2 No.10 July 2014 經 刊 登 之 文 章, 文 責 由 作 者 自 負

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1 黃 教 正 攝 於 午 後 No.80 No.10 October, July

2 2 No.10 July 2014 經 刊 登 之 文 章, 文 責 由 作 者 自 負

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4 臺 灣 地 區 98% 以 上 之 能 源 皆 自 國 外 進 口, 這 些 進 口 的 能 源 主 要 是 傳 統 的 化 石 燃 料 及 核 能, 如 煤 石 油 天 然 氣 及 鈾, 但 化 石 燃 料 開 採 有 其 年 限, 非 永 續 性 能 源, 在 其 耗 盡 之 前 必 須 尋 求 解 決 方 案 另 外, 近 百 年 來 燃 燒 化 石 燃 料 所 產 生 的 二 氧 化 碳, 已 造 成 全 球 暖 化 的 溫 室 效 應, 而 我 國 溫 室 氣 體 二 氧 化 碳 之 排 放 量, 在 國 際 統 計 上 亦 名 列 前 茅 因 此, 為 因 應 氣 候 變 遷, 政 府 決 定 調 整 我 國 能 源 結 構, 將 加 速 國 內 綠 能 產 業 發 展, 與 積 極 開 發 自 主 化 之 能 源 產 業, 減 少 對 進 口 能 源 之 需 求, 行 政 院 並 於 民 國 98 年 4 月 核 定 綠 色 能 源 產 業 旭 升 方 案, 推 動 已 有 良 好 基 礎 之 太 陽 光 電 與 LED 照 明 產 業, 以 及 具 發 展 條 件 之 風 力 發 電 生 質 燃 料 氫 能 與 燃 料 電 池 能 源 資 通 訊 與 電 動 車 輛 等 產 業, 使 能 達 到 節 能 減 碳 及 提 升 產 業 競 爭 力 其 後 於 2011 年 月 11 日 日 本 本 州 東 北 部 仙 台 外 海 發 生 芮 氏 規 模 9.0 級 強 烈 地 震, 引 發 十 公 尺 高 大 海 嘯 襲 捲 宮 城 福 島 等 臨 海 鄉 鎮, 造 成 東 京 電 力 福 島 核 能 發 電 廠 反 應 爐 冷 卻 失 控, 輻 射 外 洩, 引 起 全 球 恐 慌 ; 我 國 亦 重 新 檢 討 核 能 政 策 與 既 有 核 能 電 廠 安 全, 並 於 當 年 11 月 公 布 確 保 核 安 穩 健 減 核 打 造 綠 能 低 碳 環 境 逐 步 邁 向 非 核 家 園 之 能 源 發 展 願 景, 全 力 推 廣 各 類 再 生 能 源 而 經 濟 部 能 源 局 也 成 立 千 架 海 陸 風 力 機 與 陽 光 屋 頂 百 萬 座 計 畫, 期 能 在 200 年 時 我 國 再 生 能 源 總 裝 置 容 量 可 達 12,502MW 發 電 量 約 56 億 度, 占 發 電 總 裝 置 容 量 16.1%, 以 減 少 對 進 口 能 源 之 需 求, 逐 步 建 立 國 內 綠 能 使 用 環 境 由 於 陸 域 優 質 風 場 開 發 已 逐 漸 飽 和, 而 台 灣 海 峽 西 北 部 海 域 經 評 估 為 風 能 相 當 良 好 之 離 岸 風 場 之 一, 值 得 開 發 能 源 局 遂 於 民 國 102 年 7 月 公 告 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法, 並 遴 4 No.10 July 2014

5 選 出 一 家 國 營 事 業 及 二 家 民 間 業 者 參 與 開 發 然 離 岸 風 力 發 電 為 近 二 十 年 來 由 歐 洲 發 展 出 來 之 新 興 產 業, 許 多 相 關 技 術 雖 已 廣 泛 應 用, 但 仍 有 部 分 地 域 性 參 數 需 要 進 一 步 釐 清 與 研 究, 此 對 於 剛 起 步 之 國 內 離 岸 風 電 自 是 一 大 挑 戰 有 鑑 於 此, 本 期 主 乃 特 別 邀 請 經 濟 部 能 源 局 王 運 銘 局 長 及 台 灣 風 力 發 電 產 業 協 會 許 文 都 理 事 長 接 受 訪, 就 我 國 能 源 特 性 面 臨 的 挑 戰, 及 國 內 能 源 需 求 供 給 等 重 要 關 鍵 層 面, 分 享 相 關 經 驗 與 看 法 給 工 程 界 此 外, 考 量 綠 能 產 業 在 國 內 多 屬 新 興 產 業, 不 論 任 何 業 者 在 配 合 政 府 推 動 開 發 計 畫 時 難 免 需 要 引 用 一 些 新 的 技 術 基 此, 本 期 中, 是 以 本 公 司 多 年 來 在 海 域 離 岸 工 程 所 累 積 之 經 驗 為 基 礎, 並 將 近 期 參 與 國 內 外 各 項 教 育 訓 練 所 引 進 之 技 術 作 進 一 步 彙 整 與 分 析, 從 離 岸 風 場 開 發 之 設 計 技 術 規 範, 到 實 質 規 劃 設 計 與 建 造 施 工 作 一 系 列 介 紹 與 說 明, 期 能 拋 磚 引 玉 吸 引 更 多 有 興 趣 者 參 與 討 論 與 交 流, 以 利 未 來 離 岸 風 電 產 業 能 在 國 內 落 實 生 根 與 發 展 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 副 總 經 理 其 次, 雖 然 我 國 太 陽 光 電 上 中 下 游 產 業 鏈 結 構 完 整, 但 因 我 國 太 陽 能 電 場 亦 在 初 步 發 展 階 段, 所 以 廠 商 生 產 產 品 大 部 分 外 銷 國 外, 較 少 完 整 的 應 用 於 國 內 太 陽 能 電 場 因 此, 本 期 之 另 一 重 點 乃 將 太 陽 能 電 場 開 發 所 需 引 用 之 工 程 技 術 作 一 初 步 探 討, 並 與 離 岸 風 電 技 術 相 互 呼 應, 俾 利 陽 光 普 照 的 台 灣 西 南 部 區 域 在 執 行 太 陽 能 開 發 時 之 參 考 No.10 July

6 1 人 物 訪 INTERVIEW 6 No.10 July, 2014

7 經 濟 部 能 源 局 王 運 銘 局 長 畢 業 於 國 立 交 通 大 學 管 理 科 學 系, 並 於 國 立 交 通 大 學 運 輸 工 程 研 究 所 取 得 碩 士 學 位, 歷 任 經 濟 部 能 源 委 員 會 副 執 行 秘 書 經 濟 部 能 源 委 員 會 執 行 秘 書 經 濟 部 能 源 局 副 局 長 經 濟 部 能 源 局 代 理 局 長 等 重 要 公 職, 多 年 參 與 國 家 能 源 政 策 之 研 究, 深 入 瞭 解 全 球 能 源 發 展 之 趨 勢, 對 於 目 前 國 內 能 源 發 展 之 方 向, 特 別 指 出 能 源 安 全 的 重 要, 並 朝 能 源 自 主 性 多 元 化 發 展 以 及 潔 淨 與 可 接 受 的 價 格 努 力 ; 而 再 生 能 源 即 為 符 合 上 述 條 件 的 選 項, 其 中 更 以 風 力 發 電 及 太 陽 光 電 為 首 要 開 發 目 標 國 內 離 岸 風 力 發 電 開 發 目 標 預 計 至 民 國 119 年 有,000MW 的 規 模, 包 括 風 機 製 造 風 場 運 轉 維 護 以 及 風 場 開 發 服 務, 預 估 整 體 約 有 新 臺 幣 5,000 億 元 的 市 場, 冀 望 國 內 顧 問 業 能 結 合 國 內 風 力 發 電 產 業 鏈, 以 更 深 入 更 有 說 服 力 的 調 查, 更 庶 民 化 的 業 溝 通, 結 合 鄉 土 元 素, 以 更 親 民 更 在 地 化 之 設 計, 達 到 環 境 與 能 源 發 展 雙 贏 目 標 億 美 元, 約 占 國 民 生 產 毛 額 的 8.6%) 上 升 至 102 年 98%(651 億 美 元, 約 占 國 民 生 產 毛 額 的 問 : 局 長 於 能 源 局 服 務 時 間 長 久, 對 於 國 內 能 源 開 發 有 相 當 的 認 識, 也 瞭 解 國 內 能 源 需 求 供 給 之 重 要 關 鍵 層 面, 在 多 年 經 驗 中, 可 否 分 享 相 關 特 殊 經 驗? 答 : 從 過 去 0 年 間 國 內 能 源 及 電 力 的 變 化 來 看, 能 源 供 給 自 民 國 70 年 至 102 年, 從,25 萬 公 秉 油 當 量 增 加 至 1 億 4,14 萬 公 秉 油 當 量, 增 加 約 4.4 倍, 其 中 能 源 的 結 構 亦 有 所 不 同, 其 中 較 重 要 的 幾 項, 例 如 石 油 的 比 例 由 69% 減 少 至 48%, 煤 炭 由 15% 增 加 至 0%, 天 然 氣 由 5% 增 加 至 12%, 核 能 則 由 10% 減 少 至 8% 能 源 的 供 給 主 要 仰 賴 進 口, 並 且 進 口 能 源 的 比 率 有 逐 年 上 升 的 趨 勢, 從 民 國 70 年 的 88%( %), 能 源 的 供 給 幾 乎 完 全 仰 賴 進 口, 能 源 的 安 全 性 也 相 對 的 脆 弱 此 外, 近 年 來 全 球 暖 化 及 排 碳 的 問 逐 漸 受 到 世 界 各 國 的 注 意, 依 統 計 顯 示, 國 內 的 排 碳 量 自 民 國 70 年 至 102 年 由 億 公 噸 成 長 至 2.50 億 公 噸, 成 長 約 4 倍, 每 人 的 排 碳 量 也 由.4 公 噸 上 升 至 公 噸, 成 長 約.1 倍 隨 著 經 濟 成 長 以 及 工 業 發 展, 國 內 能 源 需 求 也 逐 年 上 升, 以 電 力 裝 置 容 量 來 看, 自 民 國 70 年 至 102 年, 由 10,159MW 成 長 至 41,181MW, 成 長 約 4 倍, 電 力 尖 峰 負 載 由 6,797MW 成 長 至,957MW, 成 長 約 5 倍, 發 電 量 由 400 億 度 成 長 至 2,14 億 度, 成 長 約 5. 1 人 物 訪 No.10 July,

8 倍, 但 僅 在 79~84 年 間 少 數 年 有 限 電 的 情 形, 長 期 都 能 穩 定 供 電, 這 部 分 應 感 謝 能 源 供 應 公 司 以 及 提 供 能 源 供 應 公 司 的 相 關 顧 問 及 施 工 廠 商 然 而 面 對 這 些 變 遷, 國 內 能 源 的 特 性 仍 有 相 當 多 挑 戰, 包 括 下 列 幾 項 : 一 臺 灣 有 98% 能 源 依 靠 進 口, 臺 灣 為 能 源 窮 國, 如 何 分 散 來 源 以 及 穩 定 供 給, 為 臺 灣 能 源 的 關 鍵 問 二 臺 灣 為 獨 立 的 島 國, 未 與 其 他 國 家 相 連, 電 力 系 統 並 無 外 援, 不 像 歐 洲 北 歐 的 電 力 系 統 可 互 相 支 援, 例 如 部 分 區 域, 在 陽 光 較 少 的 季 節 由 其 他 能 源 型 式 或 是 區 域 來 供 給 三 能 源 建 設 為 長 期 建 設, 例 如 大 型 的 天 然 氣 電 廠 興 建 約 需 6 年, 燃 煤 發 電 廠 約 需 8~10 年 使 得 電 力 建 設 面 臨 更 高 挑 戰 1 人 物 訪 四 能 源 建 設 投 資 額 大, 每 座 電 廠 開 發 均 為 上 百 億 元 甚 至 上 千 億 元 的 投 資 額, 例 如 天 然 氣 接 收 站,1 座 興 建 的 費 用 約 需 上 千 億 元, 需 要 龐 大 資 金 供 應 五 鄰 避 效 應 (not in my back yard): 隨 著 生 活 水 準 的 提 升, 民 眾 對 於 環 境 景 觀 等 相 關 的 要 求 越 來 越 高, 而 在 面 臨 調 整 電 價 時, 大 眾 普 遍 持 反 對 的 態 度, 同 時 要 求 電 力 供 應 不 能 缺, 要 求 所 有 的 電 力 設 施, 都 不 要 裝 設 在 住 家 附 近, 六 對 於 能 源 的 選 擇 要 將 事 實 釐 清, 才 能 做 出 真 正 的 價 值 判 斷 以 及 正 確 的 選 擇 目 前 民 眾 對 於 能 源 問 相 當 關 心, 並 且 積 極 參 與, 所 以 未 來 政 府 的 任 何 規 劃, 必 須 將 民 間 意 見 納 入, 以 減 少 紛 爭 針 對 上 述 這 些 問 或 特 性, 過 去 政 府 已 經 在 做, 只 是 努 力 是 否 足 夠 的 問, 而 未 來 國 內 的 能 源 政 策 努 力 的 方 向, 應 朝 下 列 方 向 去 推 動 : 8 No.10 July, 2014

9 ( 左 1) 廖 學 瑞 資 深 協 理 ( 左 2) 王 炤 烈 副 總 經 理 ( 左 ) 林 俶 寬 副 理 ( 左 4) 李 磑 栢 正 工 程 師 ( 右 2) 曾 增 材 副 組 長 ( 右 1) 王 運 銘 局 長 能 源 資 訊 透 明 化 : 過 去 有 些 時 候, 由 於 資 訊 不 夠 透 明 化, 使 得 不 同 意 見 者, 以 不 實 的 資 訊 來 混 淆 大 眾, 再 加 上 媒 體 的 渲 染, 常 常 使 得 能 源 政 策 無 法 推 動, 或 是 推 動 甚 為 困 難 如 何 使 資 訊 透 明 化, 讓 正 確 的 訊 息 得 以 傳 遞, 是 未 來 努 力 的 重 點 能 源 知 識 普 及 化 : 目 前 民 眾 自 主 意 識 強 烈, 且 希 望 積 極 參 與 能 源 選 擇 的 決 策, 但 在 此 之 前 必 須 要 有 正 確 的 能 源 知 識, 以 瞭 解 決 策 的 內 容 未 來 可 透 過 學 校 教 育 落 實 能 源 知 識 普 及 化 回 饋 法 制 化 : 目 前 回 饋 機 制 尚 未 達 到 真 正 的 法 治 化, 只 訂 定 一 些 要 點, 須 透 過 談 判 決 定 回 饋 的 內 容 談 判 的 對 象 若 是 當 事 者 還 比 較 好, 若 是 透 過 間 接 的 談 判, 常 因 談 判 者 的 用 意 並 非 良 善, 而 無 法 達 成 倘 能 法 制 化, 較 能 有 所 遵 循 能 源 價 格 合 理 化 : 民 眾 常 言, 國 人 的 收 入 相 較 歐 洲 國 家 為 低, 所 以 我 們 的 能 源 價 格 應 該 也 要 調 降, 惟 此 說 法 並 不 合 理 簡 單 來 說, 能 源 提 供 者 不 會 因 為 接 受 者 國 家 的 GDP 較 低, 就 降 低 價 格, 所 以 必 須 反 映 國 際 能 源 的 實 際 價 格 1 人 物 訪 No.10 July,

10 國 內 許 多 廠 商 常 提 出 能 源 價 格 是 其 保 持 國 際 競 爭 力 的 主 要 因 素, 迫 使 政 府 以 低 價 格 的 保 護 政 策, 提 供 便 宜 的 能 源, 惟 如 此 作 法 反 而 造 成 依 賴, 沒 有 實 際 的 競 爭 力 價 格 合 理 化 應 包 括 供 應 成 本 及 社 會 成 本, 例 如 二 氧 化 碳 的 排 放 等 亦 應 考 量 在 內 先 進 國 家 早 已 將 社 會 成 本, 考 量 在 能 源 價 格 內, 所 以 會 更 珍 惜 能 源 因 此, 政 建 立 完 整 的 能 源 安 全 供 需 體 系, 是 理 想 也 是 原 則 既 然 我 國 能 源 須 依 靠 進 口, 在 能 源 多 元 化 的 政 策 規 劃 下, 任 何 一 項 可 能 的 能 源, 都 不 應 該 放 棄, 即 使 是 核 能 也 是 一 樣, 在 安 全 措 施 之 下, 應 該 也 是 一 項 能 源 選 擇, 縱 使 國 人 最 後 的 共 識 是 非 核 家 園, 核 能 亦 可 能 扮 演 著 協 助 國 內 能 源 轉 型 重 要 的 角 色, 有 其 存 在 的 價 值 策 不 應 以 保 護 方 式 維 持 廠 商 的 競 爭 力, 也 不 因 民 眾 反 對 而 反 對, 政 策 若 因 民 意 反 對 而 改 變, 在 時 間 的 轉 變 中, 最 後 仍 必 須 面 對, 屆 時 可 能 已 喪 失 最 佳 時 機 正 確 的 方 式 應 該 是 在 適 當 的 時 機, 以 循 序 漸 進 的 方 式, 引 相 關 產 業 反 映 能 源 合 理 的 價 格, 也 可 使 能 源 投 資 者 取 得 適 當 問 : 臺 灣 長 期 以 來 依 賴 大 量 進 口 能 源, 而 目 前 國 內 外 正 發 展 替 代 能 源, 對 此 能 源 情 勢 發 展, 局 長 之 看 法 與 期 許 為 何? 的 利 潤, 始 有 投 資 利 基, 否 則 民 間 不 投 資, 強 迫 台 電 公 司 投 資, 最 後 致 虧 本, 再 轉 嫁 給 全 民 負 擔 答 : 替 代 能 源 主 要 為 再 生 能 源, 國 內 以 示 範 的 方 式 開 始 推 動, 再 生 能 源 發 展 條 例 於 民 國 98 年 7 月 8 日 公 布 實 施, 開 始 有 個 立 法 的 基 1 人 物 訪 能 源 市 場 自 由 化 : 尤 其 是 再 生 能 源 發 電 部 分, 開 放 市 場 讓 投 資 者 願 意 投 資, 開 發 替 代 電 力, 毋 需 所 有 的 發 電 設 施 均 要 台 電 公 司 開 發, 所 產 出 的 電 力 可 自 行 尋 找 售 電 的 客 戶, 毋 需 全 部 賣 給 台 電 公 司 綜 上 所 述, 應 可 逐 漸 形 成 一 股 力 量, 適 當 反 映 或 解 決 國 內 的 能 源 問, 面 對 國 內 外 的 環 境, 提 供 一 個 安 全 結 合 教 育 潔 淨 價 格 可 負 擔 的 能 源 準, 發 展 我 國 的 再 生 能 源, 再 生 能 源 電 能 躉 購 費 率 審 定 會 每 年 訂 定 躉 購 費 率, 以 該 年 的 費 率 由 台 電 公 司 保 證 購 買 20 年 的 電 能, 投 資 者 依 照 公 告 的 費 率 標 準, 評 估 成 本 效 益, 估 算 出 回 收 年 限, 至 於 躉 購 費 率 通 常 以 5.25% 的 投 資 酬 率 估 算 據 此 推 動 以 來, 自 民 國 98 年 至 102 年, 再 生 能 源 成 長 了 25%, 由,061MW 增 加 為,828MW, 其 中 增 加 的 部 分 以 太 陽 光 電 及 風 力 發 電 為 主, 在 風 力 發 電 方 面, 累 計 設 置 容 量 為 617MW, 比 98 年 約 增 為 1.6 倍, 太 陽 光 電 約 為 92MW 比 98 年 約 增 為 9.2 倍 雖 然 受 到 土 地 面 10 No.10 July, 2014

11 1 人 物 訪 王 運 銘 局 長 No.10 July,

12 積 的 限 制, 且 再 生 能 源 為 間 歇 性 能 源, 風 力 發 電 年 利 用 率 28% ( 陸 域 )~8% ( 離 岸 ) 太 陽 光 分 期 均 衡 發 展 : 受 到 費 用 的 限 制, 必 須 分 期 均 衡 發 展 電 14%, 無 法 作 為 基 載 電 力 如 前 所 述, 臺 灣 為 一 個 獨 立 的 電 網, 無 法 與 其 他 國 家 聯 網, 所 以 再 生 能 源 的 總 量 如 果 過 高, 即 會 造 成 系 統 不 帶 動 國 內 產 業 發 展 : 例 如 太 陽 光 電 以 及 風 力 發 電 穩 定, 必 須 考 慮 加 上 其 他 的 設 施, 例 如 使 用 智 慧 電 網 或 其 他 儲 能 系 統 1 人 物 訪 另 外, 再 生 能 源 目 前 成 本 較 高, 除 陸 域 風 力 發 電 為 2.6 元 / 度 之 外, 其 他 如 太 陽 光 電 達 6~7 元 / 度 以 上, 離 岸 風 力 發 電 5.6 元 / 度, 目 前 國 內 發 電 平 均 成 本 約 2.9 元 / 度 章 雜 誌 曾 有 許 多 說 法, 如 多 建 設 再 生 能 源 就 能 取 代 核 四, 就 其 特 性 限 制, 短 期 無 法 達 成 再 者, 以 現 在 躉 購 費 率 購 買 20 年, 新 增 的 費 用 需 附 加 在 電 價 上, 即 使 附 加 價 格 不 多, 但 仍 屬 電 價 上 漲, 須 全 民 負 擔 因 此, 訂 定 推 廣 目 標 及 原 則 後, 以 積 極 穩 健 方 式 去 執 行, 即 不 會 像 西 班 牙 無 限 制 地 發 展, 在 第 一 年 度 即 花 費 所 有 經 費, 造 成 財 政 負 擔, 拖 垮 了 國 內 經 濟, 第 二 年 度 隨 即 停 止 發 展 所 以 訂 定 再 生 能 源 推 廣 目 標, 我 們 會 考 量 幾 個 原 則 : 技 術 的 成 熟 度 : 即 優 先 發 展 技 術 較 成 熟 的 再 生 能 源 成 本 效 益 : 與 其 他 產 品 比 較, 成 本 較 低 收 益 較 高 的 再 生 能 源 優 先 發 展 電 價 的 影 響 必 須 為 可 接 受 根 據 以 上 原 則, 民 國 99 年 訂 定 我 國 再 生 能 源 推 廣 目 標, 預 定 民 國 119 年 再 生 能 源 裝 置 容 量 可 達 10,858MW, 以 98 年,061MW 為 基 準, 約 增 加 倍 不 過 在 民 國 101 年 及 10 年, 分 別 12 No.10 July, 2014

13 向 上 修 正, 預 定 119 年 達 1,750MW, 約 占 119 年 總 發 電 裝 置 容 量 的 24.2%, 發 電 量 約 為 4 億 度, 約 占 11.7%, 以 一 般 家 庭 用 電 估 算, 約 可 供 給 84 萬 戶 用 電 在 1,750MW 中 主 要 以 風 力 發 電 及 太 陽 能 光 電 為 主, 其 中 風 力 發 購 費 率 額 外 增 加 15% 收 購 價 格, 至 於 陸 域 風 力 發 電, 因 推 廣 目 標 稍 有 落 後, 為 鼓 勵 業 者 設 置, 在 費 率 上 予 以 調 整, 如 在 民 國 107 年 以 前 完 工 者, 在 這 之 前 每 一 年 的 費 率 可 增 加.4%, 作 為 鼓 勵 在 離 岸 風 力 發 電 的 推 動 方 面, 是 一 個 嶄 新 的 開 始, 能 源 局 為 此 推 動 了 海 陸 千 架 風 力 機 計 畫, 規 劃 原 則 為 先 示 範 再 區 域 開 發 國 內 離 岸 的 風 力 資 源 在 國 際 上 的 評 價 甚 高, 示 範 獎 勵 辦 法 已 於 101 年 公 告, 102 年 民 營 企 業 部 分 已 有 2 家 業 者 獲 選, 並 已 與 能 源 局 簽 約, 目 前 1 家 已 經 完 成 整 體 風 場 的 環 境 影 響 評 估, 另 外 1 家 已 經 完 成 2 架 示 範 機 組 的 環 境 影 響 評 估, 同 時 漁 業 談 判 亦 已 在 最 後 階 段 電 約 4,200MW, 包 括 1,200MW 的 陸 域 風 力 發 電 及,000MW 的 離 岸 風 力 發 電 ; 太 陽 光 電 約 6,200MW, 二 者 合 計 約 10,400MW, 約 占 再 生 能 源 發 電 裝 置 容 量 的 75.6%, 另 外, 為 鼓 勵 離 島 設 置 再 生 能 源, 電 能 躉 基 本 上, 倘 以,000MW 的 裝 置 容 量 來 估 算 離 岸 風 力 發 電, 約 有 新 臺 幣 5,000 億 元 的 市 場 投 入 價 值, 國 內 產 業 投 入 的 部 分 主 要 包 括 風 機 製 造 風 力 發 電 的 運 轉 維 護 以 及 風 力 發 電 開 發 服 務, 並 且 以 風 力 發 電 開 發 服 務 為 核 心 考 量 現 階 段 我 國 自 主 的 風 力 發 電 技 術, 透 過 示 範 風 場 開 發, 帶 動 風 機 製 造, 如 零 組 件 或 整 機 整 廠 的 製 造, 短 期 達 成 預 期 目 標, 可 能 性 並 不 高, 其 中 產 業 配 合 可 能 是 關 鍵 因 素 至 於 推 動 策 略 以 先 示 範 再 區 域 開 發, 即 先 將 一 般 性 及 需 部 會 協 調 的 工 作 先 完 成, 規 劃 各 個 區 域 的 配 置, 分 區 分 期 去 開 發, 並 就 投 資 可 行 性 及 相 關 之 政 策 1 人 物 訪 No.10 July,

14 環 評 進 行 至 一 定 程 度, 以 加 速 風 場 之 開 發 工 作, 例 如 英 國 的 風 場 開 發 即 是 依 此 模 式 發 展 事 實 上 國 內 產 業 鏈 目 前 均 已 存 在, 如 台 電 中 鋼 台 船 東 元 樺 棋 等 公 司, 也 積 極 問 : 隨 著 經 濟 發 展 電 力 需 求 日 增, 但 近 年 來 環 保 意 識 抬 頭 及 人 民 要 求 提 高, 綠 能 開 發 施 工 日 益 困 難, 亦 常 見 工 程 之 施 工 因 抗 爭 而 難 以 順 利 推 動, 局 長 期 許 顧 問 業 界 如 何 配 合? 投 入 風 場 開 發 行 列, 若 完 全 依 靠 國 外 團 隊, 在 開 發 的 成 本 上 可 能 較 不 經 濟 答 : 能 源 開 發 的 角 色 及 困 難 如 前 所 述, 也 適 用 於 綠 能 開 發, 大 致 上 可 以 資 訊 透 明 化 回 饋 在 綠 能 產 業 部 分, 銜 接 綠 能 產 業 旭 升 方 案, 目 前 研 擬 綠 能 產 業 躍 升 計 畫, 將 太 陽 光 電 風 力 發 電 LED 照 明 及 能 源 資 通 訊 等 4 項 列 為 主 要 的 發 展 產 業, 在 研 發 上 有 能 源 國 家 型 科 技 計 畫 配 合, 也 投 入 經 費 協 助 離 岸 風 力 發 電 開 發 的 配 合 工 作, 包 括 工 程 設 計 建 造 海 事 工 程 抗 颱 耐 震 風 力 機 設 計 以 及 運 維 監 控 等 法 制 化 等 方 向 努 力, 以 減 輕 開 發 阻 力 除 此 之 外, 顧 問 業 者 為 開 發 商 重 要 之 輔 佐 單 位, 在 基 礎 調 查 與 工 程 品 質 上, 除 宜 扮 演 好 協 助 與 督 的 角 色, 以 達 各 項 運 轉 安 全 要 求 及 設 備 的 妥 善 之 外, 更 宜 於 規 劃 階 段 即 善 盡 各 項 調 查 之 廣 度 與 深 度, 諸 如 風 力 發 電 噪 音 之 影 響 範 圍 炫 影 生 態 及 對 於 當 地 景 觀 等 影 響, 以 更 庶 民 化 1 人 物 訪 問 : 近 年 來 政 府 有 意 推 動 離 岸 風 力 發 電 作 為 替 代 能 源 之 一, 局 長 期 許 業 界 如 何 配 合 進 行 後 續 之 電 力 建 設 計 畫? 答 : 如 前 所 述 國 內 產 業 鏈 目 前 均 已 存 在, 如 何 結 合 產 業 鏈 的 力 量, 支 持 離 岸 風 力 發 電 的 發 展, 這 部 分 相 當 重 要, 而 如 何 呼 籲 產 業 聯 盟, 則 是 政 府 單 位 的 努 力 方 向 的 業 溝 通, 加 強 對 民 眾 的 說 服 力, 並 且 妥 善 規 劃 各 機 組 設 置, 於 設 計 階 段 善 加 利 用 鄉 土 元 素 使 工 程 內 容 更 親 民 更 具 在 地 文 化, 以 環 境 與 能 源 發 展 雙 贏 為 首 要 目 標 如 此 由 下 而 上 的 改 變, 改 善 民 眾 觀 感 界 面, 讓 民 眾 對 於 政 府 的 信 任 感 更 上 層 樓, 使 得 上 述 的 想 法 不 再 是 口 號, 而 能 落 實 於 工 程 中, 減 少 抗 爭 阻 力 14 No.10 July, 2014

15 感 謝 能 源 局 王 運 銘 局 長 百 忙 之 中 撥 冗 接 受 訪, 並 分 享 多 年 來 於 能 源 局 服 務 之 經 驗, 針 對 替 代 能 源 及 綠 色 能 源 的 情 勢 發 展 提 出 對 於 國 內 產 業 努 力 的 目 標 及 期 許, 更 以 深 入 淺 出 的 以 及 政 策 執 行 方 向, 對 於 目 前 顧 問 業 界 的 努 力 及 成 就, 表 示 肯 定 及 嘉 許, 更 期 望 在 未 來 善 盡 輔 佐 開 發 商 的 職 責, 為 國 家 能 源 安 全 盡 一 份 心 力 見 解, 明 確 的 指 出 國 內 能 源 發 展 的 特 性 挑 戰 ( 左 1) 李 磑 栢 正 工 程 師 ( 左 2) 林 俶 寬 副 理 ( 左 ) 曾 增 材 副 組 長 ( 右 ) 王 炤 烈 副 總 經 理 ( 右 2) 王 運 銘 局 長 ( 右 1) 廖 學 瑞 資 深 協 理 1 人 物 訪 No.10 July,

16 1 人 物 訪 INTERVIEW 16 No.10 July, 2014

17 台 灣 風 力 發 電 產 業 協 會 的 前 身 是 台 灣 風 力 發 電 設 備 產 業 聯 誼 會, 該 會 係 2005 年 08 月 在 工 業 局 再 生 能 源 設 備 產 業 推 動 計 畫 項 下 所 推 動 成 立, 在 首 任 會 長 金 屬 中 心 黃 文 星 前 執 行 長 及 兩 位 副 會 長 ( 前 中 鋼 機 械 王 恒 鑫 副 總 與 台 電 前 新 能 源 開 發 處 余 勝 雄 處 長 ) 的 帶 領 下, 奠 定 今 日 風 力 發 電 良 好 基 礎 自 2008 年 起 由 許 理 事 長 接 任 會 長, 經 過 六 年 多 的 努 力, 國 內 風 力 發 電 產 業 已 具 雛 型 的 同 時, 在 主 管 機 關 工 業 局 及 業 界 鼓 勵 下, 於 2011 年 10 月 底 經 內 政 部 核 准 成 立 台 灣 風 力 發 電 產 業 協 會, 並 由 許 理 事 長 擔 任 第 一 屆 理 事 長 繼 續 帶 領 產 業 協 會 多 年 來 協 會 成 功 地 扮 演 了 台 灣 風 力 發 電 產 業 之 交 流 平 台, 也 促 成 風 力 機 本 土 化 製 造 施 工 及 運 轉 維 護 等 相 關 產 業 落 實 扎 根, 並 創 造 台 灣 風 力 發 電 新 興 產 業 之 綠 色 再 生 能 源 之 新 價 值 目 標, 在 產 業 方 面 卻 無 配 套 措 施, 無 產 業 政 策 問 : 風 電 產 業 協 會 多 年 來 致 力 於 台 灣 風 力 發 電 相 關 產 業 之 推 動, 透 過 協 會 結 合 產 學 電 研 等 相 關 機 構 與 人 員, 提 供 發 展 策 略 資 訊 提 供 技 術 交 流, 積 極 推 動 產 業 垂 直 水 平 整 合 貢 獻 卓 著, 且 對 於 未 來 台 灣 風 力 發 電 產 業 之 發 展 方 向, 應 已 有 相 當 的 認 識 與 期 許, 請 問 理 事 長 對 於 風 力 發 電 產 業 之 發 展 前 景 看 法 如 何? 答 : 這 個 問 可 由 以 下 幾 個 方 向 來 說 明 : 陸 域 風 電 政 府 單 位 在 2006 年 就 開 始 推 動 風 力 發 電, 當 時 時 機 點 相 當 好, 也 推 出 2010 年 前 完 成 2159MW 陸 域 風 機 的 能 源 政 策, 但 僅 提 出 政 策 來 輔 產 業 讓 產 業 在 當 時 面 臨 極 大 的 技 術 問, 造 成 所 有 風 機 都 由 國 外 進 口, 國 內 產 業 僅 侷 限 在 風 機 塔 架 部 分, 技 術 層 面 並 未 提 升, 至 今 陸 域 風 機 也 才 完 成 14 架 621MW, 離 原 來 政 策 目 標 還 很 遠, 有 待 政 府 方 面 多 努 力, 才 能 帶 動 產 業 發 展 至 於 未 來 發 展 目 標, 就 目 前 風 力 機 產 業 鏈 廠 商 而 言, 除 中 鋼 機 械 中 興 電 工 亞 力 電 機 等 供 應 內 需 市 場 外, 其 他 皆 以 外 銷 為 主, 包 括 葉 片 碳 纖 維 扣 件 變 壓 器 及 輪 轂 木 模 等 2014 年 在 美 國 PTC/ITC 補 貼 法 案 到 期 中 國 政 府 推 行 風 電 優 先 併 網 及 全 額 收 購 等 政 策 發 酵 下, 全 球 風 力 發 電 新 增 裝 置 量 將 快 速 復 甦, 回 到 2012 年 市 場 成 長 水 平 達 45GW 隨 著 歐 洲 各 國 逐 步 調 降 補 貼 政 策, 未 來 成 長 有 限, 主 1 人 物 訪 No.10 July,

18 力 市 場 仍 集 中 在 以 中 國 美 國, 巴 西 印 度 及 澳 洲 等 新 興 市 場 最 具 發 展 潛 力, 而 東 歐 羅 馬 尼 亞 波 蘭 保 加 利 亞 及 非 洲 等 發 展 前 景 亦 十 分 看 好, 可 作 為 未 來 我 國 外 銷 型 業 者 目 標 市 場 考 量 反 觀 國 內 近 年 來 因 政 府 未 明 確 訂 定 風 力 機 安 全 舒 適 距 離, 受 到 苗 栗 苑 裡 台 中 大 安 當 地 居 民 抗 爭 影 響, 致 目 前 國 內 陸 域 風 場 發 展 受 限, 連 帶 影 響 以 內 需 市 場 為 主 之 業 者 依 2020 年 目 標 6 年 內 需 完 成 586MW( 以 單 機 容 量 MW 計 ) 尚 有 195 台 陸 域 風 力 機 待 建 置, 平 均 每 年 需 有 2 台 設 置 量, 如 無 法 透 過 立 法 及 協 商 解 決 設 置 問, 短 期 陸 域 風 場 恐 難 達 政 策 目 標 ( 左 1) 王 亞 洲 副 處 長 ( 左 2) 魏 豊 義 副 主 任 委 員 國 內 離 岸 風 力 發 電 產 業 前 景 雖 看 好, 惟 政 策 需 配 套 再 擴 及 其 他 產 業 來 看, 政 府 為 躍 升 風 力 發 電 產 業 發 展, 提 升 設 備 產 業 整 體 價 值, 行 1 人 物 訪 從 鋼 鐵 產 業 的 角 度 來 看, 離 岸 風 電 與 鋼 鐵 之 間 的 連 結 性 相 當 高, 如 以 5MW 風 機 為 例, 由 海 床 基 礎 到 風 機 塔 架, 每 架 風 機 所 需 之 用 鋼 量 達 一 千 多 噸, 如 政 府 能 落 實 200 年 600 架 風 機 之 政 策, 推 估 約 有 六 七 十 萬 噸 之 用 鋼 需 求 量, 如 再 參 考 歐 洲 規 範, 台 灣 離 岸 風 機 所 使 用 之 鋼 材 將 朝 高 質 化 抗 腐 蝕 且 能 抵 抗 颱 風 地 震 之 鋼 材, 此 對 台 灣 鋼 鐵 產 業 而 言 是 值 得 投 資 之 項 目 政 院 於 2012 年 2 月 核 定 千 架 海 陸 風 力 機 計 畫, 預 計 200 年 完 成 1,200MW(450 架 ) 陸 域 及,000MW(600 架 ) 離 岸 風 場 設 置 經 濟 部 能 源 局 並 於 2012 年 7 月 公 告 離 岸 風 力 發 電 示 範 獎 勵 辦 法,201 年 1 月 評 選 出 二 家 民 間 業 者 及 台 灣 電 力 公 司 為 受 獎 勵 人 政 府 提 供 獲 選 業 者 示 範 機 組 設 置 費 50% 獎 勵 及 示 範 風 場 約 新 台 幣 2.5 億 元 補 助 金, 預 計 於 2015 年 前 完 成 共 計 4 至 6 架 離 岸 風 力 發 電 示 範 機 組, 並 於 2020 年 前 完 成 約 00MW 示 範 風 場 開 發 政 府 千 架 目 標 政 策 18 No.10 July, 2014

19 ( 左 ) 許 文 都 理 事 長 ( 右 ) 王 炤 烈 副 總 經 理 ( 右 2) 廖 學 瑞 資 深 協 理 ( 右 1) 林 俶 寬 副 理 立 意 雖 好, 希 望 藉 由 內 需 離 岸 風 場, 帶 動 發 電 業 設 備 業 海 事 工 程 運 維 業 等, 創 造 新 興 產 業 但 老 實 說 離 岸 風 電 執 照 申 請 流 程, 涉 及 國 防 部 漁 業 署 等 1 個 中 央 部 會 與 地 方 文 件 同 意 書 或 意 見 函, 包 括 11 個 政 府 單 位 1 個 國 營 事 業 1 個 金 融 機 關, 申 設 繁 瑣 且 不 確 定 性 高, 加 上 目 前 缺 乏 離 岸 風 電 施 工 及 運 維 屬 之 港 埠 碼 頭 與 產 業 發 展 園 區, 使 得 廠 商 投 資 卻 步 所 以 希 望 未 來 政 府 能 針 對 離 岸 風 場 制 訂 配 套 政 策, 除 能 源 政 策 外, 還 需 要 有 產 業 政 策, 方 能 真 正 落 實 台 灣 離 岸 風 力 發 電 產 業 問 : 協 會 在 過 去 多 年 來 致 力 於 產 業 推 動 經 驗 中, 是 否 可 提 供 相 關 之 特 殊 經 驗 作 為 借 鏡, 以 供 投 資 業 者 及 顧 問 單 位 分 享? 答 : 我 國 自 2000 年 啟 動 陸 域 風 電 示 範 計 畫 開 始, 截 至 201 年 7 月 底 為 止, 國 內 共 設 置 14 台 風 力 機, 總 裝 置 容 量 為 621 MW, 年 發 電 量 約 14 億 度, 占 全 國 電 力 系 統 總 供 電 量 0.7% 風 力 雖 為 台 灣 自 產 能 源, 然 國 內 陸 域 已 商 轉 之 風 場 除 塔 架 外, 全 部 機 組 皆 為 國 外 進 口, 共 計 1 人 物 訪 No.10 July,

20 五 家 系 統 廠 品 牌,59% 為 德 國 Enercon 機 型, 其 次 為 Vestas 約 佔 26% 目 前 台 電 受 限 於 國 外 原 廠 對 風 力 機 關 鍵 技 術 保 護 嚴 密, 台 電 僅 做 定 檢 及 特 殊 檢 修 發 包, 備 品 皆 來 自 原 廠, 待 機 時 間 常 達 半 年 ~1 年 之 久, 維 運 成 本 昂 貴 而 民 營 開 發 商 英 華 威 則 因 與 德 國 銀 行 融 貸, 機 組 全 為 德 國 品 牌 Enercon,Enercon 在 台 子 公 司 僅 為 技 術 服 務, 所 有 設 備 皆 進 口 包 括 檢 修 車 人 員 檢 修 等, 國 內 開 發 成 本 更 加 高 昂 答 : 配 合 國 家 新 能 源 政 策,2012 年 7 月 我 國 能 源 局 公 告 離 岸 風 力 發 電 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 及 千 架 海 陸 風 力 機 計 畫,2015 年 完 成 離 岸 風 電 示 範 計 畫 案 共 計 6 台 機 組, 其 中 台 電 需 配 合 設 置 2 台 國 產 化 系 統 機 組 ( 可 延 長 至 2020 年 ),2020 年 我 國 離 岸 風 力 設 置 目 標 為 20MW,200 年 預 計 達 GW 設 置 量 為 有 效 運 用 GW 離 岸 風 力 資 源 及 海 洋 能 源 開 發, 作 為 穩 定 能 源 供 給, 需 建 立 自 主 產 業 鏈 以 確 保 離 岸 風 力 機 系 統 能 安 全 運 作 雖 然 產 業 化 短 期 因 此, 有 鑑 於 過 去 陸 域 風 電 的 慘 痛 經 驗, 發 展 自 主 離 岸 風 力 機 產 業 有 其 必 要 性 而 目 前 歐 美 及 中 日 韓 推 動 離 岸 風 力 發 電 政 策 除 減 少 化 石 燃 料 依 賴 外, 最 大 目 的 乃 在 建 立 當 地 產 業 鏈 帶 動 經 濟 成 長, 近 期 英 國 要 求 德 國 EON 電 力 公 司 至 英 國 投 資 Rampion Offshore Wind Farm, 投 入 成 本 高 昂, 然 透 過 藉 由 技 術 突 破 及 配 套 措 施, 在 學 習 曲 線 及 經 驗 累 積 下, 長 期 將 有 助 於 降 低 離 岸 風 力 發 電 設 置 成 本, 亦 能 帶 動 國 內 產 業 鏈 包 括 風 力 發 電 業 設 備 業 海 事 船 舶 工 程 及 融 資 保 險 服 務 業 的 發 展, 創 造 新 興 就 業 機 會 1 人 物 訪 其 契 約 招 標 即 要 求 納 入 本 土 化 產 業 效 益 此 外,2011 年 法 國 Round 1 離 岸 風 場 招 標 案 ( 設 置 容 量 2GW) 亦 結 合 產 業 化 效 益 ( 價 格 佔 20%, 風 電 零 件 評 分 佔 比 達 40%, 施 工 活 動 ( 環 境 考 量 ) 佔 20%) 未 來 國 內 離 岸 風 電 相 關 招 標 案 可 參 考 法 國 作 法, 將 產 業 化 效 益 納 入 投 標 分 數 佔 比 問 : 因 應 國 內 外 刻 正 以 離 岸 風 電 作 為 替 代 能 源 之 發 展 趨 勢, 協 會 對 此 看 法 如 何? 問 : 近 年 來 政 府 有 意 推 動 離 岸 風 力 發 電 作 為 替 代 能 源 之 一, 對 於 離 岸 風 力 發 電 產 業 之 推 動 過 程 中, 理 事 長 期 許 政 府 如 何 輔 業 者 之 參 與 及 配 合? 答 : 自 核 四 議 後, 推 動 離 岸 風 力 發 電 作 為 替 代 能 源 之 一, 已 是 刻 不 容 緩 的 趨 勢, 而 目 前 建 置 國 內 離 岸 風 力 發 電 產 業 尚 屬 起 步 階 段, 初 期 需 要 政 策 保 護 及 支 持, 才 能 趕 上 產 業 發 展 需 要 ; 因 此, 政 府 如 何 積 極 引 產 業 界 投 入 並 參 20 No.10 July, 2014

21 1 人 物 訪 許 文 都 理 事 長 No.10 July,

22 與 離 岸 風 力 發 電 工 程 建 設, 就 成 為 未 來 政 策 努 力 的 方 向, 以 台 灣 風 力 發 電 產 業 協 會 角 色 而 言 有 7 個 期 許, 希 望 政 府 協 助 達 成, 這 樣 台 灣 離 岸 風 電 產 業 才 能 落 實 生 根 整 合, 並 將 這 些 限 制 條 件 納 入 考 量, 儘 快 提 出 區 塊 開 發 的 規 劃, 讓 業 者 相 信 政 府 確 實 在 推 動 能 源 政 策, 但 經 濟 部 表 示 須 要 到 2017 年 才 會 確 認 區 塊 開 發 範 圍 儘 速 推 動 政 策 環 評 :2 個 月 前 農 委 會 公 布 白 海 豚 的 保 育 範 圍, 此 一 劃 設 使 得 離 岸 風 場 約 有 72,900 公 頃 成 為 不 可 開 發 之 區 域, 如 果 其 他 政 府 部 門 各 自 為 政, 又 公 布 哪 些 區 域 不 可 開 發 時, 離 岸 風 場 開 發 空 間 將 更 被 壓 縮, 屆 時 將 造 成 開 發 成 本 過 高, 投 資 意 願 低 的 情 形 幸 而 經 濟 部 已 經 計 畫 推 動 政 策 環 評, 希 望 透 過 互 存 共 榮 觀 念, 讓 離 岸 風 場 開 發 更 為 可 行, 但 目 前 氛 圍 並 不 容 易 港 埠 碼 頭 及 產 業 園 區 儘 早 設 置 : 中 鋼 公 司 已 於 201 年 7 月 與 台 中 港 務 分 公 司 簽 訂 MOU, 預 定 以 台 中 港 #2 碼 頭 作 為 離 岸 風 電 碼 頭, 並 在 電 力 業 區 II 建 立 風 電 產 業 園 區, 但 碼 頭 面 碼 頭 後 線 腹 地 的 改 善 興 建, 包 括 由 碼 頭 到 產 業 園 區 之 交 通 動 線 基 礎 改 良 公 共 設 施 改 善, 如 果 由 民 間 業 者 投 資 興 建, 將 是 一 大 筆 經 費, 政 府 能 否 補 助 或 是 出 資 興 建 後 能 折 抵 租 期 等, 皆 須 進 一 步 協 商 1 人 物 訪 22 No.10 July, 2014 制 訂 漁 業 權 補 償 機 制 : 目 前 漁 業 權 補 償 作 業, 在 機 制 上 碰 到 問, 現 行 作 法 是, 由 風 電 開 發 商 自 行 出 面 協 議, 容 易 造 成 業 界 與 漁 民 雙 方 對 立, 也 因 無 一 定 補 償 標 準 造 成 協 商 不 容 易 達 成, 所 以 目 前 三 家 業 者 的 漁 業 權 問 仍 未 解 決 建 議 比 照 國 外 作 法, 由 政 府 制 訂 出 一 套 基 準, 讓 業 者 有 所 依 據, 也 讓 民 眾 能 分 享 風 能 發 電 的 成 果, 減 低 民 眾 的 疑 慮 完 成 區 塊 開 發 規 劃 : 雖 然 能 源 局 評 估 台 灣 離 岸 風 能 有 GW 之 開 發 潛 能, 但 政 府 單 位 各 自 為 政 10 個 部 會 各 有 意 見, 如 環 保 署 的 白 海 豚 問, 還 有 國 防 部, 交 通 部 航 道 問 海 巡 署 安 全 問, 都 有 不 同 看 法, 需 要 有 單 位 出 面 負 責 經 濟 規 模 要 足 夠 : 政 府 原 規 劃 2020 年 前 完 成 600MW, 但 目 前 又 改 成 2020 年 前 完 成 00MW, 讓 產 業 界 信 心 不 足 因 為 離 岸 風 電 產 業 投 資 金 額 龐 大, 除 產 業 園 區 外, 尚 需 包 括 施 工 船 舶, 初 步 累 加 起 來 需 要 約 100 多 億 元 的 經 費, 如 以 100MW 經 濟 規 模 言 不 足 以 支 應 產 業 發 展, 所 以 建 議 經 濟 部 未 來 在 區 塊 開 發 時, 不 要 切 割 成 許 多 小 風 場, 希 望 能 比 照 法 國 一 次 能 推 500MW 以 上 的 區 塊 才 能 吸 引 產 業 因 為 產 業 界 只 要 數 量 足 夠, 產 業 就 有 興 趣 投 資, 這 樣 產 業 鏈 才 能 在 台 灣 建 立 國 產 化 配 套 措 施 : 希 望 工 業 局 能 推 動 國 產

23 ( 左 ) 王 炤 烈 副 總 經 理 ( 右 ) 許 文 都 理 事 長 化, 因 為 海 上 風 電 除 設 備 建 置 外, 還 包 括 營 運 維 修, 如 無 國 產 化, 這 些 設 備 不 僅 無 法 賺 錢 反 被 大 陸 及 韓 國 廠 商 佔 據, 台 灣 產 業 將 無 法 生 存 而 將 成 負 擔, 因 為 如 果 施 工 船 舶 及 相 關 技 術 不 能 落 實 國 產 化, 則 台 灣 離 岸 風 電 可 能 步 上 陸 域 風 電 的 後 塵 另 外, 國 產 化 要 具 備 自 製 化 的 能 力, 希 望 政 府 制 訂 相 關 配 套 措 施 時 自 製 化 基 準 要 定 得 恰 當, 因 為 太 高, 技 術 移 轉 廠 商 尋 求 不 易, 且 國 際 離 岸 風 電 市 場 變 動 快, 產 業 區 塊 的 移 動 及 併 購 經 常 發 生, 例 如 法 國 的 Alstom 集 團 下 有 部 分 業 務 將 賣 給 其 他 公 司, 這 樣 容 易 造 成 技 術 移 轉 不 易, 如 此 產 業 技 術 移 轉 後 還 是 達 不 到 自 製 化 能 力 但 基 準 太 低 時 台 灣 市 場 很 容 易 獎 勵 融 資 及 保 險 : 離 岸 風 電 開 發 需 要 大 量 資 金, 必 須 向 銀 行 融 資, 但 融 資 前 又 須 經 過 保 險 公 司 評 估, 目 前 保 險 公 司 因 不 瞭 解 離 岸 風 場 特 性, 大 多 還 在 觀 望, 所 以 不 易 獲 得 保 險 業 的 認 同, 銀 行 界 也 有 同 樣 的 情 形, 但 銀 行 業 裡 有 很 多 都 有 公 股 的 成 分, 如 果 政 府 能 出 面 協 助 協 商, 獎 勵 銀 行 開 放 融 資, 將 有 助 於 離 岸 風 場 的 開 發 另 外 政 府 採 購 法 的 法 令 能 夠 鬆 綁, 如 仍 採 最 低 價 格 標, 則 在 GPA 協 定 制 度 下, 鄰 近 大 1 人 物 訪 No.10 July,

24 陸 及 韓 國 廠 商 將 挾 其 政 府 融 資 輔 助 之 優 勢 進 入 台 灣 市 場, 這 樣 對 國 內 產 業 相 當 不 利 能 建 立 起 此 產 業 之 在 地 化, 離 岸 風 電 已 朝 大 型 化 趨 勢 發 展, 未 來 引 進 技 術 也 應 要 有 助 於 國 內 產 業 升 級 並 朝 在 地 化 發 展, 才 能 滿 足 未 來 運 轉 維 護 與 汰 換 更 新 之 需 求 問 : 離 岸 風 電 屬 多 技 術 整 合 之 科 技 產 品, 對 於 引 進 國 外 技 術 協 助 國 內 產 業 升 級 方 面, 理 事 長 看 法 如 何? 又 期 許 顧 問 界 如 何 配 合? 二 產 業 政 策 需 要 政 府 與 產 業 界 共 同 擬 定 一 個 可 行 的 推 動 作 法, 並 排 除 可 能 之 發 展 障 礙, 訂 定 有 效 之 激 勵 措 施, 才 能 在 技 術 引 進 後, 有 效 建 置 產 業 滿 足 市 場 需 求, 進 而 讓 產 業 升 級 ; 甚 答 : 對 於 離 岸 風 機 系 統 此 等 多 技 術 整 合 產 品 本 身 來 說, 它 是 包 含 了 機 械 之 應 力 流 力 氣 至 發 展 為 國 外 風 機 系 統 商 之 供 應 鏈 或 成 為 具 競 爭 性 之 系 統 商 動 疲 勞 材 料 以 及 電 力 電 控 等 相 關 議 之 工 1 人 物 訪 程 設 計 與 分 析 技 術 ; 同 時 也 包 含 了 海 事 工 程 施 工 安 裝 及 後 勤 運 維 等 工 程 技 術 例 如 Jackup Vessel, 國 內 並 沒 有 這 樣 的 船 機, 就 算 現 在 工 業 合 作 計 畫 ( 簡 稱 ICP) 已 準 備 推 動 離 岸 風 電 施 工 船 機 建 造 技 術, 但 考 量 施 工 能 量 的 未 來 性, 及 至 少 需 21 個 月 以 上 的 造 船 時 間 初 步 來 看 2 年 內 國 內 還 不 具 備 足 夠 條 件 從 事 離 岸 風 電 所 以 對 於 目 前 剛 起 步 之 離 岸 風 電 工 程, 不 論 在 設 計 與 施 工 技 術 方 面 都 要 借 助 國 外 經 驗 與 協 助 然 而 談 到 引 進 國 外 技 術 協 助 國 內 產 業 升 級 方 面 有 幾 點 淺 見 : 三 國 內 工 程 顧 問 界 因 過 去 一 直 無 離 岸 風 電 之 發 展 案 例, 以 致 在 工 程 規 劃 風 場 規 劃 與 模 擬 分 析 風 機 特 性 分 析 與 選 用 施 工 安 裝 與 海 事 後 勤 規 劃 以 及 案 管 理 等 方 面 均 有 所 不 足, 這 些 不 足 之 工 程 技 術 從 引 進 至 實 際 應 用 都 需 要 時 間 來 歷 練 ; 建 議 應 儘 早 取 得 與 國 外 各 領 域 有 經 驗 之 團 隊 合 作, 建 立 自 主 之 設 計 能 力, 俾 能 及 時 配 合 風 場 開 發 商 之 進 度 適 時 提 供 工 程 設 計 服 務, 提 升 在 地 化 之 工 程 技 術 能 力, 以 因 應 未 來 更 大 的 風 場 開 發 業 務 一 引 進 技 術 要 能 有 助 於 產 業 擴 展 與 升 級, 且 必 須 能 永 續 發 展 國 內 仟 瓦 級 小 風 機 產 業 發 展 的 稍 有 成 績, 但 陸 域 兆 瓦 級 風 機 的 發 展 始 終 未 承 蒙 許 理 事 長 於 百 忙 之 中 撥 冗 接 受 本 次 訪, 以 產 業 界 之 觀 點 及 多 年 產 業 推 動 經 驗 中, 暢 談 風 電 產 業 發 展 理 念 目 標 及 前 景, 以 及 期 24 No.10 July, 2014

