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在巨浪狂風黑水溝中部署的「離岸風電」,能為台灣帶來充滿希望的能源未來嗎?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/09/30 ・3076字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

本文由 NEPII「第二期國家型能源科技計畫」委託,泛科學執行

圖/Lars Plougmann@flickr

在不太遙遠的未來,臺灣海峽會有大量的離岸風機紛紛建起。巨幅的扇葉隨風旋轉,讓電力孤島的臺灣,未來得以提高能源自主率並且避免氣候變遷危害。

臺灣高聳的中央山脈,隔著臺灣海峽與中國福建的武夷山遙遙相望,這樣的地形環境形成了巨型的「狹管效應」,讓臺灣海峽成為世界排得上名的良好風場。美國國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory,簡稱 NREL)評估臺灣海峽的離岸風力可高達七級。NREL 將風力分成七個等級,依據風力數據的風度和品質、地形的複雜性和資源的地理差異,等級三以上的地區便適合發展風力發電。

(圖一)風力等級一覽表。截圖來源:National Renewable Energy Laboratory
風力等級一覽表。圖/National Renewable Energy Laboratory
(圖二)世界各地風力等級示意圖。截圖來源:National Renewable Energy Laboratory
世界各地風力等級示意圖。圖/National Renewable Energy Laboratory

離岸風電在臺灣

著眼與臺灣發展再生能源發電的迫切需求,「風力發電4年推動計畫」原規畫 2025 年離岸風電 3GW 目標,行政院長賴清德於 2018 年 3 月 22 日正式宣布加碼提高至 5.5GW。

臺灣現階段的離岸風場開發,主要分為三個階段進行:首先為「示範風場」的開發建置,次階段為「潛力場址」,目標為 2020年完成 520 MW、2025年完成 5.5 GW 裝置容量設置。最後一個階段則是目前能源局仍在規劃細節的「區塊開發」。

三家離岸示範風場開發商台電、上緯、永傳均已於 2015 年 11 月完成離岸風場測風塔之建置,並開始進行長期之離岸風場量測記錄。2016 年,臺灣的離岸風電元年,上緯於 10 月 25 日與 27 日於苗栗近海先後完成兩架離岸風機 (Siemens 4MW+4MW) 之裝置,開啟臺灣離岸風電產業的第一頁。

要在茫茫大海之中建造超過百米的巨大風機,在進行基礎的探測、累積資料確定架設位置之後,目前的實作主要是在深度 50公尺以內的海床打樁,安裝水下結構,再安裝風機裝備,並且同步鋪設將電力併入陸上電網的海底電纜;前面種種均需仰賴相當昂貴的離岸風機的施工船隊進行,而架設完成後續還會有風機的運轉與維護的需求。而如若風場的選擇合適,在原有風機抵達使用年限後,可再拆換新型的風機系統,生生不息、永續利用該地風能。

離岸風電,臺灣嶄新的產業未來?

當我們談論到離岸風電的產業技術發展,多數人很自然會聯想到風力發電機零組件的建造,事實上,離岸風電的產業還包括了水下結構的建置、海事工程、以及風機的運轉與維護等,每個項目都有相當複雜的產業與技術存在。

目前台灣的風力發電主要設置於海岸,但未來將逐步增加興建離岸風機。圖為台中高美濕地一帶的風機。圖/juemi @Pixabay

即將大舉投入離岸風機建造的臺灣,是不是能一併發展國產化的離岸風電產業,進而創造出除了電力之外更多的經濟產能?目前現階段經濟部採取的策略,在於離岸風電發展的遴選機制中納入了「產業關聯效益」項目,以「事前承諾、事後具體執行」方式辦理,希望能帶動本土的供應鏈發展。

「歐洲風機的製造技術發展已經相當純熟,」國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系江茂雄系主任,身兼 NEPII 離岸風能及海洋能主軸中心召集人說:「因此要全部由臺灣製造相當困難,較現實的策略是發展重要的零組件或是在地設廠進行風機組裝。」

另一個需要克服的產業困境,是臺灣並無自己的海事工程船隊,因此無論是架設離岸風機、海纜施工或是未來的運轉跟維護,均需仰賴規模龐大的海事工程船隊,可能會有機具需遠距離調度、時間過長、成本過高、時程受制於人等疑慮;但自行籌組船隊需要相當龐大的資本額,未來需要設法解決。

另一方面,著眼於臺灣海峽的優良風場以及富有颱風與地震的環境,臺灣離岸風場開發為各國離岸風電公司趨之若鶩投入亞洲市場的試金石與練兵場。在這樣的環境中,臺灣還有哪些技術發展有機會迎頭趕上呢?

