所以我說，有沒有離岸風電的八卦？——〈離岸風電工程技術與在台灣創造的商機及發展〉講座紀錄

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

北風和太陽，你賭誰贏？

台灣為了發展綠能卯足全力，風力與太陽能是最受關注的兩大巨頭。這幾年太陽能就像開了加速器，建置量扶搖直上，產生的討論與爭議當然也不少。但在風光併行的策略中，風機的關注度似乎就沒有那麼高。

最主要的原因，大概就是太陽能板近年大量設置，甚至出現在我們的周圍，因此產生更多對於環境影響的討論。

然而風機不比太陽能，單一支風機隨便就超過 20 層樓高，十分巨大。不僅建設成本較高，也需要蓋在遠離人群的地方。

但是，為何風機一定要如此巨大，甚至跑到外海去蓋呢？那麼巨大的風機，對環境生態會造成多少衝擊？

到海上去蓋風機有什麼好處呢？

蓋在海上，遠離陸地的風車我們稱為離岸風機。雖然風電的新聞版面不如光電，但其實一直有持續在進展。例如今年 6 月，台中外海的渢妙風場，就才剛遞交行政契約簽署文件，該地的最大裝置容量預計有 1800MW。

但即便如此，我們還是能感受到風力發電的開發比光電吃力許多。其中原因是，要將風力發電廠從陸上搬到海上，要付出的代價可不小。根據經濟部的資料，如果用年發電量一百萬瓦來算，設置離岸風電的裝置成本約 1 億 5 千～1 億 7 千萬元，幾乎是陸域風電廠的三倍。此外，離岸風電開發流程也比陸域長，經過前期的選址調查與評估後，還要另外花 1～2 年安裝水下基礎，才能建置風力發電裝置。既然如此，在討論離岸風電之前，我們應該先問問，跑去海上找風電有什麼優勢呢？

最常聽到的理由是噪音的影響。風力發電運轉過程持續發出低頻噪音，對周圍環境帶來噪音污染，引起居民反彈。環保署原本規定，風機與最近建築物距離 250 公尺以下就必須做環評，不過由於近年來仍爭議不斷，今年初更修法將門檻提高到 500 公尺。

而且台灣的陸域風機已經發展了二十幾年，優良風場飽和後，接下來如何權衡容量擴張和環境影響成為一大課題。因此往海上發展便成為重要的選項。

不過除了沒地可用這個原因之外，從發展的角度來看，更吸引人的因素其實是海上更加豐沛的風電資源。之前我們在介紹「宇宙太陽能」那集的時候，有提到科學家考慮將太陽能板送到遠離地表的太空中，好避開夜晚與雲層的影響，能不分天氣接收直接日照。

建置離岸風電也是一樣的道理，遠離陸地的平坦海面可以讓氣流暢行無阻。相較之下，陸地上的建築物，植物，地形等等都會顯著地拖慢地表附近的風速。更進一步，越往上空，風速被地表建物影響的幅度就越小。因此風機一支比一支高大，原因除了受風面積增加之外，在於高處的風能也更加豐沛。

最重要的是，風能和風速的三次方成正比，也就是說，風速只要快兩倍，風力發電的功率就會直接翻八倍。因此風速幾乎可以說是頭號考量因子，而高風速的外海也成為了最佳的選擇。

平常站在海邊，海風就已經常讓人站不穩了，但其實從平均風速資料可以看到，台灣海峽附近離海岸線十公里以外的海上風速更是快上許多。尤其台灣海峽北半部相較其他鄰近海域，蘊含的風能可說是相當驚人。這是因為台灣海峽位在中央山脈和中國的武夷山脈中間，兩座山脈形成天然管道，而且方向剛好與盛行的東北季風與西南季風方向一致，每當季風流過山脈中間時，就會加速通過形成強勁的風場，就像兩座高樓大廈中間總是吹著強風一樣。

說到這裡，台灣要發展離岸風電，可說是需求與資源兼備。從 2012 年 7 月，經濟部公告「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」開始，台灣的離岸風電已經發展超過十年。不過，離岸風電近期進度有待追趕。根據 109 年經濟部能源轉型白皮書台灣風力發電推動方案，2025 年離岸風力發電累計設置容量的目標是 5.7 GW。但統計到今年五月，離岸風力發電裝置容量只有 1.15 GW，雖然預估到年底達 2 GW，但還是不夠快，這也讓經濟部原本預計 2025 年達成的再生能源佔比 20% 目標，延至 2026 年 10 月才可能達標。。在政府與企業積極向海借地來蓋風力發電廠時，遇到了什麼問題呢？