25 盼 政 府 應 積 極 引 產 業 界 投 入 參 與 離 岸 風 力 發 電 工 程 建 設 開 發, 另 一 方 面 也 建 立 相 關 獎 勵 配 套 措 施, 利 於 建 置 國 內 自 主 離 岸 風 電 產 業 觀 思 維, 考 量 國 內 離 岸 風 力 發 電 產 業 在 地 化 發 展 及 引 進 國 外 設 計 及 施 工 技 術, 建 立 自 主 工 程 設 計 能 力, 提 升 國 內 產 業 升 級, 瞭 解 關 鍵 零 組 件 次 要 系 統 零 件 規 格 化, 進 而 建 置 機 電 設 施 此 次 訪 談 中 我 們 充 分 感 受 到 許 理 事 長 對 於 風 電 產 業 多 年 投 入 及 付 出 之 熱 忱, 具 有 前 瞻 性 之 智 慧 及 使 命 必 達 之 決 心, 我 們 應 該 以 更 宏 系 統, 才 具 備 未 來 國 內 風 電 產 業 開 發 精 進 之 能 力, 以 因 應 風 電 市 場 成 長 蓬 勃 發 展, 達 成 能 源 自 主 化 之 目 標 ( 右 4) 許 文 都 理 事 長 ( 右 ) 廖 學 瑞 資 深 協 理 ( 右 2) 林 俶 寬 副 理 ( 右 1) 黃 振 愷 工 程 師 ( 左 1) 王 亞 洲 副 處 長 ( 左 2) 賴 明 德 處 長 ( 左 ) 王 炤 烈 副 總 經 理 ( 左 4) 魏 豊 義 副 主 任 委 員 1 人 物 訪 No.10 July,

26 2 工 程 論 著 ENGINEERING 關 鍵 字 : 裝 置 容 量 發 電 量 陸 域 風 場 離 岸 風 場 工 業 技 術 研 究 院 / 綠 能 所 / 推 廣 經 理 / 張 永 源 工 業 技 術 研 究 院 /IEK 產 業 分 析 師 / 康 志 堅 ABSTRACT 近 過 去 20 年 來, 全 球 風 電 市 場 持 續 成 長, 成 為 最 主 要 的 再 生 能 源 發 展 項 目 截 至 201 年 底, 全 球 風 力 發 電 累 計 安 裝 量 為 22GW, 發 電 量 占 全 球 電 力 供 應 2.87%; 預 計 2014 年 可 超 過 %, 逐 漸 成 為 全 球 主 要 電 力 來 源 之 一 風 力 機 設 備 供 應 商 Vestas 於 201 年 超 過 GE 又 重 回 失 去 一 年 的 世 界 第 一 的 全 球 領 廠 商 離 岸 風 電 發 展 快 速,201 年 成 長 率 超 過 五 成, 累 計 裝 置 容 量 超 過 6GW, 佔 風 力 發 電 總 設 置 量 的 2.1% 展 望 2014~2018 年, 風 力 發 電 仍 強 勁 成 長, 亞 洲 仍 為 主 要 市 場, 預 估 2014 年 全 球 風 力 發 電 累 計 安 裝 量 為 68GW, 比 201 年 成 長 率 達 15%; 2018 年 全 球 風 力 發 電 累 計 安 裝 量 為 572GW, 發 電 量 占 全 球 電 力 供 應 5.06% 風 力 發 電 發 展 趨 勢 朝 向 大 型 化 與 離 岸 風 電 發 展,2015 年 以 後 風 力 機 尺 寸 主 要 以 5MW 以 上 為 主, 水 下 基 礎 從 2~MW 的 單 樁 結 構,4~7MW 的 套 管 式 結 構, 未 來 8~10MW 將 以 浮 動 式 結 構 為 主 要 設 計 預 估 2018 年 離 岸 風 電 新 增 裝 置 容 量 佔 風 力 發 電 總 設 置 量 可 超 過 15% 26 No.10 July 2014

27 全 球 風 力 發 電 市 場 自 1980 年 代 開 始 興 起, 至 今 發 展 已 超 過 三 十 年, 成 為 技 術 最 為 成 熟 最 具 經 濟 規 模, 成 本 最 為 接 近 傳 統 能 源 的 再 生 能 源 選 項 全 球 風 電 市 場 蓬 勃 發 展, 歸 功 於 各 國 政 府 設 定 明 確 再 生 能 源 設 置 量 目 標, 並 佐 以 適 當 躉 購 費 率 融 資 協 助 租 稅 優 惠 技 術 研 發 及 相 關 配 套 產 業 政 策 等, 帶 動 一 波 波 強 勢 成 長 全 球 風 力 發 電 的 發 展 主 要 以 規 模 發 電 為 目 的 之 大 型 風 電 為 主,201 年 占 99.5%, 中 小 型 風 電 僅 占 0.5% 大 型 風 電 依 裝 設 地 點 又 可 分 為 陸 域 與 離 岸 風 電, 陸 域 技 術 相 對 成 熟, 仍 為 市 場 發 展 主 流, 占 整 體 風 電 市 場 九 成 以 上, 但 市 場 發 展 已 趨 緩 ; 離 岸 技 術 正 快 速 發 展 中, 市 場 成 長 快 速, 為 各 廠 商 研 發 投 入 重 點 本 文 以 市 場 分 析 為 主, 參 考 市 場 調 查 告, 整 理 介 紹 目 前 全 球 風 力 發 電 設 置 現 況 發 展 趨 勢 與 未 來 展 望, 提 供 給 國 內 對 於 風 力 發 電 發 展 有 興 趣 者 之 資 訊 參 考 2 工 程 論 著 No.10 July

28 一 全 球 風 電 市 場 裝 置 容 量 根 據 市 場 調 查 公 司 Navigant Research/BTM Consulting 的 統 計 如 圖 1 所 示,201 年 全 球 新 增 安 裝 量 為 6,14MW, 較 2012 年 44,951W 衰 退 20%, 過 去 五 年 (2009~201) 平 均 成 長 率 為 5.1% 201 年 衰 退 並 不 令 人 意 外, 其 衰 退 原 因, 主 要 為 全 球 前 兩 大 市 場 中 國 大 陸 與 美 國 新 增 裝 置 量 均 衰 退, 特 別 是 美 國 國 會 對 於 延 長 風 電 補 貼 期 限 仍 在 爭 論 中, 產 業 提 前 反 應 造 成 201 年 美 國 新 增 裝 置 量 估 計 僅 約 1GW, 較 2012 年 1GW 大 幅 下 降 在 累 計 裝 置 量 方 面, 至 201 年 為 止, 全 球 已 安 裝 之 風 力 機 容 量 達 21,559 MW, 較 2012 年 的 285,761 MW 成 長 1%, 過 去 五 年 (2009~201) 平 均 成 長 率 為 21.4% 2009~201 全 球 風 力 發 電 裝 置 量 裝 置 量 (MW) 2 工 程 論 著 資 料 來 源 :Navigant Research/BTM Consult; 工 研 院 整 理 (2014/05) 圖 ~201 年 全 球 風 力 發 電 裝 置 量 二 主 要 國 家 市 場 分 析 201 年 全 球 前 十 大 風 電 市 場 與 往 年 有 些 變 化, 如 表 1 所 示 2012 年 美 國 超 越 中 國 大 陸 成 為 全 球 最 大 風 電 市 場, 但 中 國 大 陸 在 2009~2011 年 連 續 三 年 居 世 界 首 位, 2012 年 雖 退 居 第 二 位, 但 201 年 又 重 回 世 界 首 位, 且 201 年 新 增 裝 置 量 約 為 全 球 一 半 美 國 201 年 裝 置 量 不 到 2012 年 之 十 分 之 一, 退 到 第 六 位 德 國 2012 年 第 三 位,201 年 升 至 第 二 位 另 外, 巴 西 與 羅 馬 尼 亞 持 續 進 入 前 十 大 國 家, 法 國 則 早 已 退 出 十 名 外 28 No.10 July 2014

29 No.10 July 工 程 論 著

30 2 工 程 論 著 0 No.10 July 2014 表 年 全 球 前 十 大 新 增 裝 置 量 國 家 排 序 國 家 占 比 (%) 表 年 全 球 前 十 大 累 計 裝 置 量 國 家 累 計 占 比 (%) 1 中 國 大 陸 17,61 12,960 16, % 44.5% 2 德 國 2,007 2,415,27 9.0% 5.5% 印 度,00 2,6 1, % 59.0% 4 英 國 1,29 1,958 1,8 5.1% 64.1% 5 加 拿 大 1, , % 68.5% 6 美 國 6,810 1,124 1,084.0% 71.5% 7 巴 西 58 1, % 74.1% 8 波 蘭 % 76.6% 9 瑞 典 % 78.6% 10 羅 馬 尼 亞 % 80.5% 合 計 4,610 7,455 29,089 世 界 占 比 8.0% 8.% 80.5% 資 料 來 源 :Navigant Research/BTM Consult; 工 研 院 整 理 (2014/05) 排 序 國 家 占 比 (%) 累 計 占 比 (%) 1 中 國 大 陸 62,412 75,72 91, % 28.4% 2 美 國 47,084 60,208 61, % 47.5% 德 國 29,248 1,467 4, % 58.2% 4 西 班 牙 21,50 22,462 22,67 7.0% 65.2% 5 印 度 16,266 18,602 20, % 71.6% 6 英 國 7,155 9,11 10,946.4% 75.0% 7 義 大 利 6,7 7,998 8, % 77.6% 8 法 國 6,86 7,59 8, % 80.1% 9 加 拿 大 5,278 6,214 7,81 2.4% 82.5% 10 丹 麥,927 4,17 4, % 84.0% 合 計 206,288 24, ,528 世 界 占 比 85.6% 85.1% 84.1% 資 料 來 源 :Navigant Research/BTM Consult; 工 研 院 整 理 (2014/05) 在 累 計 裝 置 容 量 方 面, 中 國 大 陸 持 續 維 持 全 球 最 大 風 電 國 家 地 位, 其 累 計 裝 置 量 約 達 全 球 之 三 成, 前 10 大 國 家 名 單 和 去 年 完 全 相 同, 詳 如 表 2 中 國 大 陸 與 美 國 仍 將 為 全 球 兩 大 市 場, 2012 年 新 增 裝 置 量 合 計 約 占 全 球 市 場 六 成, 201 年 新 增 裝 置 量 占 47.5% 以 下 分 別 就 全 球 最 大 的 兩 個 市 場 : 中 國 大 陸 與 美 國 之 發 展 狀 況 作 更 詳 細 的 分 析 : ( 一 ) 中 國 大 陸 中 國 大 陸 從 2005 年 開 始 積 極 推 動 風 力 發 電 裝 置, 並 發 展 風 電 產 業, 如 圖 2 所 示 2005~2010 年 風 電 市 場 複 合 成 長 率 (CAGR) 為 107%, 每 年 市 場 成 長 超 過 一 倍 2009~2011 年 間 為 全 球 最 大 的 風 電 市 場,2012 年 小 幅 落 後 美 國 位 居 第 2 位, 但 201 年 又 重 回 首 位 然 因 風 力 機 裝 置 速 度 過 快, 電 網 建 設 速 度 趕 不 上, 無 法 從 風 力 機 密 集 的 內 蒙 古 東 北 等 地, 將 電 力 傳 送 至 用 電 量 較 多 之 華 北 華 東 地 區, 造 成 嚴 重 棄 風 現 象 中 國 大 陸 政 府 從 2010 年 開 始, 將 政 策 目 標 由 裝 置 量 改 為 發 電 量, 加 速 電 網 的 建 設, 對 於 新 申 請 開 發 風 場 的 案 件 嚴 格 控 管 未 來 中 國 大 陸 風 電 發 展 仍 以 陸 域 風 電 為 主 軸, 但 仍 積 極 推 動 離 岸 風 電, 現 階 段 以 潮 間 帶 先 行 試 點, 目 標 為 2015 年 累 計 5GW 2020 年 0GW, 惟 開 發 進 度 較 原 先 預 期 落 後, 主 要 原 因 在 於 離 岸 風 電 主 要 的 技 術 門 檻 在 於 海 事 工 程, 中 國 大 陸 廠 商 在 此 方 面 經 驗 仍 不 太 足 夠 因 此, 雖 然 示 範 計 畫 相 當 積 極 推 動, 安 裝 進 度 仍 不 如 預 期, 待 其 內 部 整 合 後 離 岸 風 電 裝 置 量 可 望 有 較 快 速 的 成 長

31 中 國 大 陸 近 五 年 風 電 裝 置 容 量 資 料 來 源 :Navigant Research/BTM Consult; 工 研 院 整 理 (2014/05) 圖 2 中 國 大 陸 近 五 年 風 電 裝 置 容 量 美 國 近 五 年 風 電 裝 置 容 量 裝 置 容 量 (MW) 裝 置 容 量 (MW) 資 料 來 源 :Navigant Research/BTM Consult; 工 研 院 整 理 (2014/05) 圖 美 國 近 五 年 風 電 裝 置 容 量 ( 二 ) 美 國 現 階 段 美 國 風 電 主 要 補 助 政 策, 為 美 國 歷 年 風 力 政 策 變 化 幅 度 大, 聯 邦 政 府 因 應 2008~2009 年 金 融 海 嘯, 在 使 得 美 國 風 電 市 場 變 動 劇 烈 美 國 曾 在 2009 年 2 月 頒 布 之 振 興 經 濟 法 案 (The 年 與 2010 年 因 政 策 改 變 American Recovery and Reinvestment Act 致 風 電 市 場 大 幅 衰 退, 使 得 產 業 面 臨 困 of 2009), 提 供 風 電 設 備 投 資 可 獲 得 聯 邦 境 如 圖 所 示 201 年 美 國 風 電 政 策 波 稅 抵 減 之 優 惠, 風 電 業 者 可 在 投 資 稅 額 折 甚 大, 對 於 美 國 風 電 產 業 產 生 重 大 影 抵 減 (Investment Tax Credit;ITC) 與 發 電 響 稅 額 抵 減 (Production Tax Credit;PTC) 兩 者 則 一, 此 方 案 於 2012 年 底 截 止, 引 發 No.10 July 工 程 論 著

32 美 國 風 電 開 發 商 趕 在 截 止 日 前 搶 裝, 並 在 2012 年 底 以 前 併 網, 這 使 得 2012 年 美 國 新 增 安 裝 量 暴 增,201 年 卻 巨 幅 衰 退, 連 帶 使 得 全 球 新 增 裝 置 量 下 滑 三 主 要 設 備 供 應 商 市 占 率 分 析 201 年 全 球 前 十 大 供 應 商 詳 如 表 所 示, 依 照 排 名 分 別 為 :(1) 丹 麥 Vestas;(2) 中 國 大 陸 金 風 科 技 ;() 德 國 Enercon;(4) 德 國 Siemens;(5) 印 度 Suzlon;(6) 美 國 GE Wind;(7) 西 班 牙 Gamesa;(8) 中 國 大 陸 聯 合 動 力 ;(9) 中 國 大 陸 明 陽 風 電 ;(10) 德 國 Nordex 中 國 大 陸 有 三 家 廠 商 位 於 前 十 大 內, 第 11 至 15 名 均 為 中 國 大 陸 廠 商, 依 序 為 (11) 遠 景 能 源 ;(12) 湘 電 風 能 ;(1) 華 銳 風 電 ;(14) 上 海 電 氣 ;(15) 海 裝 風 電 丹 麥 Vestas 在 2000~2011 年 連 續 12 年 保 持 全 球 風 力 機 系 統 第 一 名 的 地 位,2012 年 被 美 國 GE 超 越, 落 居 第 二 位,201 年 重 回 第 一 位 主 要 變 化 為 美 國 GE Wind, 因 201 年 美 國 市 場 規 模 大 幅 衰 退 使 得 市 占 率 下 滑, 中 國 大 陸 市 場 由 金 風 科 技 一 枝 獨 秀, 大 幅 領 先 其 他 廠 商, 華 銳 風 電 在 2010 年 全 球 排 名 第 二 位,2011 年 起 營 運 逐 漸 走 下 坡,201 年 退 出 全 球 前 十 大 表 2009~201 年 全 球 風 力 發 電 市 場 主 要 供 應 商 分 析 廠 商 國 別 市 占 率 排 名 市 占 率 排 名 市 占 率 排 名 市 占 率 排 名 市 占 率 排 名 Vestas 丹 麥 1.1% % % % % 1 金 風 科 技 中 國 大 陸 11.0% 2 6.0% 7 9.4% 2 9.5% 4 7.2% 4 2 工 程 論 著 2 No.10 July 2014 Enercon 德 國 9.8% 8.2% 4 7.9% 5 7.2% 5 8.5% 5 Siemens 德 國 7.4% 4 9.5% 6.% 9 5.9% 9 5.9% 9 Suzlon 印 度 6.6% % 1 8.8% 9.6% 9.8% 6 GE Wind 美 國 5.5% 6 6.1% 6 8.2% 4 6.6% % Gamesa 西 班 牙 5.% 7 7.4% 5 7.7% 6 6.9% 6 6.7% 8 聯 合 動 力 明 陽 風 電 中 國 大 陸 中 國 大 陸 4.0% 8 4.7% 8 7.1% 8 4.2% % 10.5% 9 2.7% % % % Nordex 德 國.% % % 11 2.% % 遠 景 能 源 湘 電 風 能 華 銳 風 電 上 海 電 氣 海 裝 風 電 中 國 大 陸 中 國 大 陸 中 國 大 陸 中 國 大 陸 中 國 大 陸.0% % % % 1 1.% % 1.2% 9 7.% % 2 9.2% 2 2.7% % 1 1.8% % % 15 資 料 來 源 :Navigant Research/BTM Consult; 工 研 院 整 理 (2014/05)

33 表 年 歐 盟 主 要 國 家 離 岸 風 力 機 設 置 數 量 與 併 網 容 量 國 家 比 利 時 英 國 德 國 丹 麥 瑞 典 西 班 牙 合 計 (MW) 風 場 數 風 力 機 併 網 數 併 網 容 量 (MW) 資 料 來 源 :EWEA GWEC 工 研 院 整 理 (2014/05) 四 離 岸 風 電 市 場 分 析 自 1991 年 丹 麥 於 其 淺 海 設 置 全 球 首 個 Vindeby 離 岸 風 場 以 來, 根 據 全 球 風 能 理 事 會 (GWEC) 統 計, 過 去 三 年, 全 球 累 計 離 岸 風 電 裝 置 容 量 分 別 為 2011 年 的 4,117MW 2012 年 的 5,415MW 以 及 201 年 的 7,046MW(BTM 統 計 為 6,82MW) 風 力 機 單 機 規 格 從 450kW 至 7-8MW, 過 去 20 年 來 成 本 降 幅 達 0%, 風 場 位 置 已 朝 向 水 深 40 公 尺, 距 離 海 岸 達 100 公 里 目 前 全 球 超 過 90% 的 離 岸 風 場 位 於 歐 洲 海 域, 包 括 北 海 波 羅 的 海 及 大 西 洋 而 亞 洲 的 中 國 大 陸 日 本 南 韓 及 台 灣 以 及 美 國 亦 積 極 發 展 中 根 據 歐 洲 風 能 協 會 (EWEA) 的 統 計 詳 如 表 4, 201 年 歐 洲 離 岸 風 力 新 增 安 裝 量 為 1,568MW, 較 2012 年 成 長 4%,201 年 歐 洲 離 岸 風 力 累 計 安 裝 量 達 6,562MW, 迄 今 全 歐 洲 總 計 有 11 個 國 家 2080 部 離 岸 風 力 機 69 個 離 岸 風 場 完 成 併 網 發 電, 佔 整 個 歐 盟 風 電 設 置 量 的 14%, 每 年 可 生 產 電 力 達 240 億 度 電 (24 TWh), 約 可 供 應 歐 盟 電 力 需 求 的 0.7% 圖 4 所 示 為 201 年 歐 洲 主 要 離 岸 風 力 新 增 設 置 量, 依 序 分 別 為 英 國 7MW 佔 47% 丹 麥 50MW 佔 22% 德 國 240MW 佔 15% 以 及 比 利 時 192MW 佔 12% 其 中 72% 風 場 位 於 北 海 海 域,28% 風 場 位 於 波 羅 的 海 海 域 201 年 全 球 新 增 裝 置 量 達 1,61MW, 增 加 的 原 因 為 英 國 離 岸 風 電 市 場 持 續 成 長, 加 上 比 利 時 丹 麥 德 國 荷 蘭 瑞 典 等 國 之 完 工 案 例 201 年 德 國 西 門 子 (Siemens) 為 全 球 離 岸 風 電 主 要 設 備 供 應 商, 供 貨 佔 比 為 69%, 丹 麥 DONG Energy 為 主 要 離 岸 風 場 開 發 商, 開 發 佔 比 達 49%, 丹 麥 Bladt 公 司 為 主 要 水 下 基 礎 供 應 商, 佔 比 達 7% 位 於 英 國 東 南 方 肯 特 郡 (Kent) 外 海 的 London Array 離 岸 風 場, 安 裝 175 支 西 門 子 SWT-120.6MW 離 岸 風 力 機, 總 裝 置 容 量 為 60MW, 約 可 供 應 英 國 50 萬 戶 家 庭 一 年 的 用 電, 於 201 年 7 月 4 日 舉 行 啟 用 典 禮, 此 風 場 容 量 超 越 英 國 Greater Gabbard 風 場, 成 為 全 球 規 模 最 大 離 岸 風 場 London Array 落 成 後, 英 國 離 岸 風 電 累 計 裝 置 量 由 2,516MW 提 升 至,146MW, 更 加 鞏 固 英 國 在 離 岸 風 電 應 用 之 全 球 領 地 位 201 年 歐 洲 地 區 離 岸 風 場 仍 以 單 樁 (Monopile) 為 主 要 水 下 基 礎 型 式, 數 量 490 支, 占 比 79%, 其 次 依 序 分 別 為 Tripod(87,14%) Jackets(9,6%), Tripiles(8,1%) 及 1 座 重 力 式 基 礎 (gravity foundation) 2 工 程 論 著 No.10 July, 2014

34 201 年 全 球 離 岸 風 力 累 計 裝 置 容 量 裝 置 容 量 (MW) 資 料 來 源 :GWEC 工 研 院 整 理 (2014/05) 圖 ~201 年 全 球 主 要 國 家 離 岸 風 電 新 增 / 累 計 裝 置 容 量 2 工 程 論 著 4 No.10 July, 2014 一 全 球 市 場 規 模 仍 不 斷 擴 大 根 據 市 場 調 查 公 司 Navigant Research/BTM Consulting 的 告, 預 估 2014 年 全 球 風 電 新 增 裝 置 量 為 46,854MW 如 圖 5 所 示, 較 201 年 成 長 0% 隨 後 呈 現 穩 定 發 展, 預 計 2018 年 新 增 安 裝 量 達 55.6GW, 累 計 裝 置 容 量 將 可 達 572GW 全 球 風 電 市 場 仍 以 陸 域 為 主, 但 占 風 電 市 場 超 過 九 成 的 陸 域 風 電 僅 平 穩 發 展, 使 得 整 體 風 電 市 場 成 長 趨 緩,2014~2018 年 複 合 成 長 率 (CAGR) 為 1.7% 二 離 岸 風 電 市 場 成 長 率 高 又 根 據 市 場 調 查 公 司 Navigant Research/BTM Consulting 的 告 顯 示, 未 來 幾 年 離 岸 風 力 發 電 設 置 量 將 會 快 速 成 長,2018 年 離 岸 風 力 將 佔 風 力 發 電 總 設 置 量 需 求 的 15.6% 歐 洲 仍 將 是 主 要 離 岸 風 電 市 場,2018 年 歐 洲 離 岸 風 電 設 置 量 約 為 歐 洲 風 電 市 場 的 三 分 之 一, 達 到 29.6%, 英 國 與 德 國 為 主 要 歐 洲 領 國 家, 而 中 國 大 陸 於 2016 年 起 亦 將 有 顯 著 性 之 增 長, 詳 如 圖 6 預 估 2014 年 全 球 新 增 裝 置 量 為 2,290MW, 較 201 年 成 長 %, 預 估 2018 年 可 達 8,67MW,2014~2018 年 複 合 率 為 9.5% 目 前 離 岸 風 電 主 要 發 展 地 區 為 歐 洲, 發 展 較 快 的 國 家 包 括 英 國 德 國 丹 麥 荷 蘭 比 利 時 等 現 階 段 英 國 發 展 最 快, 未 來 兩 年 德 國 將 後 來 居 上, 緊 接 著 中 國 大 陸 預 估 三 年 後 將 超 越 英 德, 成 為 全 球 最 大 市 場 英 德 中 三 國 為 未 來 幾 年 全 球 離 岸 風 電 主 要 市 場, 約 占 全 球 離 岸 風 電 市 場 八 成 左 右 現 階 段 離 岸 風 電 占 整 體 風 電 市 場 比 例 仍 低, 但 離 岸 風 電 成 長 速 度 高 於 陸 域 風 電, 離 岸 風 電 占 整 體 市 場 比 例 將 逐 漸 提 升, 預 估 2014 年 離 岸 風 電 新 增 裝 置 量 占 整 體 風 電 市 場 新 增 量 4.9%, 預 計 至 2018 年 新 增 裝 置 量 比 例 將 達 15.6%, 但 累 計 裝 置 量 僅 約 6%

35 2014~2018 全 球 風 力 發 電 裝 置 量 資 料 來 源 :Navigant Research/BTM Consult; 工 研 院 整 理 (2014/05) 圖 ~2018 年 全 球 風 力 發 電 裝 置 量 預 測 2014~2018 全 球 離 岸 風 力 發 電 裝 置 量 裝 置 量 (MW) 裝 置 容 量 (MW) 資 料 來 源 :Navigant Research/BTM Consult; 工 研 院 整 理 (2014/05) 圖 ~2018 年 全 球 離 岸 風 電 裝 容 量 預 測 三 風 力 機 設 備 商 研 發 大 型 化 機 組 與 提 高 美 國 市 場 為 主 的 GE Wind 與 Siemens 市 占 率 將 提 競 爭 力 升 ; 歐 洲 市 場 約 略 保 持 平 盤, 歐 洲 廠 商 大 致 與 201 年 水 準 相 當 整 體 而 言, 全 球 前 幾 大 廠 商 2014 年 主 要 供 應 商 市 場 佔 有 率 將 隨 著 各 地 不 會 變 換, 只 是 名 次 略 有 更 動, 丹 麥 Vestas 中 區 市 場 的 消 長, 呈 現 不 一 樣 的 風 貌 中 國 大 陸 國 大 陸 金 風 科 技 德 國 Enercon 可 望 持 續 維 持 全 持 續 為 全 球 最 大 風 電 市 場, 金 風 科 技 可 望 持 續 球 前 三 大 的 地 位 保 持 龍 頭 地 位 ;2014 年 美 國 市 場 回 升, 估 計 以 No.10 July, 工 程 論 著

36 資 料 來 源 : 工 研 院 IEK (2014/0) 圖 7 國 際 大 廠 5MW 以 上 離 岸 風 力 機 開 發 進 度 2 工 程 論 著 6 No.10 July, 2014 離 岸 風 力 機 大 型 化 有 助 於 單 位 成 本 下 降, 在 工 程 條 件 許 可 下, 離 岸 風 電 系 統 將 朝 大 型 化 發 展, 現 階 段 全 球 離 岸 風 電 主 流 機 種 為 ~4MW 風 力 機, 未 來 趨 勢 為 5MW 以 上 風 力 機, 如 圖 7 所 示 全 球 多 家 廠 商 投 入 5MW 以 上 離 岸 風 力 機 之 開 發, 目 前 已 有 商 轉 實 績 為 法 國 AREVA 德 國 Senvion( 原 Repower) 與 BARD 三 家 廠 商 目 前 在 試 運 轉 中 的 廠 商 包 括 中 國 大 陸 湘 電 華 銳 風 電 西 班 牙 Gamesa 德 國 Siemens 法 國 Alstom 南 韓 Samsung( 三 星 重 工 ) 等 廠 商 ; 開 發 中 廠 商 包 括 中 國 大 陸 海 裝 風 電 東 方 汽 輪 機 金 風 科 技 聯 合 動 力, 南 韓 STX 南 韓 Hyundai( 現 代 重 工 ) 日 本 Mitsubishi( 三 菱 重 工 ) DSME( 大 宇 造 船 ) 西 班 牙 Gamesa 與 丹 麥 Vestas 等 廠 商 一 面 對 全 球 暖 化 與 對 於 核 能 之 疑 慮, 各 國 積 極 投 入 再 生 能 源 之 設 置 與 技 術 開 發, 展 望 2014~2018 年, 全 球 風 力 發 電 市 場 仍 強 勁 成 長, 風 力 發 電 已 逐 漸 成 為 全 球 主 要 電 力 來 源 之 一 風 力 發 電 佔 全 球 電 力 需 求 配 比 逐 年 提 高, 根 據 BTM 與 IEA 統 計,201 年 風 力 發 電 量 占 全 球 電 力 供 應 2.87%, 未 來 比 例 將 持 續 成 長, 預 計 2018 年 可 超 過 5.06%,202 年 更 高 達 7.28% 二 展 望 2014 年, 在 中 國 大 陸 與 美 國 市 場 回 穩, 加 上 新 興 地 區 與 離 岸 風 電 帶 動 下, 全 球 新 增 裝 置 量 可 望 較 201 年 強 勁 反 彈 尤 其 從 現 在 起 五 年 (2014~2018) 全 球 陸 域 風 電 市 場 複 合 成 長 率 僅 為 1.7%, 離 岸 風 電 則 為 2.9% 陸 域 風 電

37 已 進 入 市 場 成 熟 期, 離 岸 風 電 則 在 快 速 發 展 中, 為 全 球 各 國 及 各 廠 商 主 要 關 注 焦 點 三 我 國 政 府 於 2012 年 公 布 千 架 海 陸 風 力 機 計 畫, 並 由 能 源 局 支 持 成 立 千 架 海 陸 風 力 機 計 畫 推 動 辦 公 室, 希 望 於 現 有 陸 域 風 電 621MW 設 置 量 之 基 礎 上, 全 力 推 動 國 內 風 力 發 電 之 設 置 與 發 展 我 國 風 電 應 用 短 期 目 標 於 2015 年 完 成 我 國 首 座 離 岸 風 電 示 範 機 組 ; 中 期 目 標 在 2020 年 完 成 陸 域 風 場 開 發, 離 岸 風 電 累 計 裝 置 達 20MW; 長 期 目 標 在 200 年 累 計 安 裝 約 600 架 容 量 000MW 離 岸 風 力 機, 與 陸 域 450 架 1200MW 風 力 機, 合 計 共 設 置 超 過 1,000 架 風 力 機, 總 裝 置 容 量 達 4,200 MW, 占 我 國 再 生 能 源 設 置 目 標 % 以 上 四 展 望 未 來, 政 府 於 今 年 召 開 全 國 能 源 會 議 後, 希 望 能 更 為 擴 大 再 生 能 源 之 配 比, 於 千 架 海 陸 風 力 機 目 標 基 礎 下, 提 高 風 力 發 電 設 置 目 標 量, 更 提 前 完 成 千 架 海 陸 風 力 機 目 標 五 我 國 風 電 產 業 上 中 下 游 整 體 產 業 鏈 已 漸 趨 完 整, 且 具 備 完 整 製 造 業 能 量, 目 前 陸 域 風 力 機 組 除 塔 架 外, 零 組 件 幾 乎 100% 進 口, 後 續 關 鍵 元 件 備 品 亦 須 仰 賴 進 口, 不 利 於 風 場 之 運 維 成 本 與 時 效 之 掌 控 展 望 未 來, 於 此 國 內 離 岸 風 電 市 場 正 起 步 階 段, 且 政 府 積 極 推 動 離 岸 風 場 設 置 目 標 政 策 下, 期 盼 國 內 能 建 立 相 關 國 內 製 造 業 與 服 務 業 能 量 自 主 性 一 能 源 為 人 類 本 世 紀 最 重 要 之 議, 面 對 全 球 暖 化 與 對 於 核 能 之 疑 慮, 風 力 發 電 已 成 為 發 展 最 為 亮 眼 的 再 生 能 源 項 目 201 年 全 球 風 力 發 電 量 占 全 球 電 力 供 應 2.87%, 未 來 比 例 將 持 續 成 長 二 201 年 全 球 風 力 發 電 新 增 安 裝 量 為 4,450MW, 較 2012 年 46,69MW 衰 退 26.1%, 衰 退 主 要 原 因 為 美 國 停 止 風 電 補 貼, 引 發 市 場 大 幅 衰 退, 可 見 政 府 的 政 策 對 於 該 國 風 力 發 電 之 發 展 有 重 大 影 響 三 離 岸 風 電 市 場 蓬 勃 發 展, 吸 引 眾 多 廠 商 投 入, 現 階 段 離 岸 風 電 仍 以 歐 洲 市 場 占 絕 大 比 例, 市 場 由 德 國 Siemens 市 占 率 居 首, 未 來 三 年 Siemens 可 望 持 續 稱 霸 離 岸 風 電 市 場 但 同 時 間 其 他 廠 商 也 積 極 開 發 下 一 代 風 力 機 產 品, 在 2015 年 以 後, 各 廠 商 逐 漸 推 出 下 一 代 離 岸 風 力 機, 預 計 將 展 開 新 一 波 的 戰 局 四 我 國 已 訂 定 千 架 海 陸 風 力 機 目 標, 離 岸 風 力 示 範 獎 勵 辦 法 已 啟 動 發 展 離 岸 風 力 之 第 一 步 且 為 最 重 要 的 一 步, 未 來 期 望 透 過 示 範 計 畫 之 成 功 案 例, 建 立 國 內 離 岸 風 力 發 展 流 程 與 經 濟 效 益 分 析 資 訊, 再 透 過 後 續 區 塊 開 發 之 規 模 化 市 場 商 機, 達 成 國 內 離 岸 風 電 設 置 量 目 標 並 有 效 帶 動 國 內 離 岸 風 電 產 業 發 展 1. Navigant Research, a BTM Wind Report, World Market Update 201 International Wind Energy Development Forecast ", 26th March GWEC, Global Wind Report Annual Market Update 201".. 千 架 海 陸 風 力 機 風 力 資 訊 整 合 平 台, No.10 July, 工 程 論 著

38 2 工 程 論 著 中 華 技 術 ENGINEERING 關 鍵 字 : 風 能 評 估 (Wind resource assessment) 離 岸 風 場 (Offshore wind farm) 潛 在 場 址 (Potential site) 工 業 技 術 研 究 院 / 綠 能 所 / 資 源 應 用 技 術 組 風 能 開 發 研 究 室 / 研 究 員 / 陳 美 蘭 1 工 業 技 術 研 究 院 / 綠 能 所 / 資 源 應 用 技 術 組 風 能 開 發 研 究 室 / 副 研 究 員 / 胡 哲 魁 2 摘 要 ABSTRACT 找 尋 潛 在 場 址 是 開 發 離 岸 風 力 發 電 場 的 首 要 任 務, 利 用 高 解 析 度 風 力 潛 能 模 擬 技 術 以 及 風 能 評 估 軟 體, 並 蒐 集 風 能 觀 測 資 料 庫 進 行 評 估 驗 證, 可 提 供 潛 在 場 址 之 風 能 評 估 技 術 服 務, 以 規 劃 風 場 開 發 前 置 作 業 以 及 掌 握 風 力 電 場 投 資 風 險 建 構 豐 富 的 風 能 圖 層 資 料 庫, 包 含 整 合 國 內 環 境 生 態 敏 感 區 地 形 地 貌 發 展 管 制 區 及 變 電 所 等 影 響 開 發 資 訊, 利 用 地 理 資 訊 系 統 可 快 速 篩 選 潛 在 場 址, 並 預 估 離 岸 風 力 電 場 開 發 之 可 開 發 量, 以 作 為 未 來 政 府 擬 定 推 動 政 策 及 業 者 投 資 之 重 要 參 考 依 據 8 No.10 July 2014

39 1 2 壹 前 言 國 外 風 電 開 發 業 者 或 風 力 機 製 造 商 陸 續 朝 深 水 區 域 進 行 風 電 場 開 發 或 風 力 機 測 試, 一 方 面 可 解 決 土 地 問 減 少 影 響 人 類 活 動 範 圍, 另 一 方 面 也 可 以 擷 取 到 更 好 的 風 能 得 到 更 大 的 發 電 效 益, 並 朝 大 型 化 風 力 機 發 展 除 了 積 極 發 展 大 型 化 風 力 機 組 外, 許 多 國 家 的 政 府 研 究 機 構 成 立 風 力 資 源 研 究 部 門, 針 對 地 區 性 的 潛 在 風 能 進 行 國 家 型 計 畫 研 究 與 調 查, 為 了 全 面 性 地 瞭 解 風 力 潛 能 優 劣 分 佈 情 況, 以 快 速 找 尋 適 合 風 力 發 電 開 發 的 場 址, 作 為 風 力 發 電 後 續 開 發 時 的 參 考 依 據 然 而, 風 力 發 電 最 大 的 問 之 一 就 是 風 的 不 穩 定 性, 一 個 好 的 場 址 必 須 具 備 的 首 要 開 發 條 件 就 是 風 能 優 劣, 故 場 址 細 部 規 劃 評 估 工 作 有 其 必 要 性, 唯 有 透 過 業 的 審 慎 評 估 與 規 劃, 對 風 電 開 發 業 者 的 投 資 較 有 保 障, 對 融 資 銀 行 也 是 一 種 擔 保 證 明, 對 國 家 整 體 推 動 風 電 之 計 畫 更 是 不 可 或 缺 的 研 究 台 灣 目 前 陸 域 優 良 風 場 開 發 已 趨 近 飽 和, 朝 離 岸 風 場 開 發 推 動 已 是 目 前 政 府 的 主 要 能 源 政 策 離 岸 風 力 發 電 場 址 之 選 擇 條 件 除 首 重 於 風 能 優 劣 外, 尚 須 考 量 當 地 的 自 然 環 境 是 否 許 2 工 程 論 著 No.10 July

40 可, 例 如 場 址 現 地 的 波 浪 海 流 等 海 象 條 件 是 影 響 風 力 機 基 礎 的 主 要 外 力, 潮 汐 海 溫 則 是 風 力 機 基 礎 設 計 需 要 考 量 的 基 本 條 件 場 址 海 床 之 水 深 地 形 變 化 則 會 影 響 到 風 力 機 基 礎 的 穩 固 性, 而 海 域 地 質 的 背 景 條 件 則 為 風 力 機 基 礎 選 擇 設 計 規 劃 的 重 要 依 據 為 了 因 應 未 來 深 海 地 區 風 力 開 發, 工 研 院 已 於 FY99 開 始 陸 陸 續 續 進 行 深 水 海 域 潛 在 場 址 評 估, 以 下 分 別 介 紹 風 能 評 估 應 用 以 及 我 國 離 岸 風 力 電 場 開 發 潛 能 之 理 論 值 貳 風 能 評 估 應 用 台 灣 海 峽 因 地 理 環 境 特 殊, 具 有 豐 富 的 風 力 資 源 可 作 為 再 生 能 源 發 展 然 而 海 域 風 能 雖 佳, 但 是 離 岸 風 力 電 場 開 發 之 風 險 高 於 陸 域, 在 尚 未 瞭 解 風 場 實 際 特 性 之 前, 無 法 貿 然 投 入 開 發, 仍 需 進 行 細 部 的 風 能 評 估, 才 能 有 效 降 低 風 險 目 前 大 部 分 的 風 能 評 估 方 式 仍 是 實 地 觀 測 為 主 數 值 模 擬 為 輔, 應 用 場 址 大 致 上 分 為 三 種 類 型 : 陸 域 海 域 以 及 複 雜 地 形, 其 中 後 者 評 估 誤 差 是 相 對 高 許 多, 在 應 用 上 也 是 有 許 多 不 確 定 因 素, 以 下 就 風 能 評 估 應 用 方 式 進 行 介 紹 一 台 灣 地 區 風 力 潛 能 分 析 2 工 程 論 著 大 範 圍 的 長 期 氣 象 分 析 需 仰 賴 具 有 全 球 氣 象 網 格 資 料, 此 資 料 已 將 船 舶 探 空 地 面 觀 測 遙 測 衛 星 與 雷 達 等 資 料 同 化 為 分 析 場, 資 料 遍 佈 全 球 而 且 時 間 長, 唯 一 的 缺 點 就 是 資 料 空 間 解 析 度 不 夠 高, 無 法 解 析 到 風 力 電 場 的 規 模 大 小 離 岸 風 能 評 估 主 要 方 法 是 利 用 氣 象 模 式 模 擬 海 域 觀 測 衛 星 影 像 或 衛 星 反 演 風 場 進 行 多 重 比 對 分 析, 以 得 到 大 範 圍 高 解 析 度 之 風 能 特 性 資 訊 衛 星 資 料 總 類 繁 多, 應 用 於 風 能 分 析 主 要 是 以 氣 象 海 洋 為 主 的 衛 星 觀 測, 例 如 歐 洲 太 空 總 署 SAR(Synthetic Aperture Radar) 美 國 太 空 總 署 海 洋 衛 星 等 其 中 又 以 美 國 太 空 總 署 的 (Jet Propulsion Laboratory) 海 洋 觀 測 資 料 種 類 多 且 豐 富, 具 有 遍 佈 全 球 高 解 析 度 的 海 平 面 風 場 資 料, 包 含 SSM/I TMI AMSR QuikSCAT MSU 等 遙 測 衛 星 的 氣 象 資 料, 以 及 提 供 全 球 即 時 之 熱 帶 氣 旋 情 供 瀏 覽, 除 預 測 路 徑 外, 亦 有 海 水 溫 度 風 場 分 佈 和 降 雨 強 度 等 分 析 因 此 衛 星 海 平 面 風 場 資 料 對 於 缺 乏 觀 測 資 料 的 海 域 有 很 大 的 幫 助, 歐 洲 北 海 日 本 巴 西 中 國 美 國 等 海 域 地 區, 各 國 政 府 或 研 究 單 位 在 開 放 離 岸 電 場 開 發 前, 皆 已 投 入 離 岸 風 能 評 估 研 究, 利 用 數 值 模 擬 進 行 長 期 評 估 以 找 尋 優 良 潛 在 場 址 工 研 院 在 2007 年 至 2010 年 利 用 The Weather Research and Forecasting Model( 以 下 簡 稱 WRF) 數 值 模 式 進 行 時 序 列 模 擬 研 究, 透 過 分 析 比 對 並 推 估 不 同 高 度 的 風 40 No.10 July 2014

41 No.10 July 工 程 論 著

42 場 數 據, 完 成 建 置 台 灣 地 區 2 km 2 km 解 析 度 之 風 場 模 擬 分 佈 資 料 ( 如 圖 1 所 示 ), 可 作 為 政 府 擬 定 風 電 推 動 政 策 以 及 篩 選 潛 在 場 址 之 重 要 依 據 生 一 個 風 功 率 頻 譜 密 度 風 速 計 的 特 性 取 樣 速 率 和 平 均 的 週 期 對 於 記 錄 量 測 值 都 會 影 響 擾 流 強 度 計 算, 從 測 量 資 料 預 估 擾 流 強 度 時 應 考 慮 這 些 影 響 若 無 實 際 觀 測 資 料, 亦 可 由 鄰 近 圖 1 台 灣 離 岸 地 區 年 平 均 風 速 (m/s) 與 風 能 密 度 (W/m 2 ) 之 風 力 潛 能 分 布 圖 2 工 程 論 著 42 No.10 July 2014 二 特 定 場 址 風 能 特 性 分 析 在 評 估 特 定 場 址 風 能 特 性 時 至 少 須 包 含 輪 轂 高 度 年 平 均 風 速 50 年 再 現 週 期 之 極 端 風 速 風 速 機 率 分 布 函 數 擾 流 強 度 垂 直 風 切 以 及 空 氣 密 度 之 基 本 參 數 風 況 條 件 可 以 由 特 定 場 址 的 量 測 結 果 決 定, 其 中 空 氣 密 度 若 無 法 由 量 測 求 得, 則 可 由 ISO25:1975 規 範 定 義 之, 在 此 定 義 為 kg/m 此 外, 量 測 期 間 須 涵 蓋 所 有 季 節 變 化 以 及 顯 著 影 響 風 況 的 天 氣 系 統, 如 果 是 在 海 上 則 量 測 高 度 須 足 以 消 除 海 平 面 波 浪 之 干 擾 擾 流 標 準 差 可 藉 由 適 當 的 統 計 方 法 從 量 測 風 速 資 料 來 求 得, 且 量 測 頻 率 須 足 以 產 測 站 透 過 風 能 相 關 性 分 析 利 用 長 期 觀 測 資 料 推 估 之 雖 然 海 域 風 場 變 化 相 對 穩 定, 但 是 缺 乏 觀 測 資 料, 不 管 是 風 能 觀 測 站 固 定 式 觀 測 或 者 SO- DAR RASS Radar LIDAR 等 移 動 式 遙 測, 皆 需 針 對 定 點 場 址 投 入 時 間 與 成 本 才 得 以 完 成, 所 以 當 特 定 場 址 鄰 近 地 區 無 任 何 觀 測 資 料 可 作 為 分 析 或 參 考 依 據 時, 透 過 中 尺 度 數 值 模 擬 結 合 局 部 評 估 風 能 之 方 法, 可 提 高 資 料 的 空 間 與 時 間 解 析 度, 以 彌 補 長 時 間 觀 測 資 料 之 不 足, 進 而 有 效 性 及 快 速 性 地 評 估 場 址 風 能 特 性 以 嘉 義 外 傘 頂 洲 為 例, 進 行 年 WRF 時 序

43 列 數 值 模 擬 與 定 點 量 化 分 析, 並 探 討 其 風 能 特 性, 以 期 可 應 用 至 其 它 離 岸 場 址 之 風 能 特 性 分 析 分 析 結 果 採 用 模 式 Domain 2 km 2 km 解 析 度 輸 出 之 U 向 量 與 V 向 量, 以 網 格 內 差 方 式 計 算 各 觀 測 站 所 在 之 網 格 點 (U,V) 風 場 大 小, 由 於 模 式 設 計 是 採 隨 地 勢 座 標, 每 一 層 在 不 同 時 間 點 輸 出 的 高 度 場 皆 不 盡 相 同, 為 了 與 風 能 觀 測 站 60 m 進 行 比 對, 其 模 式 輸 出 的 風 場 需 額 外 藉 由 內 差 方 式 求 得 特 定 高 度 之 風 場 由 圖 2 之 60 m 高 度 與 10 m 高 度 風 資 料 觀 測 模 擬 誤 差 之 風 花 圖 顯 示, 觀 測 值 與 模 擬 值 其 主 風 向 均 為 22.5 度, 佔 比 均 超 過 0%, 第 二 盛 行 風 向 為 0 度, 模 擬 值 佔 比 稍 微 偏 低, 各 16 方 位 風 向 其 風 速 平 均 誤 差 約 為 2- m/s, 其 平 均 風 速 觀 測 值 6.7m/s~7.81m/s 平 均 風 速 模 擬 值 7.00 m/s~ 8.07m/s 平 均 風 向 觀 測 值 度 ~18.82 度 平 均 風 向 模 擬 值 度 ~20.61 度 之 間 顯 示 模 擬 結 果 與 實 測 值 相 當 吻 合 再 由 風 速 機 率 分 布 圖 顯 示 ( 詳 圖 ),10 m 高 觀 測 值 機 率 分 布 0~4 m/s 約 佔 24.4 % 4~26 m/s 約 佔 75.4 %, 模 擬 值 機 率 分 布 0~4 m/s 約 佔 16.1 % 4~26 m/s 約 佔 8.9 %;60 m 高 觀 測 值 機 率 分 布 0~4 m/s 約 佔 19.8 % 4~26 m/s 約 佔 80.2 %, 模 擬 值 機 率 分 布 0~4 m/s 約 佔 11.9 % 4~26 m/s 約 佔 87.9 %, 顯 示 模 式 對 於 低 風 速 的 解 析 能 力 偏 低, 高 風 速 差 異 不 顯 著 此 外, 模 擬 與 觀 測 誤 差 值 其 發 生 機 率 呈 常 態 分 布, 發 生 大 差 異 之 機 率 其 實 很 低, 因 此 由 風 花 圖 與 及 機 率 分 布 圖 分 析 說 明, 雖 然 模 擬 結 果 之 風 速 風 向 均 方 差 具 有 一 定 程 度 的 差 異, 但 模 擬 值 可 掌 握 長 期 風 能 特 性, 若 採 用 數 值 模 擬 風 速 風 向 逐 時 資 料 進 行 風 能 評 估, 在 上 述 統 計 指 標 信 賴 下, 可 有 效 解 決 空 間 時 間 資 料 不 足 之 問 2 工 程 論 著 圖 2 嘉 義 外 傘 頂 洲 風 資 料 觀 測 模 擬 誤 差 之 風 花 圖 分 析 成 果 No.10 July

44 圖 嘉 義 外 傘 頂 洲 之 風 速 機 率 分 布 圖 2 工 程 論 著 44 No.10 July 2014 三 特 定 場 址 發 電 量 分 析 此 為 風 能 評 估 的 最 後 一 個 步 驟, 主 要 目 的 是 為 了 量 化 小 尺 度 區 域 的 風 能 受 地 形 地 貌 以 及 風 力 機 彼 此 間 尾 流 的 影 響, 評 估 場 址 的 潛 在 風 能, 所 以 透 過 Micro-Siting 技 術 可 以 提 供 風 力 機 佈 置 位 址 最 佳 化 的 功 能, 在 同 樣 的 土 地 面 積 與 相 同 數 量 的 風 力 機 機 組 條 件 下, 以 達 風 力 發 電 場 最 大 發 電 量 由 於 風 力 資 源 會 受 到 地 貌 影 響, 主 要 包 括 地 形 (Orography) 粗 糙 度 (Roughness) 與 障 礙 物 (Obstacle) 的 遮 蔽 效 應 (Shelter effect) 等 三 項 因 素, 考 量 測 站 周 圍 地 形 障 礙 物 與 粗 糙 度 等 地 理 因 素 之 影 響, 可 更 精 確 地 評 估 其 風 力 資 源, 包 括 不 同 高 度 及 背 景 粗 糙 度 下 之 平 均 風 速 及 風 能 密 度, 以 及 各 方 位 之 韋 伯 分 布 (Weibull Distribution) 與 尺 度 參 數 另 外 不 同 地 區 所 需 選 用 的 風 力 機 型 也 不 盡 相 同, 因 為 風 力 機 是 在 不 同 的 天 候 假 定 狀 況 下, 依 據 不 同 的 使 用 程 度 所 設 計 或 建 造 出 來 的, 例 如 在 高 風 速 區 或 是 地 形 非 常 複 雜 的 地 區, 其 所 使 用 的 風 力 機 型 必 須 有 耐 高 風 速 與 結 構 荷 重 的 條 件, 所 以 風 力 機 相 對 堅 固 而 且 價 格 相 對 昂 貴, 因 此 選 擇 適 合 風 力 機 型 是 非 常 重 要 的 發 電 功 率 估 算 方 式 是 利 用 風 速 機 率 函 數 與 風 力 機 功 率 曲 線 進 行 積 分 而 得, 除 了 上 述 參 數 設 定 會 影 響 發 電 量 評 估 結 果 外, 風 力 電 場 本 身 的 風 力 機 機 組 也 會 相 互 影 響, 因 此 進 行 風 力 電 場 評 估 時 需 考 量 風 機 彼 此 相 互 衰 減 的 尾 流 效 應, 若 以 單 一 風 力 機 間 相 互 影 響, 其 下 游 風 速 變 化 量 可 表 示 如 下 :

