海上風機將蓄勢來電

陳薈元、林賢齊／報導

發展風力發電需要廣大陸域面積，台灣地狹人稠，能作為風力發電使用的土地趨近飽和。因此，政府開始將希望投注在海上，企圖用「四面環海」的環境來扭轉地理上的限制。

先天臨海的歐洲便是十分適合發展離岸風力的地域，丹麥於 1991 建造了世界上第一座離岸風力發電廠，接著荷蘭、瑞典等國也跟進；到了 2000 年後，英國也開始逐漸發展，利用其四面環海的優勢，目前英國離岸風力發電的裝置容量全已達世界第一；而一直在綠能發展上不遺餘力的德國從 2007 年海底電纜的規劃開始、2009 年試驗性發電，也於 2010 年正式啟用了離岸風力發電。

2010 年 4 月德國就在北海離柏肯島（Borkum Insel）北方 45 公里處，設立第一座「離岸風力發電園區」。該園區預計年發電量為 220GWH，足以每年供應德國 5 萬戶 3 口之家；這個新成立的離岸風力園區，讓德國成為了全球第12個具有離岸風力發電廠的國家。

離岸風能綠能新星

離岸風力發電是將風力發電機建設於海域或水域地區，像是海面、峽灣或湖泊等區域，以陣列的形式架設風力發電機，再利用由水下或海底電纜建立起的電網，將電力收集並傳回陸上使用。

由於海面上的風速較陸上快且風的流動也相對穩定，而理論上，每增加 10％ 的風速就可提高約 30％ 的電力產量，因此海上離岸風力發電對能源上的貢獻潛力十分可觀，也是綠色能源中愈來愈受到世界各國重視的未來之星。

事實上，台灣的離岸風力發展計畫，已在 2000 年至 2004 年由經濟部能源局進行過台灣地區風力潛能調查，在西部台灣海峽沿海和外島地區，皆擁有年平均風速達 5 至 6(m/s)、風能密度達 250(W/m²) 等條件，顯示台灣具有開發離岸風力的潛力；經濟部也在 2007 年 9 月 1 日公告「第一階段設置離岸式風力發電廠方案」，開放設置離岸風力發電廠；並於 2009 年的「綠色能源產業旭升方案」中再度強調未來發展離岸風力發電的重要性。

發展離岸配套眾多

澎湖科技大學電機工程學系教授吳文欽指出，離岸風機的架設與準備工作十分複雜，牽涉到海底電纜的鋪設、輸送電網的建立、海下樁柱的架設，以及施工工程船的建造，都是開發離岸風力發電重要的一環。一切就緒後，工程船會將各零組件運送到海上打好地基的位置，在海面上將風力發電機組裝起來，這才完成了離岸風力發電機的架設。

儘管台灣的離岸發電發展儘管仍在規劃的「紙上談兵」階段，清華大學化學工程學系教授馬振基則樂觀認為，「最快再五至十年」，可以看到初步的成果。台灣大學工程科學及海洋工程學系教授林輝政則指出，政府若缺乏決心，則仍窒礙難行。

由於離岸風力發電機是設立在「海面上」的風力發電機，許多考量條件都與建設陸上風力發電機不同。馬振基舉例，海上場址的選擇會牽涉到海域的規劃，包括台灣海峽的水向、海象，甚至漁民、船隻等等的問題，因此整體發展起來會比陸上風力發電遇到更多的困難。

不過，去（2011）年曾前往德國考察離岸發電場的馬振基說，擁有世界五大最好的風場之一的台灣先天條件不輸歐洲，在後天的技術與管理卻仍待努力。

馬振基解釋，台灣比較沒有的條件就是風力發電機機台可能要向國外購買，還有較缺乏整體的電網設計與營運管理，「這方面可能要借重國外，像德國、或是英國、法國的經驗。」

離岸發電減碳效益佳

攤開考察資料，馬振基說明，以單單一台 5MW 的離岸風力發電機為例，它所能發的電力大概可以提供 5 千個家庭，一個家庭以 3 人來算、總共約 1 萬 5 千個人，一整年的用電量；如此可以節省的煤炭量，大概一年節省 5 千 500 萬噸，若以石化燃料來計算，等於是省下了約 150 萬公升的石油，就是 3 萬 8 千輛容積為 50 公升的油罐車。

至於對於海洋生態的影響，台灣大學工程科學及海洋工程學系林輝正教授認為，雖然仍未定論，但目前看來影響不大。林輝正指出，國外的案例發現離岸風力發電機的基座，反而會聚集魚群躲藏，如同魚礁一般。且離岸風機的設立也一定會避開航道、避開魚場，也就是在選擇場址與建設的過程中，讓它對環境生態的衝擊面降到最低。

