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？

我們的能源從哪裡來、往哪裡去？

全球每年對能源的需求量相當巨大，若用「瓩時」──即一度電這樣的度量單位──來表示會出現天文數字，因此改用「太瓦時」（TWh）來表示，太瓦時等於 10 億瓩時。

在一八〇〇年，全球約有 10 億人口，當時對能源的需求約為 6000 太瓦時；而且幾乎全部來自傳統的生質能源。到了二〇一七年，全球人口達到 76 億，發電量增加了 25 倍（156000 太瓦時）。

下圖顯示在二〇一七年全球主要能源消耗總量的百分比，其中近 8 成為化石燃料。其他再生能源包括風能、太陽能和地熱能，其中成長最快的是風場和太陽光電場。生質能源則主要來自傳統生質能源。

大約有 1/3 的全球能源消耗在將化石燃料轉化為電力和精煉燃料上。

剩下的稱為最終能源需求（final energy demand），是指用戶消耗掉的能源：每年約 10 萬太瓦時。

大約有 10％ 是來自開發中國家傳統生質能的熱，22％ 來自電力，38％ 用於供熱（主要來自化石燃料） 30％ 在交通運輸。熱能和電能主要都是用於工業和建築。汽油和柴油幾乎提供了所有用於運輸的燃料。

怎麼做比較不浪費？能量轉換效率大比拚！

我們看到供熱與供電一樣重要。兩者都可以用瓩時為單位，也就是一度電來測量，雖然電可以完全轉化為熱量，例如電烤箱，但只有一小部分以熱能形式存在的能量可以轉化為電能，其他的必然會散失到周圍環境裡。

在火力發電廠中，存在於化石燃料中的化學能會在燃燒後轉化為熱能。這會將水加熱，產生蒸汽，蒸汽膨脹推動渦輪的葉片，轉動發電機。只有一部分熱量被轉化成電力；其餘的熱量在蒸汽冷凝，完成循環時，就轉移到環境中，成了殘熱。

這份熱電轉化的比例可透過提升高壓蒸汽的溫度來增加，但受限於高溫下鍋爐管線的耐受度。

在一座現代化的火力發電廠中，一般熱能轉化為電能的效率約為 40％。若是在較高溫的複循環燃氣發電機組（combined cycle gas turbine，CCGT）裝置中，這個比例可提高到 60％。

同樣地，在內燃機中也只有一小部分的熱量可以轉化為車子的運動能量（動能）；汽油車的一般平均效率為 25％，柴油車則是 30％，而柴油卡車和公車的效率約為 40％。

另一方面，電動馬達的效率約為 90％，因此電氣化運輸將顯著減少能源消耗。這是提高效率和再生能源之間協同作用的一個範例，這將有助於提供世界所需的能源。

再生能源的過去跟未來

在十九世紀末，水力發電的再生資源幫助啟動了電網的發展，在二〇一八年時約占全世界發電量的 16％。而在再生能源──風能、太陽能、地熱能和生質能源──的投資上，相對要晚得多，是在二十世紀的最後幾十年才開始。

起初的成長緩慢，因為這些再生能源沒有成本競爭力還需要補貼。但隨著產量增加，成本下降，它們的貢獻開始增加。這些其他再生能源發電的占比已從二〇一〇年的 3.5％ 上升到二〇一八年的 9.7％，包括水力發電在內，再生能源的總貢獻量為 26％。

不過，就全球能源的占比，而不是僅只是考慮用戶消耗的電力來看，再生能源僅占約 18％，而傳統生質能則提供約 10％ 的能量。隨著太陽能和風能的成本在許多國家變得比化石燃料更便宜，它們在總發電量中的占比有望在未來幾十年顯著增加。