45 其 中 表 示 實 際 風 速 (m/s) 表 示 推 力 係 數 表 示 葉 片 直 徑 (m) 在 環 境 條 件 部 分, 包 含 自 然 環 境 人 為 活 動 以 及 生 態 環 境 其 中 自 然 環 境 部 分, 主 要 是 地 形 地 質 氣 象 與 海 象 之 調 查 分 析 ; 人 為 活 動 則 包 括 交 通 國 防 漁 業 與 海 底 電 纜 等 之 現 況 分 析 ; 生 態 環 境 包 含 自 然 生 態 保 護 區 漁 業 資 源 及 其 它 敏 感 區 在 自 然 環 境 的 部 分, 需 考 量 長 期 風 速 與 風 向 資 料 水 深 離 岸 距 離 波 浪 地 震 潮 汐 與 潮 流 海 床 地 形 與 地 質 等 ; 其 中 又 以 風 波 流 為 主 要 考 量 因 素, 如 圖 4 為 各 項 環 境 因 子 對 於 風 電 場 址 開 發 時 之 影 響 表 示 風 機 間 距 (m) 表 示 下 游 風 機 受 上 游 影 響 受 風 面 積 (m 2 ) 表 示 下 游 風 機 受 風 面 積 (m 2 ) 表 示 尾 流 衰 減 常 數 其 中 值 除 了 對 於 不 同 地 區 也 需 要 加 以 考 量 改 變 此 設 定 值, 可 針 對 不 同 風 向 進 行 設 定 外, 因 為 不 同 的 地 形 效 應 以 及 紊 流 穩 定 度 皆 會 影 響 風 力 電 場 的 整 體 尾 流 效 應 與 評 估 結 果 參 離 岸 風 電 開 發 潛 能 分 析 為 因 應 未 來 海 域 地 區 調 查 資 料 日 益 豐 富 可 進 行 優 先 場 址 篩 選 開 發, 以 評 估 離 岸 風 力 開 發 潛 能 為 主, 先 建 置 台 灣 西 部 海 域 之 自 然 環 境 人 為 活 動 與 生 態 環 境 圖 層 資 料, 再 評 估 深 水 區 域 潛 在 風 能 開 發 理 論 值 其 中 首 要 步 驟 為 蒐 集 可 行 環 境 條 件 與 開 發 需 求 條 件 ; 其 次 是 評 估 區 域 範 圍 界 定 ; 第 三 則 為 潛 在 風 能 理 論 值 推 估 一 可 行 環 境 條 件 與 開 發 需 求 在 人 為 活 動 方 面, 由 於 人 類 在 近 海 區 域 活 動 頻 繁, 深 海 地 區 相 對 低 很 多, 對 於 未 來 深 水 開 發 應 用 需 依 個 案 需 求 進 行 更 詳 盡 的 調 查, 方 能 得 知 是 否 為 排 除 開 發 區 域 大 部 分 的 歐 洲 國 家 都 規 定 有 對 開 發 區 域 相 關 之 利 益 團 體 舉 辦 公 聽 會 的 程 序, 來 協 調 各 團 體 潛 在 的 利 益 衝 突 問, 這 些 可 能 的 利 益 衝 突 基 本 上 有 航 運 交 通 航 空 交 通 國 防 和 漁 業 等 在 交 通 部 分, 海 運 航 線 是 離 岸 式 風 力 計 畫 選 址 的 限 制 條 件 之 一, 選 址 時 必 須 避 開 已 經 劃 定 為 海 運 航 線 預 定 航 線 或 進 港 泊 錨 區 海 域 ; 另 一 個 則 是 航 空 交 通, 為 降 低 飛 行 物 或 船 艦 的 撞 擊 風 險, 依 據 限 高 區 域 有 其 規 範 在 國 防 部 分, 軍 事 區 在 風 力 發 電 場 址 評 估 就 應 排 除, 軍 事 保 護 區 或 是 雷 達 區 也 是 離 岸 式 風 力 發 電 場 發 展 的 重 要 問 收 集 台 灣 西 部 港 區 及 航 道 區 綜 合 圖 層, 全 台 灣 沿 海 漁 港 口 區 分 佈 非 常 密 集, 另 外 養 殖 區 漁 礁 區 保 護 礁 區 定 置 漁 業 區 箱 網 養 殖 區 用 漁 業 權 漁 業 資 源 保 育 區 等 區 域 也 都 是 在 近 海 為 主 在 生 態 環 境 方 面, 收 集 自 然 生 態 保 護 區 漁 業 資 源 及 其 它 敏 感 區 等 圖 層, 自 然 生 態 保 護 區 包 括 自 然 保 留 區 野 生 動 物 保 護 區 野 生 動 物 重 要 棲 息 環 境 國 有 林 自 然 保 護 區 重 要 野 鳥 棲 地 濕 地 沿 海 保 護 區 野 鳥 遷 徙 路 徑 與 臺 灣 沿 海 鳥 類 分 布, 其 中 野 鳥 遷 徙 路 徑 範 圍 非 No.10 July, 工 程 論 著

46 常 廣 漁 業 資 源 包 括 人 工 魚 礁 禁 漁 區 保 護 礁 區 與 漁 業 資 源 保 育 區, 所 在 區 域 大 部 分 為 水 深 20m 以 內 中 華 白 海 豚 活 動 範 圍 也 是 在 近 海 處 在 開 發 需 求 部 分, 依 據 國 外 離 岸 式 風 力 電 場 成 本 分 析, 海 纜 工 程 與 基 礎 工 程 之 成 本 相 當, 因 此 選 擇 一 個 最 短 路 徑 至 陸 上 之 變 電 所, 明 顯 地 將 可 降 低 成 本, 但 仍 需 考 慮 一 些 環 境 因 素, 避 開 海 底 地 形 變 遷 劇 烈 之 區 域 ( 含 沖 蝕 砂 波 移 動 ) 河 口 區 域 斷 層 帶 崩 坍 及 含 氣 帶 魚 礁 區 及 底 拖 區 海 岸 保 護 區 及 防 護 區, 除 上 述 地 區 外, 並 確 定 不 會 與 已 存 在 之 海 纜 及 海 底 管 線 交 叉 同 時 應 選 擇 海 纜 總 長 短 水 深 淺 海 底 起 伏 小 底 質 易 埋 設 海 纜 之 路 徑 m/sec 以 上 之 區 域, 並 初 步 排 除 包 含 海 底 纜 線 油 氣 管 線 用 漁 業 權 火 砲 射 擊 區 地 形 陡 峭 區 域 等 地 區 後, 初 步 評 估 可 開 發 潛 在 區 域 總 面 積 約 為 2400 km 2, 如 圖 6 所 示 圖 5 離 岸 限 制 開 發 區 域 示 意 圖 2 工 程 論 著 圖 4 風 波 流 環 境 因 素 與 相 對 應 之 影 響 二 區 域 範 圍 評 估 界 定 利 用 ESRI 之 ArcGIS 軟 體 建 置 整 合 上 述 離 岸 限 制 開 發 區 域 相 關 圖 層 資 料 ( 如 圖 5 所 示 ), 利 用 圖 層 套 疊 方 式 篩 選 出 可 能 潛 在 場 址 以 西 部 海 域 水 深 20 m 至 十 二 浬 領 海 外 界 線 內 為 主 要 評 估 區 域, 套 疊 海 平 面 高 程 10 m 平 均 風 速 模 擬 值 8 圖 6 離 岸 可 開 發 潛 在 區 域 分 布 圖 46 No.10 July, 2014

47 三 潛 在 風 能 理 論 值 推 估 針 對 上 述 區 域 範 圍 進 行 可 裝 置 容 量 以 及 發 電 量 估 算, 以 下 說 明 假 設 條 件 : ( 一 ) 風 力 機 佈 置 : 採 用 平 行 盛 行 風 向 4 倍 距 離 以 及 垂 直 盛 行 風 向 10 倍 距 離 作 為 風 力 機 彼 此 間 隔 ( 二 ) 風 力 潛 能 : 假 設 此 區 域 10 m 高 模 擬 平 均 風 速 為 8.8 m/s, 再 依 據 不 同 機 型 塔 高 進 行 輪 轂 高 度 風 速 推 估 表 1 可 開 發 潛 在 場 址 發 電 量 預 估 項 目.6MW 10MW Drive Train Gearbox Direct Generator 非 同 步 HTS 同 步 Rotor Dia. [m] Hub Height [m] 估 算 平 均 風 速 [m/s] 單 機 理 想 年 發 電 量 [KWh] 19,84,470 56,781,40 預 估 總 裝 置 數 量 [ 部 ] 預 估 風 場 總 發 電 量 [GWh] 56,20 62,795 單 機 淨 年 發 電 量 [KWh] 1,715,810 9,247,28 ( 三 ) 風 力 機 型 : 採 用 Siemens SWT_.6 MW( 葉 片 直 徑 120 m 塔 高 90m) 以 及 AMSC SeaTitan 10MW( 葉 片 直 徑 190 m 塔 高 125 m) 空 氣 密 度 kg/m 之 發 電 性 能 曲 線 ( 四 ) 理 想 年 發 電 量 : 係 假 設 此 潛 在 區 域 風 速 呈 韋 伯 機 率 分 布 形 狀 k=2 與 空 氣 密 度 kg/m 之 發 電 性 能 曲 線 的 乘 積 ( 五 ) 淨 年 發 電 量 : 假 設 運 轉 可 用 率 80% 整 體 尾 流 效 應 10% 以 及 線 損 效 應 約 4% 下 之 實 際 發 電 量 其 結 果 如 表 1 所 示, 若 採 用.6 MW 進 行 開 發 潛 能 分 析, 則 可 設 置 4100 部 風 力 機 組 (14,760 MW), 其 容 量 因 素 約 為 0.4, 預 估 風 場 總 發 電 量 約 56,20 GWh; 若 採 用 10 MW 進 行 開 發 潛 能 分 析, 則 可 設 置 1600 部 風 力 機 組 (16,000 MW), 其 容 量 因 素 約 為 0.45, 預 估 風 場 總 發 電 量 約 62,795 GWh 容 量 因 素 肆 結 論 與 建 議 目 前 國 內 尚 未 有 離 岸 風 電 開 發 案 例, 除 了 有 待 技 術 建 立 外, 仍 有 許 多 政 策 面 環 境 面 以 及 技 術 面 等 問 尚 待 解 決 機 上 海 域 面 積 廣 大, 實 際 調 查 潛 在 場 址 需 耗 費 許 多 資 源 與 經 費, 更 遑 論 整 個 西 部 海 域 進 行 開 發 資 訊 建 置, 故 透 過 此 選 址 排 序 與 調 查 規 劃, 未 來 分 階 段 建 置 優 先 開 發 條 件 或 是 進 行 潛 在 場 址 調 查 項 目 是 必 然 之 所 需, 除 了 可 提 供 最 佳 可 開 發 區 域 供 政 府 做 為 推 動 離 岸 風 電 政 策 擬 定 依 據 外, 亦 可 作 為 開 發 商 優 先 開 發 區 域 之 參 考 當 然 最 後 風 場 開 發 場 址 的 決 定, 還 是 得 由 開 發 商 依 據 主 要 籌 設 要 件, 例 如 風 能 併 聯 環 境 衝 擊 以 及 施 工 條 件 等 進 行 可 行 性 綜 合 評 估, 並 完 成 經 濟 效 益 以 及 風 險 分 析 之 評 估 後 才 能 決 定 開 發 與 否 本 文 主 要 針 對 西 部 海 域 進 行 風 力 潛 能 調 查 評 估 研 究, 旨 在 希 望 透 過 風 力 潛 能 大 小 來 推 估 台 灣 西 部 海 域 潛 在 風 力 電 場 開 發 理 論 值, 然 而 風 能 僅 只 是 開 發 離 岸 風 電 的 首 要 因 子 而 非 全 部 No.10 July, 工 程 論 著

48 因 子, 光 是 自 然 環 境 調 查 與 人 為 活 動 資 料 圖 層 分 析, 也 無 法 完 全 決 定 是 否 具 有 不 同 水 深 之 開 發 能 力, 開 發 可 行 性 仍 決 定 在 基 礎 設 施 施 工 技 術 工 程 團 隊 以 及 開 發 成 本 等 考 量 本 文 重 點 為 瞭 解 在 特 定 條 件 下 台 灣 西 部 海 域 區 域 之 風 力 潛 能 及 潛 在 場 址, 以 期 可 提 供 開 發 業 者 進 行 第 一 步 的 場 址 篩 選 依 據 誌 謝 本 文 感 謝 經 濟 部 能 源 局 ( 計 畫 編 號 10- D0105) 支 持, 使 本 計 畫 得 以 順 利 進 行, 特 此 致 上 感 謝 之 意 6. ISO 25:1975, Standard Atmosphere. 7. The Wind Atlas Analysis and Application Program", Web link 8. Rohatgi J. S., and V. Nelson, 1994: Wind Characteristics: An Analysis for the Generation of Wind Power. Alternative Energy Institute, 29 pp. 9. Skamarock W. C., J. B. Klemp, J. Dudhia, D. O. Gill, D. M. Barker, M. G. Duda, X. Y. Huang, W. Wang, and J. G. Powers, A Description of the Advanced Research WRF Version ", NCAR Tech. Note TN-475+STR, 2008; 11p. 參 考 文 獻 1. 陳 美 蘭 李 宜 宸,QuikSCAT 衛 星 風 場 數 值 模 擬 離 岸 風 能 分 析 研 究, 台 灣 風 能 協 會 第 二 屆 第 二 次 會 員 大 會 暨 台 灣 風 能 學 術 研 討 會, 第 頁, 中 華 民 國 98 年 12 月 2 工 程 論 著 2. 呂 威 賢 等, 陸 海 域 風 力 發 電 技 術 發 展 及 整 體 推 動 計 畫 期 末 告, 經 濟 部 能 源 局, 中 華 民 國 99 年 06 月. 財 團 法 人 工 業 技 術 研 究 院, 台 灣 風 能 評 估 手 冊, 中 華 民 國 100 年 5 月 4. 財 團 法 人 工 業 技 術 研 究 院, 離 岸 場 址 選 址 條 件 綜 合 評 估 研 析 告 ", 經 濟 部 能 源 局, 中 華 民 國 100 年 12 月 5. 財 團 法 人 工 業 技 術 研 究 院, 離 岸 風 場 調 查 分 析 及 技 術 研 發 計 畫 期 末 告, 經 濟 部 能 源 局, 中 華 民 國 102 年 12 月 48 No.10 July, 2014

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50 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關 鍵 詞 : 最 終 極 限 狀 態 (ULS) 疲 勞 極 限 狀 態 (FLS) 偶 發 極 限 狀 態 (ALS) 使 用 極 限 狀 態 (SLS) 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 技 術 經 理 / 張 欽 森 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 副 理 / 林 俶 寬 2 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 工 程 師 / 張 景 程 50 No.10 July, 2014

51 摘 要 ABSTRACT 為 配 合 經 濟 部 能 源 局 規 劃 在 200 年 前 將 建 置 600 架 海 上 風 力 發 電 機 組 之 能 源 政 策, 國 內 產 官 學 界 莫 不 投 入 眾 多 資 源, 希 望 結 合 國 內 既 有 或 發 展 中 之 產 業, 以 開 拓 新 的 產 業 供 應 鏈, 促 進 國 內 經 濟 發 展 然 離 岸 風 力 發 電 機 組 從 設 計 製 造 到 現 場 安 裝 所 面 對 之 環 境 較 一 般 工 程 更 加 嚴 峻, 工 程 技 術 之 困 難 度 更 高, 為 求 工 程 品 質 與 精 密 度 符 合 安 全 與 營 運 需 求, 必 須 建 立 一 套 完 整 之 工 程 技 術 準 則, 讓 所 有 參 與 人 員, 包 括 上 游 之 現 場 調 查 到 下 游 之 製 造 安 裝, 皆 有 所 依 循 然 綜 觀 國 內 文 獻, 目 前 並 無 有 關 離 岸 風 電 之 工 程 技 術 準 則 或 規 範 可 資 依 循 因 此, 本 文 乃 蒐 集 國 外 既 有 相 關 工 程 技 術 準 則 或 規 範, 並 參 考 國 內 既 有 之 颱 風 地 震 等 相 關 研 究 或 設 計 準 則 等 資 料, 作 一 初 步 分 析 比 較, 以 期 拋 磚 引 玉, 讓 更 多 有 意 願 參 與 本 項 工 作 之 業 者, 在 後 續 從 事 相 關 作 業 時 便 於 參 考 1 2 壹 前 言 離 岸 風 力 電 場 之 設 置, 係 將 風 力 機 組 裝 設 於 海 域 結 構 基 礎 上 而 形 成 陣 列 式 排 列 擷 取 風 能, 並 透 過 海 底 電 纜 將 風 力 機 組 所 產 生 之 電 源 輸 送 至 陸 地, 再 併 入 陸 域 電 網 供 電 故 在 單 一 離 岸 風 力 機 之 構 造 上, 可 概 分 為 (1) 風 力 機 組, 包 含 塔 架 ;(2) 水 下 支 撐 結 構 基 礎 ;() 電 力 系 統 包 括 海 纜 陸 纜 變 電 站 及 電 網 等 其 中 風 力 機 組 部 分 (Turbine) 包 括 機 艙 (Nacelle) 葉 片 (Rotor with blades) 與 輪 轂 (Hub), 大 部 分 皆 由 國 外 廠 商 負 責 設 計 製 造 及 組 裝, 且 整 機 輸 出, 其 相 關 設 計 與 規 範 皆 屬 各 廠 商 之 商 業 機 密, 且 國 際 上 皆 已 明 訂 相 關 技 術 規 範 及 適 用 範 圍 僅 水 下 支 撐 結 構 基 礎 及 電 力 系 統 因 地 制 宜, 需 配 合 風 場 當 地 特 性 而 定 一 般 準 則 研 訂 之 目 的, 係 為 提 供 參 與 者 包 括 執 行 端 與 審 查 端 執 行 業 務 時 之 參 考 基 準 是 以, 本 文 之 目 的 乃 針 對 離 岸 風 力 發 電 之 風 力 機 下 部 支 撐 結 構 基 礎, 研 擬 相 關 設 計 原 則 技 術 準 則 及 程 序 需 求, 以 作 為 國 內 離 岸 風 場 開 發 單 位 規 劃 設 計 單 位 與 單 位 審 核 作 業 時 之 依 據, 至 於 電 力 系 統 海 纜 部 分, 因 在 中 華 技 術 95 期 已 有 所 討 論 與 分 析, 本 期 不 再 贅 述 貳 水 下 支 撐 結 構 與 基 礎 型 式 離 岸 風 力 機 之 水 下 支 撐 結 構, 係 將 作 用 於 上 部 風 力 機 及 結 構 之 外 力 轉 換 至 海 底 土 層, 而 離 岸 風 力 電 場 之 水 下 安 裝 支 撐 結 構 型 態, 可 以 由 其 性 質 與 構 造 安 裝 方 法 結 構 配 置 與 結 構 材 料 選 擇 等 加 以 分 類, 不 同 類 型 之 基 礎 構 造, 概 述 如 圖 1~2 所 示, 該 離 岸 水 下 支 撐 結 構 之 基 本 型 態 包 括 : No.10 July,

52 資 料 來 源 :IEC ,2009 一 基 樁 結 構 (piled structures) 圖 1 離 岸 風 力 機 之 固 定 式 支 撐 構 造 概 略 圖 一 設 計 考 量 重 點 52 No.10 July, 2014 二 重 力 基 底 結 構 (gravity-based structures) 三 套 裙 與 套 筒 結 構 (skirt and bucket structures) 四 浮 式 結 構 (moored floating structures) 參 水 下 支 撐 結 構 與 基 礎 設 計 原 則 與 方 法 離 岸 風 電 機 組 之 水 下 支 撐 結 構 設 計, 係 考 量 結 構 動 力 學 模 式 以 預 測 設 計 負 載 效 應, 並 依 據 特 定 現 場 之 外 部 條 件 與 設 計 情 況, 考 慮 所 有 相 關 組 合 整 體 設 計 流 程 如 圖 所 示 虛 線 部 分 則 屬 風 機 製 造 廠 商 設 計 過 程 必 須 探 討 之 內 容, 故 由 圖 可 知, 離 岸 風 電 之 設 計 必 須 結 合 風 機 製 造 商 及 當 地 顧 問 公 司 才 能 完 成 離 岸 風 電 機 組 之 水 下 支 撐 結 構 與 基 礎 設 計 所 需 考 量 與 一 般 陸 域 結 構 物 或 岸 邊 結 構 物 有 所 不 同, 其 設 計 時 考 量 之 極 限 狀 態 包 括 如 下 : ( 一 ) 最 終 極 限 狀 態 (ULS): 相 當 於 最 大 負 載 阻 抗 (1) 結 構 阻 抗 ( 過 度 屈 伏 和 挫 屈 ) 之 損 害 (2) 元 件 脆 性 斷 裂 之 破 壞 () 視 為 剛 體 結 構 或 部 分 結 構 之 靜 態 平 衡 損 害, 例 如 翻 轉 傾 覆 (4) 由 於 超 過 極 限 阻 抗 ( 某 些 情 況 下 係 由 於 重 複 負 載 而 退 化 ) 或 元 件 終 極 變 形, 造 成 結 構 關 鍵 元 件 破 壞 (5) 結 構 轉 化 為 崩 潰 或 過 度 變 形 之 機 制 行 為

53 資 料 來 源 :Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines;GL, DEC.2012 圖 2 離 岸 風 力 機 之 浮 式 構 造 概 略 圖 ( 二 ) 疲 勞 極 限 狀 態 (FLS): 相 當 於 因 循 環 負 載 效 應 致 之 破 壞, 即 反 覆 負 載 累 積 的 破 壞 ( 三 ) 偶 發 極 限 狀 態 (ALS): 相 當 於 偶 發 ( 罕 見 ) 負 載 之 最 大 承 載 能 力 或 意 外 受 損 後 結 構 之 整 體 性 損 害 (1) 第 1 類 型 : 由 偶 發 負 載 造 成 之 結 構 性 損 壞 (2) 第 2 類 型 : 損 壞 結 構 之 極 限 阻 抗, 或 局 部 損 壞 後 結 構 整 體 性 之 損 害 ( 四 ) 使 用 極 限 狀 態 (SLS): 相 當 適 用 於 正 常 使 用 之 容 差 標 準 (1) 撓 度 可 能 會 改 變 作 用 力 效 應 (2) 變 形 可 能 會 改 變 剛 性 支 撐 物 件 和 支 撐 結 構 間 之 負 載 分 佈 () 過 度 振 動 產 生 之 不 適 或 非 結 構 性 元 件 之 影 響 (4) 超 過 設 備 限 度 之 運 轉 (5) 基 礎 土 壤 之 差 異 沉 陷 造 成 風 力 機 無 法 容 忍 之 傾 斜 (6) 溫 度 誘 之 變 形 二 風 力 機 等 級 離 岸 風 力 機 組 設 置 時, 其 外 力 條 件 基 本 上 由 安 裝 場 地 或 場 地 類 型 決 定 而 風 力 機 組 之 等 級 取 決 於 風 速 和 擾 流 參 數, 其 基 本 參 數 詳 表 1 所 示 No.10 July,

54 RNA:Rotor Nacelle Assembly 機 艙 輪 轂 組 裝 資 料 來 源 :IEC , 本 文 編 修 圖 離 岸 風 力 機 之 整 體 設 計 流 程 表 1 風 力 機 等 級 之 基 本 參 數 風 力 機 等 級 Ⅰ Ⅱ Ⅲ S V ref (m/s) A Iref ( 一 ) 0.16 由 設 計 者 規 B Iref ( 一 ) 0.14 定 各 參 數 C Iref ( 一 ) No.10 July, 2014 表 中 各 數 值 應 用 於 輪 轂 高 度 : Vref 表 示 基 準 風 速 10 分 鐘 之 平 均 值, A 表 示 較 高 擾 流 特 性 級, B 表 示 中 等 擾 流 特 性 級, C 表 示 較 低 擾 流 的 性 級 Iref 表 示 在 15m/s 時 擾 流 密 度 之 期 望 值 資 料 來 源 :IEC , 本 文 編 修

55 三 外 力 ( 負 載 ) 條 件 進 行 風 力 機 基 礎 設 計 所 考 量 之 外 在 環 境 條 件, 可 劃 分 為 風 力 條 件 海 洋 條 件 ( 波 浪 海 流 水 位 海 生 物 海 床 變 動 及 淘 刷 ) 和 其 他 環 境 條 件 電 力 條 件 係 指 電 力 電 網 條 件 ; 另 設 計 時 需 考 慮 場 地 之 土 壤 特 性, 包 含 海 床 變 動 淘 刷 及 其 他 海 床 不 穩 定 因 素 所 引 起 之 時 序 列 變 化, 另 外 與 其 他 構 造 物 不 同 處, 必 須 再 加 上 風 力 機 本 身 之 頻 譜 四 設 計 負 載 之 組 合 依 前 述 離 岸 風 力 機 之 極 限 狀 態, 考 量 設 計 負 載 時 必 須 涵 蓋 離 岸 風 力 機 所 可 能 遭 遇 的 最 主 要 運 轉 條 件 包 括 (1) 常 態 階 段 之 設 計 條 件 : 電 力 穩 定 生 產 條 件 惰 轉 狀 態 (idling) 停 機 狀 態 (standstill);(2) 短 暫 條 件 : 開 機 (start-up) 停 機 (shutdown) 轉 向 (yawing) 及 故 障 (faults) 等 這 些 特 徵 負 載 在 選 擇 時, 通 常 參 考 表 2 之 基 準 予 以 選 定 經 選 定 特 徵 負 載 條 件 後, 再 依 照 風 力 機 之 不 同 設 計 狀 況, 如 轉 子 及 塔 架 上 之 風 力 負 載 等 選 擇 如 表 所 示 之 若 干 負 載 條 件 (Load cases), 以 計 算 分 析 各 種 不 同 之 設 計 狀 況 可 能 主 支 承 結 構 與 基 礎 中 之 不 同 設 計 元 件 之 受 力 情 形 並 一 一 檢 核 其 安 全 係 數 是 否 符 合 IEC61400 DNV OS-J101 ABS 等 相 關 設 計 規 定 表 2 運 轉 設 計 條 件 下 選 擇 特 徵 負 載 及 負 載 效 應 之 基 準 負 載 分 類 ULS FLS 正 常 負 載 (G) 功 能 負 載 (Q) 環 境 負 載 (E) 偶 發 負 載 (A) 異 常 風 力 機 負 載 變 形 負 載 (D) 年 度 最 大 負 載 或 預 期 負 載 歷 程 或 不 適 用 負 載 效 益 之 98% 預 期 負 載 效 應 歷 分 位 數 ( 迴 歸 期 50 程 特 定 值 極 限 狀 態 運 轉 設 計 條 件 完 整 結 構 預 期 值 特 定 值 特 定 值 預 期 極 端 值 ALS 資 料 來 源 : Design of Offshore Wind Turbine Structures DNV-OS-J101, JAN.201 受 損 結 構 負 載 或 負 載 效 應 特 定 值 之 迴 歸 期 不 低 於 一 年 SLS 表 組 合 數 種 環 境 條 件 之 設 計 負 載 條 件 設 計 工 況 1. 運 轉 組 態 DLC 風 力 條 件 : 風 候 (Wind climate, U10,hub) 或 風 速 (Uhub) 1.1 NTM(9) vin<u10,hub<vout 波 浪 條 件 : 海 象 (Sea state, Hs) 或 獨 立 波 高 (Individual wave height,h) 供 組 合 NSS Hs=E[Hs U10,hub] 風 與 波 浪 方 向 單 向 同 向 海 流 風 趨 流 水 位 MWL 其 它 條 件 預 測 作 用 於 RNA 之 極 端 負 載 與 塔 架 之 介 面 極 限 狀 況 ULS NTM: Normal Turbulence Model( 常 時 擾 流 模 式 ) NSS: Normal Sea State( 常 時 海 況 ) ETM: Extreme Turbulence Model( 極 端 擾 流 模 式 ) ECD: Extreme Coherent Gust with Direction Change( 極 端 陣 風 向 改 變 ) EWS: Extreme Wind Shear Model( 極 端 風 切 模 式 ) EOG: Extreme Operating Gust( 極 端 運 轉 瞬 間 風 速 ) No.10 July,

56 設 計 工 況 DLC 風 力 條 件 : 風 候 (Wind climate, U10,hub) 或 風 速 (Uhub) 波 浪 條 件 : 海 象 (Sea state, Hs) 或 獨 立 波 高 (Individual wave height,h) 供 組 合 風 與 波 浪 方 向 海 流 水 位 其 它 條 件 極 限 狀 況 1.2 NTM(9) vin<u10,hub<vout NSS Hs 根 據 Hs Tp U10,hub 之 聯 合 機 率 分 佈 單 向 同 向 (5) 在 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 之 上 下 限 間 FLS 1. ETM(9) vin<u10,hub<vout NSS Hs=E[Hs U10,hub] 單 向 同 向 風 趨 流 MWL ULS 1. 運 轉 組 態 1.4 ECD U10,hub=vr-2m/s,vr, vr+2m/s 1.5 EWS(9) vin<u10,hub<vout NSS Hs=E[Hs U10,hub] 或 NWH H=E[Hs U10,hub] () NSS Hs=E[Hs U10,hub] 或 NWH H=E[Hs U10,hub] () 錯 位 風 趨 流 MWL ULS 單 向 同 向 風 趨 流 MWL ULS 1.6a NTM vin<u10,hub<vout SSS Hs=Hs,50-yr ( 詳 2.5 節 ) 單 向 同 向 風 趨 流 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 (4) ULS 1.6b NTM vin<u10,hub<vout SWH H=H50-yr ( 詳 2.5 節 ) 單 向 同 向 風 趨 流 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 (4) ULS 2.1 NTM vin<u10,hub<vout NSS Hs=E[Hs U10,hub] 單 向 同 向 風 趨 流 MWL 控 制 系 統 故 障 或 電 力 失 去 連 接 ULS 2.2 NTM vin<u10,hub<vout NSS Hs=E[Hs U10,hub] 單 向 同 向 風 趨 流 MWL 防 護 系 統 或 先 前 之 內 部 電 氣 故 障 ULS 異 常 2. 運 轉 + 電 網 失 常 NSS 2.a EOG Hs=E[Hs U10,hub] 或 NWH U10,hub=vout 與 vr±2m/s H=E[Hs U10,hub] () (6) 2.b NTM (8) vin<u10,hub<vout 2.4 NTM vin<u10,hub<vout NSS Hs=E[Hs U10,hub] 或 NWH H=E[Hs U10,hub] () NSS Hs=E[Hs U10,hub] 單 向 同 向 單 向 同 向 單 向 同 向 風 趨 流 風 趨 流 (5) MWL MWL 在 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 之 上 下 限 間 外 部 或 內 部 電 氣 故 障, 包 括 電 網 喪 失 連 接 外 部 或 內 部 電 氣 故 障, 包 括 電 網 喪 失 連 接 控 制 保 護 或 電 氣 系 統 故 障, 包 括 電 網 喪 失 連 接 ULS 異 常 ULS FLS 56 No.10 July, 2014 NWP: Normal Wind Profile( 常 時 風 剖 面 ) EDC: Extreme Direction Change( 極 端 方 向 改 變 ) ESS: Extreme Sea State( 極 端 海 況 ) RWH: Reduced Wave Height( 折 減 波 高 ) EWH: Extreme Wave Height( 極 端 波 高 )

57 設 計 工 況 DLC 風 力 條 件 : 風 候 (Wind climate, U10,hub) 或 風 速 (Uhub) 波 浪 條 件 : 海 象 (Sea state, Hs) 或 獨 立 波 高 (Individual wave height,h) 供 組 合 風 與 波 浪 方 向 海 流 水 位 其 它 條 件 極 限 狀 況 NWP.1 vin<u10,hub<vout NSS + 正 常 風 力 剖 面 以 尋 Hs=E[Hs U10,hub] 找 穿 越 轉 子 掃 掠 區 或 NWH 域 (swept zone) 之 H=E[Hs U10,hub] () 平 均 垂 直 風 切 (wind shear) 單 向 同 向 (5) 在 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 之 上 下 限 間 FLS. 啟 動.2 EOG U10,hub=vin,vout 與 vr±2m/s NSS Hs=E[Hs U10,hub] 或 NWH H=E[Hs U10,hub] () 單 向 同 向 風 趨 流 MWL ULS. EDC U10,hub=vin,vout 與 vr±2m/s NSS Hs=E[Hs U10,hub] 或 NWH H=E[Hs U10,hub] () 錯 位 風 趨 流 MWL ULS NWP 4. 正 常 關 機 vin<u10,hub<vout NSS + 正 常 風 力 剖 面 以 尋 Hs=E[Hs U10,hub] 找 穿 越 轉 子 掃 掠 區 或 NWH 域 (swept zone) 之 H=E[Hs U10,hub] () 平 均 垂 直 風 切 (wind shear) EOG U10,hub=vout 與 vr±2m/s NSS Hs=E[Hs U10,hub] 或 NWH H=E[Hs U10,hub] () 單 向 同 向 單 向 同 向 (5) 在 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 之 上 下 限 間 FLS 風 趨 流 MWL ULS 5. 緊 急 關 機 5.1 NTM U10,hub=vout 與 vr±2m/s NSS Hs=E[Hs U10,hub] 單 向 同 向 風 趨 流 MWL ULS 6. 暫 停 或 空 轉 EWM 擾 流 風 力 模 型 U10,hub=U10,50-yr 6.1a ( 風 速 特 徵 標 準 差 σu,c=0.11u10,hub) 6.1b 6.1c EWM 穩 定 風 力 模 型 Uhub=1.4U10,50-yr RWM 穩 定 風 力 模 型 Uhub=1.1U10,50-yr ESS Hs=Hs,50-yr (1) RWH H=ΨH50-yr (2) EWH H=H50-yr 錯 位 多 向 錯 位 多 向 錯 位 多 向 50 年 迴 歸 期 極 端 海 流 50 年 迴 歸 期 極 端 海 流 50 年 迴 歸 期 極 端 海 流 50 年 迴 歸 期 極 端 水 位 50 年 迴 歸 期 極 端 水 位 50 年 迴 歸 期 極 端 水 位 ULS ULS ULS RWM: Reduced Wind Speed Model( 折 減 風 速 模 式 ) MWL: Mean sea water level( 平 均 海 水 面 ) No.10 July,

58 設 計 工 況 DLC 風 力 條 件 : 風 候 (Wind climate, U10,hub) 或 風 速 (Uhub) 波 浪 條 件 : 海 象 (Sea state, Hs) 或 獨 立 波 高 (Individual wave height,h) 供 組 合 風 與 波 浪 方 向 海 流 水 位 其 它 條 件 極 限 狀 況 6.2a EWM 擾 流 風 力 模 型 U10,hub=U10,50-yr ( 風 速 特 徵 標 準 差 σu,c=0.11u10,hub) ESS Hs=Hs,50-yr (1) 錯 位 多 向 50 年 迴 歸 期 極 端 海 流 50 年 迴 歸 期 極 端 水 位 電 網 喪 失 連 接 ULS 異 常 6.2b EWM 穩 定 風 力 模 型 Uhub=1.4U10,50-yr RWH H=ΨH50-yr (2) 錯 位 多 向 50 年 迴 歸 期 極 端 海 流 50 年 迴 歸 期 極 端 水 位 電 網 喪 失 連 接 ULS 異 常 6. 暫 停 或 空 轉 6.a EWM 擾 流 風 力 模 型 U10,hub=U10,1-yr ( 風 速 特 徵 標 準 差 σu,c=0.11u10,hub) ESS Hs=Hs,1-yr (1) 錯 位 多 向 1 年 迴 歸 期 極 端 海 流 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 極 端 轉 向 錯 位 ULS 6.b EWM 穩 定 風 力 模 型 Uhub=1.4U10,1-yr RWH H=ΨH1-yr (2) 錯 位 多 向 1 年 迴 歸 期 極 端 海 流 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 極 端 轉 向 錯 位 ULS 6.4 NTM U10,hub<0.7U10,50-yr NSS Hs 根 據 Hs Tp U10,hub 之 聯 合 機 率 分 佈 同 向 多 向 (5) 在 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 之 上 下 限 間 FLS 7.1a EWM 擾 流 風 力 模 型 U10,hub=U10,1-yr ( 風 速 特 徵 標 準 差 σu,c=0.11u10,hub) ESS Hs=Hs,1-yr (1) 錯 位 多 向 1 年 迴 歸 期 極 端 海 流 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 ULS 異 常 7. 暫 停 + 失 誤 條 件 7.1b 7.1c EWM 穩 定 風 力 模 型 Uhub=1.4U10,1-yr RWM 穩 定 風 力 模 型 Uhub=0.88U10,50-yr RWH H=ΨH1-yr (2) EWH H=H1-yr 錯 位 多 向 錯 位 多 向 1 年 迴 歸 期 極 端 海 流 1 年 迴 歸 期 極 端 海 流 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 ULS 異 常 ULS 異 常 7.2 NTM U10,hub<0.7U10,50-yr NSS Hs 根 據 Hs Tp U10,hub 之 聯 合 機 率 分 佈 同 向 多 向 (5) 在 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 之 上 下 限 間 FLS 58 No.10 July, 2014

59 設 計 工 況 DLC 風 力 條 件 : 風 候 (Wind climate, U10,hub) 或 風 速 (Uhub) 波 浪 條 件 : 海 象 (Sea state, Hs) 或 獨 立 波 高 (Individual wave height,h) 供 組 合 風 與 波 浪 方 向 海 流 水 位 其 它 條 件 極 限 狀 況 8.2a EWM 穩 定 風 力 模 型 Uhub=1.4U10,1-yr ESS Hs=Hs,1-yr (1) 同 向 單 向 1 年 迴 歸 期 極 端 海 流 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 ULS 異 常 8. 運 儲 及 維 護 8.2b RWM 穩 定 風 力 模 型 Uhub=0.88U10,50-yr 8. NTM U10,hub<0.7U 10,50-yr EWH H=H1-yr NSS Hs 根 據 Hs Tp U10,hub 之 聯 合 機 率 分 佈 同 向 單 向 同 向 多 向 1 年 迴 歸 期 極 端 海 流 (5) 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 在 1 年 迴 歸 期 極 端 水 位 之 上 下 限 間 ULS 異 常 FLS 註 : (1) 倘 若 負 載 響 應 模 擬 時 其 示 性 波 高 Hs 之 模 擬 周 期 較 基 準 週 期 為 小, 示 性 波 高 需 轉 換 為 與 模 擬 週 期 相 等 之 基 準 週 期 此 外, 應 於 示 性 波 高 加 上 一 放 大 因 子 (inflation factor) 以 確 保 較 短 之 模 擬 周 期 可 獲 得 原 始 基 準 週 期 可 達 到 之 最 大 波 高 當 基 準 週 期 為 小 時 而 模 擬 周 期 為 1 小 時, 在 波 浪 分 佈 滿 足 Rayleigh 分 佈 之 情 況 下, 小 時 之 波 數 為 1000, 組 合 轉 換 後 之 放 大 因 子 為 1.09 同 樣 地, 若 模 擬 週 期 較 平 均 風 速 之 平 均 週 期 為 長, 則 應 於 U10 加 上 一 縮 小 因 子 (deflation factor), 當 模 擬 週 期 為 1 小 時 而 平 均 週 期 為 10 分 鐘 時, 其 縮 小 因 子 可 採 0.95 (2) 對 於 離 岸 構 造 物, 實 務 上 可 採 用 Ψ=H5-yr/H50-yr, 其 中 H5-yr 及 H50-yr 分 別 代 表 5 年 及 50 年 迴 歸 期 之 獨 立 波 高, 水 深 越 淺, 通 常 Ψ 將 越 大 () 此 負 載 條 件 並 非 由 波 浪 所 控 制, 風 力 負 載 是 否 應 與 獨 立 波 高 或 與 海 況 組 合 不 是 必 要 之 要 求 (4) 假 如 極 端 波 高 被 水 深 所 限 制, 水 位 應 採 較 大 之 50 年 迴 歸 期 水 位 (5) 原 則 上, 因 為 海 流 將 影 響 水 動 力 係 數, 而 相 對 於 該 條 件 之 疲 勞 負 載 並 未 包 含 海 流 影 響, 分 析 時 應 納 入 海 流 與 設 計 狀 況 並 存 之 情 況 ; 然 而 在 許 多 狀 況 下 海 流 影 響 甚 小 故 可 忽 略, 如 波 浪 負 載 受 慣 性 力 主 控 或 流 速 甚 小 之 情 況 等 (6) 就 極 端 運 轉 陣 風 與 獨 立 波 高 組 合 而 與 非 海 況 組 合 之 情 況 而 言, 其 造 成 之 負 載 應 在 與 陣 風 之 時 間 剖 面 相 關 之 獨 立 波 浪 剖 面 上 最 不 利 之 位 置 進 行 計 算 (7) 當 波 浪 負 載 與 波 列 (wave train) 或 波 浪 負 載 之 時 間 序 列 等 有 關 連 之 特 定 負 載 條 件 相 關 時, 對 於 模 擬 產 生 之 負 載 效 應 時 間 序 列 所 造 成 之 最 大 負 載 效 應, 影 響 最 大 之 組 合 負 載 效 應 應 予 以 說 明 (8) DLC 2.b 與 DLC2.a 可 考 量 兩 者 擇 一, 對 於 U10 之 考 量 值 而 言, 應 進 行 12 次 之 反 應 模 擬, 名 義 上 之 極 端 反 應 可 由 12 次 模 擬 之 平 均 加 上 倍 反 應 值 之 標 準 差 估 計,DLC 2.b 之 特 徵 負 載 反 應 則 可 由 觀 測 得 到 之 U10 獲 得 名 義 上 之 極 端 反 應 決 定 其 極 端 值 (9) 在 大 風 力 電 場 中, 應 採 用 在 風 力 電 場 內 周 遭 風 速 之 特 徵 標 準 差 σua,c 取 代 特 徵 標 準 差 σu,c 資 料 來 源 : Design of Offshore Wind Turbine Structures DNV-OS-J101, JAN.201 肆 耐 震 分 析 由 於 標 準 等 級 風 力 機 並 無 對 抗 地 震 的 要 求, 但 台 灣 位 處 於 亞 洲 環 太 平 洋 地 震 帶, 對 於 地 震 條 件 之 評 估 需 特 別 考 量, 因 此 有 關 離 岸 風 力 機 設 計 需 求 基 本 上 依 照 國 內 現 有 相 關 地 震 規 範, 初 步 研 擬 適 合 我 國 海 域 離 岸 風 電 結 構 物 之 耐 震 評 估 準 則 以 資 參 考 一 地 震 評 估 風 力 機 結 構 安 裝 地 區 之 地 震 活 動 評 估, No.10 July,

60 基 本 上 係 根 據 既 有 地 震 活 動 紀 錄 所 表 示 的 發 生 頻 率 和 嚴 重 程 度 進 行 評 估, 惟 國 內 目 前 並 無 海 域 離 岸 區 域 地 震 紀 錄, 故 僅 能 參 考 鄰 近 陸 域 行 政 區 相 關 地 震 資 料 對 於 負 載 評 估 而 言, 地 震 負 載 係 依 據 當 地 規 範 所 規 定 之 地 面 加 速 度 和 反 應 譜 要 求 進 行 評 估 倘 如 當 地 規 範 不 可 用 或 者 並 未 確 認 地 面 加 速 度 和 反 應 譜 時, 須 再 對 工 址 加 速 度 係 數 選 用 ; 地 質 條 件 包 括 地 質 分 類 參 數 選 用 液 化 潛 能 ; 構 造 物 重 要 程 度 (Exposure level, 分 L1 L2 及 L, 離 岸 風 機 基 礎 設 計 建 議 採 L2 或 L); 及 基 礎 構 造 所 選 用 材 料 ( 鋼 材 混 凝 土 等 材 料 牽 涉 seismic reserve capacity factor 部 分 ) 等 參 數 進 行 必 要 之 評 估 ( 一 ) 平 均 壽 期 內 正 常 發 電 期 間 之 負 載 ( 二 ) 於 一 特 定 選 擇 風 速 下 緊 急 關 機 時 之 負 載, 所 選 之 風 速, 在 關 機 前 的 負 載 需 等 於 上 述 ( 一 ) 之 負 載 設 計 時 所 有 負 載 分 量 之 負 載 安 全 係 數 取 1.0; 地 震 負 載 之 評 估 可 採 用 頻 域 法 (Frequency Domain Methods), 於 該 情 況 下, 作 業 負 載 可 以 直 接 加 在 地 震 負 載 上 ; 另 地 震 負 載 之 評 估 也 可 採 用 時 域 法 (Time-domain Methods), 於 此 情 況 下, 則 進 行 充 分 模 擬, 以 確 保 作 業 負 載 能 代 表 前 述 負 載 於 時 間 之 平 均 值 60 No.10 July, 2014 二 耐 震 設 計 之 目 標 設 計 地 震 之 地 面 加 速 度 係 按 475 年 迴 歸 期 進 行 評 估 ( 亦 即 預 期 使 用 50 年 壽 期 內, 發 生 更 大 地 震 之 超 越 機 率 為 10 %) 於 此 地 震 水 準 下, 結 構 物 不 得 產 生 嚴 重 損 壞, 以 避 免 造 成 嚴 重 的 人 命 及 財 產 損 失 對 具 韌 性 材 料 之 構 造 物 而 言, 其 結 構 物 產 生 的 韌 性 比 不 得 超 過 其 容 許 韌 性 容 量 迴 歸 期 475 年 之 地 震 發 生 時, 在 不 影 響 主 要 使 用 功 能 且 其 損 壞 得 以 在 短 時 間 內 修 護 的 前 提 下, 其 容 許 損 壞 程 度 參 考 表 4 所 示 表 4 風 力 機 基 礎 於 475 年 迴 歸 期 地 震 作 用 下 功 能 性 容 許 損 壞 值 結 構 物 本 體 資 料 來 源 : 本 文 彙 整 整 體 沉 陷 量 : 依 據 風 力 機 廠 商 要 求 傾 斜 :0.5 差 異 變 形 量 : 依 據 風 力 機 廠 商 要 求 考 量 國 內 風 能 較 優 之 離 岸 風 場 位 置, 幾 乎 都 在 地 震 影 響 範 圍 內, 亦 即 風 機 運 轉 期 間 仍 可 能 有 地 震 發 生, 故 分 析 時 地 震 負 載 應 疊 加 於 作 業 負 載 上, 故 作 業 負 載 應 選 擇 以 下 兩 種 負 載 之 較 大 值 為 設 計 準 則 如 使 用 前 述 任 一 方 法 評 估 塔 架 固 有 振 動 模 式, 建 議 依 據 同 一 公 認 之 地 震 規 範 來 選 擇 如 果 並 無 該 等 規 範, 則 可 採 用 總 模 態 質 量 占 總 質 量 85% 的 連 續 模 式 來 模 擬 之 對 於 細 部 結 構 阻 抗 之 評 估 則 以 假 設 彈 性 反 應 或 韌 性 能 量 損 耗 進 行 分 析 惟 對 特 定 之 結 構 類 型, 尤 其 是 格 狀 結 構 (Lattice Structures) 和 螺 栓 接 頭 (Bolted Joints), 則 建 議 使 用 時 域 法 評 估 比 較 準 確 由 於 海 底 斷 層 資 料 欠 缺, 現 階 段 僅 能 參 考 陸 域 資 料 ; 另 離 岸 風 機 使 用 壽 命 一 般 為 25 年, 且 離 岸 又 有 一 段 距 離, 對 生 命 安 全 並 無 立 即 性 影 響, 是 否 需 以 陸 上 標 準 設 計, 亦 是 值 得 深 思 探 討 之 議 伍 結 論 由 於 國 內 已 頒 布 實 行 之 規 範, 大 部 分 係 適 用 於 陸 域 工 程, 而 交 通 部 頒 港 灣 構 造 物 設 計 基 準 多 規 範 近 海 結 構 物, 至 於 離 岸 風 力 機 設 置 所 需 之 設 計 準 則 基 本 上 須 參 考 國 外 相 關 設 計 規 範 及 準 則 因 此, 本 文 於 初 擬 風 力 機 下 部 支 撐 構 造 基 礎 設 計 準 則 之 範 圍 原 理 技 術 需 求 及 安 全 條 件 等 設 計 依 據, 係 參 考 國 外

61 IEC61400 DNV OS-J101 ABS, 並 依 據 中 華 民 國 國 家 標 準 (CNS), 國 外 相 關 標 準 (Standards) 準 則 (Guidelines) 及 協 定 (Conventions), 再 依 據 國 內 之 外 部 環 境 條 件 及 相 關 規 範 編 擬 雖 然 台 灣 海 峽 西 北 部 海 域 之 風 場 風 能 條 件 相 當 良 好, 但 由 於 台 灣 地 區 地 域 特 性 與 北 歐 地 區 截 然 不 同, 有 許 多 關 鍵 問, 例 如 每 年 夏 秋 二 季 有 颱 風 侵 襲, 不 論 何 時 何 地 又 常 有 地 震 發 生, 離 岸 風 力 機 組 之 支 撐 結 構 與 基 礎 之 設 計 困 難 度 更 甚 於 歐 洲 北 海 地 區 然 而 這 些 特 殊 條 件 在 目 前 國 際 規 範 或 準 則 中 並 無 相 關 之 規 定, 將 有 賴 國 內 家 學 者 投 入 更 多 心 力 去 研 究 後, 方 能 擬 定 出 適 用 於 台 灣 之 相 關 規 範 準 則 其 次, 台 灣 沿 海 之 海 域 資 料 包 括 生 態 環 境 基 本 資 料 庫 尚 未 建 置 完 整, 在 離 岸 風 電 設 計 條 件 中 有 關 海 生 物 附 著 所 產 生 之 影 響, 以 及 海 上 施 工 時 對 魚 類 或 鯨 豚 類 之 影 響, 還 需 進 一 步 深 入 研 究, 方 能 在 未 來 離 岸 風 場 開 發 之 經 濟 與 環 境 間 取 得 平 衡 5. IEC International Standard Wind turbines Part 1: Design requirements, IEC International Standard Wind turbines Part : Design requirements for offshore wind turbines, NORSOK STANDARD N-004 Design of Steel Structures, ANNEX K, Special Design Provisions for Jackets, Apr 中 華 民 國 國 家 標 準 (CNS) 風 力 機 第 1 部 : 設 計 規 定, 經 濟 部 標 準 檢 驗 局, 民 國 97 年 9 月 0 日 公 布 9. 中 華 民 國 國 家 標 準 (CNS)15177 風 力 發 電 機 組 詞 彙, 經 濟 部 標 準 檢 驗 局, 民 國 97 年 9 月 0 日 公 布 10. 交 通 部 港 灣 構 造 物 設 計 基 準 碼 頭 設 計 基 準 及 說 明 參 考 文 獻 1. A B S O f f s h o r e W i n d T u r b i n e Installations, BS-EN Design requirements for offshore wind turbines, BSI, DNV-OS-J101 Design of Offshore Wind Turbine Structures, JAN GL Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines, DEC 交 通 部 港 灣 構 造 物 設 計 基 準 防 波 堤 設 計 基 準 及 說 明 12. 內 政 部 營 建 署 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 與 解 說 No.10 July,

62 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關 鍵 詞 : 離 岸 風 場 (Offshore Wind Farm) 潛 勢 風 能 區 域 (Potential Offshore Wind Energy) 風 場 開 發 限 制 因 素 (Limitations of Offshore Wind Farm Develpoment) 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 副 理 / 林 俶 寬 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 正 工 程 師 / 張 上 君 2 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 工 程 師 / 黃 振 愷 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 工 程 師 / 劉 晉 堯 4 62 No.10 July, 2014

63 摘 要 ABSTRACT 離 岸 風 場 選 址 之 主 要 邏 輯 係 由 大 到 小, 從 先 劃 定 一 最 大 可 能 開 發 區 域, 經 風 能 及 風 速 電 網 併 聯 及 相 關 限 制 條 件 等 諸 多 方 面 影 響 因 素 進 行 綜 合 評 估 後, 進 而 選 擇 風 能 資 源 豐 富 且 最 具 開 發 價 值 之 區 域, 以 作 為 後 續 離 岸 風 場 細 部 規 劃 設 計 之 基 本 藍 圖 基 此, 本 文 參 考 工 研 院 綠 能 研 究 所 之 台 灣 海 域 離 岸 風 場 之 風 力 資 源 潛 勢 圖 作 為 最 大 可 能 之 開 發 範 圍, 經 套 疊 我 國 領 海 範 圍 圈 選 出 具 開 發 潛 能 之 場 址 後, 再 選 定 具 優 勢 風 速 條 件 者 劃 設 為 離 岸 潛 勢 風 場 區 域, 再 經 綜 合 考 量 離 岸 風 場 選 址 需 考 量 之 重 點 項 目 如 環 境 因 素 電 網 併 聯 點 及 不 同 水 深 與 地 質 等 條 件 進 行 風 場 之 可 能 基 礎 型 式 初 步 評 選 後, 擘 劃 出 具 有 開 發 潛 勢 之 風 場 範 圍, 冀 供 未 來 國 內 離 岸 風 場 開 發 規 劃 之 參 考 壹 前 言 台 灣 位 於 亞 洲 大 陸 與 太 平 洋 交 界 處, 屬 於 季 風 氣 候 區, 因 此 有 明 顯 的 東 北 季 風 吹 拂 與 西 南 氣 流 交 替 由 於 台 灣 中 央 山 脈 與 大 陸 東 南 丘 陵 之 地 形, 形 成 台 灣 海 峽 峽 管 效 應 增 強 東 北 季 風 風 速, 使 得 台 灣 冬 季 之 風 力 資 源 豐 富, 此 為 台 灣 發 展 風 力 發 電 之 先 天 優 勢 條 件 然 隨 著 陸 域 可 供 開 發 的 風 場 尋 找 不 易, 國 內 風 能 開 發 重 心 逐 步 由 陸 域 延 伸 至 離 岸 但 目 前 台 灣 離 岸 風 電 產 業 仍 處 於 起 步 階 段, 並 未 完 全 掌 握 相 關 技 術 基 此, 經 濟 部 能 源 局 乃 於 102 年 7 月 公 告 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法, 鼓 勵 民 間 業 者 參 與 開 發, 並 規 劃 近 期 2015 年 前 完 成 建 置 6 部 示 範 機 組,2020 年 前 完 成 600MW 離 岸 風 力 電 場, 遠 期 200 年 開 發 GW 之 離 岸 風 場 由 於 此 離 岸 風 場 開 發 深 具 龐 大 商 機, 已 吸 引 眾 多 國 內 外 風 力 發 電 開 發 業 者 興 趣 因 此, 本 文 乃 針 對 國 內 可 能 之 離 岸 風 場 場 址 選 擇 所 需 之 相 關 技 術 進 行 初 步 探 討, 以 作 為 未 來 大 規 模 之 離 岸 風 場 開 發 場 址 評 選 之 參 考 貳 台 灣 離 岸 潛 勢 風 能 區 域 台 灣 海 峽 風 力 強 勁, 尤 其 冬 季 東 北 季 風 期 間 更 加 明 顯, 然 因 科 技 發 展 長 期 以 來 較 少 注 重, 直 到 近 十 年 來 地 球 暖 化 問 與 潔 淨 能 源 需 求, 風 力 才 逐 漸 受 到 國 內 重 視 而 競 相 開 發, 業 經 能 源 局 評 估, 在 陸 域 風 場 優 良 場 址 日 益 減 少 之 際, 未 來 離 岸 風 電 將 是 我 國 重 要 且 可 大 力 開 發 之 永 續 綠 色 能 源 之 一 然 風 能 之 好 壞 攸 關 著 開 發 場 址 發 電 效 益, 故 在 一 般 風 力 發 電 開 發 前, 必 須 先 評 估 風 能 優 良 之 場 址, 且 在 符 合 經 濟 效 益 之 情 況 下, 才 進 行 開 發 由 於 風 能 與 風 速 的 三 次 方 成 正 比, 因 此 平 均 風 速 愈 快, 所 蘊 藏 的 風 能 便 愈 高, 依 據 經 濟 No.10 July,