「針對臺灣海域之抗颱耐震機組,以及浮動式平台的研發,相當適合做為主力投入發展的技術。」江茂雄主任說,現行的適用於深度 50 米以下的固定式基礎的離岸風機國外產業已經相對成熟。浮動式平台不需打樁、組裝受天氣影響小,海事工程成本較低。目前這方面的技術各國仍陸續研發中,全球較具規模之實海域驗證計畫包括挪威的 Hywind示範計畫、葡萄牙的WindFloa計畫,以及日本的福島浮體式洋上風場計畫。如能與國外廠商合作,可做為臺灣發展浮動式平台的產業能量。

產業發展,人才哪來?

2025 年臺灣預計完成 5.5GW的離岸風機裝置容量,經濟部並估計可創造2萬人次的就業機會,帶動近兆元的國內外廠商投資額。但這些就業內容並非天下掉下來的餡餅,離岸風電產業的人才培育,也因此迫在眉睫。

離岸風機設置除了能源革新,更能帶動經濟發展,但相關專業人才的培育也迫在眉睫。 圖/經濟部開放資料

在離岸風電產業大抵將所需的就業人力分為兩大類:「綠領」與「白領」。

「綠領」的工作內容類似我們認知的藍領工人,需要實地操作、調度機械,但還需具備使用英文的能力並且通過相關的證照。如位於台中港「海運發展學院園區」的安全訓練中心即預定 2019 年初對外營運,提供國際GWO認證的安全訓練課程。

「白領」的工作內容則為管理階層,包括工程師、管考、法務等面向,需要相對專業的訓練。目前臺灣大學率先啟動,與丹麥大學合作已於今年九月推出「離岸風電學分學程」,未來預計也將開設在職訓練課程,以及還需教育部同意才能增設的「離岸風電學位學程」。

離岸風電作為重點發展的再生能源項目,初期投入的成本較高,且新興技術充滿了高風險與變數,因此相當仰賴政策方向的引導與補助。如國產化的政策於去年10月正式納入遴選要求,才帶動了國內相關生產鏈的投入。而未來第三階段「區塊開發」應針對可能的風場作出更完整的環境評估與量測,包括海床條件探勘、風場探勘與生態評估等內容,從而降低離岸風電開發的風險與爭議,以此迎向真正永續發展、綠能生生不息的未來。

圖/fxxu @Pixabay

延伸閱讀

參考資料

本文由 NEPII「第二期國家型能源科技計畫」委託,泛科學執行

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保留海洋中的絢麗色彩——海科館陳麗淑博士專訪

科學月刊_96
・2021/09/30 ・5120字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文由海洋保育署廣告企劃,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 作者:採訪撰稿 ∕ 謝育哲 ∕ 本刊主編

大海中美麗的珊瑚礁是許多海洋生物的棲地,但由於海洋環境汙染及氣候變遷等問題,珊瑚的生存不斷受到壓迫,珊瑚白化問題更是屢見不鮮。為了讓一般大眾也能保育珊瑚,由海科館陳麗淑博士等人團隊從澳洲引進的「珊瑚觀測」,用簡單色卡上的顏色與觀測珊瑚進行比對,就能評估該珊瑚的健康狀況。此外,海科館及海保署也進行更多的計畫與推廣,讓全民一起守護海底美麗的珊瑚。

圖/Pexels

海中有著形形色色的生物,如果要挑選出一種外觀最令人印象深刻的,肯定是色彩斑斕綺麗的珊瑚了!許多人常會誤認珊瑚是一種植物,但牠其實是不折不扣的動物。事實上,珊瑚是由許許多多的珊瑚蟲(coral polyps)所形成的群體。目前全世界共有 800 多種的珊瑚,而由珊瑚組成的珊瑚礁(coral reef)更是許多海洋魚類生存的家園。

但由於珊瑚生長速度極慢,每年僅增長約 10 公分,且十分脆弱,近年來又因氣候變遷與海洋汙染等問題,造成珊瑚的生存出現危機。因此,保護珊瑚人人有責,但身為一般人的我們又該如何保育這些美麗又珍貴的海洋生物呢?本次《科學月刊》專訪了國立海洋科技博物館(以下簡稱海科館)的研究員陳麗淑博士,看看有哪些保護珊瑚的方式,以及介紹從澳洲引進的珊瑚觀測(coral watch)方法吧!

