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    台灣看準浮式風電:是再生能源的新篇章 還是摸不到的蜃樓?

     

    報導/李蘇竣

    我國投入發展再生能源,蘊藏在台灣海峽的豐沛風力資源,成為兵家必爭之地。目前台灣的離岸風電都採用固定式基座的風機,也就是每一支風機的水下基礎都是透過打樁固定在海床上,不僅水深受到限制,選址多設置在距岸不遠的海域,也衍生出與航道、漁業的衝突。

    而打樁產生的噪音,更是台灣西部海域特有哺乳類動物「中華白海豚」及其他鯨豚的一大威脅;眼看大規模的離岸風電開發即將展開,不少環保團體沉重呼籲,綠色能源不該成為扼殺海洋生態的兇手。

    面對離岸風電的諸多爭議,不禁令人好奇,「有沒有不用打樁的風機?」

    法國首座浮動式離岸風力發電機組「Floatgen」。圖片來源:Ole.stobbe.offshore(CC BY-SA 4.0)
    法國首座浮動式離岸風力發電機組「Floatgen」。圖片來源:Ole.stobbe.offshore(CC BY-SA 4.0)

    「浮動式風電」減少打樁、適應深水區域

    從國際經驗可以發現,一波「浮動式風電」潮流正在興起。浮動式風機與固定式風機最大的差異,在於水下基座的安裝方式。固定式基座的水下基礎是直接固定在海床,而浮動式的水下基礎平台,並沒有直接與海床接觸,而是像一艘漂浮在海上的大船,再運用業界已相當純熟的技術,以類似「拋錨」的原理,將巨大、沉重的海錨投放於海床,再透過纜線連結水下基礎平台,限制其漂浮的範圍;在部分案例中,也有業者以小型的樁,直接將纜線固定於海床。

    浮動式風機適用的水域也有很大的不同,由於固定式基座必須配合水深高度,平均最多只能到50公尺深,但浮動式少了這樣的限制,可以裝設在平均50公尺到200公尺的海域,大幅提升了離岸風電的開發範圍。

    雖然水下基礎天差地遠,但上半部採用的風力發電機型式兩者大同小異,普遍而言,浮動式平台不須考量基樁的承受度,較適合安裝大型風機。

    風機的發展演變,隨水深而有不同型態。圖片來源:National Renewable Energy Laboratory
    風機的發展演變,隨水深而有不同型態。圖片來源:National Renewable Energy Laboratory(CC BY-SA 4.0

    國際上常見的浮動式平台種類:

    半潛式(Semi-Submersible):半潛式平台是由三或四個浮筒組成一個半沉潛的平台,安裝較方便,目前最廣為應用。
    張力腿式(Tension-Leg,TLP):張力腿結構類似半潛式,但其繫泊系統會將連接海床的鋼纜拉緊,使平台更為牢固,但鋼纜受損斷裂的風險較大。
    浮筒式(SPAR):浮筒式是一個直立式柱狀浮筒,浮筒底部配重較重使其穩定,安裝起來較複雜。
    駁船式(Barge):駁船式是一個大型的環狀浮動平台,透過環形浮筒結構分散浮力。

    離岸風電的下一個世代? 浮式風機仍有技術挑戰

    事實上,台灣海峽大部分的風力資源蘊藏在深度50公尺以下的水域,若在這種大水深範圍採用固定式風機,每座水下基礎動輒50米高,成本與建設難度相當可觀,也讓浮動式離岸風電成為替代方案首選。

    全球第一座浮動式離岸風電風場,是蘇格蘭彼得黑德外海,於2017年10月開始運轉的「Hywind Scotland」,裝置容量30MW,使用5部6MW風力發電機,浮動平台採用SPAR浮筒式,風場水深約為95~120公尺。

    目前全球規模最大的浮式風場,則為去(2021)年9月甫完工的「Kincardine」,位於蘇格蘭亞伯丁沿岸,由西班牙風電開發商「Cobra Group」開發,裝置容量約50MW,每年可產生218GWh(百萬瓩小時)的電力,足以為5.5萬多戶蘇格蘭家庭供電。風場採「半潛式」浮動平台,風場水深約60~80公尺。