64 64 No.10 July, 2014 部 能 源 局 委 託 工 業 技 術 研 究 院 所 進 行 之 台 灣 地 區 風 力 潛 能 分 布 模 擬 結 果, 詳 如 本 季 刊 第 10 期 台 灣 地 區 風 能 評 估 與 離 岸 風 電 開 發 潛 能 分 析 所 述, 台 灣 西 部 沿 海 及 外 島 之 澎 湖 南 部 墾 丁 及 蘭 嶼 沿 海, 於 80m 高 之 風 速 (m/s) 年 平 均 風 速 多 可 達 5~6m/s 以 上, 及 風 能 密 度 (W/ m 2 ) 達 750~850W/m 2 以 上, 顯 示 我 國 深 具 離 岸 式 風 力 發 電 開 發 之 潛 力 前 述 風 能 評 估 資 料, 係 依 目 前 氣 象 資 料 經 電 腦 模 擬 結 果, 在 場 址 測 風 塔 尚 未 建 置 完 成 無 實 測 風 速 資 料 之 情 況 下, 其 完 整 度 仍 嫌 不 足 為 彌 補 觀 測 資 料 之 不 足, 進 而 有 效 及 快 速 性 地 得 知 場 址 風 力 潛 能, 乃 參 考 美 國 國 家 再 生 能 源 實 驗 室 (National Renewable Energy Laboratory, NREL) 50m 高 度 風 場 風 能 資 源 評 估 等 級, 依 選 定 優 良 最 具 可 發 展 風 力 潛 能 資 源 條 件 ( 如 表 1 所 示 ), 以 風 能 密 度 800W/m 2 及 平 均 風 速 9m/s 以 上 作 為 台 灣 離 岸 潛 勢 風 場 場 址 初 步 選 定 原 則, 再 套 疊 我 國 領 海 範 圍 (12 海 浬 線 ) 後, 初 步 評 估 出 台 灣 地 區 離 岸 風 場 較 佳 之 潛 勢 風 能 區 域, 詳 如 圖 1 所 示 經 初 步 選 定 結 果 得 知, 台 灣 西 部 離 岸 潛 勢 風 能 區 域 可 開 發 面 積 約 為 16,500 km 2, 東 南 側 潛 勢 風 能 區 域 可 開 發 面 積 約 為 9,600 km 2 再 依 省 市 界 線 分, 西 部 較 具 開 發 潛 在 優 勢 之 離 岸 風 場 位 於 新 北 市 桃 園 新 竹 苗 栗 台 中 彰 化 雲 林 及 澎 湖 離 岸, 以 及 南 部 屏 東 墾 丁 及 蘭 嶼 等 惟 此 初 步 評 估 結 果, 僅 代 表 具 有 開 發 潛 力, 但 實 際 可 開 發 範 圍, 必 須 依 據 後 續 相 關 離 岸 潛 勢 風 場 場 址 之 評 估 技 術, 再 加 上 電 網 銜 接 之 變 電 站 位 置 及 相 關 限 制 條 件 等 因 素 進 一 步 分 析 後 劃 設 參 電 力 系 統 評 估 一 般 風 場 之 風 力 機 組 電 力 輸 送 方 式, 係 將 風 力 機 組 輸 出 之 690V 電 力 於 塔 架 旁 或 塔 架 內 升 壓 為 kv 電 力, 再 配 合 當 地 之 輸 變 電 系 統 以 電 纜 傳 送 至 電 網 內 作 為 電 力 能 源 因 國 內 目 前 台 電 公 司 之 輸 變 電 網 為 交 流 電 系 統, 因 此 離 岸 風 力 電 場 產 生 之 電 能 將 依 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 辦 法 將 風 場 產 生 之 發 電 量 併 入 所 在 地 經 營 之 既 有 電 網 系 統 中, 故 離 岸 風 場 之 電 網 併 聯 點 評 估 為 離 岸 風 場 評 估 之 第 二 關 鍵 要 項 電 網 併 聯 評 估 前, 需 就 鄰 近 風 場 既 有 之 變 電 站 位 置 進 行 調 查, 並 就 變 電 站 之 電 壓 等 級 容 量 負 載 狀 況 等 項 目 進 行 綜 合 分 析 後, 以 決 定 最 佳 之 銜 接 變 電 站 作 為 風 場 併 聯 點 但 通 常 風 力 電 場 所 產 生 之 電 力 能 源 屬 於 不 穩 定 電 源, 台 電 公 司 之 電 力 網 為 維 持 其 供 電 品 質, 不 可 能 讓 此 不 穩 定 電 源 直 接 併 入 電 網 內, 因 而 要 求 風 力 電 場 開 發 者 必 須 在 併 聯 電 網 前 設 置 一 變 電 站, 以 保 護 既 有 電 網 之 安 全 性 有 關 風 場 開 發 者 自 設 變 電 站 之 相 關 考 量 重 點 如 下 : 考 量 整 體 風 場 之 總 發 電 量 係 由 離 岸 風 力 機 組 數 量 累 加 而 成, 而 潛 勢 風 場 場 址 面 積 又 決 定 離 岸 風 機 架 設 數 量, 故 在 自 設 升 壓 變 電 站 之 評 估 時, 除 電 壓 選 擇 外, 變 電 站 內 可 接 受 之 最 大 發 電 容 量 亦 為 另 一 考 量 重 點 經 初 步 評 估 國 內 每 座 風 場 以 200MW 較 為 適 當, 因 此 其 電 力 系 統 所 採 用 之 海 底 電 纜 規 格 將 為 (1) 場 內 電 纜 (Inter Array Cable): kv 海 底 電 纜 ;(2) 輸 出 電 纜 (Export Cable): 161kV 電 纜, 因 此 自 設 變 電 站 之 設 計 匯 入 電 壓 為 kv, 匯 出 電 壓 為 161kV 儘 管 風 力 電 源 經 過 變 電 站 升 壓 後 才 能 符 合 目 前 國 內 電 網 系 統 之 電 壓 等 級, 但 考 量 風 力 電 源 為 不 穩 定 電 源, 併 聯 至 特 高 壓 輸 電 系 統 內 時, 必 須 再 辦 理 整 體 電 網 併 聯 衝 擊 分 析, 以 評 估 各 種 負 載 風 險, 降 低 電 網 損 失 其 次, 自 設 變 電 站 設 置 地 點, 通 常 考 量 風 場 與 陸 上 併 聯 點 變 電 站 之 距 離, 如 風 場 距 離 併 聯 點 超 過 20 公 里 時, 則 以 設 置 海 上 變 電 站 較 佳, 但 如 風 場 距 離 併 聯 點 在 20 公 里 內 時, 則 在 陸 域 設 置 變 電 站 較 為 經 濟 至 於 海 纜 選 擇 直 流 或 交 流 系 統 則 依 風 場 規 模, 包

65 表 1 NREL 風 力 資 源 分 級 表 等 級 風 能 密 度 (W/m 2 ) 50m 高 度 平 均 風 速 (m/s) 可 發 展 潛 能 1 <200 <5.6 差 勉 強 尚 可 好 優 良 優 良 7 >800 >8.8 優 良 圖 1 台 灣 離 岸 潛 勢 風 場 位 置 圖 No.10 July,

66 括 : 設 置 費 用 施 工 難 易 度 設 備 材 料 供 應 維 修 成 本 及 相 關 經 濟 性 評 估 結 果 決 定 肆 水 深 及 地 質 影 響 分 析 由 前 述 各 章 內 容 得 知, 離 岸 風 機 之 設 置 成 本 受 離 岸 距 離 水 深 及 地 質 條 件 影 響 甚 鉅, 故 於 潛 勢 風 場 評 估 項 目 中 需 將 可 能 風 場 之 海 域 水 深 資 料 納 入 考 量 然 由 於 台 灣 長 期 海 禁, 詳 細 之 海 域 水 深 資 料 較 為 闕 如, 乃 以 目 前 國 內 較 具 公 信 力 之 海 軍 海 洋 測 量 局 所 頒 佈 之 台 灣 區 海 域 水 深 地 形 圖 ( 如 圖 2 所 示 ) 與 風 場 資 料 進 行 套 疊 由 水 深 圖 得 知 台 灣 西 部 海 域 因 雲 彰 隆 起, 地 形 水 深 大 部 分 小 於 -100m 且 地 質 多 為 砂 質, 而 最 南 端 墾 丁 一 帶 屬 於 岩 質 海 域, 地 形 水 深 變 化 較 大, 離 岸 約 5km 處, 水 深 已 達 200m 以 上, 致 使 風 機 在 此 不 同 區 域 必 須 選 擇 不 同 型 式 之 支 撐 基 礎, 才 能 降 低 工 程 經 費 及 施 工 風 險 基 本 上 離 岸 風 機 基 礎 可 概 分 為 固 定 式 及 浮 式 二 大 類, 因 不 同 水 深 與 地 質 條 件, 固 定 式 之 支 撐 基 礎 又 可 區 分 為 重 力 式 (Gravity) 單 樁 式 (Monopile) 三 腳 管 式 (Tripod) 管 架 式 (Jacket) 三 腳 樁 式 (Tripile) 及 負 壓 桶 基 式 (Suction Bucket) 等 型 式, 而 浮 式 (Floating) 基 礎 目 前 市 場 上 較 少 ; 其 基 礎 結 構 型 式 示 意 詳 如 圖 所 示 其 中 單 樁 式 為 目 前 市 場 上 使 用 最 多 之 型 式, 而 重 力 式 及 負 壓 桶 基 式 基 礎 屬 淺 基 礎, 多 用 於 地 質 條 件 較 佳 區 位 ; 三 腳 樁 式 基 礎 雖 具 較 佳 施 工 性, 然 其 屬 BARD 公 司 利, 較 少 人 使 用 ; 至 於 浮 式 基 礎, 則 適 用 於 水 深 較 深 之 區 位 ( 約 -50m~-200m), 目 前 日 本 已 有 浮 式 離 岸 風 力 機 試 運 轉 實 績 (201 年 11 圖 2 台 灣 領 海 風 力 資 源 與 水 深 分 布 組 合 圖 66 No.10 July, 2014

67 (a) 單 樁 式 (b) 重 力 式 (c) 三 腳 管 式 (d) 管 架 式 (e) 三 腳 樁 (f) 負 壓 桶 基 (g) 浮 式 資 料 來 源 :European Commission Integrated Wind Turbine Design 圖 各 類 風 機 基 礎 結 構 型 式 月 ), 其 設 置 地 點 位 於 福 島 縣 水 深 約 120m 海 域, 距 岸 約 20km 地 質 條 件 除 上 述 影 響 風 機 基 礎 型 式 之 選 擇 外, 亦 影 響 風 機 基 礎 鄰 近 之 局 部 淘 蝕 之 深 淺 與 淘 刷 面 積 特 別 是 進 行 大 規 模 風 場 開 發 時, 局 部 淘 刷 累 積 效 應 海 岸 地 形 變 遷 及 地 震 引 致 之 液 化 沉 陷 皆 與 基 礎 型 式 有 關 因 此, 基 於 經 濟 性 及 結 構 安 全 性 等 考 量 下, 在 基 礎 施 工 之 同 時 有 必 要 進 行 拋 石 等 防 淘 刷 保 護 工, 以 防 止 海 床 受 波 流 所 致 之 淘 刷 行 為 伍 其 他 相 關 限 制 條 件 之 分 析 離 岸 風 場 場 址 評 選 因 子, 除 基 於 上 述 風 力 資 源 電 網 併 聯 系 統 銜 接 不 同 水 深 與 地 質 條 件 重 要 因 素 外, 仍 需 考 量 其 他 潛 在 不 利 風 場 開 發 之 關 鍵 限 制 條 件, 如 海 底 電 纜 油 氣 管 線 位 置 各 港 口 通 航 之 航 路 等 限 制, 其 將 影 響 整 體 離 岸 風 場 開 發 區 域 之 完 整 性 國 內 離 岸 風 場 之 選 址 首 先 應 避 開 環 境 敏 感 及 自 然 保 護 區 域, 包 括 中 華 白 海 豚 重 要 棲 息 地 漁 業 權 及 船 舶 航 路 等 範 圍, 分 述 如 下 : 一 中 華 白 海 豚 行 政 院 農 委 會 於 2014 年 4 月 公 告 預 告 訂 定 中 華 白 海 豚 野 生 動 物 重 要 棲 息 環 境 之 類 別 及 範 圍, 此 重 要 棲 息 環 境 包 括 98% 中 華 白 海 豚 目 擊 點, 橫 跨 苗 栗 臺 中 彰 化 雲 林 等 範 圍, 北 起 苗 栗 縣 龍 鳳 港 以 北 ; 南 邊 界 線 為 外 傘 頂 洲 西 南 端 ; 西 邊 界 線 依 中 華 白 海 豚 在 各 區 活 動 範 圍 之 不 同 而 以 海 岸 線 距 岸 1- 海 浬 為 基 礎 畫 直 斜 線 ; 東 邊 界 線 為 海 岸 線 距 岸 50 公 尺 並 包 括 主 要 河 口 等 區 域, 如 圖 4 所 示 此 野 生 動 物 重 要 棲 息 環 境 區 域 劃 設, 對 於 離 岸 風 電 開 發 確 有 重 大 的 影 響, 但 在 生 態 環 境 與 開 發 共 謀 雙 贏 之 情 況 下, 離 岸 風 場 避 開 白 海 豚 保 護 區 向 較 深 之 水 域 移 動 設 置 仍 是 可 被 接 受, 也 可 免 除 民 眾 之 疑 慮 No.10 July,

68 二 漁 業 權 區 台 灣 漁 業 發 展 豐 碩, 沿 岸 漁 港 及 漁 業 活 動 作 業 頻 繁, 離 岸 風 場 劃 設 應 考 量 降 低 對 漁 業 經 濟 之 影 響, 基 本 上 規 劃 之 離 岸 風 場 應 避 開 用 漁 業 區 海 域 設 置, 以 減 輕 漁 民 之 抗 爭 行 為 基 此, 乃 蒐 集 行 政 院 農 委 會 2006 年 起 核 發 之 台 灣 區 西 北 部 海 域 用 漁 業 權 縣 市 如 表 2 所 示, 並 將 其 範 圍 標 示 於 google map 上, 如 圖 5 所 示, 以 利 與 其 他 限 制 條 件 作 一 彙 整 之 作 業 由 圖 5 得 知 台 資 料 來 源 : 行 政 院 農 業 委 員 會 - 預 告 訂 定 中 華 白 海 豚 野 生 動 物 重 要 棲 息 環 境 之 類 別 及 範 圍 ( ) 圖 4 中 華 白 海 豚 野 生 動 物 重 要 棲 息 環 境 範 圍 圖 圖 5 台 灣 西 北 部 海 域 漁 業 權 範 圍 位 置 表 年 起 核 發 用 漁 業 權 ( 西 北 部 ) 各 縣 市 漁 業 權 人 核 准 期 間 核 准 位 置 區 域 及 範 圍 桃 園 縣 苗 栗 縣 中 壢 區 漁 會 南 龍 區 漁 會 通 苑 區 漁 會 2009 年 6 月 至 2019 年 6 月 2010 年 月 至 2020 年 月 2010 年 8 月 至 2020 年 8 月 桃 園 縣 新 屋 鄉 與 觀 音 鄉 沿 岸 地 區 自 平 均 低 潮 線 起 向 外 海 延 伸 浬 之 海 域 苗 栗 縣 竹 南 鎮 及 後 龍 鎮 沿 岸 地 區 自 平 均 低 潮 線 起 向 外 海 延 伸 浬 之 海 域 苗 栗 縣 通 霄 鎮 及 苑 裡 鎮 沿 岸 海 域 自 平 均 低 潮 線 起 向 外 海 延 伸 浬 之 海 域 臺 中 市 臺 中 區 漁 會 2012 年 10 月 至 2022 年 10 月 臺 中 市 大 甲 溪 口 以 北 沿 海 地 區 自 低 潮 線 起 向 外 延 伸 浬 之 海 域 彰 化 縣 彰 化 區 漁 會 2009 年 6 月 至 2019 年 6 月 彰 化 縣 沿 岸 地 區 自 平 均 低 潮 線 起 向 外 海 延 伸 浬 及 潮 間 帶 之 海 域 68 No.10 July, 2014 資 料 來 源 : 行 政 院 農 委 會 漁 業 署 (

69 灣 西 北 部 海 域 之 用 漁 業 權 區 多 以 平 均 低 潮 線 起 向 外 海 延 伸 浬 之 海 域 來 進 行 劃 設, 初 步 分 析 結 果, 此 漁 業 權 區 之 劃 設 對 於 採 用 固 定 式 離 岸 風 機 基 礎 者 影 響 較 大, 但 對 於 採 用 浮 式 離 岸 風 機 基 礎 者 影 響 較 小 三 船 舶 航 路 由 於 台 灣 海 峽 屬 開 放 水 域, 並 未 明 定 航 道 之 範 圍, 為 評 估 此 影 響 因 子, 特 蒐 集 交 通 部 運 輸 研 究 所 港 灣 技 術 研 究 中 心 針 對 台 灣 周 遭 海 域 建 置 之 台 灣 船 舶 海 域 動 態 資 訊 管 理 系 統 之 相 關 資 料 並 藉 由 船 舶 自 動 辨 識 系 統 (Automatic Identification System,AIS) 之 船 舶 航 行 資 料, 以 瞭 解 台 灣 西 部 海 域 船 舶 航 路 資 訊, 如 圖 6 所 示 因 離 岸 風 場 範 圍 將 直 接 受 船 舶 交 通 通 航 航 路 影 響, 後 續 再 視 特 定 潛 勢 風 場 開 發 場 址 評 選 時, 進 行 海 域 船 舶 交 通 分 析, 藉 以 評 估 大 型 船 舶 ( 商 貨 船 ) 於 台 灣 海 域 之 交 通 流 量 及 巔 峰 位 置, 並 進 一 步 分 析 船 舶 碰 撞 風 險, 以 及 利 用 統 計 船 舶 航 路 資 料 分 析 船 舶 對 特 定 風 場 可 能 造 成 之 影 響 ( 詳 圖 7 所 示 ) 資 料 來 源 : 台 灣 世 曦 彰 化 離 岸 風 力 發 電 第 一 期 計 畫 可 行 性 研 究 服 務 建 議 書 四 既 有 海 域 設 施 圖 7 海 域 船 隻 位 置 分 佈 機 率 圖 除 上 述 三 項 優 先 應 考 量 排 除 區 域 外, 影 響 風 場 開 發 仍 存 在 有 多 潛 在 相 關 限 制 因 素, 而 這 些 因 素 將 限 制 離 岸 風 場 的 開 發 面 積 綜 整 台 灣 周 遭 海 域 應 考 量 之 既 有 設 施 項 目 詳 如 表 所 示 並 將 其 建 置 於 資 料 庫 中, 併 同 其 他 各 項 不 利 因 素, 建 立 風 場 場 址 受 限 區 位 彙 整 圖 資, 如 圖 8 所 示, 以 供 風 場 場 址 範 圍 及 位 置 調 整 及 選 定 參 考 表 潛 在 影 響 離 岸 風 場 場 址 開 發 項 目 離 岸 風 場 場 址 開 發 項 目 既 有 管 線 及 設 施 影 響 環 境 敏 感 及 自 然 保 護 區 位 項 目 因 子 1. 海 底 通 信 電 力 及 油 氣 等 海 底 管 線 2. 人 工 魚 礁 區 及 保 護 礁 區. 漁 業 權 範 圍 1. 野 生 動 物 保 護 區 2. 自 然 保 護 區. 海 岸 保 護 區 4. 國 家 公 園 5. 重 要 野 鳥 棲 息 地 資 料 來 源 : 交 通 部 運 輸 研 究 所 港 灣 技 術 研 究 中 心 - 台 灣 船 舶 海 域 動 態 資 訊 管 理 系 統 ( module/shipsmap/shipsmap.aspx) 圖 6 台 灣 海 域 即 時 動 態 船 舶 顯 示 位 置 圖 交 通 及 軍 事 敏 感 區 位 既 有 離 岸 風 場 開 發 計 畫 1. 飛 航 通 航 港 口 及 漁 港 2. 通 航 航 道. 雷 達 軍 事 管 制 及 禁 建 限 區 域 1. 離 岸 風 場 開 發 商 No.10 July,

70 圖 8 台 灣 西 部 離 岸 風 場 相 關 限 制 因 素 影 響 範 圍 彙 整 圖 陸 結 論 由 於 環 保 意 識 抬 頭, 具 有 綠 色 替 代 能 源 特 性 的 離 岸 風 力 發 電, 已 逐 漸 成 為 政 府 與 一 般 民 眾 較 能 接 收 的 可 開 發 能 源 之 一, 但 也 由 於 國 內 日 益 重 視 海 洋 生 態 及 環 境 議, 不 論 中 央 或 地 方 政 府 近 年 來 已 劃 定 許 多 保 育 區 域, 如 桃 園 沿 岸 藻 礁 及 白 海 豚 活 動 區 域 均 已 列 入 野 生 動 物 保 育 區, 這 些 保 護 區 域 或 多 或 少 對 離 岸 風 力 發 電 開 發 場 址 海 纜 路 徑 及 上 岸 點 等 產 生 影 響 惟 考 量 工 程 開 發 與 環 境 生 態 間 仍 須 取 得 平 衡, 故 離 岸 風 場 選 址 時, 應 儘 量 避 開 環 境 敏 感 及 自 然 保 護 區 域, 或 選 擇 對 環 境 衝 擊 最 低 之 工 程 作 為, 以 保 護 環 境 減 輕 影 響, 此 外 避 開 漁 礁 漁 業 用 權 區, 並 與 漁 民 充 分 溝 通 減 少 民 眾 訴 願 提 高 離 岸 風 場 開 發 之 成 功 率 才 是 計 畫 成 功 與 否 之 重 要 關 鍵 除 人 為 環 境 因 素 外, 自 然 環 境 因 素 及 其 限 制 條 件 同 樣 影 響 離 岸 風 場 開 發 成 果, 為 確 保 離 岸 風 場 達 到 預 期 之 發 電 量 並 符 合 經 濟 效 益, 離 岸 風 場 場 址 海 域 相 關 資 訊, 包 括 : 海 氣 象 資 料 海 面 上 80~90 公 尺 高 之 風 力 資 料 水 深 地 形 海 床 地 質 等 調 查 工 作 必 須 儘 早 展 開 ; 其 次, 場 址 海 域 既 有 限 制 條 件 也 必 須 事 前 蒐 集 規 劃, 進 而 建 立 資 料 庫, 作 為 相 關 議 間 之 競 合 分 析 之 用, 皆 為 場 址 評 選 時 重 要 評 估 因 子 目 前 台 灣 離 岸 風 力 發 電 工 程 仍 於 起 步 階 段, 許 多 政 府 機 關 之 既 有 法 令 規 章 與 主 管 事 項 並 不 明 確, 如 何 透 過 溝 通 協 調 達 成 最 大 共 識, 是 現 階 段 產 官 學 界 一 致 共 同 努 力 的 目 標 也 唯 有 在 明 確 的 政 策 引 之 下, 才 能 吸 引 更 多 國 內 外 業 者 共 同 參 與, 讓 離 岸 風 力 電 場 在 國 內 生 根 發 展 70 No.10 July, 2014

71 參 考 文 獻 1. M. Young and R. Vilhauer (200), Sri Lanka Wind Farm Analysis and Site Selection Assistance, NREL / SR J. Murphy (HMRC), K. Lynch (HMRC), L. Serri (RSE), D. Airdoldi (RSE), M. Lopes (WavEC) (2011), Site Selection Analysis For Offshore Combined Resource Projects in Europe, Results of the FP7 ORECCA Project Work Package 李 振 弘, 陳 昭 榮 (2012), 離 岸 式 風 力 電 廠 之 發 展 與 基 本 規 劃 7. 交 通 部 運 輸 研 究 所 (2012), 智 慧 型 航 行 與 監 測 系 統 之 研 究 8. 經 濟 部 能 源 局 - 工 業 技 術 研 究 院 綠 能 與 環 境 研 究 所 (2014) 千 架 海 陸 風 力 機 - 風 力 資 訊 整 合 平 台, aspx. DNV-OS-J101 (201) Design of Offshore Wind Turbine Structures. 4. 曾 志 福 (2005), 再 生 能 源 併 聯 要 點 對 風 力 發 電 之 影 響 探 討 5. 吳 佳 梁, 李 成 鋒 (2012), 海 上 風 力 發 電 技 術 Offshore Wind Power No.10 July,

72 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關 鍵 詞 : 海 氣 象 觀 測 塔 規 劃 與 設 計 技 術 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 正 工 程 師 / 張 上 君 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 正 工 程 師 / 劉 育 明 2 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 正 工 程 師 / 李 磑 柏 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 正 工 程 師 / 林 俊 達 4 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 副 理 / 林 俶 寬 5 72 No.10 July, 2014

73 摘 要 ABSTRACT 為 順 應 全 球 氣 候 變 遷 與 節 能 減 碳 趨 勢, 政 府 於 民 國 100 年 11 月 日 公 布 確 保 核 安 穩 定 健 減 核 打 造 綠 能 低 碳 環 境 逐 步 邁 向 非 核 家 園 之 能 源 發 展 願 景, 全 力 擴 大 各 類 再 生 能 源 推 廣, 陸 續 推 動 千 架 海 陸 風 機 與 陽 光 屋 頂 百 萬 座 計 畫 依 規 劃 國 內 將 在 200 年 前 安 裝 約 600 架 離 岸 風 力 機, 裝 置 容 量 可 達,000MW, 約 占 再 生 能 源 設 置 目 標 24%, 可 望 成 為 國 內 電 能 替 代 最 主 要 的 來 源 之 一 離 岸 風 場 之 海 氣 象 觀 測 塔 設 置, 不 論 對 於 離 岸 風 場 開 發 前 之 風 能 掌 握, 或 是 開 發 後 之 持 續 監 控 推 估 與 預 測, 甚 或 是 肩 負 離 岸 風 場 開 發 之 前 工 程 功 能, 皆 扮 演 極 重 要 的 關 鍵 角 色, 對 國 內 離 岸 風 力 發 電 產 業 之 發 展 至 關 重 要 因 有 幸 參 與 國 內 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 海 氣 象 觀 測 塔 之 規 劃 設 計, 略 整 相 關 內 容 以 為 楔 子, 約 略 闡 述 觀 測 塔 規 劃 設 計 所 需 考 量 之 因 素 與 流 程, 以 期 拋 磚 引 玉, 使 後 續 之 觀 測 塔 規 劃 設 計 得 以 更 為 完 善 壹 前 言 經 濟 部 於 民 國 101 年 7 月 日 訂 定 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法, 正 式 宣 告 我 國 離 岸 風 力 發 電 之 推 展 邁 入 實 際 執 行 階 段 ; 然 正 因 為 國 內 目 前 尚 無 實 際 開 發 離 岸 風 場 之 案 例, 且 潛 在 離 岸 風 場 場 址 之 現 場 海 氣 象 實 測 資 料 十 分 缺 乏, 又 台 灣 地 區 具 有 颱 風 地 震 發 生 頻 率 高, 以 及 海 域 地 質 條 件 較 為 鬆 軟 且 變 異 性 大 之 特 性 ; 使 得 在 引 進 國 外 離 岸 風 場 開 發 經 驗 時, 宜 經 由 前 期 之 現 地 工 程 驗 證, 以 瞭 解 國 外 現 行 規 範 及 經 驗 於 台 灣 地 區 之 適 用 性 故 風 場 開 發 前 之 海 氣 象 觀 測 塔 建 置, 除 原 賦 予 之 補 充 原 可 行 性 研 究 環 境 資 料 調 查 及 規 劃 設 計 條 件 之 不 足, 以 及 蒐 集 場 址 風 能 資 料 作 為 後 續 風 場 開 發 效 能 評 估 風 機 佈 置 檢 討 及 營 運 維 護 依 據 之 功 能 外, 並 肩 負 開 發 該 場 址 之 前 工 程 功 能, 可 驗 證 擬 採 用 之 風 機 基 礎 形 式, 並 藉 由 實 際 工 程 之 演 練, 據 以 檢 討 國 內 製 造 陸 域 運 輸 組 裝 作 業 母 港 碼 頭 設 施 功 能 陸 海 運 轉 換 海 上 運 輸 海 上 施 工 及 管 理 後 續 營 運 維 護 作 業 等 之 能 量 與 能 力 由 此 可 見, 現 階 段 海 氣 象 觀 測 塔 之 規 劃 設 計 與 建 置, 對 整 體 離 岸 風 場 開 發 甚 至 對 國 內 離 岸 風 力 發 電 產 業 之 發 展 至 關 重 要 貳 海 氣 象 觀 測 塔 設 置 需 求 為 確 保 所 選 定 之 離 岸 風 場 可 達 到 可 行 性 研 究 階 段 之 預 估 產 電 效 能, 使 得 所 投 入 之 鉅 額 離 岸 風 場 開 發 案 能 獲 致 預 定 之 效 益, 一 般 會 於 預 定 場 址 先 進 行 現 場 風 資 料 的 實 測 與 分 析, 以 掌 握 該 風 場 之 可 開 發 風 能 ; 並 於 風 場 開 發 初 期, 針 對 不 同 風 與 大 氣 條 件 下 之 各 種 風 速 範 圍, 進 行 風 速 及 電 力 輸 出 資 料 之 同 步 量 測 與 蒐 集, 並 建 立 足 夠 觀 測 長 度 之 統 計 資 料 庫, 以 獲 得 功 率 曲 線 (power curve), 藉 以 決 定 風 機 之 功 率 性 能 特 No.10 July,

74 性 (power performance characteristics), 進 而 評 估 風 場 的 年 發 電 量 AEP(annual energy production) 而 離 岸 觀 測 塔 之 設 置, 主 要 係 作 為 觀 測 儀 器 的 載 具, 以 蒐 集 風 場 之 相 關 資 訊, 供 前 期 風 力 機 組 選 擇 整 體 風 場 調 整 及 後 續 營 運 階 段 之 產 能 監 控 推 估 預 測 及 營 運 管 理 維 護 之 憑 據 一 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 對 測 量 項 目 及 儀 器 之 規 定 依 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 對 示 範 風 場 海 氣 象 觀 測 塔 規 格 之 規 定, 海 氣 象 觀 測 塔 之 水 面 上 高 度 須 達 風 力 機 輪 轂 高 度 ( 至 少 位 於 平 均 海 水 面 70 公 尺 以 上 ), 量 測 項 目 包 括 風 速 風 向 氣 溫 氣 壓 濕 度 降 雨 淨 輻 射 強 度 等 水 面 上 資 料 及 流 速 流 向 波 高 週 期 波 向 水 溫 鹽 度 水 密 度 等 水 面 下 資 料, 各 種 資 料 之 量 測 頻 率 精 度 儲 存 頻 率 如 表 1 所 示, 量 測 儀 器 的 設 置 須 考 慮 固 定 架 之 安 裝, 其 設 置 位 置 須 避 免 因 結 構 物 所 衍 生 之 擾 流 影 響 而 降 低 量 測 品 質, 同 時 必 須 避 免 受 到 結 構 振 動 及 鹽 分 侵 蝕 的 影 響 有 關 測 風 塔 之 儀 器 安 裝 設 置 須 符 合 IEC 規 範 之 相 關 規 定 二 IEC 規 範 對 測 量 項 目 及 儀 器 之 規 定 IEC 規 範 主 要 係 針 對 風 力 發 電 機 之 電 力 生 產 功 率 性 能 測 量 程 序 及 告 格 式 予 以 嚴 謹 之 規 定, 其 對 氣 象 觀 測 之 項 目 及 使 用 儀 器 規 定 摘 要 如 下 : ( 一 ) 風 速 : 進 行 風 速 測 量 時 應 採 用 杯 式 風 速 計 (cup anemometer) 作 為 功 率 性 能 測 量 (power performance measurements) 之 風 速 計 應 符 合 該 規 範 對 風 速 計 等 級 要 求 之 相 關 規 定 杯 式 風 速 計 應 固 定 於 風 力 機 輪 轂 高 度 (hub height) 之 ±2.5% 之 內 ( 二 ) 風 向 : 風 向 之 測 量 應 採 用 風 向 計 (wind vane), 其 在 風 向 測 量 之 校 正 操 作 定 向 之 不 確 定 性 應 小 於 5 ( 三 ) 空 氣 密 度 : 空 氣 密 度 主 要 可 藉 由 空 氣 溫 度 及 氣 壓 之 測 量 結 果, 由 規 範 所 規 定 之 公 式 求 得, 在 高 溫 地 區 建 議 亦 對 相 對 溼 度 進 行 測 量, 並 依 規 範 所 規 定 之 公 式 進 行 空 氣 密 度 修 正 其 中, 空 氣 溫 度 計 與 濕 度 計 應 架 設 於 風 力 機 輪 轂 高 度 (hub height)10 公 尺 範 圍 內 ; 氣 壓 計 則 應 架 設 於 風 力 機 輪 轂 高 度 (hub height) 附 近, 如 果 氣 壓 計 無 法 架 設 於 風 力 機 輪 轂 高 度 (hub height) 附 近, 則 氣 壓 測 量 結 果 應 依 照 ISO 25 規 範 之 規 定 進 行 修 正, 以 求 得 風 力 機 輪 轂 高 度 (hub height) 之 氣 壓 參 海 氣 象 觀 測 塔 設 置 規 劃 一 設 置 地 點 選 定 原 則 一 般 在 進 行 海 氣 象 觀 測 塔 規 劃 與 設 計 之 前, 應 已 藉 由 可 行 性 研 究 初 步 選 定 離 岸 風 場 之 預 定 場 址, 其 評 估 要 項 概 括 有 : 風 力 資 源 評 估 離 岸 距 離 水 深 海 床 地 質 條 件 地 形 變 遷 及 漂 沙 特 性 波 潮 流 條 件 颱 風 及 地 震 類 型 與 活 躍 程 度 電 纜 路 徑 及 並 聯 引 接 點 與 方 式 區 位 附 近 經 濟 活 動 規 模 相 關 開 發 計 畫 飛 航 及 雷 達 與 軍 事 管 制 區 禁 限 建 區 生 態 保 護 區 水 產 動 植 物 繁 殖 保 護 區 漁 業 權 區 礦 業 權 區 通 信 及 電 力 與 油 氣 等 海 底 管 線 保 護 範 圍 船 舶 航 道 與 航 行 安 全 施 工 及 營 運 作 業 母 港 位 置 現 有 / 預 期 海 事 工 程 能 量 等 因 素 故 海 氣 象 觀 測 塔 設 置 地 點 的 選 定 應 考 量 上 述 因 素, 並 參 考 下 列 的 規 定 選 定 之 : 74 No.10 July, 2014

75 表 1 量 測 項 目 及 規 格 表 量 測 項 目 物 理 量 量 測 位 置 量 測 頻 率 量 測 範 圍 解 析 度 風 速 風 速 10 公 尺 0 公 尺 50 公 尺 輪 轂 高 度 (70 公 尺 連 續 取 樣 率 至 少 1Hz 以 上 ); 輪 轂 高 度 須 依 照 至 少 每 1 秒 記 錄 一 次 IEC 規 定 設 置 兩 組 風 速 計 0-70 m/s 0.1 m/s 風 向 風 向 10 公 尺 0 公 尺 50 公 尺 輪 轂 高 度 (70 公 尺 以 上 ) 連 續 取 樣 率 至 少 1Hz 至 少 每 1 秒 記 錄 一 次 氣 壓 氣 壓 10 公 尺 輪 轂 高 度 (70 公 尺 以 上 ) 連 續 取 樣 率 至 少 1Hz 至 少 每 1 分 鐘 記 錄 一 次 500~1100 mb 1.0 mb at 0~40 氣 溫 溫 度 10 公 尺 輪 轂 高 度 (70 公 尺 以 上 ) 連 續 取 樣 率 至 少 1Hz 至 少 每 1 分 鐘 記 錄 一 次 -40 ~ 濕 度 濕 度 10 公 尺 輪 轂 高 度 (70 公 尺 以 上 ) 連 續 取 樣 率 至 少 1Hz 至 少 每 1 分 鐘 記 錄 一 次 0.8~100% 1% 降 水 降 雨 量 10 公 尺 連 續 取 樣 率 至 少 1Hz 至 少 每 1 分 鐘 記 錄 一 次 4.7 ml/tip 0.5 mm (per tip) 淨 輻 射 量 淨 輻 射 量 至 少 每 1 小 時 記 錄 一 次 每 次 連 續 量 測 60 分 鐘 連 續 取 樣 率 至 少 為 每 秒 一 次 最 大 0.01 w/m 2 水 位 海 面 水 位 至 少 每 6 分 鐘 量 測 記 錄 一 次 至 少 ±15 m 最 大 0.01 m 波 浪 海 流 波 高 週 期 波 向 流 速 流 向 海 床 ( 平 均 水 位 ) 深 度 小 於 10 公 尺 : 至 少 觀 測 水 深 中 層 一 層 ; 深 度 大 於 10 公 尺 至 0 公 尺 : 至 少 觀 測 上 下 兩 層 ; 深 度 大 於 0 公 尺 : 至 少 觀 測 上 中 下 三 層 至 少 每 1 小 時 記 錄 一 次 每 次 至 少 連 續 量 測 20 分 鐘 連 續 取 樣 率 至 少 為 2Hz 至 少 每 1 小 時 記 錄 一 次 每 次 至 少 連 續 量 測 5 分 鐘 連 續 取 樣 率 至 少 為 1Hz 波 高 : 至 少 20 公 尺 週 期 : 至 少 0 秒 波 向 :0 60 度 至 少 ±5 m/s 波 高 0.01m 週 期 0.1 sec 波 向 0.1 度 最 大 0.01m/s 海 水 溫 度 鹽 度 密 度 溫 度 鹽 度 密 度 至 少 涵 蓋 最 低 低 潮 位 下 1m 處 一 點 ; 深 度 大 於 10 公 尺 至 0 公 尺 : 增 設 底 至 少 每 6 分 鐘 量 測 記 錄 一 次 層 一 點 ; 深 度 大 於 0 公 尺 : 增 設 中 底 兩 點 溫 度 : 至 少 0~40 鹽 度 : 至 少 0~40 psu 密 度 : 至 少 1,000~1,040kg/m 溫 度 : 最 大 0.01 鹽 度 : 最 大 0.01 psu 密 度 :0.01 kg/m 資 料 來 源 : 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 (2012) No.10 July,

76 ( 一 ) 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 規 定 : 設 置 地 點 須 緊 鄰 示 範 風 場 規 劃 區 域, 並 位 於 10 公 尺 水 深 等 深 線 以 外 海 域 必 須 依 據 當 地 之 海 氣 象 條 件 海 底 地 形 船 舶 安 全 等 特 性 選 擇 最 佳 的 設 置 位 置 前 述 10 公 尺 水 深 等 深 線, 係 以 最 新 版 ( 採 最 大 比 例 尺 ) 海 軍 大 氣 海 洋 局 刊 行 之 中 華 民 國 海 軍 水 道 圖 所 示 深 度 為 10 公 尺 等 深 線 輔 以 水 深 地 形 量 測 為 準 ( 二 ) IEC 規 範 規 定 : 觀 測 塔 與 風 機 間 之 距 離 應 介 於 2~4 倍 之 風 輪 直 徑 (rotor diameter)d 間, 推 薦 距 離 為 2.5 倍 風 輪 直 徑 (rotor diameter)d, 以 免 過 於 接 近 影 響 下 風 處 受 風 之 風 速, 或 因 為 距 離 過 遠 使 二 者 間 之 風 速 相 關 性 減 少 一 般 而 言, 觀 測 塔 最 佳 設 置 地 點 位 於 風 機 的 上 風 處, 如 圖 1 所 示, 其 中 亦 對 觀 測 塔 之 風 速 量 測 有 效 扇 形 範 圍 進 行 定 義, 然 如 受 特 殊 地 形 之 限 制, 將 觀 測 塔 設 置 於 風 機 的 側 邊 亦 為 可 行 的 方 案 二 儀 器 架 設 相 關 規 定 IEC 對 觀 測 塔 上 儀 器 架 設 之 方 法 有 明 確 的 規 定, 以 避 免 觀 測 塔 主 體 與 固 定 橫 桿 (boom) 所 造 成 之 擾 流 對 量 測 結 果 產 生 顯 著 的 影 響 以 下 將 相 關 之 重 要 規 定 進 行 摘 要 綜 整 說 明 : ( 一 ) 頂 端 風 速 計 最 佳 架 設 方 法 : 風 速 計 最 佳 架 設 位 置 位 於 觀 測 塔 頂 端 且 鄰 近 未 架 設 其 他 設 備, 如 圖 2 所 示 其 中, 風 速 計 應 固 定 於 一 垂 直 圓 桿 上, 其 垂 直 度 偏 斜 量 應 小 於 2 ; 此 圓 桿 外 徑 應 小 於 風 速 計 本 體 且 與 此 風 速 計 進 行 校 正 時 所 採 用 之 固 定 桿 外 徑 相 同, 其 長 度 不 得 少 於 0.75m; 與 此 固 定 桿 連 接 之 觀 測 塔 本 體 應 堅 固 平 滑 對 稱, 且 不 得 超 出 由 風 速 計 向 下 以 1:5 斜 度 投 影 之 圓 錐 範 圍, 其 他 測 量 儀 器 則 不 得 架 設 於 風 速 計 下 方 之 1.5m 範 圍 內 資 料 來 源 :IEC :2005(E) 76 No.10 July, 2014 圖 1 觀 測 塔 設 置 距 離 要 求 及 最 大 容 許 測 量 扇 形 大 小

77 ( 二 ) 頂 端 風 速 計 架 設 替 代 方 法 : 為 確 認 功 率 曲 線 (power curve) 測 量 期 間 所 使 用 之 風 速 計 性 能 與 最 初 校 正 時 之 性 能 相 同, 除 可 藉 由 測 量 完 成 後 之 再 校 正 程 序 求 得 該 只 風 速 計 之 性 能 是 否 有 衰 減 外, 亦 可 藉 由 於 主 要 風 速 計 (primary anemomter) 旁 另 行 架 設 一 只 檢 核 風 速 計 (control anemometer), 以 確 認 測 量 中 之 風 速 計 是 否 有 故 障 之 情 事 發 生, 如 圖 所 示 其 中, 風 速 計 風 杯 (anemometer cups) 應 固 定 於 固 定 橫 桿 (boom) 上 方 至 少 15 倍 的 固 定 橫 桿 直 徑 高 度 處, 建 議 高 度 為 25 倍 的 固 定 橫 桿 直 徑 另 二 只 風 速 計 間 之 距 離 至 少 應 有 1.5m, 但 不 得 大 於 2.5m 至 於 風 速 計 之 固 定 垂 直 圓 桿 及 其 他 測 量 設 備 不 得 架 設 範 圍 同 前 述 之 規 定 ( 三 ) 其 他 測 量 儀 器 架 設 規 定 : 風 向 計 (wind vane) 應 位 於 主 要 風 速 計 (primary anemometer) 下 方 至 少 1.5m, 但 仍 需 位 於 輪 轂 高 度 (hub height)10% 之 範 圍 內 且 流 擾 動 效 應 最 小 處 溫 度 計 與 氣 壓 計 應 盡 量 靠 近 輪 轂 高 度 (hub height), 但 仍 應 位 於 主 要 風 速 計 (primary anemometer) 下 方 至 少 1.5m, 如 圖 4 及 圖 5 所 示 ( 四 ) 避 雷 針 架 設 高 度 規 定 : 如 觀 測 塔 位 於 可 能 落 雷 區, 則 應 設 置 避 雷 針 以 保 護 最 上 端 之 風 速 計 所 設 置 之 避 雷 針 高 度 應 使 其 所 形 成 之 60 保 護 傘 範 圍 高 於 所 設 置 之 最 上 端 風 速 計, 以 達 保 護 功 能 ( 五 ) 塔 架 段 風 速 計 架 設 規 定 : 塔 架 段 之 風 速 計 一 般 會 以 固 定 橫 桿 (boom) 固 定 於 觀 測 塔 上, 由 於 觀 測 塔 (mast) 及 固 定 橫 桿 (boom) 將 對 行 經 風 場 造 成 流 擾 動 效 應, 故 輪 轂 高 度 (hub height) 以 下 之 塔 架 段 風 速 計 固 定 位 置 應 考 量 此 二 者 對 風 速 計 測 量 結 果 之 影 響 就 圓 管 狀 固 定 橫 桿 (round tubular boom) 而 言, 風 速 計 之 風 杯 高 度 在 固 定 橫 桿 (boom) 上 方 15 倍 的 固 定 橫 桿 直 徑 高 度 時, 其 對 風 速 計 之 擾 動 影 響 為 0.5%, 故 規 範 規 定 固 定 橫 桿 (boom) 對 風 速 計 造 成 之 擾 動 影 響 應 小 於 0.5% 另 規 定 觀 測 塔 本 身 (mast) 對 風 速 計 造 成 之 擾 動 影 響 應 小 於 1.0%; 其 因 觀 測 塔 設 置 而 造 成 附 近 風 速 之 變 化 量, 可 利 用 推 力 係 數 (thrust coefficient) C T 求 得, 而 規 範 中 亦 針 對 不 同 格 狀 塔 架 (lattice tower) 型 式, 建 議 其 對 應 之 推 力 係 數 (thrust coefficient)c T 簡 易 評 估 方 法, 並 列 舉 位 於 觀 測 塔 上 風 處 中 心 線 之 衰 減 風 速 (Centreline wind speed deficit) U d 簡 易 推 算 公 式 供 參 考 在 C T =0.5 條 件 下, 三 腳 圓 管 格 狀 塔 架 附 近 之 正 規 化 理 論 風 速 平 面 分 布 如 圖 6 所 示, 可 供 塔 架 段 風 速 計 架 設 位 置 規 劃 參 考 ( 六 ) 觀 測 塔 主 體 形 式 規 劃 : 依 循 上 述 對 觀 測 塔 上 各 項 測 量 儀 器 之 架 設 規 定, 即 可 進 行 觀 測 塔 主 體 形 式 之 初 步 規 劃 就 觀 測 塔 主 體 而 言, 其 塔 頂 高 程 主 要 依 開 發 商 選 定 之 風 力 機 輪 轂 高 度 (hub height) 訂 定 之, 並 依 工 作 平 台 (platform deck) 設 置 高 程 分 為 上 部 塔 架 及 下 部 基 礎 二 大 部 分 其 中, 有 關 工 作 平 台 底 部 高 程 之 訂 定 原 則 如 圖 7 所 示, 其 主 要 考 量 因 素 有 水 深 天 文 潮 位 暴 潮 水 位 設 計 波 浪 餘 裕 空 間 (deck clearance) 等 條 件 而 另 一 項 規 劃 重 點 為 觀 測 塔 之 設 置 方 向, 由 於 觀 測 塔 主 體 會 對 欲 進 行 測 量 之 行 經 風 場 造 成 流 擾 動 效 應, 故 觀 測 塔 及 測 風 儀 器 之 設 置 需 面 向 當 地 之 優 勢 方 向, 如 圖 8 所 示 No.10 July,

78 資 料 來 源 :IEC :2005(E) 圖 2 頂 端 風 速 計 架 設 位 置 示 意 圖 資 料 來 源 :IEC :2005(E) 78 No.10 July, 2014 圖 頂 端 風 速 計 架 設 替 代 方 法 位 置 示 意 圖

79 資 料 來 源 :IEC :2005(E) 圖 4 頂 端 及 檢 核 風 速 計 與 風 向 計 和 其 他 測 量 儀 器 位 置 示 意 圖 資 料 來 源 :IEC :2005(E) 圖 5 主 要 及 檢 核 風 速 計 與 風 向 計 和 其 他 測 量 儀 器 位 置 示 意 圖 No.10 July,

80 資 料 來 源 :IEC :2005(E) 圖 6 C T =0.5 時 三 腳 圓 管 格 狀 塔 架 附 近 之 正 規 化 理 論 風 速 平 面 分 布 圖 圖 7 觀 測 塔 工 作 平 台 設 置 高 程 訂 定 原 則 示 意 圖 圖 8 觀 測 塔 設 置 方 向 訂 定 原 則 示 意 圖 肆 海 氣 象 觀 測 塔 設 計 一 設 計 條 件 擬 定 原 則 依 據 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 之 規 定 並 參 考 DNV-OS-J101 IEC 等 規 範 之 相 關 內 容, 研 擬 各 設 計 條 件 訂 定 原 則 如 下 : 80 No.10 July, 2014 ( 一 ) 設 計 年 限 :7 年 ( 二 ) 設 計 水 位 : 考 量 極 端 氣 候 因 素, 以 計 畫

81 區 域 大 潮 平 均 高 潮 位 加 上 50 年 復 現 期 之 暴 潮 偏 差 水 位 訂 定 之 ( 三 ) 設 計 水 深 : 依 水 深 測 量 結 果 及 設 置 點 位 訂 定 之 ( 四 ) 地 質 條 件 : 依 設 置 點 位 之 海 床 地 質 調 查 結 果 訂 定 之 ( 五 ) 設 計 波 浪 : 採 用 50 年 復 現 期 之 颱 風 波 浪 Hmax ( 六 ) 設 計 潮 流 : 採 用 50 年 復 現 期 之 潮 流 ( 七 ) 設 計 風 力 : 採 用 50 年 復 現 期 之 颱 風 風 速 ( 八 ) 設 計 地 震 : 依 最 新 之 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 及 解 說 訂 定 之 所 示 ) 或 角 鋼 等 種 類, 主 要 需 參 考 施 工 船 機 之 能 量 選 定 之 三 工 作 平 台 擬 定 原 則 工 作 平 台 主 要 功 能 為 連 接 上 部 塔 架 及 下 部 基 礎 結 構, 同 時 須 考 量 工 作 人 員 及 相 關 設 備 之 登 塔 需 求, 以 及 測 量 資 料 之 擷 取 整 合 處 理 儲 存 傳 輸 所 需 之 設 備 與 獨 立 自 給 之 電 源 供 應 備 援 系 統 ( 如 風 力 太 陽 能 發 電 設 備 及 電 池 等 ) 等 設 備 之 設 置 所 需 空 間 四 下 部 基 礎 型 式 擬 定 原 則 二 上 部 塔 架 型 式 擬 定 原 則 上 部 塔 架 主 要 功 能 為 提 供 氣 象 觀 測 儀 器 安 裝 使 用, 並 應 考 慮 安 裝 運 轉 階 段 人 員 作 業 需 求 蒐 集 國 內 外 觀 測 塔 相 關 案 例, 其 結 構 形 式 主 要 有 塔 筒 塔 架 及 格 狀 塔 架 (lattice tower) 二 種 型 式, 格 狀 塔 架 結 構 又 有 三 腳 或 四 腳 管 柱 ( 如 圖 9 下 部 基 礎 之 設 置 主 要 為 滿 足 承 載 上 部 構 造 物 之 需 求, 依 計 畫 場 址 之 水 深 地 質 海 象 條 件 及 上 部 結 構 下 傳 力 量, 參 考 國 內 外 海 氣 象 觀 測 塔 及 風 機 基 礎 型 式, 大 致 可 概 分 為 重 力 式 (Gravity-Based) 單 樁 式 (Monopile) 三 樁 式 (Triple) 群 樁 式 (Pilegroup) 三 腳 架 式 (Tripod) 及 管 式 (Jacket) 等 六 種 型 式, 圖 10 為 針 對 彰 化 資 料 來 源 : 圖 9 三 腳 或 四 腳 管 柱 格 狀 塔 架 觀 測 塔 國 外 案 例 No.10 July,