離岸風電對環境有影響嗎？

儘管我們剛剛提到，離岸風電對岸上居民影響較小，但是對於海上的居民就不是這麼一回事了。舉例來說，首當其衝的就是空中飛的鳥與蝙蝠。風力發電機組的葉片高速旋轉，時常讓空中的鳥類與蝙蝠閃避不及而撞擊死亡。一篇 2013 年的研究估計，北美洲的風電扇葉每年殺死的鳥隻數量約介於 14 萬到 32 萬之間，雖然這是針對北美陸域的調查，但由於台灣海峽也是許多鳥類跟蝙蝠的遷徙路線，豎立在台灣海峽的風力發電機必然會成為不少生物的絕命終結站。

面對這類的鳥擊事件，許多較新的風力發電機組開始引進新型態的防鳥設計。像是在機組周圍裝設音波偵測器、熱感應器，藉此來監控鳥類與蝙蝠活動，並依據監測結果停機降載。此外，還有一份 2020 年的研究將風電機組的其中一個扇葉塗黑，並發現該機組的鳥擊事件數量降低 70%。研究人員表示這是因為單一的黑色扇葉可以減少高速旋轉的動態模糊，讓鳥類看得更清楚。不過比起這些預防措施，最根本的做法是從謹慎的選址做起，讓風場遠離鳥類的聚居地，例如候鳥遷徙路徑上的濕地或是過境棲地，降低風機和鳥類接觸的機會。

當然，鳥擊的威脅是陸域和離岸風電都會有的難題。而離岸風電雖然遠離我們居住的陸地，不會對我們產生噪音危害。但建造和運轉期間所帶來的「水下噪音」，卻對當地，也就是海洋生態帶來不可忽略的影響，也因此成為離岸風場環評的一大關注重點。

在建造離岸風電機組時，需要先在海床上打樁作為固定的基礎，才能繼續往上建造風力發電機組。打樁的過程就等於將一根超大的釘子打入海床中，會產生極大的撞擊聲，雖然打樁的噪音是短期的，蓋好之後就不會再有了，但在運轉期間，離岸風場也會和陸上機組一樣發出低頻的嗡嗡聲。不論是打樁還是運轉的噪音，都會在海水中傳遞，影響到海中生物的生存。

由於聲音在水中傳遞速度快，損耗低，加上海水中光線不足，能見度較低。魚類跟海洋哺乳類等生物的聽覺自然演化得比視覺靈敏，讓他們有了非常廣闊的聽覺「領域」。因此從生態保育的觀點來看，海底噪音跟地上的噪音一樣，需要嚴密的監控和管制，否則會對海洋生物的感知與溝通能力帶來極大的影響。

環保署在 2022 年的二月將海事工程打樁噪音的規範訂為單一次打樁不能超過 190 分貝、打樁超過 160 分貝的次數不能超過總打樁次數的 5%。國內研究也建議打樁開始前 30 分鐘，必須確認沒有鯨豚在方圓 750 公尺內；並以緩啟動模式開始打樁，讓附近鯨豚可以及時迴避。畢竟，瀕臨絕種的中華白海豚就棲息在台灣西岸中段的沿海區域，和最有開發潛力的風場地區高度重疊，因此在設立風場時需要格外地謹慎。

離岸風電可能帶來的環境負擔，需要在建造前以及運轉期間持續監控。但目前台灣發展離岸風電遇到的最大瓶頸，其實並不是環評與選址等環境問題，而是其他供應面的限制。

離岸風機的施工問題

前幾年在 COVID-19 疫情的籠罩下，各項工程與供應運輸時程難免延宕，國內離岸風電的建置進度大幅落後。此外，政府政策、國外廠商的商業決策、以及資金流動等等現實問題，都影響到台灣離岸風電的發展。