    海上浮動式平台並非近年才研發出的新技術,這類浮體式結構在過去數十年內,大規模應用在海上鑽油平台、天然氣井等海事工程——但加上風力發電的商業運轉考量,就是另一回事了。

    Hywind浮動式風場。攝影:Øyvind Gravås。圖片來源:Equinor
    Hywind浮動式風場。攝影:Øyvind Gravås。圖片來源:Equinor

    浮式風機成本現階段仍較固定式風機昂貴,還有技術和後勤的挑戰待克服,仍需創新的技術突破,才有機會再往深海發展。

    安聯環球企業與特殊保險部(AGCS)工程全球實踐小組負責人阿圖格(Stefan Atug)就分析,浮式風機的部件都設計為可移動式,而移動產生的磨損將限縮他們的壽命,尤其是繫纜、電纜等部件,可能受金屬疲勞、腐蝕、衝力和惡劣海象影響,特別容易故障。

    海事學者:台灣缺乏經驗與設備 籲推動示範案「練兵」

    台灣大學工程科學及海洋工程學系教授馬開東指出,目前常見的浮動平台之中,以「半潛式」技術最為成熟,無疑是最適合台灣設置的浮動式平台。

    然而,馬開東指出,台灣儘管造船工業很強,自主打造浮台沒有太大問題,但國內欠缺繫泊與錨定相關的海洋工程產業,可說是「零經驗」。舉例來說,國際間浮動平台的海事工程多使用「拖曳錨」(drag anchor),台灣可能就造不出來。此外,也不是買了錨就一勞永逸,海床地質結構會影響適用的錨,若砂質太厚,可能還是要採用打樁的錨定工法,也將是一個新的考驗。

    除了缺少工程經驗,硬體設備也有不足之處。馬開東舉例,浮式風場對港口基礎建設要求很高,需要動力強大的工程吊車,重件碼頭的地基也需要特別加強,但我國目前作為離岸風機施工組裝碼頭母港的台中港,還不具備這樣的能力。

    88MW的「Hywind Tampen」是世界上第一個專替浮動式油氣平台供電的浮動式風場。攝影:Jan Arne Wold。圖片來源:Equinor
    浮式風場對港口基礎建設要求很高。圖為88MW的「Hywind Tampen」,是世界上第一個專替浮動式油氣平台供電的浮動式風場。攝影:Jan Arne Wold。圖片來源:Equinor

    台灣海峽承受著東北季風與颱風的強大風浪,馬開東倒是不太擔心,他強調,國際上的經驗相當充沛,在海事浮動平台的繫泊與錨定工程上,已成功克服無數惡劣天氣的海域,不至於造成威脅。

    能源局不排除躉購方式鼓勵 民間憂缺乏基礎環境調查

    面對浮動式風機未來展望,經濟部能源局表示,眼下第三階段開發即將展開,對於開發深水區域的風能,很多業者都表示興趣,也有部分業者不排除使用浮動式風電。能源局將進一步詢問業者的意願與想法,若沒有業者要做,能源局才會評估是否推出示範案。

    至於浮動式風電在國際上的運作案例相對較少,業界對於成本、技術的掌握仍在摸索,是否免用競價方式,而是獨立採合理的費率進行躉購,能源局回應,會找出合適的方式協助業者,躉購或示範補助都會納入考慮。

    與固定式風電相同,浮動式風電也須經歷環評審查的考驗。儘管可以在施工過程中減少打樁的干擾,無疑是一大優勢,然而,這不代表浮動式風電就是100%完美。

    長期關注離岸風電對海洋生態影響的蠻野心足生態協會指出,打樁噪音確實是離岸風電對鯨豚類最大的威脅之一,但風機除了打樁,還有其他層面的環境干擾,如與鳥類遷徙路徑重疊等問題。無奈台灣還沒有任何浮動式風機、深水風電的案例可以參考,加上長期缺乏對周邊海域的基礎環境生態、漁業調查,難以透過數據資料分析潛在影響。

    蠻野心足生態協會專員施仲平提醒,不只是浮式風機,未來台灣的自然環境可能面臨各種全新樣態的開發活動,屆時,環境影響評估程序將更顯重要。他呼籲重新檢視現行環評制度,搭配生態調查,建立完善的預警機制,才能為環境把關。

    ※ 本文由上緯新能源  捐款支持,不干預採訪寫作,確保新聞獨立性。

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