82 離 岸 地 區 具 開 發 潛 能 風 場 場 址 所 進 行 之 離 岸 觀 測 塔 基 礎 型 式 初 擬 結 果 選 取 基 礎 型 式 時, 主 要 需 參 考 計 畫 場 址 地 質 條 件 基 礎 造 價 及 施 工 船 機 施 工 能 量 選 定 之 五 基 礎 附 近 海 床 防 淘 刷 保 護 工 擬 定 原 則 一 般 座 落 於 海 中 之 柱 體, 因 柱 體 之 阻 礙, 將 影 響 原 本 流 場, 造 成 附 近 流 況 相 當 複 雜, 致 海 床 淘 刷, 進 而 影 響 離 岸 結 構 物 之 使 用 安 全 不 同 之 基 礎 型 式 不 同 海 床 地 質 條 件 及 離 岸 結 構 物 對 海 床 淘 刷 後 之 使 用 安 全 靈 敏 度 皆 不 同, 一 般 可 先 針 對 淘 刷 深 度 及 影 響 範 圍 進 行 評 估, 如 基 礎 設 計 時 尚 可 容 忍 海 床 淘 刷 對 結 構 物 使 用 安 全 之 影 響, 則 可 利 用 改 善 基 礎 結 構 的 方 式 予 以 考 量 ; 如 基 礎 型 式 對 海 床 淘 刷 行 為 相 對 敏 感, 則 需 設 置 基 礎 保 護 工, 以 加 固 基 礎 附 近 之 海 床 土 壤, 以 確 保 結 構 物 之 使 用 安 全, 如 圖 11 所 示 六 附 屬 結 構 設 計 項 目 擬 定 除 主 體 結 構 外, 離 岸 海 氣 象 觀 測 塔 尚 需 設 置 相 關 附 屬 結 構, 例 如 : 觀 測 儀 器 支 撐 設 備 避 雷 系 統 接 地 系 統 航 空 警 示 燈 維 護 工 作 平 台 護 欄 安 全 爬 梯 防 墜 設 施 電 氣 管 線 起 重 機 航 燈 標 船 隻 繫 靠 設 施 防 舷 材 防 蝕 系 統 照 明 設 備 及 其 他 附 屬 設 備 等 七 離 岸 海 氣 象 觀 測 塔 設 計 成 果 承 辦 獲 經 濟 部 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 受 獎 勵 人 福 海 風 力 發 電 股 份 有 限 公 司 籌 備 處 及 海 洋 風 力 發 電 股 份 有 限 公 司 籌 備 處 委 託 之 離 岸 海 氣 象 觀 測 塔 設 計 初 步 成 果 如 圖 12 及 圖 1 所 示 伍 結 論 與 建 議 因 此 次 離 岸 風 場 海 氣 象 觀 測 塔 之 規 劃 及 設 計 為 國 內 首 例, 在 執 行 過 程 中, 於 政 府 相 關 法 令 之 規 定 與 依 循 國 內 外 相 關 規 範 之 適 用 性 國 內 現 有 製 造 及 海 事 工 程 施 工 能 力 國 外 施 工 能 量 引 進 可 行 性 第 三 認 證 需 求 等, 皆 獲 業 主 觀 測 塔 建 置 推 動 小 組, 以 及 產 官 學 82 No.10 July, 2014 圖 10 彰 化 地 區 離 岸 觀 測 塔 不 同 下 部 基 礎 型 式 初 擬 結 果

83 資 料 來 源 : 金 門 大 橋 興 建 工 程 委 託 設 計 及 配 合 工 作 水 工 模 型 試 驗 告 (2011) 圖 11 離 岸 結 構 物 基 礎 附 近 海 床 淘 刷 及 加 固 保 護 工 示 意 圖 註 : 此 圖 由 海 洋 風 力 發 電 股 份 有 限 公 司 籌 備 處 授 權 用, 未 經 該 處 許 可, 不 得 引 用 圖 1 四 樁 基 礎 式 離 岸 海 氣 象 觀 測 塔 註 : 此 圖 由 福 海 風 力 發 電 股 份 有 限 公 司 籌 備 處 授 權 用, 未 經 該 處 許 可, 不 得 引 用 圖 12 單 樁 三 腳 管 柱 式 離 岸 海 氣 象 觀 測 塔 No.10 July,

84 研 各 界 先 進 不 吝 指 教, 才 有 現 在 如 此 之 初 步 成 果 得 以 呈 現, 特 此 致 謝 也 由 於 面 臨 前 述 相 關 主 客 觀 環 境 的 限 制, 使 得 觀 測 塔 建 置 推 動 小 組 於 成 立 之 初 面 臨 了 許 多 的 困 難 與 挑 戰 綜 整 此 次 規 劃 設 計 經 驗, 提 出 以 下 幾 點 初 淺 之 建 議 供 參 考 : 一 風 場 開 發 之 可 行 性 研 究 團 隊 應 可 續 辦 海 氣 象 觀 測 塔 之 前 端 工 程 設 計 (Front End Engineering Design, FEED) 工 作, 以 確 認 海 氣 象 觀 測 塔 之 設 計 基 準 及 風 場 效 益 檢 核 等 之 需 求 二 離 岸 海 氣 象 觀 測 塔 之 細 部 設 計 製 造 運 輸 施 工 安 裝 及 運 作 皆 與 施 工 團 隊 擬 採 用 之 船 機 與 施 工 機 具 與 方 法 有 絕 對 的 關 係, 建 議 可 採 統 包 方 式, 由 統 包 商 負 責 綜 整 相 關 界 面 之 技 術 問, 使 建 置 工 程 最 佳 化 三 因 觀 測 塔 之 觀 測 資 料 為 評 估 風 場 年 發 電 量 AEP(annual energy production) 之 重 要 依 據, 如 第 三 認 證 單 位 能 和 統 包 商 於 同 一 階 段 進 入 案 組 織, 兼 負 細 部 設 計 驗 證 及 建 造 工 程 見 證 ( 或 監 造 ), 對 後 續 測 量 資 料 品 質 之 提 升 將 具 決 定 性 的 貢 獻 參 考 文 獻 1. DNV-OS-J101 (201), Design of Offshore Wind Turbine Structures, Det Norske Veritas. 2. FINO1,2, IEC (2005), Wind turbines Part 12-1: Power performance measurements of electricity, International Electrotechnical Commision. 4. IEC (2009), Wind turbines Part : Design requirements for offshore wind turbines, International Electrotechnical Commision. 84 No.10 July, 2014

85 5. 交 通 部 台 灣 區 國 道 新 建 工 程 局 (2011), 金 門 大 橋 興 建 工 程 委 託 設 計 及 配 合 工 作 水 工 模 型 試 驗 告 " 6. 經 濟 部 能 源 局 (2012), 2012 年 能 源 產 業 技 術 白 皮 書 " 7. 經 濟 部 (2012), 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法 " No.10 July,

86 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關 鍵 詞 : 離 岸 風 力 機 組 自 然 振 動 頻 率 LCP 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 資 深 協 理 / 廖 學 瑞 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 技 術 經 理 / 丁 金 彪 2 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 副 理 / 林 俶 寬 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 正 工 程 師 / 劉 育 明 4 86 No.10 July, 2014

87 摘 要 ABSTRACT 離 岸 風 力 機 組 因 環 境 外 力 及 運 轉 承 受 多 重 振 動 源 作 用, 為 避 免 產 生 共 振, 須 謹 慎 評 估 該 整 體 離 岸 風 力 機 組 於 所 考 量 設 計 條 件 的 結 構 動 力 特 性 變 化 此 自 然 振 動 頻 率 改 變 主 要 是 來 自 系 統 質 量 增 加 或 勁 度 衰 減 ; 海 生 物 增 生 覆 蓋 於 水 下 結 構 表 面, 使 得 風 力 機 組 振 動 週 期 增 加, 在 無 相 關 海 生 物 資 料 可 供 設 計 參 考 的 前 提 下, 基 於 基 礎 量 體 經 濟 性 考 量, 假 定 海 生 物 增 生 厚 度 搭 配 定 期 檢 測 清 除 方 式, 以 達 自 然 振 動 頻 率 設 計 需 求 地 震 引 發 之 土 壤 液 化 及 構 件 腐 蝕 引 致 風 力 機 組 系 統 勁 度 衰 減, 未 來 於 基 礎 型 式 評 估 及 防 蝕 系 統 擬 定 須 納 入 考 量, 藉 以 降 低 自 然 振 動 頻 率 變 動 性 就 台 灣 的 地 域 地 質 海 氣 象 條 件 特 性 言, 離 岸 風 力 機 基 礎 設 計 須 考 慮 現 役 風 場 所 沒 有 或 忽 略 的 設 計 情 境, 諸 如 : 颱 風 東 北 季 風 及 地 震 等 ; 針 對 颱 風 此 熱 帶 氣 旋 的 設 計 考 量,GL 於 201 年 所 發 行 之 技 術 文 件 開 始 討 論, 未 來 將 依 其 適 用 性 參 考 引 用 ; 就 東 北 季 風 的 海 氣 象 條 件 特 性, 須 就 所 搭 配 的 風 力 機 運 轉 情 境 予 以 討 論 ; 另 因 地 震 所 誘 發 諸 如 基 礎 穩 定 性 系 統 勁 度 衰 減 及 可 能 產 生 共 振 等 劣 化 現 象 須 依 據 風 場 特 性 進 行 討 論 探 此, 現 行 離 岸 風 力 機 組 設 計 所 採 規 範 及 台 灣 既 有 設 計 規 範 等 之 適 用 性 宜 須 進 一 步 探 討 壹 前 言 隨 著 能 源 需 求 的 增 加, 在 兼 顧 生 態 保 護 原 則 下, 能 源 供 需 也 從 原 本 的 油 氣 及 核 能 等 來 源, 進 而 尋 求 其 他 永 續 再 生 替 代 能 源 ; 風 力 發 電 是 再 生 能 源 的 一 種, 為 了 更 有 效 應 用 此 風 能, 風 力 機 設 置 亦 也 由 陸 地 而 推 向 離 岸 海 域, 台 灣 為 因 應 此 再 生 能 源 需 求 已 朝 向 積 極 開 發 離 岸 風 場 努 力 雖 然 有 歐 洲 離 岸 現 役 風 場 的 開 發 經 驗 可 依 循 參 考, 但 就 海 氣 象 條 件 地 質 特 性 及 所 位 處 區 域 比 較, 台 灣 離 岸 風 場 開 發 尚 須 考 慮 以 往 所 沒 有 或 忽 略 的 設 計 情 境 本 文 對 於 離 岸 風 力 機 基 礎 設 計 探 討, 將 以 台 灣 的 地 域 特 性 海 氣 象 條 件 分 就 基 礎 型 式 及 設 計 考 量 ( 設 計 載 重 ) 予 以 探 討, 並 簡 單 介 紹 一 般 離 岸 風 力 機 基 礎 的 載 重 計 算 程 序 (LCP, Load Calculation Process) 貳 基 礎 型 式 現 役 風 場 所 採 離 岸 風 力 機 基 礎 型 式, 應 用 較 多 者 計 有 重 力 式 (Gravity base) 單 樁 式 (Monopile) Tripod 及 Jacket 等 基 礎, 分 別 說 明 如 后 ( 如 圖 1 所 示 ); 另 因 Tripile 基 礎 型 式 涉 及 利 權 而 Suction bucket 及 浮 式 (Floating) 基 礎 型 式 尚 在 開 發 階 段 故 暫 不 討 論 一 重 力 式 基 礎 (Gravity base) 係 藉 由 重 力 方 式 保 持 基 礎 穩 定, 並 傳 遞 上 方 構 造 載 重 至 所 承 載 的 海 床 上 決 定 採 此 種 基 礎 型 式 的 因 素 說 明 如 次 : ( 一 ) 支 撐 基 礎 的 土 體 強 度 ( 二 ) 基 礎 所 在 海 床 之 相 對 地 形 穩 定 程 度 ( 三 ) 水 深 條 件, 目 前 多 應 用 於 水 深 10 公 尺 以 內 水 域 ( 四 ) 基 礎 製 作 場 地 及 運 輸 安 裝 成 本 評 估 No.10 July,

88 資 料 來 源 : 圖 1 離 岸 固 定 式 風 機 基 礎 型 式 二 單 樁 (Monopile) 三 Tripod 單 樁 基 礎 為 一 大 口 徑 鋼 管 樁, 風 力 機 塔 架 (Tower) 藉 由 法 蘭 接 合 (Flanged Connection) 或 是 灌 漿 接 合 (Grouted Connection) 與 基 樁 銜 接, 並 傳 遞 上 方 載 重 至 所 承 載 的 海 床 上 就 歐 洲 經 驗, 該 型 式 基 礎 多 應 用 於 水 深 小 於 20 公 尺 的 水 域 未 來 風 場 開 發 針 對 該 基 礎 型 式 選 用 考 量 因 素 建 議 如 次 : ( 一 ) 支 撐 基 礎 的 地 質 條 件 地 質 條 件 可 能 致 基 樁 量 體 過 大, 或 是 基 樁 無 法 施 工 ( 二 ) 海 氣 象 條 件 ( 颱 風 東 北 季 風 ) 地 震 引 致 液 化 問 ( 三 ) 樁 體 量 體 與 運 輸 安 裝 成 本 評 估 ( 四 ) 適 用 水 深 條 件 的 碎 波 (Breaking Wave) 影 響 程 度 評 估 Tripod 利 用 三 支 水 下 斜 撐 (Bracing) 支 撐 一 垂 直 鋼 管 ( 或 稱 為 轉 接 段,Transition Piece), 該 垂 直 鋼 管 與 塔 架 (Tower) 以 法 蘭 接 合 (Flanged Connection) 或 是 灌 漿 接 合 (Grouted Connection) 連 接, 水 下 斜 撐 藉 由 套 管 (Sleeve) 與 所 打 設 的 基 樁 連 接 未 來 風 場 開 發 針 對 該 基 礎 型 式 選 用 考 量 因 素 建 議 如 次 : ( 一 ) 支 撐 基 礎 的 地 質 條 件 地 質 條 件 不 適 打 擊 樁 工 法 者, 不 適 採 用 ( 二 ) 基 礎 製 作 工 藝 ( 三 ) 基 礎 量 體 與 運 輸 安 裝 成 本 評 估 ( 四 ) 風 場 水 深 分 布 範 圍 較 大 者, 較 淺 水 域 不 適 該 基 礎 型 式 88 No.10 July, 2014

89 四 Jacket Jacket 係 由 鋼 管 所 組 成 的 構 架 系 統, 於 此 鋼 構 架 上 方 平 台 設 置 轉 接 段 以 法 蘭 接 合 (Flanged Connection) 或 是 灌 漿 接 合 (Grouted Connection) 與 塔 架 (Tower) 連 接 該 鋼 構 架 四 支 主 桿 件 (leg) 藉 由 套 管 (Sleeve) 與 所 打 設 的 基 樁 連 接 未 來 風 場 開 發 針 對 該 基 礎 型 式 選 用 考 量 因 素 建 議 如 次 : ( 一 ) 支 撐 基 礎 的 地 質 條 件 地 質 條 件 不 適 打 擊 樁 工 法 者, 不 適 採 用 ( 二 ) 因 基 樁 打 設 較 為 費 時, 因 此 施 工 階 段 自 然 環 境 的 氣 候 海 域 靜 穩 度 要 求 較 高 ( 三 ) 風 場 水 深 分 布 範 圍 較 大 者, 較 淺 水 域 不 適 該 基 礎 型 式 參 設 計 載 重 及 設 計 考 量 離 岸 風 力 機 組 與 環 境 載 重 的 交 互 關 係 ( 如 圖 2 所 示 ), 因 為 波 浪 流 等 載 重 作 用 因 素 不 同 於 陸 上 風 力 機 組 ; 也 因 為 風 力 機 運 轉 因 素 不 同 於 傳 統 的 海 上 工 作 平 台 離 岸 風 力 機 組 與 其 周 邊 環 境 載 重 交 互 影 響 關 係 依 時 改 變, 就 此, 離 岸 風 力 機 組 的 結 構 動 力 特 性 是 規 劃 設 計 所 需 考 量 的 參 數 台 灣 海 氣 象 條 件 地 質 特 性 及 地 處 地 震 帶, 與 現 役 歐 洲 風 場 不 盡 相 同, 因 此, 須 將 台 灣 地 域 海 氣 象 特 性 融 入 未 來 的 風 場 開 發 考 量 一 設 計 載 重 ( 一 ) 永 久 載 重 永 久 載 重 係 指 載 重 大 小 作 用 位 置 方 向 於 風 力 機 設 計 使 用 年 限 內, 皆 不 隨 時 間 改 變 者 永 久 載 重 包 括 : 1. 基 礎 結 構 量 體 2. 永 久 設 備 附 屬 設 施 重 量. 水 位 線 下 構 件 的 靜 水 壓 力 4. 浮 力 5. 風 力 機 及 塔 架 量 體 ( 二 ) 變 動 性 載 重 風 力 機 運 轉 維 護 人 員 作 業 行 經 爬 梯 平 台 起 重 設 備 操 作 及 工 作 船 繫 靠 需 求, 其 所 引 致 載 重 大 小 方 向 及 作 用 位 置 將 因 圖 2 離 岸 風 力 機 組 與 環 境 載 重 關 係 示 意 圖 [1] No.10 July,

90 運 轉 情 境 作 業 需 求 而 不 同 各 種 變 動 性 載 重 設 計 考 量 敘 明 如 次 : 1. 風 力 機 運 轉 控 制 所 致 的 制 動 載 重 (actuation load), 將 是 由 風 力 機 設 計 製 造 廠 商 轉 化 提 供 的 界 面 載 重 ( 塔 架 底 部 載 重 ) 以 供 風 力 機 基 礎 設 計 之 用 2. 維 護 人 員 起 重 機 操 作 載 重, 僅 作 為 設 計 諸 如 平 台 爬 梯 等 局 部 附 屬 構 件 之 用 其 中 起 重 機 操 作 動 態 衝 擊 效 應 須 依 照 所 依 據 設 計 規 範 規 定 予 以 考 量. 風 力 機 基 礎 及 轉 接 段 的 爬 梯 須 將 工 作 船 繫 靠 載 重 納 入 考 量 ( 三 ) 環 境 載 重 環 境 載 重 係 依 風 場 所 在 的 氣 候 地 形 水 深 及 地 質 條 件 而 定, 其 包 括 風 波 浪 ( 流 ) 及 地 震 等, 環 境 載 重 依 時 (time dependent) 變 化 其 作 用 力 大 小 方 向 及 作 用 位 置 以 下 將 就 各 種 環 境 載 重 特 性 說 明 如 次 : 1. 風 風 力 機 基 礎 所 採 設 計 風 載 重 依 據 設 計 目 的 分 為 常 態 風 載 (Normal Wind Condition) 及 極 端 風 載 (Extreme Wind Condition), 相 關 各 風 力 載 重 的 適 用 分 析 及 其 考 慮 環 境 因 素 如 表 1 所 示 目 前 離 岸 風 力 機 組 規 劃 設 計 所 參 考 規 範 諸 如 IEC DNV 對 熱 帶 氣 旋 ( 颱 風 ) 並 無 相 關 表 1 風 力 載 重 分 類 說 明 載 重 分 析 考 量 風 載 定 義 參 數 常 態 風 載 (normal wind load) 疲 勞 載 重 (fatigue load) 空 氣 密 度 10 分 鐘 平 均 風 速 (long term distribution) 依 高 度 變 化 的 平 均 風 速 梯 度 ( 風 切 ) 議 討 論, 主 要 是 現 役 已 開 發 風 場 多 不 具 此 氣 候 條 件, 未 來 台 灣 風 場 開 發 須 將 此 颱 風 所 引 致 環 境 載 重 特 性 ( 風 浪 流 ) 納 入 考 量 另 須 配 合 IEC 規 範 所 描 述 風 力 載 重 釐 清 東 北 季 風 特 性 2. 波 浪 離 岸 風 力 機 基 礎 設 計 對 於 波 浪 載 重 考 量, 主 要 係 依 據 風 場 所 在 海 域 的 海 況 (sea state) 條 件 選 用 適 用 的 波 浪 譜 ( 諸 如 Pierson- Moskowitz spectrum Jonswap spectrum) 進 行 模 擬 一 般 風 力 機 基 礎 構 件 斷 面 尺 寸 相 對 所 考 慮 波 浪 條 件 波 長 的 比 值 小 於 0.2, 因 此 應 用 Morison's 公 式 計 算 此 水 動 力 載 重 考 量 瞬 時 海 面 高 程 變 化 (instantaneous seasurface elevation) 影 響, 再 以 Wheeler stretching 經 驗 方 法 修 正 此 水 動 力 載 重 計 算 位 於 淺 水 區 域 的 風 力 機 基 礎, 碎 波 (breaking wave) 所 引 致 高 能 量 水 動 力 效 應 須 納 入 考 量. 地 震 就 歐 洲 現 役 風 場 開 發 案 例 言, 地 震 相 對 於 風 波 浪 條 件 等 其 他 環 境 載 重, 不 是 一 個 主 要 控 制 設 計 載 重 因 素 但 台 灣 地 處 地 震 帶 且 海 域 地 質 特 性 與 北 海 等 已 開 發 風 場 不 盡 相 同, 因 此, 未 來 進 行 風 場 開 發 須 將 地 震 載 重 因 素 納 入 考 量 對 於 地 震 力 考 量 宜 針 對 下 列 議 予 以 釐 清 : 極 端 風 載 (extreme wind load) 極 限 載 重 (extreme load) 極 端 氣 候 條 件 空 氣 密 度 極 端 氣 候 ( 暴 風 或 極 端 紊 流 ) 之 風 速 及 風 切 風 速 風 向 急 遽 改 變 參 數 註 : 紊 流 強 度 (Turbulence Intensity), 因 應 風 力 機 運 轉 情 境 可 分 別 採 常 態 紊 流 模 型 (Normal Turbulence Model) 及 極 端 紊 流 模 型 (Extreme Turbulence Model) 進 行 分 析, 惟 須 先 針 對 風 力 機 配 置 所 引 致 的 尾 流 (wind wake) 影 響 程 度 進 行 評 估, 方 可 確 認 所 引 用 分 析 模 型 的 適 用 性 90 No.10 July, 2014

91 (1) 設 計 地 震 力 決 定 國 內 既 有 耐 震 規 範 係 針 對 建 築 及 橋 梁 結 構 訂 定, 離 岸 風 力 機 組 結 構 型 式 皆 非 上 述 規 範 所 定 義 結 構 系 統, 故 無 法 直 接 引 用 國 內 耐 震 規 範 計 算 地 震 力 油 氣 產 業 所 引 用 ISO 或 API 規 範, 對 離 岸 構 造 物 地 震 力 計 算 有 相 關 規 定 ( 於 ISO 規 範 亦 可 查 得 回 歸 期 1000 年 台 灣 海 域 的 譜 加 速 度 ), 但 離 岸 油 氣 工 作 平 台 設 計 年 限 為 100 年, 離 岸 風 力 機 組 設 計 年 限 20~25 年, 若 直 接 引 用 ISO 等 規 範 直 接 計 算 地 震 力 是 否 有 過 於 保 守 之 虞 (2) 地 震 力 作 用 時 之 其 他 環 境 載 重 條 件 依 據 德 國 認 證 單 位 GL 相 關 認 證 準 則 (Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines) 說 明, 採 回 歸 期 475 年 地 震 力 分 別 與 運 轉 (Operation) 停 機 (shut-down) 及 電 網 損 壞 (grid failure) 三 種 情 境 下 的 風 波 浪 條 件 組 合 進 行 極 限 載 重 分 析 然 而 就 台 灣 的 氣 候 條 件 言, 與 地 震 力 組 合 所 考 慮 的 風 波 浪 是 否 可 如 同 歐 洲 風 場 定 義 方 式 決 定, 宜 須 進 一 步 探 討, 畢 竟 受 地 質 特 性 影 響, 土 壤 液 化 常 因 地 震 而 產 生 依 據 台 灣 海 域 地 質 特 性, 可 能 因 地 震 事 件 而 引 發 土 壤 液 化, 該 液 化 現 象 對 於 風 力 機 組 可 能 的 損 傷 說 明 如 次 : (1) 單 就 土 壤 液 化 事 件, 風 力 機 基 礎 承 載 能 力 因 而 降 低 局 部 區 域 不 均 勻 沉 陷 或 產 生 側 向 位 移 ( 就 tripod 或 jacket 基 礎 型 式 為 例 ) (2) 連 同 周 邊 環 境 載 重 作 考 量, 土 壤 液 化 將 改 變 風 力 機 組 結 構 動 力 特 性, 使 得 對 於 長 週 期 性 環 境 載 重 更 為 敏 感, 相 對 危 害 構 件 疲 勞 強 度 同 時 亦 須 檢 核 整 體 風 力 機 組 的 自 然 振 動 頻 率 是 否 仍 落 於 風 力 機 製 造 廠 商 所 律 定 的 頻 寬 範 圍 圖 風 力 機 組 自 然 振 動 頻 率 及 頻 寬 二 設 計 考 量 ( 一 ) 基 本 振 動 頻 率 離 岸 風 力 機 組 ( 發 電 機 組 塔 架 支 撐 結 構 和 基 礎 ) 的 結 構 動 力 特 性 是 基 礎 設 計 所 須 考 慮 的 一 個 重 要 因 素 風 力 機 運 轉 其 整 體 系 統 承 受 多 重 振 動 源, 一 是 來 自 風 力 機 運 轉 所 引 致 的 塔 架 振 動, 同 時, 波 浪 反 覆 載 重 帶 動 整 體 系 統 振 動 為 避 免 共 振 造 成 載 重 效 應 放 大, 離 岸 風 力 機 組 配 置 的 基 本 振 動 頻 率 須 落 於 風 力 機 製 造 廠 商 所 律 定 的 頻 寬 範 圍 內, 這 個 頻 寬 界 定 為 轉 子 (rotor) 轉 動 頻 率 (1P) 及 葉 片 通 過 頻 率 (P) 之 間 ( 如 圖 ) 海 上 工 作 平 台 的 振 動 源 是 來 自 波 浪 反 覆 載 重 作 用, 因 此 該 構 造 配 置 須 控 制 其 基 本 振 動 頻 率 大 於 波 浪 主 控 頻 率 即 可, 故 針 對 海 上 工 作 平 台 的 波 浪 載 重 分 析 多 採 靜 力 或 擬 靜 力 方 式 進 行 然 針 對 離 岸 風 力 機 組 則 採 動 力 分 析, 藉 以 考 量 不 同 振 動 來 源 的 耦 合 效 應 (Coupling) ( 二 ) 極 限 載 重 狀 態 風 力 機 基 礎 必 須 於 所 考 量 的 載 重 作 用 下 不 得 崩 塌 (Collapse) 以 符 合 極 限 載 重 設 計 原 則 風 場 內 風 力 機 組 彼 此 設 計 考 量 相 似 度 高, 所 須 面 對 危 害 風 險 相 同 度 亦 高, 所 以 極 可 能 在 單 一 極 端 環 境 載 重 作 用 下 造 成 多 部 風 力 機 組 損 壞 以 1995 年 日 本 阪 神 地 震 No.10 July,

92 Hanshin 快 速 道 路 損 壞 事 件 為 例, 多 處 橋 墩 於 此 地 震 事 件 同 時 破 壞 因 而 造 成 橋 梁 崩 塌 因 此, 為 避 免 多 部 風 力 機 組 損 壞 衝 擊 風 場 經 濟 效 益, 風 力 機 組 於 設 計 年 限 的 設 計 考 量 是 應 予 以 檢 討 的 ( 三 ) 疲 勞 載 重 狀 態 離 岸 風 力 機 組 隨 著 運 轉 模 式 改 變 海 氣 象 條 件 不 同, 其 所 承 受 的 反 覆 振 動 程 度 亦 隨 時 變 動, 如 是 持 續 的 應 力 大 小 變 化 將 引 致 結 構 材 料 逐 漸 劣 化, 承 受 應 力 較 大 位 置 ( 或 稱 應 力 尖 端 ) 產 生 裂 縫, 屆 時, 應 力 持 續 反 覆 作 用 促 使 這 些 位 於 母 材 或 接 合 部 的 初 始 瑕 疵 (Initial Crack) 或 已 產 生 之 微 裂 縫 伸 展 延 伸, 終 將 致 桿 件 或 接 合 部 產 生 斷 裂 破 壞 就 風 力 機 基 礎 結 構 配 置 言, 控 制 疲 勞 強 度 的 主 要 因 素 在 於 整 體 結 構 勁 度 (Stiffness), 勁 度 控 制 該 離 岸 風 力 機 組 自 然 振 動 頻 率 特 性, 但 位 於 海 水 中 的 風 力 機 基 礎 將 因 為 結 構 斷 面 腐 蝕 (Corrosion) 基 礎 淘 刷 (Scour) 等 因 素 降 低 基 礎 結 構 勁 度 而 降 低 整 體 系 統 的 自 然 振 動 頻 率 此 時, 基 礎 結 構 對 於 波 浪 條 件 所 造 成 的 反 覆 振 動 更 為 敏 感, 其 所 表 現 振 動 反 應 加 大, 進 而 逐 漸 折 損 結 構 疲 勞 使 用 年 限 此 乃 說 明 亦 同 時 解 釋 現 役 風 場 風 力 機 基 礎 所 須 採 結 構 斷 面 厚 度 的 原 因 構 件 或 接 合 部 反 覆 載 重 分 析 結 果 經 由 如 雨 流 計 數 法 (Rainflow Counting) 整 理 所 得 應 力 幅 (Stress Amplitudes) 及 其 相 對 應 反 覆 作 用 數 (number of cycles), 再 配 合 SN 曲 線 (Wohler s Curves) 評 估 其 疲 勞 使 用 年 限, 即 可 以 Palmgren-Miner 法 則 評 估 該 構 件 或 接 合 部 疲 勞 強 度 ( 四 ) 其 他 設 計 考 量 1. 腐 蝕 風 力 機 基 礎 結 構 的 防 止 腐 蝕 措 施 將 依 構 件 所 在 位 置, 分 就 大 氣 區 (Atmospheric Zone) 飛 濺 區 (Splash Zone) 及 沒 水 區 表 2 防 蝕 措 施 分 類 說 明 位 置 分 區 大 氣 區 (atmospheric zone) 飛 濺 區 (splash zone) 沒 水 區 (submerged zone) 內 部 (internal) 塗 裝 腐 蝕 餘 裕 量 ( 濕 度 非 影 響 因 素 ) 塗 裝 + 腐 蝕 餘 裕 量 陰 極 防 蝕 (CP) 腐 蝕 餘 裕 量 外 部 (external) 塗 裝 主 構 件 : 塗 裝 + 腐 蝕 餘 裕 量 次 要 構 件 : 腐 蝕 餘 裕 量 1 更 換 腐 蝕 構 件 繫 靠 及 樓 梯 2 : 塗 裝 + 腐 蝕 餘 裕 量 螺 栓 : 採 防 蝕 材 料 位 於 平 均 水 位 面 下 : 陰 極 防 蝕 (CP) 陰 極 防 蝕 4 (CP) 陰 極 防 蝕 + 塗 裝 5 註 :1. 腐 蝕 餘 裕 量 考 慮, 須 將 之 維 護 人 身 安 全 檢 修 維 護 頻 率 及 經 濟 性 納 入 考 量, 若 腐 蝕 餘 裕 考 量 係 屬 一 不 經 濟 且 未 必 符 合 安 全 需 求 方 案 者, 直 接 替 換 腐 蝕 構 件 是 另 一 種 可 採 行 方 案 2. 直 接 採 用 諸 如 不 銹 鋼 等 之 防 蝕 材 料 製 作 該 構 件. 應 用 於 構 件 內 部 的 陰 極 防 蝕 設 計 主 要 以 犧 牲 陽 極 為 主 外 加 電 流 陰 極 防 蝕 (ICCP) 避 免 採 用 4. 陰 極 防 蝕 設 計 須 將 被 防 護 構 件 之 埋 入 海 床 外 表 面 納 入 考 量, 相 關 設 計 細 節 敬 請 參 詳 DNV-RP-B 塗 裝 系 統 必 須 相 容 於 陰 極 防 蝕 92 No.10 July, 2014

93 (Submerged Zone) 及 各 分 屬 區 域 內 外 部 位 說 明, 詳 如 表 2 所 示 對 於 離 岸 風 力 機 組, 腐 蝕 餘 裕 量 是 必 要 的 防 蝕 策 略, 腐 蝕 所 致 之 整 體 系 統 結 構 動 力 特 性 改 變, 須 予 以 確 認 整 體 系 統 的 振 動 頻 率 仍 否 落 於 風 機 製 作 廠 商 所 律 定 頻 寬 範 圍 內 2. 淘 刷 (Scour) 風 力 機 基 礎 座 落 之 海 床 經 由 波 浪 流 的 剪 切 作 用 將 造 成 淘 刷 為 避 免 淘 刷 造 成 風 力 機 組 不 穩 定, 須 依 風 力 機 基 礎 型 式 設 計 合 適 的 防 止 淘 刷 保 護 措 施 位 於 淘 刷 保 護 頂 層 所 配 置 材 料 重 量 須 足 敷 抵 抗 設 計 波 浪 條 件 的 侵 蝕, 整 體 淘 刷 保 護 採 反 濾 層 方 式 配 置 藉 以 保 護 海 床 避 免 淘 蝕. 海 生 物 (Marine Growth) 位 於 水 中 的 支 撐 基 礎 構 造 表 面 會 被 附 著 增 生 的 海 生 物 包 覆, 海 域 生 態 環 境 及 風 場 氣 候 條 件 決 定 海 生 物 附 著 厚 度, 隨 著 海 生 物 增 生 水 下 構 體 質 量 及 其 表 面 粗 糙 度 增 加, 伴 隨 著 波 浪 載 重 所 引 致 的 慣 性 作 用 力 拖 曳 力 增 加, 進 而 影 響 水 下 構 件 的 疲 勞 強 度 水 下 構 體 質 量 增 加 亦 伴 隨 著 風 力 機 組 基 本 振 動 頻 率 縮 短, 因 此, 須 就 此 情 境 分 析 風 力 機 組 基 本 振 動 頻 率 是 否 落 於 風 力 機 製 造 廠 商 所 律 定 的 頻 寬 範 圍 內 就 DNV-OS-J101 所 述 位 於 亞 熱 帶 地 區 的 海 生 物 增 生 調 查, 於 設 計 使 用 年 限 可 能 達 0 公 分 的 增 生 厚 度, 台 灣 對 此 海 生 物 生 長 並 無 相 關 研 究 或 調 查 資 料 可 供 設 計 參 考, 故 未 來 規 劃 設 計 建 議 採 一 假 定 海 生 物 增 生 厚 度 ( 以 基 礎 設 計 量 體 經 濟 性 作 考 量 ), 再 配 合 以 定 期 檢 測 清 除 方 式 以 達 設 計 需 求 圖 4 離 岸 風 力 機 組 設 計 流 程 示 意 圖 肆 計 算 流 程 離 岸 風 力 機 組 設 計 流 程 如 圖 4 所 示, 風 力 機 及 塔 架 係 由 風 力 機 製 造 廠 商 設 計, 轉 接 段 (Transition Piece) 及 基 礎 由 基 礎 設 計 者 設 計 整 個 離 岸 風 力 機 組 設 計 是 分 工 交 替 循 環 的 設 計 流 程 整 個 離 岸 風 力 機 組 設 計 流 程 一 般 稱 為 LCP(Load Calculation Process), 其 簡 要 說 明 如 次 :( 以 下 基 礎 設 計 者 簡 稱 FD, 風 力 機 設 計 者 簡 稱 TD) 一 TD 提 供 風 力 機 及 塔 架 設 計 資 料 ( 尺 寸 質 量 塔 架 底 部 固 定 邊 界 條 件 的 基 本 振 動 頻 率 ) 界 面 位 置 兩 組 通 用 載 重 (Generic Load, 兩 平 面 正 交 方 向 載 重 ) 及 離 岸 風 力 機 組 的 頻 寬 (Frequency Band) 給 FD 以 作 為 建 置 整 體 分 析 模 型 之 用 二 FD 建 構 有 限 元 素 分 析 模 型 ( 包 含 邊 界 條 件 設 定 依 據 海 氣 象 告 確 認 加 載 各 分 析 情 境 的 環 境 載 重 ) 三 依 據 TD 需 求,FD 簡 化 基 礎 結 構 的 分 析 模 型 及 其 相 對 應 簡 化 環 境 載 重 此 簡 化 基 礎 模 型 即 依 頻 譜 收 斂 (Spectral Convergence) 及 空 No.10 July,

94 間 收 斂 (Spatial Convergence) 兩 項 原 則 進 行 驗 證 相 關 模 型 簡 化 及 前 述 兩 項 驗 證 原 則 非 本 文 主 要 探 討 主, 不 予 贅 述 參 考 文 獻 四 TD 將 之 前 述 簡 化 基 礎 模 型 及 其 相 對 應 簡 化 環 境 載 重, 整 合 至 風 力 機 ( 包 含 塔 架 ) 的 氣 體 動 力 分 析 模 型, 進 行 分 析 並 且 驗 證 FD 所 提 供 模 型 所 呈 現 的 自 然 振 動 頻 率 是 否 落 於 所 律 定 的 頻 寬 範 圍 內 五 TD 依 據 分 析 及 優 化 的 風 機 塔 架 設 計 結 果 ( 界 面 位 置 的 力 量 及 變 位 ) 傳 遞 給 FD,FD 重 複 前 述 二 三 的 分 析 工 作,TD 再 依 據 FD 提 供 資 料 重 複 前 述 四 的 工 作 六 前 述 交 替 循 環 的 載 重 計 算 流 程 一 般 大 約 進 行 三 次, 直 至 TD FD 雙 方 得 到 最 適 切 的 設 計 結 果 1. Patrik Passon, Martin K hn, State-of-the-art and Development Needs of Simulation Codes for Offshore Wind Turbines 2. IEC : Design requirements for offshore wind turbines, DNV (201) Design of offshore wind turbine structures Det Norske Veritas, DNV-OS-J ISO (2004) Petroleum and natural gas industries specific requirements for offshore structures - Part 2: seismic design procedures and criteria Issued by the International Standards Organization 伍 結 語 他 山 之 石, 可 以 攻 玉, 參 考 現 役 風 場 的 開 發 經 驗 是 一 種 經 歷 的 過 程 ; 然 而 離 岸 風 力 機 組 是 一 種 因 地 制 宜 的 客 製 化 產 品, 因 應 台 灣 特 屬 的 海 氣 象 條 件 地 質 地 域 特 性 需 求 所 設 計 的 離 岸 風 力 機 基 礎, 須 考 慮 現 役 風 場 所 沒 有 或 忽 略 的 設 計 情 境, 諸 如 : 颱 風 東 北 季 風 及 地 震 等 ; 上 述 設 計 議 於 現 行 設 計 規 範 並 未 多 加 說 明 討 論, 因 此 須 搭 配 相 關 離 岸 油 氣 產 業 規 範 台 灣 現 行 其 他 構 造 物 規 範 及 相 關 議 研 究 成 果 進 行 規 劃 設 計 以 達 需 求, 然 設 計 參 考 資 料 彼 此 間 引 用 的 合 理 性 及 一 致 性 須 謹 慎 以 避 免 過 度 或 不 及 離 岸 風 力 機 基 礎 規 劃 設 計 非 屬 單 一 業 議, 須 由 相 關 業 產 業 多 方 討 論 磨 合 方 能 更 臻 至 完 善 5. American petroleum institute; API RP 2A- WSD - Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design;, 21 st edition, December No.10 July, 2014

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96 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關 鍵 詞 : 動 態 定 位 (Dynamic Positioning) 離 岸 風 機 (Offshore Wind Turbine) 轉 接 段 (Transition Piece ) 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 資 深 協 理 / 廖 學 瑞 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 技 術 經 理 / 丁 金 彪 2 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 副 理 / 林 俶 寬 96 No.10 July, 2014

97 摘 要 ABSTRACT 為 推 動 國 內 替 代 能 源, 經 濟 部 能 源 局 規 劃 在 200 年 前 將 建 置 600 架 海 上 風 力 發 電 機 組 然 海 上 風 力 發 電 機 組 之 建 造 與 安 裝 所 面 對 之 環 境 較 一 般 工 程 更 加 嚴 峻, 除 地 形 地 質 地 震 等 基 本 條 件 外, 海 域 中 之 風 波 流 潮 汐 等 對 工 程 人 員 及 船 機 都 是 一 大 挑 戰 尤 其 國 內 目 前 並 無 相 關 實 際 經 驗, 亦 無 類 似 之 船 機 等 資 源 可 資 利 用, 不 論 在 船 舶 吊 裝 作 業, 或 海 上 固 定 安 裝 所 需 要 之 關 鍵 技 術 皆 須 透 過 國 外 技 術 引 進, 才 能 順 利 完 成 工 作 基 此, 本 文 乃 蒐 集 國 外 既 有 相 關 案 例, 並 分 析 國 內 可 能 動 用 之 輔 助 船 機, 針 對 建 造 與 安 裝 之 技 術 重 點 作 一 初 步 探 討 與 分 析, 俾 利 未 來 實 際 施 工 之 參 考 1 2 壹 前 言 我 國 為 順 應 世 界 潮 流 及 因 應 全 球 暖 化 減 少 溫 室 氣 體 排 放 量, 近 年 來 積 極 尋 找 替 代 能 源, 減 少 對 石 化 能 源 之 需 求 依 國 家 發 展 委 員 會 ( 前 經 建 會 ) 於 2011 年 11 月 9 日 在 立 法 院 經 濟 委 員 會 提 出 因 應 全 球 暖 化 暨 油 價 飆 漲, 國 內 關 於 低 碳 綠 能 產 業 的 發 展 告, 截 至 2011 年 10 月 底, 我 國 已 完 成 開 發 25 座 風 場, 皆 位 於 陸 域, 共 計 288 台 風 力 機, 總 裝 置 容 量 564MW( 百 萬 瓦 ), 未 來 仍 繼 續 發 展, 並 規 劃 至 2020 年 開 發 風 場 共 計 1,200MW (1.2GW) 然 囿 於 可 供 設 置 陸 域 風 力 發 電 之 場 址 日 趨 減 少, 成 本 日 益 提 高, 而 海 上 離 岸 風 力 發 電 之 技 術 也 愈 趨 成 熟, 經 濟 部 能 源 局 乃 於 2012 年 7 月 日 公 告 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 辦 法, 預 計 民 國 2015 年 將 設 置 6 架 離 岸 示 範 風 力 機,2020 年 前 完 成 離 岸 風 力 機 裝 置 容 量 00MW 以 上, 累 計 至 200 年 將 設 置 600 架 海 上 風 力 機 考 量 上 述 政 策 及 預 定 未 來 離 岸 風 場 開 發 區 位, 其 工 址 所 在 地 點 之 水 深 皆 在 -15 公 尺 以 上, 以 避 開 白 海 豚 保 護 等 敏 感 區 域 這 些 區 域 通 常 離 岸 4 5 公 里 以 上, 不 論 從 風 機 之 基 礎 建 造 至 風 力 發 電 機 組 之 裝 設, 必 須 動 用 各 種 吊 裝 打 設 運 輸 交 通 警 戒 等 大 批 船 機, 才 能 將 風 機 豎 立 於 海 上 為 使 海 上 工 作 能 順 利 完 成, 許 多 相 關 技 術 與 設 備, 甚 至 包 括 人 員 之 教 育 訓 練 等 都 必 須 到 位, 在 綜 合 各 種 條 件 配 合 海 氣 象 之 天 氣 窗 期 (weather window) 等, 制 訂 嚴 密 之 施 工 計 畫 與 船 舶 調 度 計 畫 後, 才 能 降 低 海 上 施 工 風 險 為 探 討 離 岸 風 場 開 發 所 需 用 到 之 船 機 與 相 關 技 術, 必 須 先 瞭 解 離 岸 風 機 之 組 成 要 件, 如 圖 1 所 示, 離 岸 風 機 主 要 構 件 包 括 : 風 機 本 體 風 機 基 座 ( 水 下 支 撐 及 基 礎 ) 電 力 系 統 ( 含 海 底 電 纜 ) 三 大 項, 其 中 水 下 支 撐 及 基 礎 部 分 又 可 概 分 為 : 單 樁 式 (Monopile) 三 腳 管 式 (Tripod) 管 架 式 (Jacket) 及 重 力 式 (Gravity) 四 大 類, 如 圖 2 No.10 July,

98 所 示 所 用 到 之 施 工 船 機 均 需 配 合 工 程 主 體 的 需 求 而 有 所 不 同, 例 如 水 下 支 撐 結 構 之 施 工 就 必 須 使 用 打 樁 船 機 ; 而 風 機 現 場 安 裝 時 就 必 須 使 用 吊 裝 船 機, 海 底 電 纜 鋪 設 時, 又 用 到 佈 纜 船 等 每 一 種 船 機 特 性 皆 是 不 同, 如 何 將 其 整 合 而 納 入 離 岸 風 場 工 程 中, 即 成 為 整 個 開 發 案 成 功 與 否 之 重 要 關 鍵, 值 得 深 入 探 討 圖 1 離 岸 風 機 主 要 構 件 (Jacket type) 示 意 圖 貳 離 岸 風 機 之 基 座 施 工 船 機 及 技 術 離 岸 風 機 基 座 由 上 到 下 分 可 為 轉 接 段 (Transition piece, 但 三 腳 管 式 無 此 部 分 ) 支 撐 結 構 及 基 礎 (Foundation) 等 三 部 份, 其 中 轉 接 段 為 連 接 風 機 塔 架 與 支 撐 結 構 與 基 礎 之 過 渡 結 構, 而 支 撐 結 構 基 礎 則 為 轉 接 段 以 下 將 風 機 組 荷 重 傳 遞 至 海 床 之 結 構 基 礎 部 分 則 為 將 支 撐 結 構 固 定 於 海 床 上 之 地 下 構 造 物 然 不 論 何 種 風 機 基 座, 其 構 造 尺 寸 皆 相 當 龐 大, 例 如 單 樁 其 管 徑 約 達 5~6 公 尺 之 間, 管 長 配 合 水 深 及 地 質 條 件 動 則 0 公 尺 以 上, 就 施 工 性 而 言 一 般 必 須 動 用 大 型 機 具, 且 須 掌 握 施 工 精 度 才 能 符 合 規 範 要 求 至 於 轉 接 段 之 施 工, 基 本 上 僅 需 考 量 運 送 船 機 之 可 負 載 重 吊 裝 設 備 及 灌 漿 工 作 等 較 制 式 行 為, 須 具 足 夠 能 量 之 施 工 船 機, 即 可 順 利 作 業 ; 但 支 撐 結 構 及 基 礎 部 分 因 須 設 置 防 淘 刷 保 護 層 及 辦 理 基 樁 打 樁 工 作, 其 施 工 難 度 較 高 且 對 施 工 船 機 需 求 大 因 此, 若 能 順 利 解 決 基 座 施 工 問, 則 轉 接 段 亦 可 順 利 執 行 基 本 上 無 論 選 用 單 樁 式 基 礎 或 是 三 腳 管 式 基 礎, 基 本 施 工 流 程 均 相 同, 其 施 工 順 序 詳 如 圖 所 示, 而 細 部 構 件 與 施 工 機 具 協 同 作 業 詳 如 圖 4 (Monopile) (Tripod) (Jacket) (Gravity) 資 料 來 源 : 本 文 整 理 98 No.10 July, 2014 圖 2 離 岸 風 力 機 主 要 基 座 ( 水 下 支 撐 及 基 礎 ) 型 式

99 (1) 放 置 外 套 管 (2) 外 套 管 鑽 掘 入 土 () 吊 樁 放 入 外 套 管 (4) 填 縫 固 結 資 資 料 來 源 :Sanjeev Malhotra, Selection, Design and Construction of Offshore Wind Turbine Foundation 圖 典 型 單 樁 式 離 岸 風 機 基 座 施 工 順 序 資 料 來 源 : 工 業 技 術 研 究 院, 本 計 畫 繪 製 圖 4 風 機 基 座 細 部 與 機 具 協 同 施 工 示 意 圖 No.10 July,

100 資 料 來 源 : 圖 5 SKK-7000DT-L 打 樁 船 示 意 圖 資 料 來 源 : 圖 6 JU0059 自 升 式 起 重 駁 船 示 意 圖 表 1 國 內 可 能 用 於 離 岸 風 電 之 施 工 機 具 彙 整 表 廠 商 施 工 機 具 施 工 機 具 名 稱 功 能 備 註 國 煌 營 造 打 樁 船 國 煌 9 號 施 工 樁 錘 8T 可 打 設 樁 徑 1.2m 可 更 換 為 16T 樁 錘 協 信 營 造 打 樁 船 大 榮 9 號 施 工 樁 錘 8T 可 打 設 樁 徑 1.2m 可 更 換 為 16T 樁 錘 宏 華 營 造 國 內 升 降 式 平 台 船 宏 富 號 長 6m 寬 22m 宏 華 營 造 國 內 升 降 式 平 台 船 宏 禹 號 長 56m 寬 0m 樺 棋 營 造 國 內 升 降 式 平 台 船 海 岸 一 號 長 48m 寬 18m 最 大 施 工 水 深 -15m 可 載 設 打 樁 設 備 最 大 施 工 水 深 -0m 可 載 設 打 樁 設 備 最 大 施 工 水 深 -15m 可 載 設 打 樁 設 備 顏 春 發 企 業 油 壓 樁 錘 - 註 : 本 計 畫 彙 整 施 工 樁 錘 16T 可 打 設 樁 徑 2m 國 內 最 大 樁 錘 機 100 No.10 July, 2014 所 示 然 目 前 使 用 於 離 岸 風 機 之 施 工 船 機, 多 為 國 外 之 大 型 打 樁 船 機 ( 詳 如 圖 5), 或 大 型 升 降 式 平 台 船 架 設 打 樁 機 ( 詳 如 圖 6) 搭 配 使 用 依 據 上 述 國 外 案 例 之 需 求, 初 步 分 析 國 內 可 使 用 於 離 岸 風 力 電 場 施 工 之 可 能 用 於 離 岸 風 場 開 發 主 要 船 機 整 理 如 表 1 所 示 經 分 析 結 果 顯 示, 國 內 船 機 均 屬 小 型 且 打 樁 機 能 量 不 足, 海 上 基 樁 打 設 直 徑 最 大 僅 能 達 2m, 未 來 如 使 用 單 樁 基 座 時 ( 直 徑 約 6-7 公 尺 ), 必 須 另 外 引 進 新 的 打 樁 機 才 能 施 作 至 於 水 深 部 分, 目 前 僅 宏 禹 號 可 達 -0 公 尺, 其 餘 升 降 平 台 船 之 作 業 水 深 不 足, 恐 須 再 投 入 資 金 進 行 改 造 或 重 新 造 船 方 能 符 合 需 求 台 灣 西 部 海 域 之 海 流 流 速 強 勁, 尤 其 每 逢 朔 望 ( 陰 曆 初 一 十 五 ) 之 際, 流 速 經 常 高 達 ~ 4 節, 當 離 岸 風 機 基 座 在 海 上 安 裝 完 畢 之 後, 基 樁 附 近 海 床 容 易 遭 受 淘 刷, 淘 刷 範 圍 詳 如 圖 7 所 示, 為 避 免 淘 刷 過 於 嚴 重 而 影 響 基 座 安 全, 必 須 進 行 基 樁 之 防 淘 刷 保 護, 其 保 護 方 式 可 概 分 為 保 護 毯 拋 石 或 地 工 沙 袋 等 但 一 般 而 言, 拋 石 方 式 較 能 節 省 工 期 及 充 填 縫 細 其 完 成 示 意 圖 詳 如 圖 8, 故 使 用 之 船 機 如 圖 9 所 示 為 底 開 式 或 側 向 拋 放 式 為 主, 目 前 這 二 種 船 機 及 工 法 在 國 內 屬 於 常 用 方 式, 技 術 上 並 不 困 難, 惟 須 注 意 精 準 度 與 於 拋 放 時 對 基 樁 之 影 響, 最 好 輔 以 潛 水 人 員 及 吊 裝 機 具 為 佳

101 圖 7 基 樁 淘 刷 範 圍 示 意 圖 圖 8 基 樁 淘 刷 拋 石 保 護 示 意 圖 參 離 岸 風 機 之 海 纜 施 工 船 機 及 技 術 圖 9 基 樁 淘 刷 保 護 拋 石 施 工 作 業 如 圖 10 所 示, 海 底 電 纜 為 聯 接 離 岸 風 機 (Offshore Wind Turbine) 及 陸 域 電 力 網 (Grid) 之 主 要 設 備, 在 風 機 與 風 機 間 之 海 底 電 纜 通 常 稱 為 場 內 陣 列 海 纜 (Inter Array Cable), 聯 繫 到 上 岸 人 孔 之 海 底 電 纜 通 常 稱 為 輸 出 海 纜 (Export Cable) 其 中 場 內 海 纜 係 以 串 聯 方 式 聯 接 風 機, 其 與 風 機 聯 接 之 示 意 圖 詳 如 圖 11 所 示, 將 經 由 J tube 或 I tube 連 至 轉 接 段 上 方 平 台, 與 風 機 內 之 電 力 電 纜 串 聯 經 分 析 台 灣 地 區 目 前 離 岸 風 場 所 在 之 位 置, 在 考 量 經 濟 性 營 運 需 求 及 眾 多 環 境 限 制 因 素, 大 多 位 於 離 岸 10 公 里 之 內, 海 纜 以 埋 設 於 海 床 下 2 公 尺 較 能 符 合 安 全 需 求 圖 10 離 岸 風 場 海 纜 配 置 平 面 圖 至 於 風 機 基 樁 附 近 海 纜 之 施 工 則 依 據 DNV- RP-J01 Subsea Power Cables in Shallow Water Renewable Energy Application 規 範 規 定, 訂 有 安 全 作 業 範 圍 以 避 免 船 舶 碰 撞 風 機 基 座 其 規 定 係 以 佈 纜 船 在 有 無 配 備 動 力 定 位 系 統 (Dynamic Positioning) 之 情 況 來 認 定, 有 DP 系 統 之 船 舶 可 No.10 July,