離岸風機的建設，不是選址選好了就萬事解決，這些巨型建築的架設也是一大挑戰。要知道，過去 3MW 的陸域風機，葉片的長度就可能超過 30 公尺。建設在外海，裝置容量超過 10MW 的離岸風機，葉片的長度會超過 100 公尺，整支風機的高度更可能來到 260 公尺，蓋一座風機就像是在蓋一座摩天大樓。

要在海面上搭建如此龐大的建物十分具有挑戰性，各個大型組件需要先在陸地上做好，運到港口，再由工程船隻載到海上進行組裝。

而能攜帶並安裝這些部件的「安裝船」是台灣目前最欠缺的。而且不只台灣，近年來為了趕上對再生能源的需求，從歐盟到中國等國家的離岸工程開發案不斷成長，相關船隻的需求和價格也水漲船高。這使得台灣開發商想要租到合適的工程船變的越來越困難，已經做好的組件只能放在港口等待安裝。

面對這樣的困境，國內造船產業也有所回應。在今年六月，台灣國際造船宣布，亞洲最大的海事工作船「環海翡翠輪」已經完成交船。全長 216.5 公尺、寬 49 公尺，甲板面積有相當於 1.3 座足球場的超大面積，足以提供進行離岸風電水下基礎及大型風機的運輸與安裝作業。目前環海翡翠輪已經行程滿檔，工程已排程至 2025 年。

結語

雖然目前進度落後，但根據政策的規劃，台灣還是會持續興建離岸風場，往能源轉型的目標前進。

但除了劃更多區域、建造更大型的風機，風力發電還有別的玩法嗎？除了常見的水平軸三葉式風車之外，我們還有沒有其他的選擇？在拚發電量以外，有沒有對生態影響更低的風力發電方式？如果你也對其他型態的風力發電有所好奇，就請使出超級感謝，或加入會員來敲碗吧！如果你看不過癮，也可以看我們與 taiwan keywords 合作的這一集，看我如何挑戰爬上 23 層樓高的風機。

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參考資料

• https://www.moea.gov.tw/mns/ietc/bull…
• https://ourisland.pts.org.tw/content/…
• https://enews.epa.gov.tw/Page/3B3C62C…
• https://globalwindatlas.info/en/area/…
• http://www.small-wind.org.tw/content/…
• https://esg.ettoday.net/news/2208103?…
• https://ctee.com.tw/news/policy/88809…
• https://www.audubon.org/news/will-win…
• https://www.sciencedirect.com/science…
• https://e-info.org.tw/node/209108
• https://onlinelibrary.wiley.com/doi/1…
• https://scitechvista.nat.gov.tw/Artic…
• https://ctee.com.tw/news/policy/89276…
• https://www.oca.gov.tw/ch/home.jsp?id…
• https://www.gvm.com.tw/article/99182
• https://www.gvm.com.tw/article/103961

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《等待風起之時：離岸風電催出綠能新願景！》
• 作者 / 科技大觀園特約編輯｜沈勤譽

據國際風力發電顧問公司 4C Offshore 的評比，全球排名前 50 名的優良風場，就有 17 處在臺灣，皆位於臺灣西部沿岸，集中於桃竹苗至臺中外海一帶。換言之，臺灣具備了發展離岸風電的絕佳地理條件。

因此，在臺灣西部濱海及澎湖地區，不管是陸域或海上，都可看到偌大而醒目的白色「巨型風車」矗立著，已經成為我們相當熟悉的風景；這數百座的風力發電機持續運轉，見證了臺灣從傳統能源往再生能源轉型的歷程，也推動著臺灣綠色能源的蓬勃發展。

談到綠能風電，德商 wpd 達德能源（2016 年併購英華威）是在台積極推展綠能的關鍵推手之一，2006 年在苗栗建置首座風力發電設施後，從此開啟國內風力發電的風潮。我們特別專訪達德能源董事長王雲怡，以其投入綠能產業 20 年的豐富經驗，為我們解析新能源的產業特性及發展趨勢，以及臺灣在綠色能源的產業契機，另外也針對有意投入綠能產業的年輕學子提出建議。

離岸風電的優勢：風場興建非常快速

「風力發電的原理很簡單，小時候大家一定都玩過風車，」王雲怡解釋說，利用葉片的轉動來驅動發動機，能量會轉換成機械能，再透過齒輪調速器將齒輪的速度提升，進而帶動發電機，經過升壓變壓器將電壓提升後，即可將電流併入台電電網供應電力。