珊瑚遇到了什麼危機?

關於珊瑚,我們最常聽到的是「珊瑚白化」(coral bleaching)。但珊瑚白化代表什麼?又是什麼造成了珊瑚白化呢?

白化的軸孔珊瑚(Acropora spp.)與背景中的健康軸孔珊瑚形成對比。圖/WIKIPEDIA

由於珊瑚對於生存環境的溫度十分敏感,一般來說,對珊瑚而言最自在的水溫環境為 23~28℃,而生存的極限溫度範圍則為 18~32℃,若超過這個溫度區間,對珊瑚來說即為太冷或太熱的環境。陳麗淑表示,一但海水溫度超過 32℃,珊瑚就會出現白化現象。當然不是所有的珊瑚都會同時白化,各種珊瑚因生長速度不同,白化現象發生的情形也會有所差異。一般來說,生長速度較快的枝狀珊瑚比較容易白化,而團塊狀珊瑚則比較有抵抗力。

不過珊瑚到底是怎麼「變白」的?其實珊瑚白化詳細原因,是因為當環境溫度出現劇烈變化時,珊瑚內部的共生藻數量就會下降。由於共生藻是珊瑚繽紛色彩的來源,因此在珊瑚內部的共生藻數量多時,顏色就會飽滿鮮豔,而當共生藻離開珊瑚後,珊瑚的顏色便會越變越淡,最後白化,若後續沒有適當保護與處置,珊瑚就可能會因而死亡。所幸珊瑚白化並不是不可逆的,只要海水溫度回到適合珊瑚生存的溫度,珊瑚就會逐漸穿上牠美麗的彩衣,恢復原本繽紛的色彩。

過去臺灣周遭海域曾出現過多次珊瑚大量白化的現象,陳麗淑表示,珊瑚大規模的白化的情形主要集中發生在夏季,甚至在去(2020)年夏季就曾發生珊瑚大量白化的現象,由於當時的海水溫度偏高,且維持時間較長,使得臺灣各地出現珊瑚白化的情形。不過好消息是,根據調查,今(2021)年還未發生大規模的珊瑚白化,且時節已進入秋季,海水溫度下降,至少目前珊瑚不會面臨溫度升高的生存壓力。不過,陳麗淑也語重心長地提醒:「近年來海水溫度過高的發生頻率相較以往提高了不少。」令人擔心的是,若海水溫度升高頻繁,將可能嚴重衝擊珊瑚的生存。因此,我們必須想辦法保護珊瑚。

圖/Pexels

一般人該怎麼保護珊瑚?老嫗能解的「珊瑚觀測」

對一般大眾來說,並不是所有人都具備珊瑚的相關知識,對此,陳麗淑一直在思考該用什麼方法,才能讓沒有專業知識背景的大眾能參與保育珊瑚的活動呢?在公民科學領域中,有個名為「珊瑚礁體檢」(reef check)的珊瑚監測計畫。但由於珊瑚礁體檢的入門門檻較高,需要先經過一定時數的課程訓練,且所費不貲,因此這並不是一項適合所有人的方法。

這時陳麗淑想到了「珊瑚觀測」。事實上,珊瑚觀測約莫在 2009 年就已有人引進臺灣,但當時並未受到大量關注。直到 2018 年,陳麗淑帶領的團隊開始重新研究珊瑚觀測的方式,發現其背後的科學大有學問,也可簡化成任何人都能理解並運用的珊瑚監測方式。

珊瑚觀測主要是透過一張卡片,上頭有 4 種由淺至深的色調。陳麗淑表示,這些色調涵蓋了約 70~80% 的珊瑚種類,即使無法囊括其他特殊顏色的珊瑚,但卡片上的設計對普通人來說已是綽綽有餘。而觀測方法也很簡單,任何人只要帶著這張卡片潛水至珊瑚旁,將卡片上的顏色與想觀察的珊瑚顏色進行比對與拍照即可。如果是前往水深 6 公尺以上的區域,則建議觀測時攜帶光源,以避免色差造成的誤判。前文有提到,珊瑚的顏色代表其內部共生藻早的數量,當共生藻數量越多,珊瑚顏色越深,也就代表越健康;反之,若顏色越淡則代表珊瑚的健康可能出現狀況了。