102 圖 11 離 岸 風 場 海 纜 串 聯 示 意 圖 單 樁 (Monopile) 外 側 附 掛 J tube, 海 底 電 纜 由 J tube 的 喇 叭 口 進 入 J tube 後, 再 向 上 串 聯 風 機 電 力 系 統 單 樁 (Monopile) 內 管 tube, 海 底 電 纜 由 基 樁 支 開 孔 進 入 基 樁 內 管 tube 後, 再 向 上 串 聯 風 機 電 力 系 統 資 料 來 源 : DNV Feb DNV-RP-J01 Subsea Power Cables in Shallow Water Renewable Energy Application, 本 文 補 充 說 明 圖 12 海 底 電 纜 穿 入 離 岸 風 機 基 座 J 或 I Tube 施 工 示 意 圖 102 No.10 July, 2014 於 風 機 基 座 周 圍 50 公 尺 定 泊, 但 如 無 DP 系 統 則 須 於 100 公 尺 以 外, 進 行 拋 錨 定 位, 然 後 再 請 潛 水 人 員 下 去 將 海 纜 繫 緊 位 於 J tube 內 之 線 ( 如 圖 12 所 示 ), 再 以 絞 盤 將 線 與 海 纜 拉 到 風 機 轉 接 段 (Transition Piece) 之 平 台 (Platform) 上 與 風 機 電 力 系 統 聯 接 與 固 定 至 於 風 機 基 座 安 全 範 圍 外 之 海 纜 佈 埋 設 施 工, 與 一 般 兩 端 皆 是 陸 域 之 海 纜 工 程 相 同, 以 佈 纜 船 (Cable Ship) 搭 配 噴 埋 機 或 犁 埋 機 (ROV, Remote Operation Vehicle) 進 行 施 工 即 可, 至 於 海 底 電 纜 近 岸 登 陸 至 上 岸 人 孔 施 工 技 術 部 分 可 參 閱 中 華 技 術 第 95 期, 不 再 贅 述 肆 離 岸 風 機 之 風 機 吊 裝 施 工 船 機 及 技 術 一 施 工 考 量 重 點 離 岸 風 機 之 施 工 安 裝 主 要 受 風 機 之 大 小 高 度 構 件 重 量 等 影 響, 故 初 步 蒐 集 主 要 廠 牌 離 岸 風 機 之 相 關 資 料, 詳 如 表 2 所 示, 可 知 其 重 量 相 當 重, 皆 在 百 噸 以 上 但 除 重 量 外, 吊 裝 時 目 標 物 之 尺 寸 與 吊 高 需 求 亦 影 響 施 工 船 舶 之 條 件, 故 另 蒐 集 Vestas.0MW 離 岸 風 機 之 相 關 尺 寸 以 資 參 考, 包 括 : 機 艙 (Nacelle incl. hub) 長 14m 高.m 寬.9m 之 重 量 介 於 125 公 噸 ~ 150 公 噸 ; 單 一 葉 片 (One blade)55m 長 寬 4.2m 之 重 量 介 於 1 公 噸 ~18 公 噸 ; 另 直 徑 4~4.6m 長 2.5m 之 塔 架 (Tower section) 約 70 公 噸

103 表 2 離 岸 風 機 構 件 尺 寸 表 風 機 類 型 Power (MW) Hub (ton) Blade (ton) Rotor (ton) Nacelle (ton) *Tower (ton) Total (ton) Vestas Siemens Vestas V Siemens Areva M RePower RePower Vestas V164** ± 資 料 來 源 : Emre URAZ Visby (2011), Offshore Wind Turbine Transportation & Installation Analyses, Master Thesis, Sweden 二 離 岸 風 機 運 輸 模 式 按 照 前 述 各 類 型 風 機 尺 寸 與 重 量, 經 蒐 集 歐 洲 地 區 目 前 風 機 構 件 之 運 送 方 式, 得 知 主 要 依 據 外 海 現 場 裝 配 組 立 現 況 及 躉 運 港 口 周 圍 環 境 變 動 選 擇 運 載 方 式, 再 採 用 不 同 之 躉 運 方 式 由 港 區 輸 運 至 安 裝 現 場 雖 然 配 合 運 輸 方 式 於 外 海 建 造 現 場 進 行 風 機 裝 配 可 減 輕 風 險, 但 卻 間 接 引 起 海 事 環 境 可 能 造 成 影 響 之 風 險 目 前 歐 洲 風 力 電 場 開 發 案 例 中, 有 經 驗 之 風 機 製 造 商 及 立 約 廠 商, 較 常 希 望 使 用 用 船 機 (Purposebuilt vessels) 如 具 有 自 升 能 力 之 船 機 (Jackup vessels) 用 來 建 構 風 機, 以 符 合 便 利 性 及 節 省 成 本 之 需 求, 其 運 載 方 式 包 括 BE1T BE2T R2T SP5 及 SP6 等 5 種 模 式, 茲 分 別 敘 述 如 下 : ( 一 ) 用 船 裝 載 1. Bunny Ear with a Tower in One Piece (BE1T) 機 艙 (Nacelle) 輪 轂 (Hub) 及 兩 個 葉 片 (Blades) 於 港 埠 陸 域 上 組 成 兔 耳 型 (bunny ear), 另 外 將 塔 架 (Tower) 及 第 三 個 葉 片 等 構 件 一 併 裝 載 於 同 一 船 上, 如 圖 1 所 示, 此 種 模 式 之 運 送 及 現 場 組 裝 皆 包 括 前 述 個 組 成 2. Bunny Ear with a Tower in Two Pieces (BE2T) 機 艙 (Nacelle) 輪 轂 (Hub) 及 兩 個 葉 片 (Blades) 於 港 埠 陸 域 上 組 成 兔 耳 型 (bunny ear), 塔 架 (Tower) 則 拆 分 為 兩 構 件, 另 外 將 第 三 個 葉 片 等 一 併 裝 載 於 同 一 船 上, 如 圖 14 所 示, 此 種 模 式 之 運 送 及 現 場 組 裝 皆 包 括 前 述 4 個 組 成.Pre-Assembled Rotor (R2T) 輪 轂 (Hub) 及 三 個 葉 片 (Blades) 於 港 埠 陸 域 上 組 成 完 整 之 旋 翼 (Rotor), 塔 架 (Tower) 則 拆 分 為 兩 構 件, 另 外 將 機 艙 (Nacelle) 等 構 件 一 併 裝 載 於 同 一 船 上, 如 圖 15 所 示, 此 種 模 式 之 運 送 及 現 場 組 裝 皆 包 括 前 述 4 個 組 成 4.Five Pieces Separately (SP5) 機 艙 (Nacelle) 與 輪 轂 (Hub) 於 港 埠 陸 域 No.10 July,

104 資 料 來 源 : Emre URAZ Visby (2011), Offshore Wind Turbine Transportation & Installation Analyses, Master Thesis, Sweden 圖 1 Bunny Ear with a Tower in One Piece (BE1T) 示 意 圖 資 料 來 源 : Emre URAZ Visby (2011), Offshore Wind Turbine Transportation & Installation Analyses, Master Thesis, Sweden 圖 14 Bunny Ear with a Tower in Two Pieces (BE2T) 示 意 圖 資 料 來 源 : Emre URAZ Visby (2011), Offshore Wind Turbine Transportation & Installation Analyses, Master Thesis, Sweden 圖 15 Pre-Assembled Rotor (R2T) 示 意 圖 104 No.10 July, 2014

105 資 料 來 源 : Emre URAZ Visby (2011), Offshore Wind Turbine Transportation & Installation Analyses, Master Thesis, Sweden 圖 16 Five Pieces Separately (SP5) 示 意 圖 資 料 來 源 : Emre URAZ Visby (2011), Offshore Wind Turbine Transportation & Installation Analyses, Master Thesis, Sweden 圖 17 Six Pieces Separately (SP6) 示 意 圖 資 料 來 源 : Emre URAZ Visby (2011), Offshore Wind Turbine Transportation & Installation Analyses, Master Thesis, Sweden 圖 18 離 岸 風 機 安 裝 船 之 裝 載 模 式 示 意 圖 No.10 July,

106 上 合 組 後, 與 塔 架 (Tower) 及 三 個 葉 片 等 一 併 裝 載 於 同 一 船 上, 如 圖 16 所 示, 此 種 模 式 之 運 送 及 現 場 組 裝 皆 包 括 前 述 5 個 組 成 5.Six Pieces Separately (SP6) 機 艙 (Nacelle) 與 輪 轂 (Hub) 於 港 埠 陸 域 上 合 組, 塔 架 (Tower) 則 拆 分 為 兩 構 件, 另 再 將 三 個 葉 片 等 一 併 裝 載 於 同 一 船 上, 如 圖 17 所 示, 此 種 模 式 之 運 送 及 現 場 組 裝 皆 包 括 前 述 6 個 組 成 ( 三 ) 葉 片 安 裝, 可 分 三 種 型 式 : 一 支 葉 片 一 支 葉 片 逐 一 安 裝 或 先 安 裝 二 支 葉 片 ( 兔 耳 形 ) 後 再 安 裝 第 三 支 葉 片 或 三 支 葉 片 ( 星 形 ) 同 時 安 裝 ( 四 ) 線 路 聯 接 ( 五 ) 測 試 綜 合 上 述 多 種 風 機 載 運 配 置, 現 階 段 可 能 裝 載 於 用 船 之 載 運 方 式 詳 如 圖 18 所 示, 其 中 有 關 R2T 之 現 場 載 運 方 式 詳 如 圖 19 所 示 ( 二 ) 平 台 船 裝 載 資 料 來 源 : Port and Infrastructure Analysis for Offshore Wind Energy Development, Tetra Tech Ec,Inc.,2010 圖 19 兔 耳 形 ( 側 視 ) 裝 運 示 意 圖 106 No.10 July, 2014 如 考 量 經 費 有 限 時, 離 岸 風 機 之 裝 載 亦 使 用 拖 船 + 升 降 式 平 台 船 之 方 式 來 施 工, 詳 如 圖 19~ 圖 21 所 示, 惟 該 類 船 機 隱 含 較 多 風 險 且 須 較 長 施 工 時 間, 且 因 數 量 有 限, 該 承 租 總 費 用 亦 屬 偏 高, 有 必 要 另 行 考 量 綜 合 上 述, 目 前 歐 洲 北 海 離 岸 風 機 載 運 以 R2T 為 發 展 趨 勢, 其 載 運 方 式 如 圖 22 所 示 三 離 岸 風 機 安 裝 施 工 模 式 離 岸 風 機 海 上 吊 裝 之 施 工 方 式, 一 般 而 言 配 合 前 述 之 船 運 裝 載 方 式 而 定, 其 安 裝 順 序, 如 下 所 述 ( 一 ) 風 機 塔 架 : 下 塔 架 安 裝 於 轉 接 段 上 安 裝 中 塔 架 安 裝 上 塔 架 ( 二 ) 機 艙 ( 通 常 含 輪 轂 ): 安 裝 於 上 塔 架 資 料 來 源 : Port and Infrastructure Analysis for Offshore Wind Energy Development, Tetra Tech Ec,Inc.,2010 圖 20 兔 耳 形 ( 前 視 ) 裝 運 示 意 圖 資 料 來 源 : Port and Infrastructure Analysis for Offshore Wind Energy Development, Tetra Tech Ec,Inc.,2010 圖 21 星 形 ( 前 視 ) 裝 運 示 意 圖

107 資 料 來 源 : 圖 22 平 台 船 風 機 星 形 R2T 裝 運 示 意 圖 資 料 來 源 : - Seajacks UK 圖 24 第 一 支 葉 片 安 裝 施 工 圖 資 料 來 源 : Alstom s 6MW Haliade offshore wind turbine loaded at Ostend 圖 2 塔 架 安 裝 施 工 圖 資 料 來 源 : 圖 25 第 三 支 葉 片 安 裝 施 工 圖 No.10 July,

108 上 述 海 上 安 裝 所 使 用 之 船 舶 包 括 用 船 及 升 降 式 平 台 船 (4 腿 ~6 腿 ), 詳 如 圖 2~ 圖 26 所 示 然 近 年 來 配 合 船 舶 大 型 化 之 趨 勢, 也 考 量 降 低 海 上 施 工 之 風 險, 已 逐 漸 發 展 成 整 機 吊 裝 之 施 工 方 式, 詳 如 圖 27 所 示 108 No.10 July, 2014 資 料 來 源 : html Deep Offshore Wind Farms - Challenges and Opportunities 圖 26 兔 耳 形 (Bunny ears) 風 機 葉 片 安 裝 施 工 圖 資 料 來 源 : en/products/ cranes/ wind_ turbine_installation cranes 圖 27 整 機 安 裝 施 工 圖 伍 結 論 與 建 議 離 岸 風 力 電 場 之 開 發 在 台 灣 為 首 次 案 例, 雖 然 歐 洲 北 海 已 有 許 多 經 驗 可 資 參 考, 但 由 於 台 灣 地 區 地 域 特 性 與 北 歐 地 區 截 然 不 同, 有 許 多 關 鍵 問, 包 括 施 工 船 機 與 施 工 技 術 等 必 須 借 重 國 外 之 技 術 引 進 與 移 轉, 政 府 單 位 為 順 利 推 動 整 個 離 岸 風 電 替 代 能 源 之 開 發, 已 從 產 官 學 等 三 方 面 同 時 著 手, 希 望 透 過 各 方 面 技 術 整 合, 以 為 台 灣 產 業 帶 來 新 契 機 然 海 上 離 岸 風 機 之 安 裝 施 工 往 往 為 計 畫 成 功 與 否 之 重 要 關 鍵, 其 中 又 以 施 工 船 機 影 響 最 大 依 據 歐 洲 目 前 常 用 於 離 岸 風 電 之 大 型 吊 船, 其 作 業 能 量 包 括 吊 重 1000 噸 吊 高 100 公 尺 以 上 之 最 小 需 求 ; 然 檢 視 目 前 國 內 市 場 上 相 關 船 機 資 料, 得 知 並 無 任 何 類 似 之 船 機 有 如 此 巨 大 之 作 業 能 量, 此 部 分 儼 然 成 為 風 場 開 發 之 瓶 頸 如 欲 解 決 此 問, 基 本 上 可 朝 向 國 外 租 船 或 國 內 自 行 新 建 船 舶 二 種 方 式 來 因 應, 但 依 據 目 前 歐 洲 離 岸 風 場 開 發 之 趨 勢, 未 來 大 型 吊 船 等 施 工 船 機 在 北 海 之 需 求 更 高, 在 市 場 供 需 不 平 衡 之 狀 況 下, 要 由 歐 洲 引 進 離 岸 風 電 用 施 工 船 機 之 可 能 性 不 高, 要 不 然 就 是 必 須 支 付 鉅 額 費 用, 才 能 吸 引 該 船 機 前 來 施 工 因 此, 由 國 內 自 行 新 建 用 吊 船 似 乎 成 為 一 種 可 行 之 方 案, 但 一 艘 完 整 全 功 能 離 岸 風 機 之 施 工 船 機 建 造 費 動 則 三 四 十 億 台 幣, 非 一 般 企 業 所 能 支 應, 且 船 機 之 維 護 費 用 也 相 對

109 高, 必 須 有 足 夠 風 場 之 運 維 工 作 才 能 支 付 這 艘 施 工 船 機 之 維 護 成 本, 故 除 仰 賴 政 府 單 位 之 大 力 支 持 外, 建 議 在 政 策 上 鼓 勵 金 融 機 構 給 予 參 與 離 岸 風 場 開 發 的 廠 商 優 惠 融 資, 以 利 離 岸 風 電 之 替 代 能 源 產 業 得 以 在 台 灣 海 域 成 長 茁 壯 參 考 文 獻 1. DNV Feb DNV-RP-J01 Subsea Power Cables in Shallow Water Renewable Energy Application 2. Emre URAZ, 2011 Offshore Wind Turbine Transportation & Installation Analyses, Planning Optimal Marine Operations for Offshore Wind Projects, Master Thesis, Gotland University.. G.J.W. van Bussel, W.A.A.M. Bierbooms, 200, Analysis of different means of transport in the operation and maintenance strategy for the reference DOWEC offshore wind farm, OWEMES offshore wind energy Seminar, Naples, Italy. 4. Michiel Zaaijer, 2008, Offshore Wind Farm Design Loads, dynamics and structural design, Delft University of Technology. 5. Sanjeev Malhotra, Selection, Design and Construction of Offshore Wind Turbine Foundation. 6. Tetra Tech Ec, Inc., 2010, Port and Infrastructure Analysis for Offshore Wind Energy Development. No.10 July,

110 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關 鍵 詞 : 離 岸 風 力 發 電 電 力 品 質 併 網 系 統 衝 擊 分 析 電 力 潮 流 低 電 壓 持 續 運 轉 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 資 深 協 理 / 黃 郁 文 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 技 術 經 理 / 黃 渡 根 2 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 副 理 / 陳 彥 均 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 正 工 程 師 / 林 俊 傑 4 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 工 程 師 / 丁 肇 勤 No.10 July, 2014

111 摘 要 ABSTRACT 因 應 全 球 氣 候 變 遷 與 環 境 永 續, 舉 世 各 國 無 不 戮 力 推 展 綠 色 能 源, 尤 以 風 力 發 電 與 太 陽 光 電 發 電 等 再 生 能 源, 在 各 國 政 府 政 策 宣 示 及 獎 勵 補 助 等 措 施 的 大 力 推 動 下, 已 為 未 來 趨 勢 台 灣 為 四 面 環 海 之 島 國, 自 有 能 源 匱 乏 另 考 量 全 球 溫 室 效 應, 亦 積 極 推 動 風 力 發 電 等 再 生 能 源 發 展 然 風 力 發 電 系 統 併 網, 受 風 場 變 化 及 設 備 異 常 等 因 素 將 對 既 有 電 網 造 成 電 壓 變 動 電 壓 閃 爍 等 影 響, 致 系 統 不 穩 定 甚 至 影 響 電 力 公 司 及 附 近 用 戶 之 電 力 品 質 本 文 將 針 對 離 岸 風 力 發 電 系 統 併 入 既 有 電 力 系 統 所 造 成 電 壓 變 動 短 路 電 流 等 衝 擊 影 響 進 行 探 討, 並 提 出 範 例 系 統 衝 擊 分 析, 以 供 離 岸 風 力 發 電 系 統 建 置 規 設 參 考 壹 前 言 目 前 國 內 已 開 發 甚 多 陸 域 風 場, 並 逐 步 開 發 離 岸 (offshore) 風 場, 離 岸 風 場 風 力 發 電 機 組 容 量 大, 所 建 置 風 力 發 電 系 統 併 網 後, 對 既 有 電 網 系 統 衝 擊 較 大, 依 據 台 電 公 司 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 [1], 風 力 發 電 系 統 併 網 前 須 作 電 力 系 統 衝 擊 分 析, 項 目 包 括 電 力 潮 流 故 障 電 流 電 壓 變 動 及 閃 爍 暫 態 穩 定 度 功 率 因 數 諧 波 管 制 以 及 低 電 壓 持 續 運 轉 等, 因 輸 配 電 網 日 趨 複 雜, 其 衝 擊 分 析 常 需 藉 助 業 軟 體 根 據 衝 擊 分 析 結 果, 就 系 統 面 與 設 備 面 歸 納 出 各 項 衝 擊 影 響 之 關 鍵 因 子, 然 後 依 據 此 分 析 說 明 風 力 發 電 機 組 電 網 規 劃 設 計 應 考 慮 之 因 素, 以 及 各 項 因 素 與 系 統 衝 擊 之 關 聯 程 度, 並 研 提 電 網 衝 擊 改 善 因 應 對 策 及 各 項 對 策 優 缺 點 與 所 需 配 套 措 施 貳 風 力 發 電 發 展 現 況 世 界 風 能 協 會 ( W o r l d W i n d E n e r g y Association, WWEA) 於 近 期 針 對 截 至 201 年 底 世 界 各 國 風 力 發 電 機 組 總 裝 置 容 量 及 新 增 之 裝 置 容 量 進 行 統 計 [2], 總 容 量 約 18,529 MW, 如 圖 1 所 示, 各 年 度 增 加 裝 置 容 量 如 圖 2 所 示 以 201 年 為 例, 相 較 於 2012 年 之 282,275MW 僅 新 增 5,550 MW, 為 2009 年 至 今 以 來 成 長 幅 度 最 小 之 一 年 (2012 年 為 最 高 44,609 MW) 但 依 據 21 世 紀 可 再 生 能 源 政 策 網 (renewable energy policy network of the 21st century, REN21) 所 發 行 全 球 再 生 能 源 現 況 告 (renewables global status report, REN21)[], 說 明 風 力 發 電 於 再 生 能 源 使 用 比 例 仍 居 上 位, 因 其 在 間 歇 性 能 源 使 用 效 益 高 碳 排 放 量 少, 且 單 位 面 積 之 發 電 量 相 較 於 太 陽 能 高, 因 此 近 期 中 國 對 於 風 力 發 電 之 投 資 日 益 增 加, 更 於 2009 年 一 舉 超 越 美 國 穩 坐 風 能 裝 置 容 量 之 首 趨 國 家, 其 現 階 段 之 裝 置 容 量 高 No.10 July,

112 達 91,24 MW, 如 圖 所 示 [2] 智 利 也 於 今 年 達 到 70 % 成 長 率, 墨 西 哥 為 70 %, 丹 麥 則 為 4 % 預 計 2020 年 總 裝 置 容 量 將 超 越 700,000 MW, 因 此 風 力 發 電 於 全 球 再 生 能 源 產 業 將 是 未 來 發 展 規 劃 設 計 之 主 軸 圖 年 至 201 年 全 球 風 力 發 電 總 裝 置 容 量 [2] 然 因 陸 域 用 地 限 制 及 大 型 風 場 開 發 需 求, 離 岸 風 力 電 場 設 置 已 為 現 行 之 趨 勢, 如 圖 4 所 示 [4] 依 據 201 年 WWEA 指 出 各 國 離 岸 風 力 發 電 之 裝 置 容 量 以 歐 洲 發 展 最 為 蓬 勃, 其 中 以 英 國,65MW 為 最 高, 亞 洲 地 區 則 為 中 國 89MW, 如 圖 5 所 示 [2] 我 國 經 濟 部 能 源 局 則 於 10 月 28 日 舉 辦 風 力 發 電 離 岸 系 統 示 範 獎 勵 案 簽 約 儀 式, 啟 動 我 國 離 岸 風 力 發 電 計 畫, 預 計 民 國 104 年 完 成 4~6 架 示 範 機 組, 並 預 計 於 民 國 109 年 完 成 總 裝 置 容 量 00 MW 以 上 的 示 範 風 場, 估 計 將 可 促 進 達 新 臺 幣 480 億 元 之 產 值 [5] 112 No.10 July, 2014 圖 2 全 球 各 年 度 風 力 發 電 新 增 之 裝 置 容 量 [2] 圖 全 球 前 十 大 風 力 發 電 裝 置 容 量 [2] 參 離 岸 風 力 發 電 系 統 離 岸 風 力 發 電 系 統 之 風 力 機 組 佈 設, 需 考 量 風 場 之 地 形 風 勢 風 向 氣 候 變 化 及 風 力 機 組 之 高 度 直 徑 及 轉 速 等 因 素 風 力 機 組 數 目 愈 多, 輸 出 愈 穩 定, 然 單 機 容 量 佔 總 風 場 容 量 不 宜 過 大, 避 免 單 座 風 力 機 組 失 效 時, 對 電 力 系 統 造 成 嚴 重 衝 擊 惟 以 固 定 總 發 電 容 量 (MW) 而 言, 大 型 風 力 機 組 所 需 海 域 面 積 成 本 較 低, 故 如 何 在 風 力 機 組 容 量 與 安 裝 數 量 兩 者 間 取 得 最 佳 平 衡 點, 是 規 劃 系 統 架 構 中 所 應 考 量 重 要 因 素 之 一 以 苗 栗 離 岸 風 力 案 為 例, 海 上 設 置 0 組 風 力 機 組, 每 部 風 力 機 組 額 定 容 量 為.6MW, 初 期 計 畫 為 2 部 機 組, 全 區 開 發 完 成 後 總 裝 置 容 量 達 108MW(0 部 機 組 ), 系 統 配 置 示 意 如 圖 6 所 示 [6] 風 力 機 組 發 電 後 經 由 塔 架 旁 或 塔 架 內 變 壓 器 升 壓 為 相 線 kv, 經 海 底 電 纜 (submarine

113 power cable) 連 接 至 陸 上 變 電 站, 再 升 壓 至 相 線 69kV 或 161kV 後, 依 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 直 接 併 聯 至 台 電 特 高 壓 (69kV 以 上 ) 電 力 系 統 然 離 岸 風 力 發 電 系 統 架 構, 隨 著 輸 電 海 纜 佈 設 架 構 與 變 電 站 裝 置 於 海 上 或 陸 上 不 同, 整 體 供 電 系 統 架 構 將 隨 之 不 同, 以 下 將 就 各 種 海 纜 佈 設 與 變 電 站 設 置 方 式 彙 整 評 估 比 較 一 海 纜 上 岸 方 式 風 機 與 變 電 站 線 路 連 接 方 式, 於 國 際 離 岸 式 風 機 案 例 可 分 為 二 種 方 案, 方 案 一 : 海 上 另 設 配 電 站 集 中 數 條 電 纜 後, 以 一 條 海 纜 連 接 至 陸 上 變 電 站 ; 方 案 二 : 以 數 條 海 纜 直 接 銜 接 至 陸 上 變 電 站 就 施 工 性 經 濟 性 及 可 靠 度 綜 合 評 估 比 較, 如 表 1 所 示 二 風 機 迴 路 設 置 方 式 風 機 間 海 纜 路 徑 集 電 線 路 (array cable) 係 由 中 高 壓 海 底 電 纜 所 構 成, 而 纜 線 佈 設 方 式 將 影 響 風 力 電 場 建 設 成 本 現 階 段 國 際 工 程 案 例 中 Position 201 圖 4 離 岸 風 力 電 場 設 置 示 意 圖 [4] Country Total Offshore Capacity 201 [MW] Added Offshore Capacity 201 [MW] Total Offshore Capacity 2012 [MW] Total Offshore Capacity 2011 [MW] Total Offshore Capacity 2010 [MW] Total Offshore Capacity 2009 [MW] 1 United kingdom, , , , Denmark 1, Germany Belgium China Netherlands Sweden Finland Japan Ireland Spain Korea Norway Portugal Total 7,67.8 1, ,426.1,522.,102. 1,955.9 圖 5 各 國 離 岸 風 力 發 電 裝 置 容 量 [2] 圖 6 離 岸 風 力 發 電 系 統 配 置 示 意 圖 [6] No.10 July,

114 海 上 風 力 電 場 內 部 集 電 線 路 常 見 佈 設 方 式 概 分 為 放 射 形 複 合 環 形 等 迴 路 形 式 [7], 其 佈 設 方 式 投 資 成 本 故 障 成 本 可 靠 性 等 評 估 比 較, 如 表 2 所 示 複 合 環 形 佈 設 方 式 可 以 提 高 餘 裕 度, 然 電 力 開 關 系 統 操 作 較 為 複 雜, 且 因 連 接 風 機 數 量 加 倍, 故 海 底 電 纜 額 定 功 率 亦 需 增 加, 於 海 底 電 纜 製 造 和 施 工 費 用 較 為 昂 貴, 並 將 增 加 線 路 與 開 關 投 資, 若 以 目 前 國 內 平 均 收 購 電 價 來 評 估, 所 增 加 之 發 電 效 益 無 法 彌 補 海 纜 增 加 之 投 資, 因 此, 風 力 電 場 海 纜 佈 設 路 徑 仍 採 用 放 射 形 連 接 方 式 較 為 普 遍 三 自 設 變 電 站 設 置 方 式 電 網 之 配 置 必 需 考 量 電 纜 長 度 及 輸 電 容 量, 以 避 免 造 成 過 多 充 電 電 流 電 力 損 失 及 佈 纜 成 本 增 加 目 前 國 外 已 有 學 者 提 出 直 流 (direct current, DC) 輸 電 方 式, 包 括 風 力 機 本 身 AC(alternative current, AC)/DC 轉 換 變 電 站 DC/ AC 轉 換, 雖 然 初 期 建 置 成 本 較 高, 但 對 於 長 期 營 運 成 本 而 言, 其 仍 有 其 採 用 價 值, 且 現 今 電 子 科 技 在 半 體 及 AC/DC 轉 換 器 之 電 壓 及 容 量 方 面 進 步 快 速, 成 本 及 可 靠 性 應 有 其 競 爭 性 不 論 是 AC 或 DC 系 統, 均 需 藉 變 電 站 來 達 成 電 力 系 統 輸 送 表 1 海 纜 上 岸 方 式 案 例 評 估 比 較 案 例 方 案 一 方 案 二 項 目 各 風 機 分 別 連 接 至 海 上 配 電 站, 再 以 一 條 海 纜 系 統 架 構 風 機 以 數 條 海 纜 串 接 銜 接 至 陸 上 變 電 站 連 接 至 陸 上 變 電 站 施 工 性 需 設 置 海 上 配 電 站 以 匯 集 風 機 電 力, 再 輸 送 至 無 需 設 置 海 上 配 電 站 陸 上 變 電 站 經 濟 性 ( 成 本 ) 120% 100% 可 靠 度 配 電 站 至 陸 上 變 電 站 海 纜 若 發 生 事 故, 將 中 斷 風 機 以 數 條 海 纜 串 接, 若 發 生 事 故 時 仍 可 保 持 電 力 輸 出, 可 靠 度 低 部 分 風 機 正 常 送 電, 可 靠 度 高 表 2 海 纜 路 徑 集 電 線 路 比 較 表 迴 路 型 式 放 射 形 佈 設 複 合 環 形 佈 設 系 統 電 網 連 接 示 意 圖 [7] 初 期 投 資 成 本 低 高 故 障 機 會 成 本 稍 高 低 可 靠 性 低 高 裕 度 低 高 114 No.10 July, 2014

115 常 見 自 設 變 電 站 型 式 可 分 為 海 上 與 陸 上 變 電 站 二 種 方 式, 若 風 場 距 離 自 設 變 電 站 位 置 過 遠 ( 約 15km 以 上 ), 長 距 離 輸 電 線 傳 輸 將 產 生 電 容 效 應 而 造 成 損 失 並 降 低 送 電 容 量, 為 避 免 此 損 失 需 設 置 海 上 變 電 站 若 風 場 位 置 於 海 岸 線 外 鄰 近 處, 因 短 距 離 輸 電 線 路 電 容 效 應 損 失 較 小, 則 不 需 設 置 海 上 變 電 站, 僅 設 置 陸 上 變 電 站 即 可 海 上 與 陸 上 變 電 站 以 設 置 費 用 施 工 難 易 度 及 維 修 便 利 等 因 素, 分 析 比 較 結 果 如 表 所 示 肆 離 岸 風 力 發 電 系 統 併 網 範 例 系 統 衝 擊 分 析 研 討 風 力 屬 間 歇 性 能 源, 其 輸 出 發 電 量 易 受 環 境 因 素 影 響 而 變 動, 併 入 系 統 時 將 對 既 設 電 力 系 統 之 電 壓 變 動 故 障 電 流 電 力 逆 送 及 諧 波 等 造 成 衝 擊, 因 此 進 行 離 岸 風 力 發 電 系 統 規 劃 時, 需 執 行 系 統 模 擬 分 析 以 確 認 符 合 經 濟 部 發 布 之 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 規 範 要 求 表 海 上 或 陸 上 自 設 變 電 站 差 異 分 析 項 目 海 上 變 電 站 陸 上 變 電 站 變 電 站 實 景 設 置 費 用 10% 100% 施 工 性 需 設 置 海 上 平 台 建 物, 海 域 施 工 技 術 層 面 高 與 一 般 地 面 建 物 相 同 維 修 性 變 電 設 備 維 修 需 考 慮 船 運 或 其 他 方 式 維 修 便 利 圖 7 範 例 系 統 之 架 構 單 線 圖 No.10 July,

116 表 4 範 例 系 統 風 機 併 接 點 資 料 項 目 風 場 併 接 點 資 料 資 料 數 據 1 額 定 電 壓 22.8 kv 2 額 定 視 在 功 率 4.6 MVA 最 大 三 相 故 障 電 流 8.5 ka 4 最 大 三 相 短 路 容 量 6.8 MVA 5 電 網 電 抗 / 電 阻 比 值 X/R 電 網 阻 抗 角 ψk 84. 度 7 最 小 三 相 故 障 電 流 8.49 ka 8 最 小 三 相 短 路 容 量 5. MVA 9 電 網 電 抗 / 電 阻 比 值 X/R 電 網 阻 抗 角 ψk 84.1 度 11 斷 路 器 額 定 電 流 600 A 12 斷 路 器 額 定 啟 斷 電 流 12 ka 表 5 範 例 系 統 風 機 基 本 資 料 項 目 風 機 基 本 資 料 資 料 數 據 1 廠 牌 型 號 SIEMENS SWT 發 電 機 種 類 asynchronous 數 量 n 2 部 4 額 定 功 率 PnG,600 kw 5 一 分 鐘 平 均 視 在 功 率 係 數 P1min 十 分 鐘 平 均 視 在 功 率 係 數 P10min 功 率 因 數 ( 於 最 大 功 率 ) λ 功 率 角 0 度 9 額 定 電 壓 690 V 10 風 場 於 風 機 機 艙 高 度 之 平 均 風 速 va 8.5 m/s 11 連 續 運 轉 於 ψk=85 度 及 va=8.5m/s 之 電 壓 閃 爍 係 數 Ci(ψk, va) 起 動 於 額 定 風 速 及 ψk=85 度 之 電 壓 變 動 因 數 ku(ψk) 0.16 表 6 系 統 衝 擊 檢 討 項 目 表 電 力 故 障 項 目 潮 流 電 流 特 高 壓 系 統 (69kV 以 上 ) 電 壓 變 動 及 閃 爍 暫 態 穩 定 度 適 用 於 併 接 161kV 且 其 責 任 分 界 點 所 歸 屬 之 變 電 站 匯 流 排 合 計 發 電 設 備 之 容 量 在 100MW 以 上 者 功 率 因 數 諧 波 管 制 低 電 壓 持 續 運 轉 (LVRT) ( 註 ) 配 電 系 統 (22.8kV 以 下 ) ( 適 用 於 離 島 及 獨 立 地 區 之 高 壓 系 統 ) 離 島 及 獨 立 地 區 之 高 壓 系 統, 應 符 合 該 地 區 之 要 求 個 案 檢 討 - 註 : 低 電 壓 持 續 運 轉 (low voltage ride through, LVRT) 目 前 僅 檢 討 併 接 於 特 高 壓 系 統 之 風 力 發 電 設 備 116 No.10 July, 2014

117 以 下 將 以 目 前 本 公 司 所 執 行 之 計 畫 為 範 例 系 統, 作 併 網 衝 擊 分 析 範 例 系 統 架 構 單 線 圖 如 圖 7 所 示, 進 行 離 岸 風 力 發 電 系 統 衝 擊 分 析 前, 需 先 取 得 風 場 併 接 點 及 風 力 機 組 基 本 資 料, 如 表 4 及 表 5 所 示 範 例 風 場 內 設 有 2 部 風 力 發 電 機 組, 裝 置 容 量 共 為 7.2MW 風 力 發 電 機 組 併 接 於 22.8kV 高 壓 系 統, 其 併 接 點 負 載 為 4.6MVA, 功 率 因 數 為 0.9 範 例 風 機 系 統 併 接 於 22.8kV 高 壓 系 統, 其 系 統 衝 擊 分 析 項 目 與 方 法 需 依 台 電 第 一 型 及 第 二 型 再 生 能 源 發 電 設 備 併 聯 作 業 須 知 [8] 辦 理, 其 電 力 系 統 衝 擊 分 析 檢 討 項 目 如 表 6 第 二 列 所 示 一 電 力 潮 流 逆 送 電 力 容 量 為 MW, 為 主 變 壓 器 額 定 容 量 之 10%, 符 合 規 定 要 求 二 故 障 電 流 依 據 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 第 七 條 第 一 項 第 一 款 規 定 : 發 電 機 組 送 至 台 電 公 司 系 統 之 故 障 電 流, 不 得 造 成 台 電 公 司 及 其 他 用 戶 斷 路 器 之 啟 斷 容 量 不 足, 否 則 應 裝 置 限 流 電 抗 器, 或 負 擔 因 此 而 更 換 之 斷 路 器 費 用 與 高 壓 系 統 併 聯 者, 其 發 電 機 組 加 入 後, 系 統 三 相 短 路 電 流 應 小 於 10kA 故 障 電 流 模 擬 結 果 如 圖 9 所 示, 三 相 短 路 電 流 為 8.8kA, 符 合 規 定 要 求 範 例 風 力 發 電 系 統 併 接 於 22.8kV 高 壓 系 統 因 非 屬 離 島 及 獨 立 地 區, 依 據 表 6 系 統 衝 擊 檢 討 項 目 表 無 需 檢 討 電 力 潮 流, 意 即 無 需 檢 討 輸 電 系 統 之 線 路 載 流 量 及 主 變 壓 器 過 載 情 形 另 外, 依 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 第 三 條 第 五 項 第 一 款 規 定, 再 生 能 源 併 接 於 高 壓 系 統, 其 允 許 逆 送 至 特 高 壓 系 統 之 總 計 最 大 電 力 容 量 以 不 超 過 併 接 於 主 變 壓 器 額 定 容 量 之 0% 電 力 潮 流 模 擬 結 果 如 圖 8 所 示, 最 大 圖 9 範 例 系 統 故 障 電 流 模 擬 結 果 三 電 壓 變 動 及 閃 爍 ( 一 ) 電 壓 變 動 圖 8 範 例 系 統 電 力 潮 流 模 擬 結 果 電 壓 變 動 分 析 主 要 是 在 檢 討 再 生 能 源 發 電 設 備 併 接 時, 對 輸 配 電 系 統 電 壓 的 影 No.10 July,

118 表 7 電 壓 變 動 率 計 算 結 果 一 分 鐘 平 均 視 在 功 率 MVA 穩 態 電 壓 變 動 率 併 / 解 聯 瞬 間 電 壓 變 動 率 響 情 況 電 壓 變 動 分 析 係 依 據 風 機 基 本 資 料, 如 表 5 所 示, 計 算 穩 態 電 壓 變 動 率 及 併 / 解 聯 瞬 間 電 壓 變 動 率, 在 穩 態 電 壓 變 動 分 析 方 面, 其 分 析 方 法 係 先 利 用 公 式 (1)[9] 計 算 出 風 場 併 接 點 之 一 分 鐘 平 均 視 在 功 率, 接 著 再 利 用 公 式 (2)[9] 計 算 出 穩 態 電 壓 變 動 率, 公 式 (2) 之 計 算 結 果 需 符 合 台 電 之 2.5 % 規 定 在 併 / 解 聯 瞬 間 電 壓 變 動 分 析 方 面, 風 力 發 電 機 組 於 額 定 風 速 時 併 / 解 聯 至 系 統 所 引 起 之 電 壓 變 動 幅 度 為 最 高, 可 利 用 公 式 ()[9] 計 算 之, 公 式 () 之 計 算 結 果 需 符 合 台 電 之 2.5 % 規 定 計 算 結 果 如 表 7 所 示, 穩 態 電 壓 變 動 率 為 0.222%, 併 / 解 聯 瞬 間 電 壓 變 動 率 為 0.172%, 均 符 合 2.5 % 規 定 (1) 其 中 : 風 場 併 接 點 最 小 短 路 容 量 : 風 場 併 接 點 電 網 阻 抗 角 : 風 力 發 電 機 組 功 率 角 () 其 中 ( ): 起 動 於 額 定 風 速 電 壓 變 動 因 數 : 一 部 風 力 發 電 機 組 額 定 有 效 功 率 : 風 場 併 接 點 最 小 短 路 容 量 : 風 力 發 電 機 組 功 率 因 數 118 No.10 July, 2014 其 中 : 風 場 一 分 鐘 平 均 視 在 功 率 : 一 部 風 力 發 電 機 組 額 定 有 效 功 率 : 一 分 鐘 最 大 相 對 有 效 功 率 : 風 力 發 電 機 組 數 目 : 風 力 發 電 機 組 功 率 因 數 (2) ( 二 ) 電 壓 閃 爍 依 據 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 第 七 條 第 二 項 第 一 款 規 定 : 發 電 設 備 併 接 於 台 電 公 司 系 統 造 成 責 任 分 界 點 電 壓 變 動 率, 加 計 同 一 變 電 站 或 同 一 變 壓 器 已 核 准 併 網 電 源 之 影 響, 不 含 系 統 背 景 值 應 維 持 高 低 各 2.5 % 以 內 另 外, 台 電 電 壓 閃 爍 管 制 要 點 [10] 第 九 條 規 定 : 負 載 變 動 次 數 每 秒 鐘 1~ 次,ΔVmax 須 在 0.8% 以 下 其 分 析 方 法 係 先 利 用 公 式 (4) 計 算 出 風 力 發 電 機 組 之 長 期 電 壓 閃 爍 值, 接 著 再 利 用 公 式 (5) 計 算 出 電 壓 閃 爍 最 大 值

119 ΔVmax, 計 算 結 果 如 表 8 所 示, 最 大 電 壓 閃 爍 值 為 0.020%, 符 合 規 定 要 求 (4) 其 中 ( ): 年 平 均 風 速 情 況 下 閃 爍 係 數 (5) 表 8 電 壓 閃 爍 計 算 結 果 長 期 電 壓 閃 爍 值 最 大 電 壓 閃 爍 率 ( 三 ) 暫 態 穩 定 度 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 第 七 條 第 三 項 規 定 : 併 接 161 kv 以 上 特 高 壓 系 統, 其 責 任 分 界 點 所 歸 屬 之 變 電 站 匯 流 排 合 計 發 電 設 備 容 量 在 100 MW 以 上 者, 不 得 使 台 電 公 司 系 統 之 暫 態 穩 定 度 降 至 規 定 值 以 下 (45 kv 系 統 三 相 故 障 臨 界 清 除 時 間 以 4.5 週 波 為 標 準 ;161 kv 系 統 三 相 故 障 臨 界 清 除 時 間 以 12 週 波 為 標 準, 若 8 至 12 週 波 應 採 用 兩 套 全 線 段 快 速 主 保 護 電 驛 ); 離 島 地 區 為 獨 立 供 電 系 統, 併 接 於 離 島 獨 立 高 壓 系 統 者, 其 系 統 穩 定 度 應 符 合 該 地 區 之 要 求 個 案 檢 討 範 例 風 力 發 電 系 統 裝 置 容 量 僅 為 7.2 MW, 小 於 100 MW, 故 不 需 執 行 暫 態 穩 定 度 分 析 五 功 率 因 數 依 據 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 第 七 條 第 六 項 第 一 款 規 定 : 併 接 於 特 高 壓 系 統 以 上 之 再 生 能 源 發 電 系 統, 責 任 分 界 點 應 具 備 功 率 因 數 調 整 能 力 : 非 風 力 發 電 機 組 之 功 率 因 數 應 具 有 90 % 滯 後 至 95 % 超 前 運 轉 能 力 風 力 發 電 設 備 於 責 任 分 界 點 功 率 因 數 具 有 96 % 滯 後 至 98 % 超 前 運 轉 能 力, 並 配 合 台 電 公 司 季 節 性 負 載 特 性 調 整 設 定 另 外, 第 二 款 規 定 : 併 接 於 高 壓 以 下 之 發 電 廠, 責 任 分 界 點 運 轉 原 則 : 不 論 日 間 或 深 夜 例 假 日 國 定 假 日 及 春 節 ( 除 夕 至 元 宵 ) 等 期 間, 得 維 持 在 100 % 範 例 系 統 使 用 之 風 力 發 電 機 為 Siemens SWT , 其 功 率 因 數 均 可 在 0.9 滯 後 至 0.9 超 前 之 間 依 需 要 調 整, 以 補 償 風 場 內 所 需 之 無 效 功 率, 故 在 責 任 分 界 點 ( 併 接 點 ) 上 能 符 合 規 定 六 諧 波 管 制 依 據 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 第 七 條 第 七 項 規 定 : 諧 波 污 染 限 制 應 依 台 電 公 司 電 力 系 統 諧 波 管 制 暫 行 標 準 規 定 辦 理 [11], 併 接 點 在,00 伏 特 以 下 系 統 比 照,00 伏 特 至 22,800 伏 特 系 統 標 準 辦 理 表 9 為 台 電 電 力 系 統 諧 波 管 制 暫 行 標 準 中 有 關 各 次 諧 波 電 流 失 真 率 之 管 制 標 準 範 例 系 統 屬 自 備 發 電 用 戶, 故 有 關 諧 波 之 限 制 根 據 台 電 電 力 系 統 諧 波 管 制 暫 行 標 準 之 規 定, 必 須 採 用 表 9 中 Isc/IL < 20 之 限 制 值 表 10 為 範 例 系 統 機 型 風 力 發 電 機 組 之 諧 波 電 流 測 試 值 及 台 電 之 諧 波 電 流 限 制 值 根 據 表 10 之 資 料 以 及 公 式 (6) 計 算 出 總 諧 波 失 真 率 為 2.61% 由 表 中 資 料 可 知, 範 例 風 場 各 次 諧 波 失 真 率 及 總 諧 波 失 真 率 皆 小 於 限 制 值, 故 符 合 規 定 (6) 其 中 : 基 頻 電 流 值 : 第 次 諧 波 電 流 值 No.10 July,

120 表 9 台 電 諧 波 電 流 失 真 率 標 準 Isc /IL 各 奇 數 級 諧 波 之 限 制 值 h<11 11 h<17 17 h<2 2 h<5 5 h THD(%) 20 以 下 ~ ~ ~ 以 上 註 : 1. 本 標 準 適 用 於 kv 系 統 2. 偶 次 諧 波 為 上 述 限 制 值 之 25 %. 對 於 4.5 V-161 kv 系 統 為 上 述 限 制 值 之 50 % 4. 自 備 發 電 設 備 之 用 戶 一 律 採 用 Isc/IL 小 於 20 之 限 制 值 5. 表 中 Isc 為 用 戶 責 任 點 之 短 路 電 流 值 IL 為 對 既 設 用 戶 取 12 個 月 最 大 負 載 電 流 平 均 值 ; 新 設 或 增 設 用 戶 則 取 主 變 額 定 電 流 值 表 10 範 例 系 統 風 力 發 電 機 組 之 各 次 諧 波 電 流 值 諧 波 次 數 諧 波 電 流 (% of In) 台 電 之 諧 波 電 流 限 制 值 (% of In) 是 否 超 過 限 制 標 準 諧 波 次 數 諧 波 電 流 (% of In) 台 電 之 諧 波 電 流 限 制 值 (% of In) 是 否 超 過 限 制 標 準 2 nd 否 20 th 否 rd 否 21 st 否 4 th 否 22 nd 否 5 th 否 2 rd 否 6 th 否 24 th 否 7 th 否 25 th 否 120 No.10 July, th 否 26 th 否 9 th 否 27 th 否 10 th 否 28 th 否 11 th 否 29 th 否 12 th 否 0 th 否 1 th 否 1 st 否 14 th 否 2 nd 否 15 th 否 rd 否 16 th 否 4 th 否 17 th 否 5 th 否 18 th 否 ITHD 否 19 th 否

121 七 低 電 壓 持 續 運 轉 低 電 壓 持 續 運 轉 (low voltage ride through, LVRT) 係 指 在 風 力 發 電 機 組 於 併 接 點 電 壓 降 低 時, 該 風 力 發 電 機 組 能 夠 持 續 併 網 不 解 聯, 直 到 電 網 電 壓 恢 復 正 常 依 據 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 規 定, 當 電 力 系 統 發 生 故 障 造 成 責 任 分 界 點 電 壓 驟 降 時, 風 力 發 電 設 備 必 須 能 夠 持 續 運 轉, 符 合 下 列 三 點 要 求, 台 電 LVRT 規 定 如 圖 10 所 示 範 例 風 力 發 電 系 統 併 接 於 22.8 kv 高 壓 系 統, 依 表 6 所 示 檢 討 項 目, 無 需 檢 討 低 電 壓 持 續 運 轉 ( 一 ) 發 電 設 備 於 責 任 分 界 點 電 壓 自 低 電 壓 開 始 時 間 (0.0 秒 ) 降 低 至 額 定 電 壓 百 分 之 十 五 時, 應 持 續 運 轉 至 少 0.5 秒 以 上 ( 二 ) 發 電 設 備 於 責 任 分 界 點 電 壓 恢 復 至 額 定 電 壓 百 分 之 九 十 以 上 時, 應 持 續 運 轉 ( 三 ) 風 力 發 電 設 備 於 責 任 分 界 點 電 壓 高 於 圖 10 之 實 線, 風 力 發 電 設 備 應 持 續 運 轉 伍 結 語 國 外 之 風 力 發 電 設 備 標 準 併 網 法 規 與 裝 置 規 則 等 日 益 完 備, 尤 其 是 在 標 準 方 面,IEC EN IEEE UL 及 ASTM 等 早 已 為 業 界 所 熟 知 並 遵 守 相 對 於 國 外, 國 內 起 步 較 晚, 相 關 標 準 較 少 但 近 幾 年 在 產 官 學 戮 力 積 極 合 作 下 也 已 急 起 直 追, 訂 定 部 分 CNS 國 家 標 準 供 業 界 參 考 與 遵 循 併 網 規 設 主 要 在 瞭 解 台 電 之 併 網 審 查 方 式 依 據 與 原 則, 然 後 針 對 風 力 發 電 對 輸 配 電 網 之 衝 擊 影 響 進 行 分 析 與 探 討 台 電 所 訂 立 新 的 系 統 衝 擊 審 查 辦 法, 第 一 與 第 二 類 型 之 再 生 能 源 發 電 設 備 適 用 500 kw 以 上 之 系 統 衝 擊 審 查 辦 法, 審 查 項 目 包 括 電 力 潮 流 故 障 電 流 電 壓 變 動 及 閃 爍 暫 態 穩 定 度 功 率 因 數 諧 波 管 制 與 低 電 壓 持 續 運 轉 等 數 項 ; 第 三 類 型 之 再 生 能 源 發 電 設 備 適 用 500 kw 以 下 之 系 統 衝 擊 審 查 辦 法, 審 查 項 目 包 括 穩 態 電 壓 變 動 故 障 電 流 諧 波 電 流 各 相 間 不 平 衡 容 量 直 流 成 分 與 單 獨 運 轉 檢 出 等 數 項 各 項 系 統 衝 擊 分 析 結 果 不 得 逾 越 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 以 及 其 他 相 關 辦 法 之 規 定, 否 則 無 法 獲 得 併 聯 同 意 許 可 圖 10 風 力 發 電 設 備 低 電 壓 持 續 運 轉 規 定 No.10 July,

122 隨 著 科 技 的 進 步, 風 力 發 電 機 組 之 裝 置 容 量 越 來 越 大, 對 於 既 有 電 網 之 衝 擊 也 越 來 越 大, 目 前 可 運 用 相 關 模 擬 軟 體 如 ETAP PSS/E WAsP 等 作 併 網 衝 擊 分 析, 並 檢 討 調 整 風 場 電 力 系 統 架 構, 使 其 對 既 有 電 網 之 衝 擊 能 降 至 合 格 範 圍 內, 以 確 保 整 體 電 網 安 全 性 及 提 升 供 電 品 質 參 考 文 獻 1. 台 灣 電 力 公 司, 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點,2009 年 12 月 2. WWEA, 網 址 : REN21, REN21 renewables global status report. 4. OffshoreWIND.biz, 網 址 : offshorewind.biz/201/09/09/the-netherlandsoffshore-wind-turbines-better-with-hydraulicpumps 5. 經 濟 部 能 源 局, 網 址 : gov.tw 6. 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司, 海 洋 風 力 發 電 離 岸 系 統 計 畫 簡 資 料,201 年 4 月 7. 中 國 電 力 系 統 自 動 化 期 刊, 第 卷 第 11 期, 海 上 风 电 场 内 部 电 气 系 统 布 局 经 济 性 对 比,2009 年 6 月 8. 台 灣 電 力 公 司, 第 一 型 及 第 二 型 再 生 能 源 發 電 設 備 併 聯 作 業 須 知,2012 年 10 月 9. 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司, 太 陽 光 電 風 力 發 電 及 電 動 車 充 電 站 併 入 電 力 系 統 之 衝 擊 因 應 研 發 計 畫 期 末 告, 2012 年 11 月 10. 台 灣 電 力 公 司, 電 壓 閃 爍 管 制 要 點, 2006 年 10 月 11. 台 灣 電 力 公 司, 電 力 系 統 諧 波 管 制 暫 行 標 準,199 年 6 月 122 No.10 July, 2014

123 No.10 July,

124 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關 鍵 詞 : 分 散 型 發 電 設 備 併 網 孤 島 運 轉 解 聯 低 電 壓 持 續 運 轉 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 資 深 協 理 / 黃 郁 文 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 經 理 / 黃 渡 根 2 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 副 理 / 陳 彥 均 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 工 程 師 / 彭 兆 川 4 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 電 機 工 程 部 / 工 程 師 / 楊 凱 平 No.10 July, 2014