至於陸域風電及離岸風電的差別，就在於前者的風機安裝在陸地上，後者則安裝在海上，會打樁到海底約 45~65 公尺深。由於臺灣陸域可供開發之優良風場已漸趨飽和，海上風場條件更佳，仍有不少離岸風電潛能可供開發，因此成為近來政府推動再生能源最重要之項目之一。

王雲怡表示，跟傳統電廠不同，風場的興建非常快速，把基樁打好後，將連接風機的柱子綁鋼筋、灌上水泥，然後把塔筒、機艙、葉片逐一放上去組裝起來即可，一隻風機的施工期間大約只要 4 至 5 週。

風電維運的挑戰——發電機組得「抗震抗颱」

雖然基本原理很簡單，但風電相關設備必須面臨風吹、日曬、雨淋，甚至國外還會下雪，必須設計出足以對抗大自然環境的規格，尤其臺灣每年都有不少颱風及地震，有些民眾會好奇，是否會對風機造成損害？

王雲怡說，「臺灣有非常嚴謹的地震建築規範，只要做好地質土壤分析再進行設計，耐震都沒有問題；至於颱風威脅，風機只要遇到中颱等級（風速約每秒 25 公尺）就會停機，最大則可承受每秒 70 公尺的風速，目前為止臺灣還沒出現過這麼強烈的颱風。」她強調：「我們從 2006 年興建的第一座風場至今，經歷過很多颱風及地震，到現在都屹立不搖，顯見耐震及耐颱的技術完全沒有問題。」

臺灣推動離岸風電比較大的挑戰在於，風場興建時對氣候及海象的要求很高，而臺灣海峽一帶的東北季風很強，考慮到風速、波浪、海流等條件，可以進行海上作業的天氣窗口（weather window）時間沒那麼長，只能在 3 至 10 月進行安裝；而陸域風電的土木工程比較不受影響，但進行吊裝作業時同樣需要考慮風速問題，通常也會避開東北季風盛行的冬季。

政策與觀念水到渠成！綠電接受度大增

投入新能源產業達 20 年，王雲怡深刻感受到各界對再生能源的認知與態度的巨大轉變。過去臺灣只有傳統的火力發電、核電這類集中式大型電廠，主管機關較缺乏再生能源知識，當時她跟主管機關報告時，告知風力發電一度電的成本只要 2.5 元，長官非常驚訝，因為他們還停留在一度 5 元的認知。

「臺灣 98% 都是採用進口燃料，吃掉我們非常多的國內生產毛額（Gross Domestic Product；GDP），長年維持低電價都是靠政策補貼，嚴重扭曲電價結構，因此臺灣各部門的能源效率指數也居世界末段班，排名最浪費能源的第十七名。」王雲怡指出臺灣傳統能源使用模式的缺點。

所幸透過各界對政策及觀念的大力推動，達德能源等開發商也積極提供歐洲及世界的發展經驗，獲得政府參考採納、並具體落實為再生能源政策，改變了臺灣能源市場及結構。2017 年 1 月《電業法》修正通過後，開啟綠電交易自由化的新紀元，從發電、售電到用戶這條路終於打通，打破國營電力事業壟斷的局面。

另一個關鍵政策是，臺灣引進德國推廣再生能源的 Feed-In Tariff（FIT）制度——對綠電保證整批躉購，有效鼓勵開發商投入建置風場，投資者也樂於參與其中。相較於傳統由政府補助企業購買設備、但無法保證設備被完善維護，2000 年開始德國首創的躉購制度讓開發商自行投資，由政府以躉購費率保證收購綠電 20 年，相關制度展現絕佳的成效，已獲得世界超過 70 個國家採用。

政策目標明確，風電國家隊指日可待

2016 年政府確立能源轉型的主軸，明確訂出 2025 年再生能源佔發電比例提升到 20%，為再生能源注入一劑強心針。王雲怡強調：「我們擁有發展太陽能、風電、地熱、海洋能的優異條件；以風力發電為例，臺灣西部的風力品質很好，而這一帶剛好是臺灣人口密度高的地區，這是老天賜予我們的禮物！」