這世界花了很長的時間才意識到這一事實，從現在開始，再生能源勢必將成為主要的能源來源。

——本文摘自《【牛津通識課02】再生能源：尋找未來新動能》，2022 年 6 月，日出出版，未經同意請勿轉載。

• 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

• 本文依據 恆水創電 110 年 12 月 9 日新聞稿 改寫

文／郭椀濘、李先泰

為了地球的永續發展，台灣已將 2050 年淨零碳排列為重要政策目標，行政院也擬於2022年初提出路徑草案，檢討整體能源政策；為了實現淨零碳排目標，能源新創企業「恆水創電」9日與比利時台北辦事處共同舉辦記者會，發表與比利時水輪機製造商 TURBULENT 共同研發的超低落差機組「Turbulent S」，該機組針對台灣水利環境設計，只要 1.28m 超低落差即可發電，有助於微水力發電在台扎根。

比利時台北辦事處處長文浩德 Frédéric VERHEYDEN 致詞指出，比利時綠能產業擁有許多領先技術，為潔淨能源的先驅，是台灣發展能源最理想的合作夥伴，與台灣離岸風電領域已有深入合作，十分樂見 TURBULENT 與恆水創電在嶄新領域攜手共進，「台比合作將發展美好且綠化的台灣，為全球的淨零願景貢獻心力。」

恆水創電股份有限公司創辦人兼執行長鄒飛逯表示，推動「水利建設內建發電」是恆水創電的企業使命。他強調，台灣具有得天獨厚的水力發電條件，不但水力豐沛，地勢更是山高水急。然而，在河川渠道中卻有許多緩解水流力道的消能設施（如消波塊），以小水力發電的觀點來看相當可惜。

鄒飛逯指出，若運用發電機組取代消能設施，用水流動能發電，就能使消能設施創造能量，既可兼顧設施安全，又能創造最乾淨的綠能，堪稱一舉數得，而這也是恆水創電的初衷。鄒飛逯強調：「思維轉個彎，水利基礎建設就是小電廠，每一滴水都能發好幾次電！」

針對 TURBULENT 機組的技術優勢，鄒飛逯指出，TURBULENT 垂直渦流水輪機的特色是韌性極強且應用場域廣泛。強韌的葉片讓機組不怕垃圾及泥沙堵塞（以Turbulent S為例，可容納直徑 25cm 的物體通過），一體成型的設計亦可抗震；若遇到強風豪雨導致河川水位暴漲，也有對應的斷電機制，讓發電機組自動跳離電網，在條件嚴苛的場域中仍可穩定運作。

鄒飛逯也說，TURBULENT 的機組體積小且易於施作，可與水利設施合為一體，多元發展性高。更關鍵的是，機組的設計也讓河道中的生物能無害通過葉片，可兼顧生態友善：「頂多讓通過的生物感到暈眩，但不會造成傷害。」

而為徹底運用台灣的水力潛能，恆水創電與TURBULENT整合雙方專業，經過兩年場域資料蒐集及田野調查，為台灣水力環境量身設計 Turbulent S超低落差小水力發電機組，為台灣打造最佳化機組。

Turbulent S可應用於台灣多數水力環境中，因其有效落差高度僅1.28m，所需流量為2cms (每秒2立方米)，無論在灌溉溝渠跌水工、自然河川、淨水與汙水處理廠、給排水、水保設施等場域，都有極大發揮空間，讓鄒飛逯喊出「一落差一機組，一渠道一電廠」的綠能願景。

為推動台灣小水力產業發展，恆水創電與TURBULENT已簽訂合作備忘錄，授權Turbulent S機組國產化，比照風電模式在台灣落地生產。

恆水創電總經理廖弘毅指出，Turbulent S國產化不僅有助提升產業技術，更可確保長期料件供應與技術服務。「作為生命週期20至30年的基礎建設，國產化將能確保小水力發電在台灣長久發展、穩定維運；」廖弘毅總結，「這將是小水力發電在台灣遍地開花的重要一步！」

今日恆水創電也正式與台灣小水力綠能產業聯盟簽約入會，強調日後將會有緊密合作。對此聯盟洪正中理事長表示：「小水力發電是最環保再生能源，為對環境最友善的發電方式，小水力為台灣再生能源第三棒，聯盟與恆水創電公司將會持續為再生能源努力。」

2021.12.12 PM 0:24 更新：原版本文中之「水頭」為英文 Hydraulic Head 之意，為單位重量液體通過泵所獲得的能量，單位為公尺(m)。為便於理解，改為「落差」。