125 摘 要 ABSTRACT 在 全 球 倡 節 能 減 碳 下, 再 生 能 源 開 發 規 模 與 日 俱 增, 尤 以 太 陽 能 及 風 力 發 電 已 蔚 為 世 界 共 識 與 潮 流 大 自 然 界 之 日 照 及 風 速 並 不 穩 定, 其 產 生 電 力 併 入 既 設 電 力 系 統, 將 對 既 有 電 力 系 統 造 成 衝 擊 與 影 響, 因 此 國 內 外 對 再 生 能 源 發 電 系 統 併 網 均 有 相 關 規 範 與 要 求 本 文 將 針 對 國 內 外 再 生 能 源 發 電 系 統 併 入 既 有 電 力 系 統 之 相 關 規 範 綜 整 比 較, 並 就 規 劃 設 計 需 考 量 因 素 與 可 能 發 生 問 之 因 應 對 策 探 討, 提 供 再 生 能 源 發 電 系 統 建 置 者 規 設 參 考, 以 確 保 電 力 系 統 品 質 壹 前 言 台 灣 為 四 面 環 海 之 島 國, 自 有 之 能 源 匱 乏,97.8% 皆 須 依 賴 進 口, 尤 對 石 化 能 源 依 賴 性 高, 於 獨 立 能 源 供 應 體 系 下, 欠 缺 有 效 之 備 援, 致 使 能 源 使 用 量 及 安 全 度 頗 受 關 注 另 考 量 溫 室 效 應 問 及 未 來 能 源 政 策, 首 重 能 源 安 全 兼 顧 經 濟 發 展 與 環 境 保 護, 減 少 對 石 化 能 源 依 賴, 發 展 再 生 能 源 將 為 我 國 能 源 發 展 重 點 項 目 [1] 然 再 生 能 源 發 電 屬 間 歇 性 不 穩 定 發 電 系 統, 併 入 既 有 電 網 將 對 系 統 電 壓 頻 率 等 造 成 影 響, 甚 或 致 系 統 不 穩 定 影 響 電 力 公 司 及 鄰 近 用 戶 用 電 品 質, 故 瞭 解 國 內 外 規 範 與 考 量 併 聯 可 能 產 生 之 課, 並 研 擬 因 應 對 策, 刻 不 容 緩 貳 電 力 系 統 併 網 相 關 國 內 外 法 規 以 我 國 地 理 自 然 環 境 等 因 素, 目 前 發 展 最 多 之 再 生 能 源 發 電 系 統 為 太 陽 光 電 發 電 與 風 力 發 電 系 統 再 生 能 源 發 電 非 屬 穩 定 系 統, 併 入 既 設 電 力 系 統, 亦 將 改 變 原 既 設 電 力 系 統 饋 電 線 路 之 電 力 潮 流 另 因 新 增 再 生 能 源 發 電 設 備 亦 使 既 有 輸 配 電 線 路 之 壓 降 系 統 短 路 容 量 故 障 電 流 孤 島 運 轉 (islanding operation) 時 ( 與 原 電 力 系 統 解 聯 之 狀 況 ) 人 員 設 備 保 護 系 統 頻 率 與 電 力 品 質 等 均 產 生 影 響 故 各 國 與 各 電 力 公 司 均 會 依 照 其 電 力 系 統 架 構 運 轉 情 況 及 承 受 衝 擊 能 力 等 因 素, 訂 定 相 關 併 網 技 術 規 範, 供 併 網 電 業 者 遵 循, 以 確 保 雙 方 系 統 穩 定 及 安 全 綜 整 國 內 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 網 技 術 要 點 與 國 外 主 要 併 網 規 範, 如 表 1 所 示 No.10 July,

126 表 1 國 內 外 再 生 能 源 發 電 系 統 之 相 關 併 網 規 範 國 家 規 範 名 稱 中 華 民 國 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 美 國 1. IEEE Std. 1547, Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems 2. California Energy Commission (CEC), California Electric Rule 21 加 拿 大 德 國 Halton Hills Hydro, Guidelines for Applicants Connecting Distributed Generation E.ON Netz GmbH, Grid Connection Regulations for High and Extra High Voltage 一 最 大 併 網 容 量 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 詳 訂 再 生 能 源 發 電 系 統 併 網 容 量 的 規 定, 其 中 規 定 發 電 設 備 容 量 未 滿 100kW 者 得 併 接 在 低 壓 單 相 三 線 110V/220V 或 三 相 三 線 220V 或 三 相 四 線 220/80V 配 電 系 統 上 ; 裝 置 容 量 介 於 100 kw 至 500 kw 者 得 併 接 在 三 相 四 線 220/80V 配 電 系 統 ; 裝 置 容 量 在 100kW 至 10MW 者 得 併 接 在 11.4kV 配 電 系 統 ; 裝 置 容 量 於 10MW 至 20MW 間 者 得 併 接 在 22.8kV 配 電 系 統 上 ; 裝 置 容 量 超 過 20MW 者 得 併 接 在 特 高 壓 系 統 上, 其 併 聯 之 電 壓 依 個 案 檢 討 決 定 [2] 美 國 IEEE Std 在 限 制 條 件 中, 規 定 分 散 型 發 電 (distributed generation, DG) 設 備 併 入 之 容 量 不 可 超 過 10MVA[] 另 外,CEC 的 California Electric Rule 21 規 定 所 有 分 散 型 發 電 設 備 之 總 容 量 不 可 超 過 該 併 接 線 路 尖 峰 負 載 量 之 15%, 且 20kW 以 上 者 則 須 併 接 至 三 相 配 電 系 統 [4] 加 拿 大 Halton Hills Hydro 如 同 台 電 亦 依 照 電 壓 等 級 分 類, 其 規 定 併 接 於 4.16/2.4kV 配 電 系 統 之 發 電 設 備 最 大 併 網 量 需 介 於 500kW 至 1MW; 併 接 於 8.2/4.8kV 者 最 大 併 網 量 需 介 於 500kW 至 MW 間 ; 併 接 於 27.6/16kV 者 最 大 併 網 容 量 需 介 於 1MW 至 10MW 間 ; 併 接 於 44kV 者 最 大 併 網 容 量 需 介 於 5MW 至 10MW 間 德 國 則 並 未 提 出 最 大 併 網 之 限 制 國 內 外 三 相 配 電 系 統 容 許 之 再 生 能 源 發 電 系 統 併 網 容 量 規 定, 彙 整 如 表 2 所 示 126 No.10 July, 2014 表 2 國 內 外 分 散 型 發 電 設 備 在 三 相 配 電 系 統 之 最 大 併 網 容 量 規 範 [] 國 家 機 構 系 統 電 壓 等 級 最 大 併 網 容 量 限 制 中 華 民 國 台 電 110V/220V/80V 小 於 100kW 220/80V 100kW 以 上 且 未 滿 500kW 11.4kV 100kW 以 上 且 未 滿 10MW 22.8kV 10MW 以 上 且 未 滿 20MW 特 高 壓 系 統 超 過 20MW 美 國 IEEE Std 小 於 10MVA California Electric Rule 21 不 可 超 過 該 併 接 線 路 尖 峰 負 載 量 之 15% 加 拿 大 Halton Hills Hydro 4.16/2.4kV 500kW 至 1MW 8.2/4.8kV 500kW 至 MW 27.6/16kV 1MW 至 10MW 44kV 5MW 至 10MW 德 國 E.ON Netz GmbH - -

127 二 電 壓 變 動 三 頻 率 變 動 電 壓 變 動 屬 於 電 力 品 質 的 一 環, 輸 配 電 線 路 電 壓 變 動 過 大 將 損 及 沿 線 用 戶 用 電 之 安 全, 因 此, 再 生 能 源 發 電 系 統 與 輸 配 電 系 統 併 聯 運 轉 所 造 成 之 電 壓 變 動 需 加 以 規 範, 以 確 保 整 體 電 力 系 統 之 安 全 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 中 規 定, 再 生 能 源 發 電 系 統 併 接 於 台 電 公 司 系 統 造 成 責 任 分 界 點 (point of common coupling, PCC) 電 壓 變 動 率, 加 計 同 一 變 電 所 或 同 一 變 壓 器 已 核 准 併 網 電 源 之 影 響, 不 含 系 統 背 景 值 應 維 持 高 低 各 2.5% 以 內 [2] 國 外 方 面,IEEE Std 規 定 分 散 型 電 源 併 接 於 區 域 電 力 系 統 時, 不 可 使 其 耦 合 點 之 電 壓 波 動 幅 度 超 過 ±5%, 且 定 義 其 電 壓 範 圍 下 之 清 除 時 間 [], 如 表 所 示 E.ON Netz GmbH 之 規 範 訂 定 運 轉 電 壓 若 低 於 標 稱 電 壓 值 之 85% 時, 必 須 與 系 統 解 聯 [6] 頻 率 變 動 亦 屬 於 電 力 品 質 的 一 環, 輸 配 電 系 統 之 頻 率 偏 離 其 標 稱 頻 率 過 大 時 表 示 系 統 已 出 狀 況, 不 宜 再 讓 發 電 設 備 與 之 併 聯 運 轉 因 此, 再 生 能 源 發 電 系 統 須 於 規 定 時 間 內 與 輸 配 電 系 統 解 聯, 以 確 保 雙 方 系 統 之 安 全 此 限 定 再 生 能 源 發 電 系 統 與 所 併 接 之 輸 配 電 系 統 解 聯 之 規 定 時 間 即 稱 為 清 除 時 間 (clearing time) 或 跳 脫 時 間 (trip time) 國 內 外 電 力 系 統 頻 率 變 動 限 制 與 清 除 時 間 規 範, 如 表 4 所 示 四 短 路 電 流 輸 配 電 系 統 發 生 短 路 故 障 時, 與 之 併 聯 運 轉 的 再 生 能 源 發 電 系 統, 會 貢 獻 短 路 電 流 於 電 力 系 統, 危 及 設 備 及 人 員 安 全 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 中 針 對 三 相 配 電 系 統 規 定, 發 電 機 組 送 至 台 電 公 司 系 統 之 故 障 電 流, 不 得 造 成 台 電 公 司 及 其 他 用 戶 斷 路 器 之 啟 斷 容 量 不 足, 否 則 應 裝 置 限 流 電 抗 器 或 負 表 國 內 外 分 散 型 發 電 系 統 異 常 電 壓 清 除 時 間 規 範 國 家 機 構 電 壓 範 圍 清 除 時 間 中 華 民 國 台 電 ±2.5% - 美 國 IEEE Std. 1547( 註 ) < 50% 0.16 s 50% V < 88% 2.00 s 88% V < 110% 無 110% V < 120% 1.00 s V 120% 0.16 s California Electric Rule 21 < 50% 0.16 s 50% V < 88% 2.00 s 88% V < 110% 無 110% V < 17% 2.0/0.5 s V 17% 0.1 s 加 拿 大 Halton Hills Hydro - - 德 國 E.ON Netz GmbH 85% - 註 : 1. 係 以 ANSI C , Table1 所 示 之 系 統 標 稱 電 壓 為 基 準 2. 分 散 型 電 源 容 量 小 於 或 等 於 0kW 時, 係 指 最 大 清 除 時 間 ; 若 大 於 0kW 時, 則 指 預 定 清 除 時 間 No.10 July,

128 擔 因 此 而 更 換 之 斷 路 器 費 用 與 高 壓 系 統 併 聯 者, 其 發 電 機 組 加 入 後, 系 統 三 相 短 路 電 流 應 小 於 10,000 安 培, 否 則 應 裝 置 限 流 設 備 或 改 接 其 他 線 路 其 規 範 如 表 5 所 示 五 運 轉 功 因 再 生 能 源 發 電 系 統 運 轉 功 率 因 數 未 維 持 在 單 位 功 因 時, 所 併 接 之 電 力 系 統 將 吸 收 或 提 供 虛 功 率, 致 使 配 電 線 路 電 壓 變 動, 進 而 超 過 電 壓 變 動 限 制, 因 此 有 必 要 加 以 規 範 另 台 電 公 司 有 針 對 風 力 與 非 風 力 機 組, 以 及 併 接 點 不 同 下 之 運 轉 限 制 表 6 為 國 內 外 分 散 型 發 電 系 統 運 轉 功 因 之 規 範, 表 中 資 料 顯 示 絕 大 部 分 國 家 皆 將 功 率 因 數 限 制 在 0.9 落 後 (lagging) 到 0.95 超 前 (leading) 之 間, 至 於 台 電 公 司 則 區 分 併 接 於 特 高 壓 系 統 以 上 與 併 接 於 高 壓 系 統 以 下 兩 種 外, 另 將 併 接 於 高 壓 系 統 分 成 非 風 力 發 電 機 組 與 風 力 表 4 國 內 外 電 力 系 統 頻 率 變 動 限 制 範 圍 與 清 除 時 間 規 範 [2] [] [4] [5] [6] 國 家 標 準 或 機 構 名 稱 頻 率 限 制 範 圍 (Hz) 清 除 時 間 (s) 註 解 中 華 民 國 台 電 f < 58 或 f > 61 - 總 發 電 量 在 100kW 以 上 者 美 國 IEEE Std f < 59. 或 f > 併 網 容 量 0kW 者 f < < f < ~00 併 網 容 量 > 0kW 者 f > California Electric Rule 21 f < 59. 或 f > 併 網 容 量 0kW 者 f < < f < ~00 併 網 容 量 > 0kW 者 f > 加 拿 大 Halton Hills Hydro f < 59. 或 f > 德 國 E.ON Netz GmbH f < 47.5 或 f > 51.5 立 即 標 稱 頻 率 為 50Hz 128 No.10 July, 2014 表 5 國 內 外 分 散 型 發 電 系 統 之 最 大 短 路 電 流 限 制 規 範 [] [4] 國 家 機 構 短 路 電 流 限 制 中 華 民 國 台 電 發 電 機 組 加 入 後, 系 統 三 相 短 路 電 流 應 小 於 10,000 A 美 國 IEEE Std California Electric Rule 21 發 電 設 備 不 得 提 供 大 於 系 統 短 路 電 流 0.1 倍 之 短 路 電 流 加 拿 大 Halton Hills Hydro - 德 國 E.ON Netz GmbH - 表 6 國 內 外 分 散 型 發 電 系 統 之 運 轉 功 因 規 範 [2] [] [4] [5] [6] 國 家 機 構 運 轉 功 因 限 制 中 華 民 國 台 電 併 接 於 特 高 再 生 能 源 設 備 0.96 落 後 至 0.98 超 前 壓 系 統 以 上 非 再 生 能 源 設 備 0.9 落 後 至 0.95 超 前 併 接 於 高 壓 系 統 以 下 1.0 美 國 IEEE Std California Electric Rule 落 後 至 0.9 超 前 加 拿 大 Halton Hills Hydro 0.9 落 後 至 0.95 超 前 德 國 E.ON Netz GmbH 0.95 落 後 至 1.0

129 發 電 機 組 兩 種, 其 中 風 力 發 電 機 組 之 功 率 因 數 規 範, 相 較 於 非 風 力 發 電 機 組 更 為 嚴 格, 而 併 接 於 高 壓 系 統 以 下 之 發 電 設 備 功 率 因 數 則 規 定 無 論 何 時 皆 為 單 位 功 因 六 低 電 壓 持 續 運 轉 低 電 壓 持 續 運 轉 (low voltage ride through, LVRT) 係 指 在 再 生 能 源 設 備 中 風 力 發 電 併 網 運 轉 的 一 種 特 殊 要 求, 係 指 再 生 能 源 發 電 設 備 於 併 網 點 電 壓 降 落 時, 該 再 生 能 源 發 電 設 備 或 風 場 能 夠 持 續 併 網 不 解 聯, 甚 至 向 該 電 網 提 供 足 夠 的 無 效 功 率 以 支 撐 電 網 電 壓, 直 到 電 網 電 壓 恢 複 正 常 由 於 各 國 的 電 網 架 構 與 運 轉 情 況 不 同, 所 以 對 LVRT 的 要 求 也 不 盡 相 同 目 前 在 一 些 風 力 發 電 較 發 達 的 國 家, 如 美 國 德 國 等 皆 已 相 繼 制 訂 LVRT 規 範 台 電 亦 於 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 規 定, 當 電 力 系 統 發 生 故 障 造 成 責 任 分 界 點 電 壓 驟 降 時, 風 力 發 電 設 備 必 須 能 夠 持 續 運 轉, 並 符 合 以 下 要 求, 台 電 LVRT 規 定 如 圖 1 所 示 圖 1 台 電 之 風 力 發 電 設 備 LVRT 規 範 [2] ( 一 ) 發 電 設 備 於 責 任 分 界 點 電 壓 自 低 電 壓 開 始 時 間 (0.0 秒 ) 降 低 至 額 定 電 壓 百 分 之 十 五 時, 應 持 續 運 轉 至 少 0.5 秒 以 上 ( 二 ) 發 電 設 備 於 責 任 分 界 點 電 壓 恢 復 至 額 定 電 壓 百 分 之 九 十 以 上 時, 應 持 續 運 轉 ( 三 ) 風 力 發 電 設 備 於 責 任 分 界 點 電 壓 高 於 圖 1 之 實 線, 風 力 發 電 設 備 應 持 續 運 轉 德 國 E.ON Netz GmbH 規 定, 當 系 統 發 生 故 障 時 責 任 分 界 點 電 壓 必 須 至 少 持 續 運 轉 0.15 秒 ; 當 系 統 恢 復 至 標 稱 電 壓 之 70% 時 亦 必 須 能 夠 持 續 0.55 秒 ; 最 後 系 統 恢 復 至 90% 以 上 時, 風 力 發 電 設 備 須 能 維 持 運 轉 秒 以 上 且 不 能 與 系 統 解 聯, 如 圖 2 所 示 圖 2 德 國 E.ON Netz GmbH 之 第 一 類 發 電 設 備 LVRT 規 範 [6] 參 併 網 規 劃 設 計 考 量 因 素 [7] 一 再 生 能 源 發 電 設 備 裝 置 容 量 再 生 能 源 發 電 設 備 裝 置 容 量 越 大, 其 輸 出 電 力 越 大, 對 併 接 之 輸 配 電 系 統 的 衝 擊 也 大, 即 在 併 / 解 聯 以 及 系 統 發 生 短 路 故 障 時 會 產 生 較 大 擾 動, 致 發 電 設 備 失 去 同 步 ; 發 電 設 備 裝 置 容 量 越 大, 輸 配 電 系 統 線 路 載 流 量 也 越 大, 可 能 使 併 接 點 電 壓 變 動 率 超 過 高 低 各 2.5 % 之 限 制 值 ; 而 且 發 電 設 備 裝 置 容 量 越 大, 提 供 給 輸 配 電 系 統 之 故 障 電 流 也 越 大 因 此 發 電 設 備 裝 No.10 July,

130 置 容 量 大 者, 對 系 統 擾 動 不 容 忽 視, 主 要 影 響 因 素 包 括 電 力 潮 流 穩 態 電 壓 變 動 故 障 電 流 與 暫 態 穩 定 度 等 二 再 生 能 源 發 電 設 備 併 接 位 置 再 生 能 源 發 電 設 備 併 接 點 位 置 不 同, 系 統 短 路 容 量 也 會 不 同, 對 電 壓 變 動 率 及 併 接 之 輸 配 電 系 統 衝 擊 程 度 亦 會 不 同 對 配 電 系 統 而 言, 併 接 點 位 置 改 變 所 造 成 的 衝 擊 項 目 主 要 為 穩 態 電 壓 變 動 ; 對 輸 電 系 統 而 言, 除 穩 態 電 壓 變 動 外, 還 包 括 電 力 潮 流 三 再 生 能 源 發 電 設 備 併 接 電 壓 等 級 輸 配 電 系 統 電 壓 等 級 不 同, 再 生 能 源 發 電 設 備 對 輸 配 電 系 統 之 衝 擊 程 度 也 就 不 同 通 常 輸 配 電 系 統 電 壓 等 級 越 高, 系 統 短 路 容 量 越 高, 再 生 能 源 發 電 機 組 輸 出 或 輸 入 電 流 越 小, 因 此, 所 產 生 系 統 衝 擊 也 就 越 小 此 項 因 素 對 於 系 統 衝 擊 影 響 主 要 為 電 壓 變 動 率 四 電 力 轉 換 器 品 質 與 功 能 再 生 能 源 發 電 設 備 屬 不 穩 定 電 源, 以 風 力 發 電 系 統 為 例, 除 傳 統 鼠 籠 式 感 應 型 再 生 能 源 發 電 設 備 外, 皆 需 利 用 電 力 轉 換 器 來 穩 定 其 功 率, 方 能 與 輸 配 電 系 統 併 聯 運 轉 再 生 能 源 發 電 設 備 之 電 力 轉 換 器 通 常 包 含 交 流 / 直 流 轉 換 器 (AC/DC converter) 及 直 流 / 交 流 轉 換 器 (DC/AC converter) 兩 者, 其 轉 換 器 的 品 質 及 功 能 與 系 統 衝 擊 項 目 有 關 聯 者 甚 多, 包 括 電 壓 變 動 短 路 電 流 功 率 因 數 諧 波 直 流 成 分 暫 態 穩 定 度 LVRT 以 及 單 獨 運 轉 檢 出 等 統, 因 虛 功 率 影 響 線 路 電 壓 變 動 甚 大 另 外, 電 力 轉 換 器 之 功 率 因 數 控 制 功 能 與 LVRT 及 暫 態 穩 定 度 有 關, 可 藉 由 電 力 轉 換 器 將 運 轉 功 因 降 低, 以 便 輸 出 大 量 的 虛 功 率 來 維 持 系 統 電 壓 此 外, 電 力 轉 換 器 亦 可 藉 由 內 部 控 制 技 術 達 到 限 制 短 路 電 流 值 諧 波 與 直 流 成 分 及 單 獨 運 轉 檢 出 等 目 的 由 此 可 知 電 力 轉 換 器 在 風 力 發 電 併 網 技 術 上 扮 演 重 要 角 色 五 變 壓 器 容 量 與 阻 抗 再 生 能 源 發 電 設 備 與 輸 配 電 系 統 併 接 用 之 變 壓 器 具 有 升 壓 與 隔 離 作 用, 其 三 相 繞 組 若 連 接 成 接, 可 隔 離 倍 頻 諧 波 與 零 序 電 流 此 外, 該 併 接 用 變 壓 器 之 繞 組 阻 抗 可 限 制 短 路 電 流 值, 若 阻 抗 越 大, 流 經 輸 配 電 系 統 的 短 路 電 流 就 越 小, 對 系 統 之 衝 擊 程 度 也 越 小 再 生 能 源 發 電 設 備 併 接 用 之 變 壓 器 繞 組 阻 抗 與 其 額 定 容 量 成 反 比, 容 量 越 大, 阻 抗 就 越 小, 限 制 短 路 電 流 的 作 用 也 就 越 小 六 線 規 格 與 阻 抗 在 電 網 中 線 阻 抗 具 有 限 制 短 路 電 流 作 用, 如 同 前 述 之 變 壓 器 阻 抗, 線 阻 抗 越 大, 輸 入 至 輸 配 電 系 統 的 短 路 電 流 就 越 小, 對 系 統 之 衝 擊 程 度 也 越 小 線 阻 抗 與 線 徑 長 度 材 質 與 周 遭 溫 度 等 因 素 有 關, 其 中 又 以 前 兩 者 影 響 最 大 因 再 生 能 源 發 電 系 統 需 藉 由 電 纜 引 接 至 併 接 點, 此 一 引 接 線 距 離 通 常 頗 長, 故 線 規 格 十 分 重 要 若 所 選 擇 線 線 徑 大 且 長 度 短, 發 電 機 組 提 供 給 輸 配 電 系 統 之 短 路 電 流 就 會 比 較 大 10 No.10 July, 2014 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 規 定 : 風 力 發 電 設 備 於 責 任 分 界 點 功 率 因 數 具 有 96 % 滯 後 至 98 % 超 前 運 轉 能 力, 其 目 的 在 於 不 讓 過 多 的 虛 功 率 供 給 至 所 併 接 之 輸 配 電 系 肆 再 生 能 源 併 網 課 因 應 對 策 [7] 一 電 壓 變 動

131 影 響 輸 配 電 系 統 電 壓 變 動 率 之 因 素, 有 發 電 設 備 裝 置 容 量 併 接 位 置 併 接 電 壓 等 級 與 電 力 轉 換 器 品 質 與 功 能 併 接 位 置 若 在 配 電 系 統, 可 考 慮 將 再 生 能 源 發 電 系 統 併 接 到 不 同 主 變 壓 器 所 屬 的 配 電 饋 線 上, 或 者 同 一 主 變 壓 器 所 屬 的 不 同 配 電 饋 線 上 ; 若 併 接 對 象 是 輸 電 系 統, 則 可 考 慮 將 再 生 能 源 發 電 系 統 併 接 到 不 同 變 電 所 轄 區 內 的 線 路 或 匯 流 排 上, 如 此 改 善 效 果 較 為 理 想 另 外, 若 將 併 接 位 置 移 至 短 路 容 量 較 大 之 處, 可 降 低 對 輸 配 電 系 統 電 壓 變 動 之 影 響 程 度 對 配 電 系 統 而 言, 短 路 容 量 較 大 者 多 在 靠 近 主 變 壓 器 處 利 用 併 接 至 電 壓 等 級 較 高 之 輸 配 電 系 統 亦 可 降 低 電 壓 變 動 衝 擊 程 度, 因 電 壓 等 級 高 者 其 短 路 容 量 也 相 對 較 大, 但 須 考 量 併 接 位 置 之 安 裝 控 制 及 運 轉 技 術 成 本 及 裝 置 容 量 需 夠 大 另 外, 控 制 佳 之 電 力 轉 換 器 可 降 低 併 接 點 電 壓 擾 動 ; 裝 設 虛 功 率 補 償 設 備, 例 如 靜 態 虛 功 補 償 器 (static var compensator, SVC) 亦 可 減 少 電 壓 降 與 其 裝 置 容 量 併 接 位 置 以 及 併 接 電 壓 等 級 等 有 關 裝 置 容 量 過 大 將 造 成 分 布 不 均 及 線 路 電 流 過 大 問, 因 可 與 前 述 相 同 方 式 分 散 再 生 能 源 併 網 位 置, 以 降 低 裝 置 容 量 併 接 點 則 可 就 近 尋 找 線 路 載 流 量 餘 裕 較 大 處 來 併 接, 或 者 引 接 至 較 遠 處 與 輸 配 電 系 統 併 接, 以 降 低 對 系 統 電 力 潮 流 之 衝 擊, 但 所 衍 生 的 線 路 成 本 及 施 工 問 需 考 量 四 直 流 成 分 在 交 流 電 力 系 統 中 出 現 的 直 流 電 壓 或 電 流 即 稱 為 直 流 成 分 (DC component), 其 主 要 係 電 力 轉 換 器 控 制 不 良 所 造 成 直 流 成 分 會 使 變 壓 器 或 比 流 器 之 鐵 心 產 生 飽 和 現 象, 甚 致 可 能 造 成 保 護 電 驛 誤 動 作 IEEE Std 與 台 電 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點 均 規 範 直 流 成 分 不 可 超 過 0.5% 因 此 需 嚴 選 合 格 的 轉 換 器, 以 降 低 發 電 系 統 輸 出 之 直 流 成 分 五 功 率 因 數 二 故 障 電 流 再 生 能 源 發 電 設 備 輸 出 之 短 路 電 流 大 小 與 其 裝 置 容 量 併 接 電 壓 等 級 電 力 轉 換 器 品 質 與 功 能 及 線 阻 抗 等 有 關 裝 置 容 量 越 大, 提 供 給 輸 配 電 系 統 短 路 電 流 也 就 越 大, 因 此 可 利 用 分 散 併 接 降 低 短 路 電 流 併 接 電 壓 則 與 前 述 相 同, 不 再 贅 述 電 力 轉 換 器 則 具 有 控 制 短 路 電 流 能 力, 其 所 提 供 之 短 路 電 流 值 係 以 其 額 定 電 流 之 2 倍 計 算 限 流 電 抗 器 具 低 電 阻 高 電 抗 之 特 性, 可 用 以 限 制 短 路 電 流 值, 平 時 又 不 會 消 耗 太 多 實 功 率, 因 此 是 一 項 不 錯 的 故 障 電 流 衝 擊 因 應 對 策, 但 須 考 慮 電 壓 降 之 限 制 三 電 力 潮 流 再 生 能 源 發 電 設 備 輸 出 之 電 力 潮 流 分 布, 目 前 除 傳 統 鼠 籠 式 感 應 型 風 力 發 電 機 外, 幾 乎 所 有 再 生 能 源 發 電 設 備 之 運 轉 功 因 均 由 電 力 轉 換 器 來 控 制, 所 以, 嚴 選 合 格 的 電 力 轉 換 器 即 是 因 應 功 率 因 數 衝 擊 之 對 策 此 外, 併 接 靜 態 電 容 器 或 電 抗 器 也 可 用 以 改 變 再 生 能 源 發 電 設 備 之 運 轉 功 因, 但 僅 能 使 用 在 電 網 內 負 載 功 因 之 改 善 六 諧 波 再 生 能 源 發 電 設 備 所 產 生 之 諧 波 主 要 是 來 自 其 電 力 轉 換 器, 除 嚴 選 合 格 電 力 轉 換 器, 亦 可 使 用 諧 波 濾 波 器 消 除 再 生 能 源 發 電 設 備 所 產 生 之 諧 波 另 外 三 相 隔 離 變 壓 器 亦 具 隔 離 部 分 諧 波 之 功 能, 三 相 繞 組 採 連 接, 即 可 阻 隔 倍 頻 諧 波 進 入 台 電 電 網, 此 法 對 於 倍 頻 諧 波 成 分 高 者 最 為 合 適 No.10 July,

132 12 No.10 July, 2014 七 單 獨 運 轉 ( 孤 島 效 應 ) 再 生 能 源 發 電 設 備 與 輸 配 電 系 統 併 聯 運 轉 後, 若 輸 配 電 系 統 因 故 停 電, 而 再 生 能 源 發 電 設 備 仍 與 之 併 聯, 此 一 現 象 即 稱 為 單 獨 運 轉 或 孤 島 運 轉 發 生 單 獨 運 轉 現 象 時, 會 危 及 系 統 維 修 人 員 之 安 全, 故 有 必 要 加 以 檢 出 並 強 制 切 離 目 前, 此 一 單 獨 運 轉 檢 出 功 能 皆 製 作 於 電 力 轉 換 器 中, 因 此, 選 用 具 有 單 獨 運 轉 檢 出 功 能 的 電 力 轉 換 器 乃 是 因 應 此 一 衝 擊 之 最 佳 對 策 但 假 若 所 選 擇 之 電 力 轉 換 器 無 單 獨 運 轉 檢 出 功 能, 則 可 考 慮 另 外 加 裝 單 獨 運 轉 偵 測 保 護 電 驛, 以 彌 補 不 足 處 八 低 電 壓 持 續 運 轉 依 國 內 規 範 要 求 風 力 發 電 設 備 應 具 有 LVRT 功 能 藉 由 電 力 轉 換 器 控 制 其 運 轉 功 因, 當 系 統 發 生 電 壓 低 落 現 象 時, 再 生 能 源 發 電 設 備 之 電 力 轉 換 器 立 即 控 制 運 轉 功 因 使 其 偏 低, 然 後 輸 出 大 量 虛 功 以 拉 升 系 統 電 壓 其 因 應 對 策 是 嚴 選 合 格 的 電 力 轉 換 器 或 加 裝 靜 態 虛 功 補 償 器 (static var compensator, SVC) 或 靜 態 同 步 補 償 器 (static synchronous compensator, STATCOM) 等 電 力 電 子 設 備, 可 協 助 補 償 系 統 虛 功, 使 其 得 以 在 低 電 壓 狀 態 維 持 較 長 的 併 聯 運 轉 時 間 九 暫 態 穩 定 度 當 大 型 風 場 之 發 電 機 裝 置 容 量, 在 所 併 接 電 網 中 占 比 偏 高 時, 當 風 場 發 電 系 統 併 / 解 聯 以 及 輸 電 系 統 發 生 故 障 時, 對 系 統 暫 態 穩 定 度 將 會 產 生 影 響, 故 併 接 於 特 高 壓 系 統 且 裝 置 容 量 超 過 100MW 之 風 場 發 電 系 統, 須 進 行 暫 態 穩 定 度 分 析, 由 此 可 知, 風 場 發 電 機 裝 置 容 量 大 者 始 可 能 產 生 暫 態 穩 定 度 問 因 而, 降 低 風 場 發 電 機 之 裝 置 容 量 或 將 大 型 風 場 系 統 分 成 數 個 規 模 較 小 的 風 場 發 電 系 統, 分 散 併 接 至 其 他 輸 配 電 系 統, 即 為 降 低 暫 態 穩 定 度 衝 擊 之 因 應 對 策 且 於 風 場 中 發 電 系 統 裝 置 SVC 或 STATCOM, 可 達 到 虛 功 補 償 維 持 系 統 電 壓 不 崩 潰 之 作 用, 亦 為 可 採 行 對 策 之 一 惟 此 類 設 備 價 格 不 斐, 恐 會 大 幅 增 加 風 場 發 電 系 統 建 置 成 本, 需 謹 慎 評 估 再 予 施 作 伍 結 語 近 年 來, 由 於 石 化 能 源 枯 竭 及 主 要 生 產 地 政 治 動 盪 造 成 價 格 日 益 高 漲, 加 上 2011 年 11 東 日 本 大 地 震, 造 成 核 能 安 全 倍 受 質 疑, 另 因 溫 室 效 應 問, 使 得 各 國 對 再 生 能 源 發 電 更 加 重 視 台 灣 本 島 天 然 資 源 不 足, 能 源 多 數 依 賴 進 口, 對 於 能 源 供 給 來 源 不 穩 定 及 石 化 能 源 耗 盡 與 污 染 問, 應 該 充 分 利 用 不 同 能 源 的 優 點, 採 能 源 多 元 化 政 策 以 兼 顧 經 濟 發 展 安 全 穩 定 環 境 保 護 本 島 雖 受 地 小 人 稠 的 限 制, 惟 近 年 來 在 政 府 政 策 積 極 推 動 及 優 渥 躉 購 費 率 回 售 電 力 下, 預 期 未 來 太 陽 能 光 電 及 風 力 發 電 系 統 將 在 國 內 蓬 勃 發 展 為 避 免 併 網 後 對 既 有 電 力 系 統 造 成 衝 擊, 本 文 對 再 生 能 源 發 電 系 統 併 網 影 響 予 以 深 入 探 討, 並 提 出 課 因 應 對 策, 提 供 再 生 能 源 發 電 系 統 建 置 規 劃 設 計 參 考 陸 誌 謝 本 文 完 成 撰 寫, 感 謝 台 灣 科 技 大 學 電 機 工 程 系 陳 在 相 教 授 所 帶 領 團 隊, 與 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 101 年 度 共 同 研 發 計 畫 太 陽 光 電 風 力 發 電 及 電 動 車 充 電 站 併 入 電 力 系 統 衝 擊 分 析 成 果 告 中, 提 供 許 多 寶 貴 之 技 術 資 料

133 參 考 文 獻 1. 經 濟 部 能 源 局, 網 址 : gov.tw 4. California Electric Rule 21 Supplemental Review Guideline 2. 台 灣 電 力 公 司, 再 生 能 源 發 電 系 統 併 聯 技 術 要 點, 民 國 98 年 12 月 5. Halton Hills Hydro, Guidelines for Applicants Connecting Distributed Generation. IEEE Std. 1547, Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems 6. E.ON Netz GmbH, Grid Connection Regulations for High and Extra High Voltage 7. 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司, 太 陽 光 電 風 力 發 電 及 電 動 車 充 電 站 併 入 電 力 系 統 之 衝 擊 因 應,101 年 度 研 發 計 畫 成 果 告,2012 年 11 月 No.10 July,

134 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關 鍵 詞 : 鋼 軌 斷 面 四 連 桿 曲 柄 滑 塊 機 構 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 財 團 法 人 中 華 顧 問 工 程 司 / 軌 道 技 術 中 心 / 工 程 師 / 錢 明 鴻 1 國 立 台 灣 科 技 大 學 / 機 械 工 程 系 / 副 教 授 / 吳 翼 貽 2 交 通 部 鐵 路 改 建 工 程 局 / 副 總 工 程 司 / 廖 崑 亮 財 團 法 人 中 華 顧 問 工 程 司 / 軌 道 技 術 中 心 / 主 任 / 成 維 華 4 14 No.10 July, 2014

135 摘 要 ABSTRACT 目 前 世 界 各 國 鋼 軌 標 準 皆 採 用 鋼 軌 斷 面 圖 說 方 式 呈 現, 但 此 方 式 無 法 應 用 於 電 腦 模 擬 分 析, 並 精 確 計 算 輪 軌 接 觸 狀 態 本 文 提 出 一 種 機 構 分 析 法, 用 於 剖 析 及 計 算 鋼 軌 斷 面 各 特 徵 點 之 數 值, 並 提 供 精 確 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 此 機 構 分 析 法 基 於 G1 連 續 曲 線 之 特 性 及 標 準 鋼 軌 重 要 參 數 之 限 制, 應 用 於 解 析 中 華 民 國 國 家 標 準 (Chinese National Standards, CNS) CNS 268 E E1061 及 E1062 三 種 鋼 軌 標 準 斷 面 經 由 機 構 分 析 及 最 佳 化, 鋼 軌 斷 面 特 徵 點 具 有 小 數 點 後 6 位 數 之 高 精 確 度, 可 使 鋼 軌 尺 寸 結 果 更 加 合 理 且 為 提 昇 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 之 通 用 性, 應 用 成 熟 及 標 準 化 之 G Code 方 程 式 描 述 鋼 軌 輪 廓, 使 此 方 程 式 便 於 製 造, 以 利 後 續 國 內 輪 軌 互 制 行 為 之 模 擬 及 鋼 軌 受 力 分 佈 之 研 究 及 鋼 軌 檢 核 之 標 準 壹 前 言 軌 道 交 通 運 輸 系 統 憑 藉 著 優 異 的 能 源 消 耗 及 低 環 境 污 染 等 特 性, 儼 然 成 為 新 世 紀 之 交 通 運 輸 解 決 方 案 儘 管 軌 道 系 統 具 備 許 多 優 點, 但 仍 存 在 許 多 問, 而 輪 軌 接 觸 則 成 為 許 多 研 究 學 者 所 探 討 的 重 點 之 一 鋼 軌 為 軌 道 系 統 中 解 決 車 輛 動 力 及 振 動 噪 音 關 鍵 因 素 ; 採 用 正 確 之 鋼 軌 及 車 輪 配 對 可 確 實 改 善 輪 軌 接 觸 之 行 為, 但 也 涉 及 到 軌 道 車 輛 運 行 之 安 全 性 ( 爬 軌 脫 軌 或 斷 軌 ) 經 濟 性 ( 輪 軌 磨 耗 及 接 觸 疲 勞 ) 和 環 境 ( 振 動 與 噪 音 ) 控 制 之 問 台 灣 於 民 國 48 年 起 制 定 軌 道 工 程 E 類 國 家 標 準, 並 建 立 常 用 鋼 軌 標 準 及 類 型, 以 利 國 內 軌 道 工 程 之 發 展 目 前 各 國 常 用 之 鋼 軌 標 準 可 分 為 : 國 際 鐵 路 聯 盟 (International Union of Railways, UIC) 歐 盟 標 準 (European Standard, EN) 日 本 工 業 標 準 (Japan Industrial Standard, JIS) 美 國 鐵 路 工 程 及 路 線 養 護 協 會 (American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association, AREMA) 澳 洲 國 家 標 準 (Australia Standards, AS) 印 度 國 家 標 準 (Indian Standard, IS) 等 各 種 鋼 軌 標 準 臺 灣 地 區 的 鐵 路 系 統, 可 分 為 一 般 鐵 路 大 眾 捷 運 及 高 速 鐵 路 等 項 目, 鐵 路 總 營 運 公 里 數 公 里 雖 國 內 鐵 路 系 統 完 整 且 遍 及 全 島, 但 使 用 之 鋼 軌 標 準 截 然 迴 異, 一 般 鐵 路 捷 運 及 高 速 鐵 路 分 別 採 用 JIS50N UIC60 及 JIS60 之 不 同 鋼 軌 標 準, 且 受 限 於 國 內 市 場 需 求, 自 行 開 發 及 生 產 鋼 軌 較 為 困 難 ; 加 上 設 置 於 直 線 路 段 之 鋼 軌, 若 於 正 常 使 用 情 況 下, 其 磨 耗 量 非 常 微 小 因 而 致 國 內 鋼 軌 使 用 量 不 足 製 造 產 能 不 易 擴 增 等 情 況, 多 數 鋼 軌 皆 仰 賴 國 外 進 口, 使 得 鋼 軌 斷 面 輪 廓 之 檢 核 尤 其 重 要 No.10 July,

136 16 No.10 July, 2014 鋼 軌 輪 廓 是 求 解 輪 軌 接 觸 應 力 之 前 提, 且 與 車 輛 運 行 安 全 性 動 力 學 特 性 及 鋼 軌 本 身 之 壽 命 皆 有 密 切 關 係, 鋼 軌 斷 面 輪 廓 是 否 精 確 將 直 接 影 響 輪 軌 接 觸 應 力 之 準 確 度 一 般 鋼 軌 設 計 初 期 皆 採 用 經 驗 法 則, 拼 湊 出 符 合 設 計 原 則 之 鋼 軌 外 型, 設 計 中 皆 無 相 對 應 之 參 考 依 據, 通 常 採 用 事 後 校 對 方 法, 以 驗 證 鋼 軌 斷 面 設 計 是 否 適 用 例 如 日 本 新 幹 線 車 輪 圓 錐 踏 面, 採 用 世 界 上 最 大 的 圓 弧 半 徑 R600mm, 但 後 來 發 現 新 幹 線 的 車 輪 踏 面 磨 耗 增 大, 並 從 1974 年 起 進 行 實 驗 至 今, 期 望 研 究 出 新 型 之 鋼 軌 斷 面 因 此, 本 文 透 過 機 構 分 析 法 解 析 國 內 CNS 標 準 鋼 軌 研 究 在 重 要 鋼 軌 設 計 參 數 限 制 下, 其 鋼 軌 輪 廓 特 徵 點 之 數 值, 且 期 望 提 供 精 確 鋼 軌 輪 廓 方 程 式, 以 利 後 續 輪 軌 互 制 行 為 之 模 擬 及 鋼 軌 受 力 分 佈 之 研 究, 並 找 出 最 佳 車 輪 及 鋼 軌 外 型 配 對 模 式, 提 昇 軌 道 車 輛 乘 坐 舒 適 度 及 降 低 鋼 軌 維 修 成 本 貳 鋼 軌 斷 面 輪 廓 設 計 重 點 一 鋼 軌 功 用 為 確 保 兩 鋼 軌 之 間 距, 用 以 承 受 車 輛 的 車 輪 負 載, 並 將 承 受 的 負 載 傳 給 軌 枕 ; 同 時 為 車 輪 的 滾 動 提 供 連 續 平 順 的 表 面 和 引 車 輪 運 行, 適 度 的 鋼 軌 踏 面 寬 度 可 增 加 輪 軌 接 觸 面 積 緩 和 踏 面 應 力 及 減 少 鋼 軌 磨 耗 依 鋼 軌 斷 面 可 分 為 軌 頭 軌 腹 及 軌 底 三 部 份, 如 圖 1 所 示 二 鋼 軌 設 計 需 求 目 前 各 國 常 用 之 鋼 軌 皆 以 工 字 型 平 底 鋼 軌 最 為 普 遍 鋼 軌 斷 面 設 計 必 須 使 鋼 軌 具 有 足 夠 的 強 度 韌 性 抗 彎 能 力 軌 頭 的 抗 壓 和 耐 磨 能 力 軌 底 的 支 承 面 積 以 及 抗 傾 倒 能 力 等 強 度 和 穩 定 性 此 外, 尚 須 考 慮 經 濟 合 理 性 和 輥 軋 (Rolling) 技 術 可 行 性 等 因 素 ; 倘 若 鋼 軌 發 生 斷 裂 和 破 損, 將 危 及 行 車 安 全 因 此 鋼 軌 斷 面 必 須 符 合 下 列 功 能 要 求 : ( 一 ) 以 最 少 的 斷 面 積 承 受 垂 直 及 水 平 方 向 之 壓 力 ( 二 ) 頭 部 不 易 磨 耗 且 具 有 充 分 之 磨 耗 餘 裕 度, 以 延 長 使 用 年 限 ( 三 ) 易 於 固 定 且 形 狀 安 定 不 易 傾 倒 三 鋼 軌 各 部 份 設 計 重 點 ( 一 ) 軌 頭 部 份 軌 頭 寬 度 踏 面 寬 度 及 軌 頭 高 度 為 主 要 參 數 1. 軌 頭 頂 面 內 側 與 車 輪 直 接 接 觸 而 受 磨 耗 量 較 大, 故 須 增 大 其 與 車 輪 之 接 觸 面 積 以 加 強 耐 磨 性 2. 踏 面 則 為 了 減 小 接 觸 壓 力 採 用 磨 耗 性 斷 面, 根 據 鋼 軌 磨 耗 形 狀 的 調 查 結 果 以 及 世 界 上 鋼 軌 設 計 發 展 方 向 採 用 三 個 圓 弧 組 成 軌 頭 踏 面 曲 線, 且 為 配 合 鋼 軌 傾 斜 角, 於 鋼 軌 頂 部 採 用 較 大 半 徑, 使 車 輪 踏 面 儘 量 接 觸 鋼 軌 頂 面 中 央 部 份 ;CNS 268 E N 鋼 軌 標 準 之 踏 面 採 用 00mm 80mm 及 1mm 圖 1 工 字 型 鋼 軌 斷 面

137 R00 R80 R 圖 2 CNS 268 E N 鋼 軌 踏 面 圓 弧 組 合 圖 軌 頭 斷 面 圖 圖 4 魚 尾 鈑 安 裝 及 斜 率 示 意 圖 三 種 圓 弧 所 組 成, 如 圖 2 所 示. 最 後 可 藉 由 增 大 軌 頭 寬 度 和 鋼 軌 整 體 高 度, 提 高 鋼 軌 之 剛 性 以 符 合 運 量 提 昇 之 需 求 ; 而 國 內 常 用 之 軌 頭 斷 面, 如 圖 所 示 ( 二 ) 軌 腹 部 份 1. 鋼 軌 軌 腹 部 份 設 計 為 細 長 狀, 適 度 配 置 軌 頭 及 軌 底 之 相 對 位 置 ( 增 加 慣 性 積 ), 以 增 大 鋼 軌 之 慣 性 矩 及 其 抗 彎 曲 能 力 2. 防 止 鋼 軌 傾 斜 及 局 部 挫 曲 現 象 ( 三 ) 鋼 軌 上 下 顎 部 份 1. 於 鋼 軌 上 顎 與 下 顎 採 用 1/2.75 之 斜 度, 可 使 魚 尾 鈑 利 用 楔 木 原 理 夾 緊 鋼 軌, 有 利 於 增 大 魚 尾 鈑 之 磨 耗 餘 量, 如 圖 4 所 示 2. 若 魚 尾 鈑 斜 率 太 小, 魚 尾 鈑 將 受 到 過 大 的 動 力 負 載, 加 速 魚 尾 鈑 螺 栓 之 鬆 動 與 磨 耗 ; 若 斜 率 太 大, 魚 尾 鈑 螺 栓 則 易 受 拉 折 斷 圖 5 鋼 軌 及 扣 件 夾 持 圖. 軌 腹 與 軌 頭 及 軌 底 相 接 處, 須 設 計 小 半 徑 之 圓 弧, 以 避 免 應 力 集 中 之 效 應 及 緩 和 鋼 軌 受 衝 擊 之 負 載, 並 減 少 其 在 輥 軋 成 型 後, 因 冷 卻 而 產 生 之 殘 餘 應 力 ( 四 ) 軌 底 部 份 1. 軌 底 寬 度 提 供 固 定 鋼 軌 所 需 之 空 間, 確 保 其 受 力 穩 定 2. 為 保 持 軌 底 厚 度, 採 用 分 段 傾 斜 方 式, 提 供 鋼 軌 扣 件 足 夠 之 夾 持 空 間, 如 圖 5 所 示 No.10 July,

138 . 軌底較寬的鋼軌為軌枕或墊板提供足夠 R R( y) (1) 的承壓面積 並同時使鋼軌更加穩定 2 [ (𝑦)] 𝑦2 4. 軌底厚度約須為高度的1/10 以抵抗 1 極大的剪應力 ρ P6 公式 2 修正 𝜌 最後為避免鋼軌生產過程中產生冷卻速度 [ (𝑦)] 2 2 𝑦 ( ) (2) 𝑥 𝑦0 0 不一之情形 致鋼軌內部產生瑕疵 軌頭 [ (𝑦)] [ (𝑦)] 2 P6 公式 4 修正 (𝑦) ( ) (𝑦) 𝑦 𝑦 0 𝑥 𝑦 0 軌腹及軌底三部份之面積須適當分配 以目前 𝑦 (𝑦) 𝑦 (𝑦) y0 0 現行鋼軌之軌頭 軌腹及軌底為例 其面積比 () P6 公式 5 修正 x 0 0 其中 其中 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡 𝑠𝑙𝑜𝑝 x 0其中 軌頭之圓弧半徑 為 y 之函數 R 軌頭之圓弧半徑 為 y 之函數 R R 軌頭之圓弧半徑 為y之函數 4 P6 * x 0 為二個曲線接點之斜率 軌頭之曲率 軌頭之曲率 ρ 軌頭之曲率 5 P7 表一 因前述為三種鋼軌斷面 是否可將表格中 E1061 設定為 參 鋼軌輪廓方程式求解法 dr ( y ) dr ( y ) 色及 E1062 設定為另一顏色 為圓弧半徑之ㄧ階數 d [R( y)] 為圓弧半徑之ㄧ階數 dydy 為圓弧半徑之ㄧ階數 目前較常採用之鋼軌輪廓描述方式如下 dy 6 P7 其標號描述二個相鄰曲線具有共同之邊界關係 在兩個曲線都具 2 2 的邊界 但相鄰的曲線是不光滑的或連續的情況下 這相鄰曲線被定 d d2 R(y) dr(ry() y ) 例約為 一 接觸角函數法 為圓弧半徑之二階數 為圓弧半徑之二階數 為圓弧半徑之二階數 dy 2 2 連續曲線 但二個相鄰曲線都具有共同的邊界與相鄰的曲線都相切 dydy 同 這些相鄰曲線被定義為 G1 連續曲線 若二個相鄰曲線都具有共 2 將原始接觸角曲線修正為期望之接觸角曲 近期研究則依據上述離散點 採用Nystrom 界 且在兩曲線之接點具有斜率及曲率皆相同之特性 這些相鄰曲線 線 再反求對應之外型 可進一步研究接觸角 approximation method 近似二相接曲線 其中兩 近期研究則依據上述離散點 採用 Nystrom ap 近期研究則依據上述離散點 採用 Nystrom app 連續曲線 為 G [ (𝑦)] 曲線的各種參數或形狀 以出不同要求之對 曲線之接點特性 須符合邊界條件如公式(4)所 [ (𝑦)] 其中兩曲線之邊界條件須符合邊界條件 如公式 其中兩曲線之邊界條件須符合邊界條件 如公式 𝑦22 7 P8 圖 11 替換為新圖 如附件所示 𝑦 應外型 且接觸角曲線上的任意一點都對應軌 示 及限制條件如公式(5)所示 透過此近似法 1 P6 公式 2 修正 P6 公式 2 修正 𝜌 1 𝜌 2 [ (𝑦)] 示 透過此近似法亦可有效降低外型離散點中之 示 透過此近似法亦可有效降低外型離散點中之計 2 Z [ (𝑦)] 𝑦 頭外型上的一點 同樣軌頭任意一點亦對應車 亦可有效降低外型離散點中之計算誤差 可求 [ (𝑦)] K1 1 為滑塊與基座間距及桿件 8 ) (0 1 P8 P6 公式 2 修正 𝜌 ) 長度之比值 𝑧 𝑦 0 𝑦 𝑧(𝑦 𝑦 Z4 2 2 輪踏面外型上的一點 所以接觸角曲線上的變 解出精確之鋼軌外型 [ (𝑦)] ) ) 0 𝑦 0 0 𝑧 (𝑧𝑦(0 𝑥𝑥((𝑦𝑦00)) 00 𝑦 K2 為滑塊與基座間距及桿件 2 長度之比值 9 2 P8 P6 公式 4 修正 2 P6 公式 4 修正 Z2 方法也局限於參考圓弧與直線段之組合 通常 0 0 𝑥𝑥 𝑥((𝑦 (𝑦𝑦0))) 0 Z1 化必然影響到車輪踏面或軌頭之外型變化 此 (4) 0 y0 y 𝑥0 𝑦 Z04 0 Z Z1 𝑧 Z0𝑧2 任意形狀的車輪或軌頭外型 也可用於檢驗輪 (5) 2 桿件 及 為滑塊與基座間距 桿件 10 P8 K P6 公式 5 修正 P6 公式 5 修正 0 xx 00y 𝑧 0 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡 0𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡 𝑠𝑙𝑜𝑝 𝑠𝑙𝑜𝑝 𝑧2 Z004 2 Z 0 軌匹配之合理性 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡 𝑠𝑙𝑜𝑝 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡 𝑠𝑙𝑜𝑝 P6 公式 5 修正 *x xtangent 0 slop 0 0 *x0 tangent slop 為二個接點介面之斜率 為二個接點介面之斜率 4 之桿長計算得知 P6 ** xx00為二個曲線接點之斜率 為二個曲線接點之斜率 4 P6 x 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡 𝑠𝑙𝑜𝑝 * 0 為二個曲線接點之斜率 二 離散點圓弧曲線擬合法 5 P7 表一 因前述為三種鋼軌斷面 是否可將表格中 E1061 設定為 5 設定為 4 P7 表一 因前述為三種鋼軌斷面 是否可將表格中 E1061 P6 * x 0 為二個曲線接點之斜率 P6 公式 4 修正 皆須將接觸二者之一做為參考依據 用於設計 0)0 yy0 ( H肆 曲柄滑塊繪製機構 11 P8 Z1 u 肆 曲柄滑塊繪製機構 滑塊與基座間距可經由三角恆等式求解 色及 E1062 設定為另一顏色 設定為另一顏色 色及 E P7 表一 因前述為三種鋼軌斷面 是否可將表格中 E1061 設定為 曲率求解方法是根據外型離散點擬合出 肆 曲柄滑塊繪製機構 6 P7 其標號描述二個相鄰曲線具有共同之邊界關係 在兩個曲線都具 P7 其標號描述二個相鄰曲線具有共同之邊界關係 在兩個曲線都具 6 色及 E1062 設定為另一顏色 本文將 CNS 268 E N CNS E1 本文將 CNS 268 E N CNS E106 曲線 並計算出各離散點對應的一階及二階 以上修正之處詳如附件 請協助修正 多有麻煩請見諒 謝謝 的邊界 但相鄰的曲線是不光滑的或連續的情況下 這相鄰曲線被定 的邊界 但相鄰的曲線是不光滑的或連續的情況下 這相鄰曲線被定 6 P7 其標號描述二個相鄰曲線具有共同之邊界關係 在兩個曲線都具 鋼軌斷面置於座標軸上 原點定為軌頭之頂點進 鋼軌斷面置於座標軸上 原點定為軌頭之頂點進行 數 由公式(1) ()求出相應的曲率 ρ 採用分 本文將CNS 268 E N CNS 連續曲線 但二個相鄰曲線都具有共同的邊界與相鄰的曲線都相切 連續曲線 但二個相鄰曲線都具有共同的邊界與相鄰的曲線都相切 的邊界 但相鄰的曲線是不光滑的或連續的情況下 這相鄰曲線被定 分為若干分段 如圖 654-1三種標準鋼軌 所示 採用四連桿曲柄滑塊 分為若干分段 如圖 6 所示 採用四連桿曲柄滑塊 段求解之方式 將圓弧外型離散點進行分段擬 E 及14828 E1062 弟 明鴻 敬上 同 這些相鄰曲線被定義為 連續曲線 若二個相鄰曲線都具有共 同 這些相鄰曲線被定義為 GG11連續曲線 若二個相鄰曲線都具有共 連續曲線 但二個相鄰曲線都具有共同的邊界與相鄰的曲線都相切 合 但此種方法對於任意點組成之踏面難以達 斷面置於座標軸上 原點定為軌頭之頂點進行 點之數值 CNS 三種標準鋼軌重要參數 詳如表 點之數值 CNS 三種標準鋼軌重要參數 詳如表 1 到合理的計算精度 18 No.10 July, 2014 界 且在兩曲線之接點具有斜率及曲率皆相同之特性 這些相鄰曲線 研究及剖析 初步將鋼軌斷面輪廓切分為若干 界 且在兩曲線之接點具有斜率及曲率皆相同之特性 這些相鄰曲線 同 這些相鄰曲線被定義為 G1 連續曲線 若二個相鄰曲線都具有共 連續曲線 分段 如圖6所示 採用四連桿曲柄滑塊繪製機 為 為 GG22連續曲線 界 且在兩曲線之接點具有斜率及曲率皆相同之特性 這些相鄰曲線 7 P8 圖 P8 圖 11 替換為新圖 如附件所示 7 11 替換為新圖 如附件所示 為 G2 連續曲線 ZZ1 7 P8 P8 圖 11 替換為新圖 如附件所示 為滑塊與基座間距及桿件44長度之比值 長度之比值 8 8 P8 KK11 1 為滑塊與基座間距及桿件 ZZ4Z4 1