「但開發商看的不是風能品質，而是政策支持度！」王雲怡坦言，只要政策目標明確，並提供適當的誘因與機制來創造市場，不僅國內外的開發商會積極投資，企業也會主動採用再生能源，創造正向循環；尤其現在許多國家或國際大廠都要求出口要取得「再生能源憑證」，企業都搶著購買，臺灣的再生能源前景值得期待。

令她振奮的是，現在各單位都注意到綠能，科技業、金融業、投資業也積極佈局，無論從市場經濟或社會責任的角度來說，各界對綠色能源的接受度愈來愈高。

值得一提的是，綠能不僅扮演守護環境、潔淨能源的角色，也是推動產業創新的火車頭之一。經濟部為了推動風電設備國產化，明確規範開發商應採用 50% 以上的國產化設備，未來更希望能夠組成國家隊，一起爭取海外市場的龐大商機。

臺灣風電 20 年，最難的不是工程——是溝通

王雲怡投入臺灣風電產業 20 餘年，一路走來最感到困難之處，並非海外技術轉移或施工上的難題，而在於如何說服政府單位及民眾，接受新興的再生能源觀念。王雲怡舉例：「當初在蓋示範風場前，得先舉辦公聽會，讓當地民眾理解風場與民眾的利害關係，例如可能產生的噪音、風場造成當地景觀驟變，甚至是土地使用等問題。」

但「溝通」兩字寫起容易做起來難！由於達德能源無法取得里民個資，光是要委請里長組織大部分里民到場就相當耗時耗力，遇到里民參加意願低迷時，還得租用選舉用的廣播小貨車，在當地廣為宣傳，懇請鄉親來參與公聽會。

王雲怡表示，溝通工作一度讓她疲於奔命，但所幸投入大量時間心力溝通後，風場建設如今已步上正軌，總算是甘之如飴；她表示，投入風電產業 20 年，最讓她感到成就感的除了《電業法》修正，為風電在臺扎根打下基礎外，就是讓大部分的民眾認識何為「風電」，成為臺灣人能所接受的再生能源選項。

想卡位綠能產業？語言能力很關鍵

「石化燃料已是末路，綠能則是未來趨勢，」王雲怡認為綠色能源還有很多進步空間，未來一定會愈來愈便宜，而且還有地熱、海洋能源等新技術不斷發展，不僅有很好的前景，而且可以獲得社會認同及價值，是年輕人可以貢獻一輩子的產業。

至於投入綠能產業應具備何種特質與技能？王雲怡強調：「新能源是全新產業，一開始一定會遇到很多困難，必須要有一定的受挫能力及抗壓性，另外要有足夠的創造力；在專業領域方面，只要具備土木、機械、造船或理工背景，其他專業都可透過在職訓練培養，最重要的是要跟全世界人才溝通，必須具備較佳的英文能力。」

隨著地球永續的議題受到大家重視，現在對新能源有興趣的年輕學子愈來愈多。王雲怡認為，開發商清一色是外商，會引進最先進的標準與要求，提供友善的工作環境與紮實的訓練，雖然有時在海上工作比較辛苦，但相信可以帶來很高的成就感與自我肯定，是很符合時代潮流的職涯選擇。

參考資料

• 「乘風」突破綠能瓶頸，臺灣離岸風電大未來——專訪臺大機械系教授楊鏡堂
• 海面上的超大型離岸風機，是抵禦氣候變遷和提高能源自主的瑪利亞之牆嗎？
• 4C Offshore－〈Global Offshore  Wind Speeds Rankings〉
• 經濟部能源局－〈離岸風力發電規劃場址申請作業要點〉
• 風力發電單一服務窗口－〈潛力場址〉
• 海上巨型風扇的支撐者——水下結構

本文由 NEPII「第二期國家型能源科技計畫」委託，泛科學執行

•  活動紀錄／馬嘉駿

政府為推動「非核家園」能源政策，近年將「離岸風力發電」作為重點發展項目，更喊出要讓臺灣成為離岸風電的示範市場。今年（2018）四月經濟部已完成離岸風力發電規劃場址遴選，共計 7 家開發商（10個離岸風場）為遴選獲選業者，合計總分配容量達約 3,836 MW。今年六月，經濟部也已完成規劃場址競價，共計 2 家開發商（4 個離岸風場）獲選，114 年完工併聯總計容量達 1,664 MW，我國離岸風力發電正加速前進。

