸風場水深超過50公尺時,浮式風機被視為最可行的離岸風機型式。

2016年蘇格蘭高風風場(Hywind Scotland),是全球最早採用浮式風機的離岸風場之一,證明浮式風機商轉的可行性,至今全球浮式風機總裝置容量約為100千瓩(MW)。由於浮式風機的水下基礎型式與石油天然氣鑽油平台類似,由浮動平台、繫纜系統與錨錠基礎組成,若有石油天然氣工業與造船產業支持,浮式風場開發成本可望逐年下降。2020年國際驗證公司立恩威(DNVGL)評估浮式風機的建置成本將逐漸接近固定式風機,至2050年浮式風機設置成本將比現在降低約70%,屆時全球裝置容量將超過250百萬瓩(GW),占離岸風電20%以上。

因離岸風場的水深條件與開發成本考量,目前全球設置浮式風機時主要採用單柱式及半潛式搭配錨錠基礎,並設置於水深50公尺以上的位置。但近期日本福島作為示範的三座浮式風機已除役,也已移除浮式風機的水下基礎。原因在於日本政府投入三座浮式風機的研發經費高達621億日圓,但三座風機皆無法滿足商業開發所需發電容量因數至少30%的目標,日本政府協尋產業界投入資金接手營運未果,最終決定進行除役。

臺灣在經歷示範風場、潛力場址兩個離岸風電開發階段後,經濟部能源局提出第三階段「離岸風力發電區塊開發場址規劃申請作業」草案,要求後續參與的開發商需自行選定擬開發場址並釐清船行、飛航、漁業及海域環境等因素對選定場址的影響。回顧現有固定式基礎離岸風機產業,經產官學界多年的測試與整合,尚無法以國內自有產業完成離岸風力發電機組製造與安裝,僅在水下基礎設計簽證與水下基礎製造取得部分參與機會。過去希冀透過開發離岸風場潛力場址,促進離岸風電產業本土化成果有限,國內亦因此有提早佈局浮式風場開發相關產業之聲浪。但歐洲深水區離岸風場已開始規畫在水深55公尺及63公尺處採用固定式離岸風機,據此在臺灣投入浮式風機產業前,應深入了解歐洲離岸風場深水域施工案例與成本效益。

若臺灣投入浮式風機研究與示範風場建置,因錨錠基礎設置於海床之深度較淺,且各錨錠點散布面積廣闊,應特別注意西部海域複雜的土壤地質條件。風能潛力較佳的彰化海床土壤多為軟弱凝聚性土壤與疏鬆非凝聚性土壤之交錯互層;桃竹苗地區海床土壤則多為風化頁岩上覆卵礫石層與疏鬆砂層。因此在浮式風場開發前,需更縝密調查海床土壤與地形變遷,以降低錨錠基礎安裝失敗與錨錠功能失效之風險。

此外,政府應提早規劃本土產業參與浮式風場開發的方式與資源,例如建置碼頭基礎建設、籌組浮式風機本土團隊等。透過放緩與國際離岸風場開發商合作及深水區離岸風場開發時程,讓本土廠商有足夠時間學習相關技術、取得工程實績,避免重蹈現階段離岸風機開發難以達到產業本土化目標之覆轍。

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