生態問題未成阻礙

至於低頻噪音影響的方面，林輝政說明，海上的風聲原本就不小，而風力發電機運轉時，葉片震動產生的噪音，也是局限在一定範圍內，過一定距離後風聲就遠大於風機噪音了，因海面上此噪音問題其實不大；而且，「空氣中的噪音是傳不進去海裡的」。

林輝政解釋，這是由於空氣中與水中聲音傳播阻抗（acoustic impedance）不同的緣故，因為水的聲阻抗遠大於空氣的聲阻抗，意思就是，聲音傳到水面時有點像撞到牆壁般，很難傳遞過去，因此水面上的噪音並不會傳遞到海裡。至於葉片旋轉時的震動，則會經由塔架傳到海裡面的樁柱，造成海底噪音的影響，林輝正表示，這個問題國外仍在研究，尚無法下定論。

發展台灣風能產業鏈

對於台灣離岸發電的發展，林輝正認為仍需要政府根據國外以及發展陸域發力發電的經驗。林輝政舉例說，德國很注重國家自主研發，政府規劃並支持產業投資發展，同時也與技術研究機構緊密合作，形成穩固的產業鏈，是十分值得台灣參考之處。

「政策先行、先訂好，未來要怎麼做、做多少、該怎麼做」，林輝政說，這些內容德國政府在政策上都清楚訂定，明確地傳達給國內廠商知道，而廠商除了看到政策作法外，還看到了商機。「有錢賺，廠商就會投入了，如此一來，政策就誘導了產業的推動」。

此外，想要推動離岸風力發電，技術力十分重要，像是風機各零件的製造、塔架結構的技術、葉片材料的合成、組裝焊接等技術。林輝政說，德國有四個機構，扮演著像台灣工業研究院的角色，「他們就會解決該解決的問題」。

林輝政說，最重要還要做出產業才行。他舉例，安裝一臺發電機，就會需要船舶、起重機、重型設備的儲放港口、生產的廠房等，這些都需要很多資金和設備，要各個相關產業共通合作，形成更大一個集體產業，創造共同利益。

打造台灣風力基地

德國主要的離岸發電基地就設在布萊梅港（Bremerhaven），布萊梅港周邊還有些腹地可以使用，由政府規劃成葉片、發電機、塔架的生產基地。形成一個完整性的產業聚落，除了有生產外，還有將零組件存放、運送出去組裝的運轉基地，是個類似台灣「科學園區」的「綠能基地」。對此，林輝政語帶保留地說，「可惜目前台灣都還沒有」。

因此，林輝政認為台灣未來在發展離岸風力發電上，政府若能有明確的策令，配合各公、民營機構的合作協助，要發展起來不是問題；對台灣來說，「離岸風力發電主要會是在西海岸」，林教授說明，所需要的船隻是工業使用，不需要到吃水十幾公尺的商業用船，現有、廢棄的魚港都可以，找一個離風場不致於太遠的港口，就近規劃。

關於地點的選擇，林輝政認為，台灣的西海岸是有很多的土地可以應用的，且台灣的風機數量需求不用太多，以一支風機提供 3 MW 來算，假設未來風能電力需求量為 2000 MW，約需裝七百套風機，這數量對西部沿岸土地及港口來講不是很大的困難。林輝正重申，「很多不是不具有公權力的廠商可以做得到的」。

澎湖離岸發電俱優勢

而台灣除了西岸臨台灣海峽的風場外，清大馬振基教授表示，「澎湖」也是個十分適合發展離岸風力發電的地區，澎湖的溫度、潮汐差，與北海比較相對穩定，且澎湖臨海的地盤是玄武岩，再架設離岸風力發電機塔架時，較為穩固。

林輝政解釋，「這些問題工程都能解決，只是成本的問題」。以經濟部目前規劃設立離岸發電風場所在的彰濱外海地質屬沙質，地基要打更深，要花的錢就多，成本就提升了，但「澎湖地質是玄武岩，大多是岩盤，成本就較低」，林教授表示，地質方面對於發展離岸風力不是問題，就只是在台灣西岸的沙岸建設風機上成本會較高。

馬振基表示，以西岸台灣海峽來講，架設風機的技術會比較像德國北海地區利用鑽油平台式的建造方式，而澎湖沿岸因地質岩盤不同，會是另外一種方式。

雖然選址仍待考察，但其實離岸風機通常設置在岸邊約 100 公尺以上、接近大陸棚地區附近，馬振基解釋，因為如果場址再遠的話，海底距離海面會變深，而如果太深的話，對於建立離岸風機在打樁和架設上的成本反而太高。

天然資源缺乏的台灣，卻在風力資源方面具先天優勢，若善加發展，定能為台灣的能源挹注一股新力量。

原刊載於節能減碳故事賞，經作者授權轉載。