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    全球模擬首例 「負壓沉箱」風電技術在台應用 地震、土壤液化都過關

    報導/廖禹婷

    離岸風電快速發展,新技術也傳出好消息。號稱兼顧生態保育、幾乎沒有水下噪音的「管架式負壓沉箱基礎」,為了驗證在台應用可行性,沃旭能源與成功大學昨(21)日宣布完成全球首個離岸風機「管架式負壓沉箱基礎」的砂箱振動台試驗,確認即使在地震及土壤液化情況下,該技術仍可保持穩定,有望成為台灣離岸風機的水下基礎選項之一。

    使用4公尺大型模型進行試驗,與管架式負壓沉箱基礎實際尺寸比例完全相符。攝影:廖禹婷
    試驗使用4公尺大型模型進行,與管架式負壓沉箱基礎實際尺寸比例完全相符。攝影:廖禹婷

    台灣地震多、土壤液化機率高 成負壓沉箱基礎工法關鍵難題

    我國離岸風場正如雨後春筍般快速發展,開發西半部海洋的同時,如何兼顧生態保育也是外界關注的焦點。

    在大彰化西南第二階段及西北離岸風場環評審查時,沃旭能源提出採用管架式負壓沉箱基礎(Suction Bucket Jacket,SBJ),主要透過吸力安裝,相較於需要打樁的傳統水下基礎,更具備生態保育優勢,號稱在離岸風機設置過程中「幾乎沒有水下噪音」,也能大幅降低施工引起的海床震動。

    除役時也可完全自海床中移除,並回復為海床原有地貌,對於環境及後續海洋工程施工的影響也較小。今年3月通過環保署審查,成為台灣首次引進「管架式負壓沉箱基礎」水下結構施工方式的風場,預計2025年併網發電。

    近來各風場環評審查,環委也都相當關注運用此工法的可行性。不過,台灣面臨獨有的地震、土壤液化問題,卻對工程施作的技術面帶來多重難題,尤其我國離岸風場多集中於中部,常有大量砂質土順著河流沖刷入海,彰化、雲林海床土壤表層多為疏鬆至中等緊密砂土,地震發生時有較高的液化潛勢

    透過負壓沉箱內外壓力差使水下基礎貫入海床。攝影:廖禹婷
    透過負壓沉箱內外壓力差使水下基礎貫入海床。攝影:廖禹婷

    證實抗震、耐土壤液化 基礎安裝工程仍需更多研究

    為了進一步確認管架式負壓沉箱基礎的可行性,沃旭能源自去年4月與成功大學水利及海洋工程學系教授郭玉樹合作展開試驗。

    實驗使用與實際尺寸比例完全相符、4公尺高的「管架式負壓沉箱基礎」模型,並採用與實際工程相似的「吸力安裝工法」,同步將三個大型沉箱模型安裝在一個大型砂箱振動台,模擬在地震與土壤液化情況下,基礎的穩定性。

    郭玉樹說明,結果顯示,即便在高液化潛勢強震區中模擬最嚴苛環境條件,包含高達80公尺的液化砂土層,以及在未來50年內發生機率僅為10%的強震,管架式負壓沉箱基礎仍可提供高度穩定性,「管架式負壓沉箱基礎是可以應用在台灣的新型態水下基礎。」

    郭玉樹表示,此次試驗將有助於台灣學術界,未來發展出首個在強震區設置管架式負壓沉箱基礎的應用研究,「大幅提升台灣離岸風電研究學術界的能見度。」

    成功大學水利及海洋工程學系教授郭玉樹說,即便在高液化潛勢強震區中模擬最嚴苛環境條件,管架式負壓沉箱基礎仍可提供高度穩定性。攝影:廖禹婷
    成功大學水利及海洋工程學系教授郭玉樹說,即便在高液化潛勢強震區中模擬最嚴苛環境條件,管架式負壓沉箱基礎仍可提供高度穩定性。攝影:廖禹婷

    僅歐洲部分風場採用 SBJ尚無應用在高液化潛勢強震區實例

    2014年,沃旭能源就已首次將管架式負壓沉箱基礎應用在德國Borkum Riffgrund 1離岸風場,但少有颱風及地震經驗的歐洲,都僅少數國家有成功案例,加上台灣土壤條件較為軟弱、疏鬆,容易發生土壤液化,全球目前也還未有應用在高液化潛勢強震區的經驗。

    沃旭能源專案發展部台灣專案開發總監高傳勝指出,原本在2016年進場台灣時就考量將管架式負壓沉箱基礎應用在大彰化四個風場上,最終因無法精準掌握台灣土壤條件而決定不採納。

    不過,沃旭仍持續進行長達四年的海床地質調查,加上大彰化東南、西南第一階段施工過程中,更能精準掌握彰化外海地質狀況,高傳勝也說,沃旭在去年2月取得第三方驗證單位的專案認證後,才率先在台灣引進此新技術。

    但郭玉樹也提醒,為了維護離岸風機運轉安全,未來應持續推動管架式負壓沉箱基礎現地安裝海床土壤液化的監測作業。另外,由於台灣海床土壤組成複雜,負壓沉箱基礎在台灣離岸風場場址的安裝行為,也還需要持續進行研究。

    管架式負壓沉箱基礎示意圖。圖片來源:環評書件資料

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