因藻類過度生長而造成的珊瑚白化 。圖/WIKIPEDIA

陳麗淑說明,珊瑚觀測背後的科學基礎十分紮實。這套由澳洲昆士蘭大學(The University of Queensland)學者馬歇爾(Justin Marshall)等人組成的團隊研發設計。團隊將珊瑚搬至實驗室中進行一系列實驗,觀察在各溫度區段中,不同溫度會如何影響珊瑚中的共生藻數量,並記錄珊瑚的顏色變化。在經過嚴謹的科學實驗後,馬歇爾團隊將其簡化並歸納成珊瑚觀測的色卡。陳麗淑表示,這套化繁為簡的觀測方式在經過推廣後,許多保育團體對於珊瑚觀測的接受度都非常高,能進而達到推廣珊瑚保育目的。

海洋公民科學知識報你知

珊瑚觀測

珊瑚觀測是一項由澳洲昆士蘭大學學者所辦理的非營利全球珊瑚礁監測計畫,將珊瑚的顏色變化標準化後,製作成珊瑚健康色卡,提供一種簡單的方法用以評估珊瑚健康,並為 CoralWatch 的全球數據庫做出貢獻。大家可以使用這些色卡協助科學家收及數據,支持珊瑚礁監測工作。

另外,珊瑚觀察也透過與世界各地的志願者合作,包括了潛水中心、科學家、學校團體、遊客參與其中,讓大眾更加了解珊瑚礁白化、氣候變化對於珊瑚礁的影響。

保育珊瑚面臨哪些困境?

雖然保育珊瑚是許多人的共識,但過程中依然面臨到許多的挑戰及困難。目前最常見的是海洋垃圾問題。由於珊瑚本身不會移動,當海洋垃圾在海中漂浮時不慎卡在珊瑚上,若沒有人為協助清理,則非常有可能造成珊瑚死亡。

圖/Pexels

陳麗淑舉例說明,由於今年 5 月起爆發 2019 冠狀病毒疾病(COVID-19)的本土疫情,位於基隆的潮境公園也為了防疫而禁止一般人下水。但當研究人員下水觀察後發現,因為沒人下水協助清理海洋垃圾,許多卡在珊瑚上的垃圾無法被及時移除,發現的當下已有許多珊瑚出現白化現象,這些珊瑚後續花了約一個月才慢慢恢復正常。

對此,陳麗淑曾與中研院學者邵廣昭等人討論,若保育區都沒有人進入可能並不是件好事,尤其當海洋汙染嚴重,垃圾很多的情況下,都還是必須定期有人去協助清理。因此,保育區在人為管理的情況下或許才是保育珊瑚好方法。

你我都可以為珊瑚盡一份心力

我們還有什麼方法可以保護珊瑚呢?陳麗淑表示,如果你是一個會下水觀測的人,使用珊瑚觀測是個好選擇。無須再多帶任何設備,只要準備珊瑚觀測的卡片,攜帶相機與光源,就可以拍攝並記錄珊瑚的健康狀況。不過若是沒有相關潛水經驗或半路出家的遊客,反而可能在潛水的過程中不慎踢到或傷害珊瑚,因此潛水者必須要具備一定的潛水技術。

海洋保育署(以下簡稱海保署)為推廣友善珊瑚礁生態旅遊,提出「珊瑚礁區你該注意的 8 件事」,包含不踩踏、不揚沙、合格玩家、保持適當距離、使用海洋友善防曬、不餵魚、不吃珊瑚礁魚、減塑行動。

即便沒有下水,在岸上也有許多可以保護珊瑚的方法。舉例來說,在我們常用的防曬乳中,多數含有可能傷害珊瑚的成份,因此在選購時可以優先考慮「海洋友善防曬」。此外,由於珊瑚礁魚類可以協助清理珊瑚礁之中的藻類,讓珊瑚順利生長,我們應盡量避免食用珊瑚礁魚類。所以最重要的,是希望大家一起落實節能減碳,全球暖化是影響珊瑚生存的主要原因之一,若減碳能從個人做起,也是保育珊瑚的積極作為。