然而相較北歐國家擁有成熟的離岸風電技術，對離岸風電陌生的臺灣是否真的能從中創造龐大就業機會？環境衝擊與漁業衝突能否取得平衡？十月六日〈第二期國家型能源科技計畫總期程期末成果展〉中，知洋科技總經理湛翔智由離岸風電技術談起，一探風場建置流程與其中商機。

為什麼要推動離岸風電？臺灣竟然是世界優良風場？

湛翔智引用臺灣電力公司民國一百零六年發電能源結構佔比資料，燃氣和燃煤發電佔比各為 39％，位居龍頭，綠能電力勢在必行。

湛翔智指出，臺灣是風能分佈極佳的區域，發展離岸風電具有相當大的潛力。但風力電場位置選擇，並非以風力大小作為唯一考量，尚依據幾項因素：

1. 場址運送電力成本
2. 排除航線
3. 排除生物棲息地

今年六月場址選擇結果出爐，共有彰化、雲林、苗栗、桃園四處，其中以彰化佔比62.6%居全臺之冠。而接下來的風場開發，將會是一個龐大的長期工程，仰賴海事工程、風機安裝工程、環境調查……等技術團隊搭起具規模的產業鏈。

給你滿滿的大平台！風場開發是科學與商機的大平台？

風場開發流程主要有四大步驟：

1. 開發前調查
2. 安裝水下基礎
3. 安裝風機與變電站
4. 風場運作與維護

其中，開發前調查各有三個子項目研究：風場條件、地質條件、生態條件，確保後續工作人員與設備的安全、降低風場對海中生物影響。

風場條件調查，藉由團隊搭建海氣象觀測塔，收集風能、氣象、波浪、海流、潮位……等資料，設計風電機具暴風抵抗條件，避免設備在極端天氣遭受破壞，甚至造成人員生命安全。地質條件調查則依靠聲納原理的「地球物理震測技術」，及「大地工程鑽取岩心技術」，取得海底地質軟硬度、斷層位置，確使風電機組建置不致傾斜倒塌。

擁有前期各式調查資料後，團隊便會展開「前端工程設計」，反覆討論或變更設計，包括港口後勤計畫、電力電網併聯計畫、以及風電機具的支撐結構設計、水下基礎設計。湛翔智以支撐結構設計為例，團隊工程師必須藉由前期風場調查、地質調查資料，計算承載機具結構是否會機械疲勞？也就是所謂的應力集中與變形量的計算；又或是計算設備搭建後是否會造成土壤液化……等地質變化可能。

接續水下基礎、風機安裝完成後，更還要有「專案認證」團隊進行最後把關，電廠才能正式運轉。其工作內容包含檢查計算過程、採購過程是否達到預期目標，確保風機、電纜、變電站、輸電網、監控中心各個環節並無疏漏。湛翔智表示，此環節目前只能依賴擁有豐富經驗的國外公司，而我國經濟部標檢局刻正扶植臺灣認證團隊。

而在整個風場開發過程，湛翔智一再強調承接工程「統包商」的重要性。其必須具備船機設備、工程技術、採購能力、調查能力、風險管理、海上作業安全等多項專業技術。尤其是海事安全，人員多半在風力極大的海事條件下，甚至是吊掛一百公尺高的風電機具作業，必須具備人力專業訓練和風險管理能力。

由此可見，風場開發需要大量人力，更儼然自成一個產業鏈。湛翔智樂觀表示，離岸風電將會創造出巨額就業機會。

說了那麼多離岸風電的好，它難道不會影響生態和漁業嗎？

至於許多人擔心離岸風電的環境影響，風機施工期間所造成的水下噪音對海洋生物之影響，可藉由國外已成熟之減噪施工技術，譬如使用氣泡幕、氣球網、隔離套管的工法，減輕風機設備打樁時的噪音干擾；亦或是於風機安裝振動感測器、水下麥克風，即時監控噪音問題，並能夠迅速擬定解決方法。

產業衝突上，漁業和離岸風電發展，湛翔智相信兩者是共榮共好，絕非競爭關係。漁業工作者在未來還能經過專業訓練，成為風電場環境調查員，兼顧海洋生態和漁獲捕撈永續性。

本文由 NEPII「第二期國家型能源科技計畫」委託，泛科學執行