「海洋友善防曬」 的成分較不會傷害珊瑚。圖/Pexels

出書、展覽、辦活動 海科館邀你一起守護珊瑚

除了上述的個人保育行為外,海科館也辦理了一系列保育珊瑚計畫。陳麗淑表示,海科館的研究人員會定期前往珊瑚礁進行監測,還會前往各地宣傳及教導大家如何使用珊瑚觀測。

至於在珊瑚復育方面,海科館內也有養殖珊瑚,研究人員會把這些珊瑚移植到野外,或是使用不同的材質,測試珊瑚附著生長的情形等。未來希望透過這些方法,協助加速珊瑚的生長。

在教育方面,去年海科館與行政院環境保護署及科技部等單位,共同主辦的「2020 海洋公民科學家行動計畫」中,包含了「珊瑚保育監測」的主題。對此,海科館團隊舉辦了一系列的「針織珊瑚」活動。「針織珊瑚」主要是前往各地的小學,除了教導珊瑚的知識,以及倡導珊瑚保育外,讓小朋友們藉由織毛線的方式,訴說一則關於珊瑚的故事。每所國小的作品都有自己的主題,也讓小朋友在織毛線的過程中,思考珊瑚對於生態的重要性,從小扎根珊瑚保育知識。並在後續收集作品後,舉辦「陸上造礁 針織珊瑚計畫特展」。

此外,海科館也曾於 2019 年出版《珊瑚很有事:珊瑚保育×環境藝術×手作針織×珊瑚教案》一書,並榮獲第 44 屆金鼎獎。今年更在海科館官網建置「海科館悠遊數位海洋行動學堂懶人包」,整合科普電子書、電子繪本、數位課程學習平台、海洋知識、動畫學習、影片等。陳麗淑表示,透過這些教材與教案的持續推廣,希望能讓更多人利用這些資源,一起守護海洋中的美麗珊瑚。

海洋保育署與臺灣珊瑚保育

海保署於今年透過「臺灣珊瑚監測交流網絡建立與保育策略規劃」計畫,建立珊瑚監測與保育示範點,以及珊瑚監測交流網絡,選訂全臺灣共 32 個地點進行水下珊瑚礁調查。調查結果截至今年 9 月底,澎湖、恆春半島、東部、北部珊瑚覆蓋率多呈現穩定狀態,但小琉球珊瑚礁卻多數已衰退,可見除了受到全球暖化影響,不當的遊憩踩踏行為也對珊瑚礁造成嚴重衝擊。

此外,海保署也與行政院農業委員會水產試驗所共同合作,針對澎湖池東淺坪海域的棲地環境現況進行調查及珊瑚復育,增加棲地多樣性。截至今年 9 月底,珊瑚移植面積已達到 100 平方公尺,其中珊瑚礁魚類包含青嘴龍占(Lethrinus nebulosus)、鸚哥魚(Scaridae)、隆頭魚(Labridae)等也逐漸聚集在移植區域,豐富當地生態。

棕吻鸚哥魚。圖/WIKIPEDIA

此外,有鑒於目前許多單位都在進行珊瑚保育及復育相關工作,海保署今年度與海生館合作成立珊瑚保育專案辦公室,除了作為各單位資料蒐集整合中心,提供數據科學家分析資料外,還能進一步轉化為資訊呈現給大眾,使珊瑚礁相關專家學者、單位,以及一般民眾等,都可藉由此互相交流,同時兼具諮詢、推廣功能,協助提供珊瑚保(復)育相關標準作業方式及技術指導。並設立臺灣珊瑚礁水質採樣點及進行水樣分析,了解水質狀態,以作為後續珊瑚復育棲地及規畫保育方式選擇的依據。

為了鼓勵更多在地民間團隊參與,海保署亦透過辦理「海洋保育在地守護計畫」,支持在地團體進行公民科學、清除珊瑚礁覆網及珊瑚復植,希望能夠結合在地生活方式及資源提出具體保育策略,發揮社會影響力,促進在地參與珊瑚保育及復育作業,並提高民眾對海洋保育的參與及投入。

從政策面、科學面,再到行動面,海保署將持續呼籲全民共同守護臺灣珍貴的珊瑚資源。

海洋委員會海洋保育署正在舉辦 海有問題 我來分析 | 第一屆海洋公民科學家數據松!為臺灣周遭的海洋生態盡一份心力吧!

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