139 構, 可 正 確 求 出 各 種 鋼 軌 特 徵 點 之 數 值 ;CNS 三 種 標 準 鋼 軌 重 要 參 數, 詳 如 表 1 所 示 一 機 構 說 明 ( 一 ) G n 連 續 曲 線 G n, n= 0,1,2 之 連 續 曲 線, 其 標 號 描 述 二 個 相 鄰 曲 線 具 有 共 同 之 邊 界 關 係 在 兩 個 曲 線 都 具 有 共 同 的 邊 界, 但 相 鄰 的 曲 線 是 不 光 滑 的 或 連 續 的 情 況 下, 這 相 鄰 曲 線 被 定 義 為 G 0 連 續 曲 線 ; 但 二 個 相 鄰 曲 線 都 具 有 共 同 的 邊 界 與 相 鄰 的 曲 線 都 相 切 ( 斜 率 相 同 ), 這 些 相 鄰 曲 線 被 定 義 為 G 1 連 續 曲 線 ; 若 二 個 相 鄰 曲 線 都 具 有 共 同 的 邊 界, 且 在 兩 曲 線 之 接 點 具 有 斜 率 及 曲 率 皆 相 同 之 特 性, 這 些 相 鄰 曲 線 被 定 義 為 G 2 連 續 曲 線 於 傳 統 機 械 製 圖 中, 通 常 畫 出 二 個 圓 弧 具 有 不 同 的 半 徑, 但 二 圓 弧 之 接 合 點 和 圓 弧 的 二 個 中 心 點 存 在 共 線 之 關 係, 如 圖 7 所 示 ; 採 用 此 方 法 繪 製 之 二 個 圓 弧, 其 公 切 線 具 有 相 同 之 斜 率, 恰 好 滿 足 G 1 連 續 曲 線 之 定 義 另 亦 有 採 用 小 圓 盤 在 另 一 旋 轉 盤 上 轉 動 之 繪 製 法, 如 圖 8 所 示, 二 個 圓 弧 於 二 轉 盤 轉 動 時 進 行 曲 線 合 成 這 種 機 制 亦 可 視 Y Y Y O R R6 8 R R1 R8 R500 C L X O 1 2 R R1 R R7 R5 R120 X O 1 2 R80 R1 R R8 R R508 C L X 表 1 CNS 鋼 軌 標 準 重 要 參 數 CNS 圖 6 CNS 268 E N CNS E 及 E 鋼 軌 斷 面 分 段 區 域 及 座 標 軸 定 義 鋼 軌 參 數 軌 高 軌 底 寬 軌 頭 寬 軌 腹 寬 軌 頭 高 軌 底 高 中 心 高 mm mm mm mm mm mm mm E kg 50N E kg N.A E kg E kg E kg No.10 July,

140 R 2 R 1 圖 7 圓 弧 接 合 點 和 圓 弧 之 中 心 點 共 線 關 係 圖 8 雙 轉 動 圓 盤 產 生 G 1 連 續 曲 線 H 4,0 基 座 Z 4 Z 圖 9 機 械 手 臂 繪 製 G 1 連 續 曲 線 Z 2 1 Z 1 u 2 基 座 140 No.10 July, 2014 圖 10 繪 圖 手 臂 移 動 路 徑 為 一 個 具 有 二 個 自 由 度 之 機 器 人 手 臂 ( 對 子 ), 在 較 短 的 臂 末 端 抓 持 器 具 繪 製 G 1 連 續 曲 線, 如 圖 9 所 示 ( 二 ) 四 連 桿 曲 柄 滑 塊 繪 製 機 構 當 G 1 連 續 曲 線 之 繪 圖 手 臂 的 掃 略 路 徑 為 一 條 直 線 時, 如 圖 10 所 示 ; 此 機 構 及 掃 略 之 線 段 構 成 一 般 之 曲 柄 滑 塊 機 構 此 曲 柄 滑 塊 機 構 可 由 四 根 連 桿 及 1 個 滑 塊 所 組 成, 桿 件 長 度 對 等 於 圓 弧 半 徑, 桿 件 角 圖 11 曲 柄 滑 塊 機 構 應 用 於 軌 頭 複 合 圓 弧 之 示 意 圖 圖 11 曲 柄 滑 塊 機 構 應 用 於 軌 頭 複 合 圓 弧 之 示 意 圖 度 則 對 應 於 圓 弧 長 度 此 機 構 可 藉 由 桿 件 長 度 及 角 度 之 變 化, 於 平 面 運 動 系 任 意 區 域 中 滑 動 本 文 將 其 應 用 於 描 述 一 個 由 任 意 三 個 圓 弧 所 組 成 之 軌 頭 斷 面, 其 中 桿 件 頂 點 掃 略 之 路 徑, 可 透 過 輸 入 鋼 軌 斷 面 之 重 要 尺 寸 參 數, 例 如 : 圓 弧 半 徑 軌 頭 寬 度 鋼 軌 高 度 等, 限 制 此 機 構 之 平 面 自 由 度, 有 效 達 到 描 述 鋼 軌 頭 部 斷 面 之 功 能, 如 圖 11 所 示 且 因 其 平 面 自 由 度 受 到 限 制, 所 繪 製 出 之 鋼 軌 斷 面 具 有 獨 特 性, 可

141 適 用 於 鋼 軌 尺 寸 最 佳 化 設 計, 透 過 選 定 主 要 之 鋼 軌 參 數, 計 算 鋼 軌 其 他 相 關 尺 寸 資 訊, 亦 可 有 效 簡 化 CNS 標 準 之 尺 寸 標 注 θ 2 =f 2 (u, θ 4,0, H, Z 2, Z, Z 4 ) =tan 1 K 4 K 5 -sin 1 K 6 (7) ( 三 ) 曲 柄 滑 塊 機 構 運 動 方 程 式 曲 柄 滑 塊 機 構 運 動 方 程 式 可 從 Freudenstein s 方 程 式 推, 而 此 機 構 運 動 方 式 經 由 Z 2 輸 入 從 Z 4 輸 出, 則 θ 2 及 θ 4,0 二 個 角 度 參 數 應 予 以 保 留, 所 以 經 由 三 角 恆 等 式 將 θ 之 參 數 消 除, 使 得 公 式 成 為 θ 2 及 θ 4,0 之 函 數, 如 公 式 (6) 所 示 : 其 中 將 公 式 簡 化 如 下 : K 4 =K 1 sin θ 1 -sin θ 4,0 K 5 =K 1 cos θ 1 -cos θ 4,0 K 6 =K 2 cos (θ 4,0 +θ 1 )+K 其 中 F(θ 2,u;θ 4,0, H, Z 2, Z, Z 4 ) =K 1 sin(θ 2 -θ 1 )+K 2 cos(θ 4,0 +θ 1 )+K +sin(θ 2 +θ 4,0 )=0 (6) K 1 = Z 1 Z 4 : 為 滑 塊 與 基 座 間 距 及 桿 件 4 長 度 之 比 值 同 理 為 求 解 θ 可 從 Freudenstein s 方 程 式 推, 且 經 由 三 角 恆 等 式 將 θ 2 之 參 數 消 除, 使 得 公 式 成 為 θ 及 θ 4,0 之 函 數, 如 公 式 (8) 所 示 : θ =f (u, θ 4,0, H, Z 2, Z, Z 4 ) = Z 2 +Z 2 2 -(Z 12 +Z 42 +2cos(θ 4,0 +θ 1 )) 2Z 2 Z (8) K 2 = Z 1 Z 2 : 為 滑 塊 與 基 座 間 距 及 桿 件 2 長 度 之 比 值 K = Z 2 2 -Z 12 -Z 22 -Z 4 2Z 2 Z : 為 滑 塊 與 基 4 座 間 距 桿 件 2 桿 件 及 桿 件 4 之 桿 長 計 算 得 知 Z 1 = : 滑 塊 與 基 座 間 距 可 經 由 三 角 恆 等 式 求 解 θ 1 =tan 1 H u : 為 滑 塊 與 基 座 間 之 角 度 H: 為 滑 塊 與 基 座 間 之 高 度 u: 為 滑 塊 與 基 座 間 滑 動 之 距 離 此 處 為 求 解 θ 2 將 公 式 (6) 展 開, 經 整 理 後 可 改 寫 公 式 (6) 為 公 式 (7) 其 中 Z 1, Z 2, Z 及 Z 4 為 桿 件 1 桿 件 2 桿 件 與 桿 件 4 之 長 度 θ 1 =tan 1 H u : 為 滑 塊 與 基 座 間 之 角 度 此 外, 為 求 解 u 可 經 由 公 式 (7) 展 開 後, 將 θ 1 =tan 1 H u 代 入, 經 整 理 後 可 改 寫 為 公 式 (9): u =f 4 (θ 2, θ 4,0, H, Z 2, Z, Z 4 ) =Z 2 cosθ 2 +Z sin(cos 1 ( Z 2 sinθ 2 -Z 4 sinθ 4,0 -H Z ))-Z 4 cosθ 4,0 (9) No.10 July,

142 鋼 軌 斷 面 由 圓 弧 所 組 成 之 區 域 皆 可 採 用 四 連 桿 曲 柄 滑 塊 機 構 精 確 描 述, 透 過 求 解 四 連 桿 曲 柄 滑 塊 機 構 之 桿 件 位 置 及 角 度, 可 獲 得 鋼 軌 輪 廓 特 徵 點 之 數 值, 並 輔 以 座 標 方 式 表 示 其 中 CNS 常 用 之 三 種 標 準 鋼 軌 斷 面 特 徵 點 詳 如 表 2 表 及 表 4 所 示 且 為 提 昇 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 之 可 用 性, 將 鋼 軌 輪 廓 方 程 式, 以 成 熟 及 標 準 化 之 G Code 方 程 式 表 達, 最 後 採 用 CutViewer Mill 模 擬 軟 體, 將 表 2 中 之 G Code 方 程 式 進 行 模 擬, 可 將 鋼 軌 斷 面 完 整 加 工, 其 電 腦 數 值 控 制 工 具 機 (Computer Numerical Control, CNC) 之 加 工 模 擬 結 果 如 圖 12 所 示 142 No.10 July, 2014 表 2 CNS 268 E N 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 區 域 終 點 座 標 G Code 方 程 式 x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = *G Code 之 原 點 設 定 於 X Y G02X Y R G02X Y R G02X Y R G01X Y G02X Y R G01X Y G0X Y R G0X Y R G0X Y R G0X Y R G0X Y R G01X Y G0X Y R G01X Y G02X Y R G01X Y G02X Y R G01X Y

143 表 CNS E 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 區 域 終 點 座 標 G Code 方 程 式 1 x = y = G02X Y R x = y = G02X Y R x = y = G02X Y R x = y = G01X Y x = y = G02X Y R x = y = G01X Y x = y = G0X Y R x = y = G0X Y R x = y = G0X Y R x = y = G01X Y x = y = G0X Y R x = y = G0X Y R x = y = G0X Y R x = y = x = y = x = y = x = y = x = y = G01X Y G0X Y R G01X Y G02X Y R G01X Y x = y = G02X Y R x = y = G01X Y *G Code 之 原 點 設 定 於 X Y No.10 July,

144 表 4 CNS E 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 區 域 終 點 座 標 G Code 方 程 式 1 x = y = G02X Y R x = y = G02X Y R x = y = G02X Y R x = y = G01X Y x = y = G02X Y R x = y = G01X Y x = y = G0X Y R x = y = G0X Y R x = y = G0X Y R x = y = G0X Y R x = y = G0X Y R x = y = G01X4.9226Y x = y = x = y = x = y = x = y = G0X Y R G01X Y G02X Y R G01X Y x = y = G02X Y R x = y = G01X Y *G Code 之 原 點 設 定 於 X Y No.10 July, 2014

145 圖 12 CutViewer Mill 鋼 軌 斷 面 CNC 加 工 模 擬 介 面 伍 結 語 鋼 軌 具 體 實 現 車 輪 行 走 之 路 線, 其 各 項 設 計 參 數 皆 重 要 影 響 整 體 鋼 軌 之 特 性, 為 軌 道 系 統 中 重 要 的 構 件 之 一 本 文 提 出 一 種 四 連 桿 曲 柄 滑 塊 機 構, 可 精 確 描 述 軌 頭 及 軌 腹 複 合 圓 弧 之 設 計 曲 線 ; 亦 針 對 CNS 所 制 定 之 268 E N E 及 E 三 種 鋼 軌 斷 面 進 行 研 究 及 剖 析, 基 於 G1 Continuity 連 續 曲 線 之 觀 點, 採 用 CNS 標 準 鋼 軌 之 重 要 參 數 作 為 限 制 條 件, 並 藉 由 四 連 桿 曲 柄 滑 塊 機 構 剖 析 鋼 軌 斷 面 各 特 徵 點, 提 供 精 確 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 ; 且 透 過 此 機 構 計 算 鋼 軌 特 徵 點, 可 有 效 降 低 上 述 二 種 近 似 方 法 之 計 算 誤 差 經 由 機 構 分 析 及 最 佳 化, 可 使 得 鋼 軌 設 計 結 果 更 加 合 理, 獲 得 之 鋼 軌 斷 面 特 徵 點 可 具 有 小 數 點 後 6 位 數 之 高 精 確 度, 亦 符 合 上 述 各 項 鋼 軌 設 計 原 則 此 研 究 成 果 可 應 用 於 後 續 輪 軌 接 觸 行 為 及 鋼 軌 受 力 分 佈 之 研 究 ; 透 過 精 確 鋼 軌 輪 廓 方 程 式, 可 大 幅 提 昇 輪 軌 接 觸 計 算 之 精 確 性 G Code 方 程 式 廣 泛 被 使 用 於 電 腦 數 值 控 制 工 具 機 (Computer Numerical Control, CNC), 為 一 種 成 熟 及 標 準 之 程 式 化 語 言 為 提 昇 鋼 軌 輪 廓 方 程 式 之 通 用 性, 應 用 G Code 方 程 式 描 述 鋼 軌 輪 廓, 使 得 此 鋼 軌 斷 面 可 藉 由 CNC 線 切 割 機 加 工 成 型, 製 成 符 合 CNS 標 準 之 型 規 或 檢 具, 並 廣 泛 應 用 於 日 後 鋼 軌 進 口 時 之 檢 驗 工 作, 以 增 加 檢 驗 效 率 參 考 文 獻 1. 交 通 部, 201 年 中 華 民 國 交 通 業 務 概 況, 民 國 102 年 5 月 2. 黃 民 仁, 新 世 紀 軌 道 工 程 學,2007 年. 佐 藤 吉 彥, 新 軌 道 力 學,2001 年 4. 黃 漢 榮, 軌 道 工 程 學,200 年 5. 經 濟 部 標 準 檢 驗 局, CNS 268 E1008 普 通 鋼 軌, 民 國 60 年 07 月 6. 經 濟 部 標 準 檢 驗 局, CNS E kg 普 通 鋼 軌 之 剖 面, 民 國 9 年 07 月 7. 經 濟 部 標 準 檢 驗 局, CNS E kg 普 通 鋼 軌 之 剖 面, 民 國 9 年 07 月 8. CutViewer Mill 試 用 版 軟 體 No.10 July,

146 4 Site 參 訪 告 中 華 技 術 Visit 摘 要 ABSTRACT 經 濟 部 能 源 局 在 2012 年 7 月 提 出 離 岸 風 電 示 範 獎 勵 辦 法, 鼓 勵 民 間 業 者 積 極 投 入 發 展 離 岸 風 電 開 發 ; 然 而 離 岸 風 電 技 術 發 展, 並 非 一 蹴 可 幾, 為 能 發 展 符 合 台 灣 環 境 之 離 岸 風 電 技 術, 乃 須 藉 由 歐 洲 國 家 之 成 功 經 驗 及 技 術 發 展 趨 勢, 以 做 為 國 內 風 場 開 發 之 借 鏡 本 文 主 要 整 理 歐 洲 離 岸 風 電 開 發 之 統 計 資 料 及 離 岸 風 電 產 業 供 應 商 參 訪 紀 實, 針 對 風 場 開 發 時 相 關 之 供 應 鏈 技 術 內 容 進 行 一 概 要 性 的 綜 整 介 紹, 並 初 步 探 討 風 機 基 礎 設 計 之 概 況, 最 後 提 供 綜 合 性 的 結 論 與 建 議, 冀 供 國 內 未 來 開 發 離 岸 風 電 技 術 參 考 1 2 關 鍵 詞 : 離 岸 風 力 發 電 技 術 歐 洲 風 能 產 業 鏈 參 訪 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 經 理 / 丁 金 彪 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 港 灣 部 / 正 工 程 師 / 李 磑 柏 No.10 July, 2014

147 壹 前 言 我 國 屬 海 島 型 國 家, 地 狹 人 稠 且 近 2/ 為 山 區, 隨 著 社 會 成 長 民 眾 意 識 抬 頭, 核 能 電 廠 開 發 受 到 相 當 的 阻 力, 尋 找 替 代 性 能 源 已 勢 在 必 行, 再 生 能 源 也 逐 漸 受 到 國 內 的 重 視 再 生 能 源 的 諸 多 選 項 中, 除 了 水 力 以 外, 風 力 發 電 因 其 技 術 最 成 熟 最 有 效 率 最 具 經 濟 產 能 最 大, 且 其 發 電 成 本 最 為 接 近 傳 統 能 源 發 電 成 本, 因 此, 風 力 發 電 已 成 為 全 球 成 長 最 為 快 速 之 再 生 能 源 目 前 國 內 陸 域 可 供 開 發 風 力 發 電 場 址 有 限, 未 來 陸 域 建 置 之 困 難 度 將 逐 漸 增 加 相 較 之 下 有 著 風 能 密 度 高 風 速 平 穩 亂 流 低 條 件 的 離 岸 風 場 環 境, 將 提 供 台 灣 一 個 開 發 風 力 資 源 之 可 行 途 徑 因 此 經 濟 部 能 源 局 在 2012 年 7 月 提 出 離 岸 風 電 示 範 獎 勵 辦 法, 鼓 勵 民 間 業 者 積 極 投 入 發 展 離 岸 風 電 開 發 離 岸 風 電 技 術 發 展, 並 非 一 蹴 可 幾, 以 風 力 資 源 高 度 開 發 的 國 家 如 英 國 丹 麥 德 國 等 歐 洲 國 家 為 例, 目 前 陸 域 可 開 發 場 址 已 漸 趨 飽 和 並 積 極 朝 海 域 發 展, 也 累 積 了 多 處 成 功 經 驗, 足 為 國 內 發 展 借 鏡 特 此 整 理 參 訪 歐 洲 離 岸 風 電 產 業 相 關 廠 商 之 紀 實, 說 明 國 外 離 岸 風 力 發 電 廠 開 發 技 術 發 展 趨 勢 及 經 驗 學 習 (lesson learned), 供 國 內 未 來 開 發 離 岸 風 電 技 術 參 考 貳 歐 洲 離 岸 風 電 發 展 統 計 資 料 依 據 歐 洲 風 能 協 會 (EWEA)2014 年 的 統 計 資 料, 於 201 年 歐 洲 設 置 離 岸 風 機 總 計 2,080 座, 累 計 裝 置 容 量 達 6,562MW( 詳 表 1), 其 中 以 英 國 居 領 先 地 位, 設 置 達 1,082 座 離 岸 風 機, 4 參 訪 告 No.10 July,

148 共 計,681MW, 其 次 為 丹 麥 51 座 風 機, 容 量 達 1,271MW 以 下 針 對 各 項 指 標 項 目 之 統 計 資 料, 逐 一 說 明 表 年 歐 洲 離 岸 風 電 累 計 設 置 量 說 明 國 家 累 積 設 置 風 場 數 累 積 設 置 風 機 量 ( 座 ) 累 計 裝 置 容 量 (MW) 裝 置 容 量 百 分 比 (%) 英 國 2 1,082, 丹 麥 , 比 利 時 德 國 荷 蘭 瑞 典 芬 蘭 愛 爾 蘭 西 班 牙 挪 威 葡 萄 牙 合 計 69 2,080 6, 參 訪 告 148 No.10 July, 2014 一 風 機 基 礎 型 式 及 其 製 造 商 在 目 前 歐 洲 開 發 的 風 場 之 中, 單 樁 式 (mono-pile) 基 礎 仍 然 為 採 用 最 多 的 基 礎 型 式, 如 圖 1 在 201 年 裝 設 的 離 岸 風 機 中, 有 490 座 (79%) 為 單 樁 式 基 礎,87 座 (14%) 為 三 腳 管 式 (tripod) 基 礎,9 座 (6%) 為 管 架 式 (jacket) 基 礎,8 座 為 三 樁 式 (tri-pile) 基 礎 以 及 1 座 (0.2%) 為 重 力 式 (gravity) 基 礎 在 基 礎 製 造 商 方 面, 以 Bladt 公 司 製 造 224 座 (7.1%) 為 市 佔 率 最 高 的 製 造 商, 其 次 為 Ambau GmbH 公 司 製 造 90 座 (14.9%),Per Aarsleff/Bilfinger JV 公 司 製 造 80 座 (1.2%), Sif 公 司 製 造 71 座 (11.8%),Siag 公 司 製 造 66 座 (10.9%),HGN (Hochtief Construction, GeoSea, Nordsee Naßbagger) JV 公 司 製 造 9 座 (6.5%), Smulders 公 司 製 造 24 座 (4%) 以 及 Cuxhaven Steel Construction 公 司 製 造 8 座 (1.%), 基 礎 製 造 商 主 要 集 中 在 丹 麥 及 德 國 境 內 圖 年 歐 洲 風 場 風 機 裝 設 基 礎 型 式 數 量 整 理 自 The European offshore wind industry key trends and statistics 201,EWEA(2014)

149 二 風 機 額 定 功 率 及 開 發 規 模 在 201 年 離 岸 風 力 發 電 機 供 應 以 Siemens 公 司 07 部.6MW 及 2 部 6MW 合 計 09 部 (74%) 為 市 佔 率 最 高 的 供 應 商, 其 次 為 Bard 公 司 48 部 (12%)5MW 風 機,Vestas 公 司 41 部 (10%), Sevion(Repower) 公 司 18 部 (4%) 以 及 Alstom 公 司 1 部 (0.2%) 與 Gamesa 公 司 1 部 (0.2%), 發 電 額 定 功 率 平 均 為 4MW 平 均 每 個 風 場 開 發 的 規 模 為 485MW, 有 78% 大 於 前 一 年 的 開 發 規 模, 同 時 可 預 期 的 未 來 一 年 也 有 相 同 的 趨 勢 在 201 年 開 發 的 風 場 平 均 水 深 為 20m, 平 均 離 岸 的 距 離 約 為 0km 參 離 岸 風 電 產 業 參 訪 本 次 參 訪 ( ~ ) 主 要 行 程 詳 如 表 2, 針 對 行 程 重 點 說 明 如 下 : 表 2 離 岸 風 電 參 訪 行 程 表 日 期 行 程 內 容 1 Jan 桃 園 國 際 機 場 出 發 至 荷 蘭 阿 姆 斯 特 丹 (Amsterdam) 史 基 浦 機 場 (Schiphol) 轉 機 至 丹 麥 阿 爾 堡 (Aalborg) 與 SCADA 公 司 討 論 會 參 訪 西 門 子 測 試 風 場 14 Jan 參 訪 A2SEA 施 工 船 SEA POWER 丹 麥 阿 爾 堡 (Aalborg) 至 哥 本 哈 根 (Copenhagen) 丹 麥 哥 本 哈 根 (Copenhagen) 至 荷 蘭 阿 姆 斯 特 丹 (Amsterdam) 史 基 浦 (Schiphol) 機 場 15 Jan 與 K2 公 司 討 論 會 與 COWI 公 司 討 論 會 搭 乘 火 車 至 荷 蘭 鹿 特 丹 (Rotterdam) 與 Falck 公 司 會 議 並 參 訪 安 衛 訓 練 場 地 16 Jan 與 Ballast Nedam 公 司 會 議 荷 蘭 鹿 特 丹 (Rotterdam) 至 恩 斯 赫 特 (Enschede) 17 Jan 與 Mecal 公 司 會 議 18 Jan 移 動 日 --- 荷 蘭 恩 斯 赫 德 (Enschede) 至 德 國 明 斯 特 (Münster) 19 Jan 移 動 日 --- 德 國 明 斯 特 (Münster) 至 漢 堡 (Hamburg) 與 8.2/Kipke 公 司 會 議 20 Jan 與 Ramboll 公 司 會 議 與 Hochtief 公 司 會 議 21 Jan 漢 堡 (Hamburg) 至 布 萊 梅 港 (Bremenhaven) 與 NSW 公 司 會 議 22 Jan 與 RES 公 司 會 議 2 Jan 與 Areva 公 司 會 議 參 訪 Areva 公 司 原 型 機 測 試 場 及 風 機 製 造 廠 24 Jan 德 國 布 萊 梅 (Bremen) 至 荷 蘭 恩 斯 赫 德 (Enschede) 與 Mecal 公 司 會 議 25 Jan 移 動 日 --- 恩 斯 赫 德 (Enschede) 至 阿 姆 斯 特 丹 之 史 基 浦 (Schiphol) 機 場 26 Jan 移 動 日 --- 阿 姆 斯 特 丹 之 史 基 浦 (Schiphol) 機 場 至 桃 園 國 際 機 場 4 參 訪 告 No.10 July,

150 一 SCADA 公 司 SCADA 公 司 屬 於 風 機 營 運 監 控 軟 體 服 務 公 司, 可 提 供 風 機 監 控 軟 體 以 及 監 控 設 備 安 裝 等 服 務 在 風 機 運 轉 維 護 (Operation and Maintenance) 方 面,SCADA 公 司 指 出, 若 採 用 Siemens 風 機, 風 機 供 應 商 運 維 服 務 可 達 15 年 ; 若 採 用 AREVA 風 機 目 前 在 運 維 方 面 可 提 供 的 服 務 仍 相 當 有 限 針 對 風 機 營 運 監 控 資 料, SCADA 公 司 表 示 可 提 出 風 機 運 轉 維 護 分 析 所 需 項 目, 供 開 發 商 在 與 風 機 供 應 商 簽 約 時 於 契 約 內 規 定 及 要 求, 由 開 發 商 另 外 進 行 風 機 運 轉 維 護 資 料 分 析, 有 利 於 備 份 資 料 以 及 評 估 風 機 效 能 之 作 業, 資 料 分 析 應 採 用 符 合 IE 規 定 的 方 法 對 資 料 內 容 正 規 化, 做 為 不 同 廠 牌 機 種 風 機 資 料 的 比 較 基 準 ; 同 時 利 用 這 些 資 料, 對 於 尚 未 達 維 護 時 間 的 風 機 設 備 已 出 現 異 常, 如 齒 輪 箱 溫 度 高 於 平 均 溫 度, 可 在 事 前 要 求 請 風 機 供 應 商 提 出 解 決 方 案, 同 時 可 預 測 風 力 機 組 未 來 可 能 發 生 的 情 形 最 後 SCADA 公 司 提 出 一 個 觀 念 風 場 的 產 能 損 失 (Loss of Production) 比 可 用 率 (availability) 為 更 重 要 的 一 個 指 標 圖 2 Østerild test site 及 風 機 位 置 示 意 圖 二 丹 麥 測 試 風 場 (Østerild test site, Denmark) 測 試 風 場 位 置 如 圖 2, 工 址 面 對 北 海 平 行 排 列 可 設 置 7 組 風 力 發 電 機, 每 組 風 力 發 電 機 距 離 為 600 公 尺, 目 前 有 Vestas (Vestas Wind Systems A/S) 與 Siemens (Siemens Wind Power GmbH) 兩 家 風 機 供 應 商 進 入 設 置 風 機, 分 別 位 於 編 號 2 及 編 號 6 7, 測 試 風 場 內 設 置 之 風 機 詳 細 資 料 如 表 2 所 示 本 測 試 風 場 在 設 置 時 有 下 列 幾 點 要 求 :(a)100m 高 度 之 平 均 風 速 最 少 為 8m/s;(b) 區 域 位 在 歐 洲 鳥 類 保 護 區 外 ;(c) 距 離 最 近 的 住 家 至 少 1,000m;(d) 區 域 至 少 涵 蓋 46 公 頃 以 上 參 表 2 國 家 測 試 風 場 內 設 置 之 風 機 詳 細 資 料 編 號 風 機 供 應 商 風 機 型 式 標 稱 發 電 量 (MW) 轉 子 直 徑 (M) 機 艙 高 度 (M) 頂 部 高 度 (M) 備 註 4 參 訪 告 未 設 置 風 機 2 VESTAS V 世 界 最 高 風 機 VESTAS V 未 設 置 風 機 未 設 置 風 機 6 Siemens SWT 年 以 前 世 界 最 大 風 機 150 No.10 July, Siemens SWT 以 SWT-.6 修 改, 配 合 為 較 大 葉 片 及 效 能 較 強 的 發 電 機

151 訪 當 日 飄 雪 且 有 濃 霧, 能 見 度 不 佳, 且 在 測 試 風 場 內 僅 能 以 步 行 方 式 進 入, 故 僅 參 觀 Siemens 風 機 SWT 及 SWT , 其 中 SWT 為 2012~201 年 世 界 最 大 風 機, 參 訪 照 片 如 圖 及 圖 4, 左 側 照 片 為 現 場 拍 攝 風 機 整 體, 右 側 為 塔 筒 底 部 及 其 錨 碇 螺 栓 SWT 風 機 塔 筒 及 錨 碇 螺 栓 圖 西 門 子 SWT 風 機 照 片 4 參 訪 告 SWT 風 機 塔 筒 及 錨 碇 螺 栓 圖 4 西 門 子 SWT 風 機 照 片 No.10 July, 三 腳 管 式 基 礎

152 三 A2SEA 公 司 A2SEA 為 風 機 及 其 基 礎 運 送 安 裝 與 風 場 運 維 運 補 的 業 海 事 工 程 供 應 商, 旗 下 共 有 SEA INSTALLER SEA CHALLENGER SEA WORKER SEA JACK 以 及 SEA POWER 等 5 艘 用 船 隻 本 次 參 訪 停 靠 於 Grenaa (Anholt 風 場 附 近 ) 之 安 裝 船 SEA POWER ( 照 片 詳 圖 5) SEA POWER 係 自 航 式 (Self-propelled) 及 船 形 半 頂 升 式 (Shipshaped Semi Jack-up) 之 吊 裝 船, 腿 長 2m 適 用 水 深 約 為 20m, 主 吊 桁 架 為 TEREX CC2800, 吊 桿 72m+12m jib, 吊 重 20ton@15m 此 種 施 工 船 機 為 A2SEA 較 老 舊 之 型 式, 每 次 僅 能 裝 載 一 部 機 組 至 現 場 安 裝, 較 不 適 合 目 前 離 岸 越 來 越 遠 以 及 風 機 規 模 越 來 越 大 之 歐 洲 風 場 目 前 台 灣 離 岸 風 電 處 於 剛 起 步 的 階 段, 可 考 量 使 用 類 似 的 船 機, 惟 腿 長 的 限 制, 船 機 無 法 適 用 於 水 深 大 於 20m 以 上 之 風 場 四 K2 公 司 K2 為 一 陸 域 及 離 岸 風 電 管 理 顧 問 公 司, 以 計 劃 管 理 團 隊 (Management Team) 為 主 的 組 織, 公 司 成 員 主 要 包 括 Henrik Stamer (Managing Director) Per Melgaard (Co-founder) Lars Hammershøj(Co-founder) 等, 目 前 主 要 的 部 門 及 負 責 人 包 括 德 國 開 發 商 離 岸 風 電 安 裝 管 理, 負 責 人 為 Mike Prowse 離 岸 風 電 開 發 公 司 計 畫 指, 負 責 人 為 Peter Steinfeld 美 國 辦 公 室 則 由 Carsten Jensen 負 責 自 2007 年 成 立 以 來, 曾 經 參 與 包 括 南 韓 的 Southwest Offshore Wind Offshore basic design review 美 國 的 Cape wind 4 參 訪 告 船 艏 控 制 室 船 艉 起 重 設 備 主 吊 桁 架 TEREX CC2800 主 吊 底 座 設 備 152 No.10 July, 2014 圖 5 安 裝 船 SEA POWER 照 片

153 project management contract 以 及 義 大 利 的 Ogin Wind 風 能 評 估 等 計 畫 五 COWI 公 司 COWI 為 丹 麥 第 二 大 顧 問 公 司, 員 工 超 過 6,200 人, 全 球 超 過 20 國 家 設 有 計 畫 辦 公 室 在 任 何 一 個 時 間 點, 執 行 過 的 計 畫 超 過 17,000 件 以 上, 為 具 有 相 當 規 模 的 顧 問 公 司 在 風 場 設 計 的 部 分,COWI 公 司 曾 參 與 全 世 界 第 一 個 離 岸 風 場 丹 麥 Ebeltoft 的 設 計 工 作, 以 及 英 國 最 大 的 風 場 London Array 包 括 175 支 單 樁 基 礎 及 其 轉 接 段 (Transition Piece) 的 基 礎 細 部 設 計 工 作 於 London Array 的 設 計 COWI 公 司 有 許 多 成 熟 的 設 計, 例 如 單 樁 的 附 屬 結 構 (Secondary Steel) 採 用 鋼 構 架 (steel cage) 的 方 式 設 計, 再 配 合 特 殊 的 吊 具, 海 上 施 工 的 部 分 可 不 必 以 潛 水 人 員 進 行 水 下 工 作, 同 時 也 提 出 建 議 海 纜 出 入 口 可 考 量 採 用 無 J-tube 的 方 式, 可 能 為 較 經 濟 的 方 式 在 初 步 聽 取 國 內 相 關 自 然 條 件 以 及 製 造 及 施 工 船 機 能 量 之 後,COWI 公 司 對 於 國 內 之 風 機 基 礎 型 式 建 議 為 單 樁 及 管 架 式 基 礎 六 Falck 公 司 Falck 公 司 主 要 業 務 為 勞 安 訓 練 及 諮 詢 工 作, 提 供 全 尺 寸 實 境 模 擬 ( 照 片 如 圖 6 7), 在 離 岸 風 電 安 全 衛 生 (Health, Safety and Enviroment) 方 面, 依 循 GWO(Global Wind Organization) 之 規 範 要 求, 包 括 高 空 作 業 (Working at Heights) 初 步 協 助 (First Aid) 火 災 認 識 (Fire Awareness) 人 工 操 作 (Manual Handling) 海 上 逃 生 及 救 生 (Sea 逃 生 小 艇 訓 練 油 罐 車 火 災 訓 練 4 參 訪 告 直 升 機 落 水 訓 練 鑽 油 平 台 火 災 訓 練 圖 6 全 尺 寸 實 境 模 擬 照 片 ( 一 ) No.10 July,

154 離 岸 風 電 救 生 小 艇 訓 練 風 機 塔 架 攀 登 訓 練 離 岸 風 機 基 礎 登 入 訓 練 圖 7 全 尺 寸 實 境 模 擬 照 片 ( 二 ) 4 參 訪 告 154 No.10 July, 2014 Survival and Boat Transfer), 合 計 7.5 天 的 訓 練 課 程, 這 些 項 目 都 可 分 別 受 訓 分 別 認 證, 這 部 分 在 歐 洲 已 經 施 行 甚 久, 受 到 充 分 的 重 視, 而 這 部 分 無 論 是 政 府 法 令 規 定 以 及 相 關 擁 有 認 證 的 人 員, 仍 是 台 灣 很 欠 缺 的 一 部 分, 應 及 早 因 應, 以 利 未 來 在 風 場 施 工 以 及 營 運 維 護 順 利 且 安 全 的 進 行 七 Ballast Nedam 公 司 Ballast Nedam 公 司 為 工 程 統 包 商, 主 要 依 靠 Heavy Lift Vessel Svanen ( 模 型 照 片 如 圖 8) 進 行 離 岸 風 場 相 關 工 程, 目 前 正 在 進 行 德 國 EnBW Baltic 2 離 岸 風 場 的 風 機 基 礎 安 裝, 這 是 目 前 世 界 上 最 重 的 風 機 基 礎 之 一 在 風 場 施 工 經 驗 方 面,Ballast Nedam 已 經 成 功 安 裝 了 00 多 座 單 樁 基 礎 及 150 餘 座 轉 接 段, 同 時 Ballast Nedam 集 團 也 有 相 關 的 離 岸 風 電 設 計 部 門, 提 供 基 礎 設 計 的 服 務 工 作, 該 公 司 曾 參 加 台 灣 高 速 鐵 路 的 統 包 施 工 (Hochtief, Ballast Nedam, Pan Asia joint venture, HBP JV), 對 於 台 灣 的 土 木 施 工 環 境 應 甚 為 熟 悉

155 圖 8 起 重 船 Svanen 模 型 照 片 八 Mecal 公 司 Mecal 公 司 業 務 主 要 包 含 兩 大 部 分, 一 為 風 能 產 業, 其 二 為 半 體 工 業 關 於 風 能 產 業 主 要 服 務 包 括 :(1) 風 機 設 計 (Turbine Design): 主 要 內 容 為 風 機 概 念 設 計 載 重 模 擬 及 控 制 最 佳 化 認 證 機 械 設 計 測 量 驗 證 ; (2) 勘 驗 (Inspections): 主 要 內 容 為 施 工 完 成 勘 查 保 固 結 束 勘 查 週 期 性 勘 查 作 為 盡 職 調 查 (Due Diligence) 的 勘 驗 ;() 盡 職 調 查 (Due Diligence): 主 要 內 容 為 風 場 開 發 供 應 商 選 擇 營 運 中 風 場 ;(4) 業 主 及 銀 行 工 程 師 (Owners & Banks Engineer): 主 要 內 容 為 風 機 選 擇 監 造 O&M 費 用 預 測 ;(5) 營 運 監 控 (Performance Monitoring): 如 SCADA 分 析 Mecal 公 司 在 討 論 過 程 中 表 示, 考 量 目 前 亞 洲 地 區 的 製 造 以 及 施 工 能 力, 管 架 式 基 礎 在 製 造 上 雖 然 較 為 繁 複, 在 亞 洲 地 區 仍 有 製 造 商 可 生 產, 而 其 在 施 工 時 所 需 採 用 的 樁 徑 較 小, 可 能 是 一 個 比 較 安 全 的 選 擇, 若 選 擇 單 樁 基 礎 可 能 會 有 無 法 施 工 的 風 險 發 生 4 參 訪 告 No.10 July,

156 九 8.2 consulting AG 公 司 8.2 公 司 為 1995 年 成 立 於 德 國 的 管 理 顧 問 公 司, 服 務 項 目 包 括 風 能 評 估 DD(Due Diligence) 技 術 勘 查 (Technical Inspection) 以 及 風 場 管 理 顧 問 等 等 十 Ramboll 公 司 Ramboll 公 司 為 丹 麥 第 一 大 顧 問 公 司, 員 工 人 數 超 過 人 以 上, 本 次 訪 問 邀 集 Ramboll 英 國 分 公 司 人 員, 會 合 於 漢 堡 分 公 司 Ramboll 公 司 設 計 離 岸 風 場 之 風 機 基 礎 乃 採 用 自 行 研 發 的 程 式 ROSA(Ramboll Offshore Structural Analysis program) 以 及 RONJA (Ramboll s Offshore Nonlinear Jacket Analysis programme) 等 配 合 ANSYS 程 式 分 析 對 於 基 礎 鋼 板 之 規 範 初 步 建 議 採 用 歐 洲 規 範, 若 採 用 API 規 範 受 限 於 規 定 內 無 高 強 度 之 鋼 板, 可 能 造 成 基 礎 尺 寸 不 經 濟 十 一 Hochtief 公 司 Hochtief 公 司 為 工 程 統 包 廠 商, 可 提 供 施 工 服 務, 集 團 子 公 司 Leighton Offshore 則 可 提 供 風 場 設 計 服 務 Hochtief 公 司 離 岸 風 場 施 工 曾 參 與 Lillgrund Alpha Ventus Bard offshore1 Global tech1 及 Baltic 2 等, 為 離 岸 風 電 施 工 經 驗 豐 富 之 統 包 廠 商, 同 時 該 公 司 也 曾 與 前 述 Blast Nedam 公 司 共 同 參 加 台 灣 高 速 鐵 路 的 施 工 (HBP JV), 對 於 台 灣 的 土 木 施 工 環 境 應 甚 為 熟 悉 討 論 過 程 中,Hochtief 公 司 表 示, 單 樁 轉 接 段 為 目 前 基 礎 主 要 問 之 一, 依 照 DNV-OS-J101 之 建 議, 轉 接 段 須 以 錐 形 (Conical) 或 剪 力 鍵 銜 接 單 樁 基 礎 單 樁 及 轉 接 段 示 意 如 圖 9 所 示, 圖 中 在 斷 面 需 求 較 小 的 位 置, 即 以 漸 變 斷 面 設 計, 考 量 的 是 材 料 的 節 省 以 及 受 力 斷 面 的 縮 減, 在 轉 接 段 仍 須 以 錐 形 之 設 計, 避 免 基 礎 發 生 下 陷 的 問 4 參 訪 告 156 No.10 July, 2014 圖 9 單 樁 及 轉 接 段 示 意 圖

157 十 二 NSW 公 司 NSW 公 司 為 海 纜 供 應 商, 曾 參 與 Rødsand II 以 及 Alpha Ventus 等 風 場 NSW 公 司 表 示, 海 纜 生 產 訂 貨 至 交 貨 時 間 (Lead Time) 約 需 6 個 月 左 右, 在 裝 船 運 送 前 通 常 需 先 預 付 10~0% 海 纜 費 用 海 纜 通 常 經 由 J-tube 進 入 風 機 基 礎, 而 在 風 機 基 礎 與 海 纜 的 介 面, 受 到 海 流 的 影 響, 常 會 產 生 土 壤 淘 刷 以 及 海 纜 渦 擊 振 動 的 情 形 前 者 會 造 成 海 纜 的 無 支 撐 長 度 變 大, 產 生 額 外 的 應 力 及 變 形 而 損 壞, 後 者 則 是 會 造 成 反 覆 的 震 動 產 生 疲 勞 破 壞, 這 部 分 需 要 設 計 保 護 設 施 此 外, 風 機 基 礎 亦 有 無 J-tube 的 設 計, 這 部 分 的 海 纜 保 護 NSW 公 司 最 常 與 英 國 TEKMAR 公 司 合 作 進 行 海 纜 保 護 設 計 及 製 造 ; 另 外 值 得 注 意 的 是 漁 業 活 動 亦 是 造 成 海 纜 損 壞 的 主 要 情 形 之 一, 例 如 拖 網 以 及 拋 錨 等, 在 海 纜 埋 深 不 足 的 狀 況 下, 即 可 能 受 到 影 響, 海 纜 損 壞 時 必 須 以 整 段 或 部 分 更 換 的 方 式, 無 法 以 水 下 修 復 的 方 式 進 行, 亦 即 必 須 動 員 類 似 初 期 海 纜 佈 設 之 船 機 規 模, 才 有 辦 法 完 成 修 復 的 工 作 十 三 RES 公 司 RES 公 司 為 風 機 運 轉 維 護 服 務 廠 商, 包 括 提 供 技 術 諮 詢 及 維 護 技 術 人 員 等, 目 前 主 要 業 務 在 土 耳 其 及 德 國 境 內 風 場, 其 員 工 有 許 多 來 自 GE 試 運 轉 及 調 校 工 程 師 (Commissioning Engineer) 運 轉 維 護 的 策 略 既 是 技 術 也 是 商 業 議, 需 視 開 發 商 預 期 想 要 達 成 之 規 模 技 術 層 級 初 期 投 資 成 本 等 運 維 策 略 的 規 劃 RES 公 司 表 示 目 前 西 門 子 高 階 技 術 人 員 (High Level Technician) 要 價 甚 高, 而 且 為 了 目 前 歐 洲 風 場 的 安 裝 及 其 運 轉 維 護, 技 術 人 員 人 力 吃 緊, 因 此 建 議 亞 洲 地 區 的 風 場 開 發 商 應 擁 有 自 己 的 技 術 人 員, 可 能 會 降 低 運 維 成 本 以 及 掌 握 相 關 技 術 能 力 同 時, 在 購 買 風 機 的 時 候, 若 開 發 商 已 有 運 轉 維 護 策 略, 可 以 為 談 判 增 加 籌 碼 此 外, 在 風 機 運 維 保 固 期 結 束 之 前 的 幾 個 月 有 許 多 的 零 組 件 損 耗 已 經 趨 近 必 須 更 換 的 狀 態, 此 時 對 於 整 體 風 場 的 風 機 逐 一 檢 查, 對 於 不 正 常 損 耗 或 是 該 更 換 未 更 換 的 零 組 件, 可 要 求 風 機 供 應 商 更 新, 可 保 障 開 發 商 自 身 的 權 益 十 四 AREVA WIND 公 司 AREVA Wind 是 法 國 AREVA 核 能 電 廠 開 發 與 製 造 商 集 團 的 子 公 司, 在 2007 年 從 Prokon Nord Energiesysteme 公 司 取 得 MultiBrid GmbH 公 司 51 % 股 份, 成 立 AREVA Wind, 門 負 責 開 發 5 MW 離 岸 用 風 力 機 的 風 力 機 系 統 為 了 組 裝 運 送 方 便 及 減 少 在 海 上 組 裝 的 步 驟, 風 機 工 廠 就 設 在 Bremerhaven 港 AREVA WIND 相 當 早 就 投 入 德 國 離 岸 風 能 市 場, 德 國 首 座 離 岸 示 範 風 場 Alpha Ventus 共 有 12 架 風 力 機, 其 中 有 6 架 是 AREVA WIND 的 M5000, 目 前 AREVA WIND 在 全 歐 洲 已 安 裝 及 已 簽 約 將 安 裝 的 風 力 機 組 總 計 超 過 120 架 目 前 AREVA WIND 主 要 生 產 機 種 為 M5000 型, 標 稱 發 電 功 率 5.0MW, 係 永 磁 式 風 機, 其 優 點 在 於 輕 量 化, 包 含 機 艙 及 轉 子 總 重 僅 約 50tons; 其 二 可 靠 度 高, 利 用 永 磁 與 一 階 增 速 的 設 計, 齒 輪 箱 增 速 比 為 1:10, 可 降 低 轉 速 減 少 轉 動 元 件 數 量 以 及 減 少 軸 承 的 損 壞, 同 時 所 有 關 鍵 的 元 件 及 偵 測 感 應 器 都 裝 有 備 品, 使 維 修 工 作 容 易 規 劃 及 效 率 加 倍 ; 第 三 為 海 洋 環 境 的 防 蝕 保 護 優 良, 利 用 裝 設 於 機 艙 下 方 塔 架 內 的 空 氣 處 理 系 統, 過 濾 腐 蝕 的 鹽 份 及 水 份, 提 供 機 艙 內 部 形 成 一 個 完 整 且 高 於 外 部 空 氣 壓 力 的 環 境, 使 得 機 艙 的 空 氣 不 會 直 接 由 含 有 腐 蝕 成 分 的 外 界 進 入 在 Alpha Ventus 風 場 測 試 過 程 中, 曾 經 出 現 變 速 箱 嚴 重 的 過 熱 問, 在 裝 設 初 期 就 必 須 更 換 零 組 件 甚 至 更 換 整 體 機 組, 花 費 甚 高 故 目 4 參 訪 告 No.10 July,

158 前 Areva 在 風 機 送 至 現 場 安 裝 前, 機 組 必 須 在 組 裝 廠 先 成 套 ( 包 括 機 艙 及 下 部 控 制 儀 器 ) 同 時 連 續 運 轉 48 小 時 以 上 測 試, 送 至 風 場 時 亦 為 同 一 機 組 進 行 安 裝, 可 減 少 在 海 上 測 試 的 工 作 時 間 以 及 減 少 初 期 即 需 維 護 更 換 的 費 用 在 AREVA WIND 試 驗 風 場, 風 機 塔 筒 高 度 約 達 10m, 為 了 節 省 建 造 費 用, 設 計 考 量 採 用 兩 種 不 同 材 質 之 結 構, 底 部 採 用 預 力 混 凝 土 塔 筒, 上 部 採 用 鋼 製 塔 筒, 照 片 如 圖 10 所 示 廠 房 內 不 准 許 拍 照, 僅 能 在 廠 房 外 拍 攝, 機 艙 製 Areva 風 機 塔 筒 底 上 視 4 參 訪 告 塔 筒 底 內 部 配 置 158 No.10 July, 2014 圖 10 AREVA 陸 上 試 驗 風 場 照 片

159 造 示 意 圖 摘 自 網 路 如 圖 11, 基 礎 及 轉 接 段 現 場 照 片 如 圖 12 針 對 台 灣 的 颱 風 環 境,AREVA WIND 表 示 在 控 制 葉 片 的 迎 風 面 角 度 (Pitch System) 可 設 置 兩 道 電 源 裝 置 ( 包 括 電 池 以 及 緊 急 發 電 機 ) 避 免 停 機 後 無 法 供 應 電 源, 造 成 葉 片 損 壞 目 前 AREVA WIND 的 風 機 仍 未 有 長 期 的 運 維 紀 錄 (Track Record), 存 有 不 確 定 的 風 險, 然 其 設 計 概 念, 有 相 當 大 的 潛 力 成 為 未 來 主 流 的 風 機, 值 得 國 內 風 場 開 發 持 續 評 估, 作 為 風 場 風 機 選 項 圖 11 AREVA 風 機 組 裝 廠 房 照 片 ( 資 料 來 源 :AREVA 網 站 ) 4 參 訪 告 轉 接 段 及 基 礎 三 腳 管 式 基 礎 圖 12 AREVA 廠 房 外 塔 架 及 基 礎 照 片 No.10 July,

160 肆 離 岸 風 電 設 計 之 初 步 探 討 伍 結 論 有 關 離 岸 風 電 設 計 初 步 有 下 列 幾 點 看 法 : 一 目 前 歐 洲 使 用 最 廣 泛 的 基 礎 型 式 仍 是 以 單 樁 為 最 多, 原 因 即 是 考 量 施 工 的 速 度, 經 濟 性 等 條 件, 而 單 樁 基 礎 在 國 內 仍 有 製 造 能 力 以 及 船 機 能 量 等 限 制 因 素 尚 未 解 決 二 雖 然 目 前 歐 洲 風 場 設 計 工 作 已 臻 成 熟, 但 仍 未 有 地 震 及 颱 風 之 經 驗, 這 部 分 無 論 是 歐 洲 設 計 顧 問 公 司 或 是 國 內 顧 問 公 司 都 是 一 大 的 挑 戰 綜 合 歐 洲 離 岸 風 電 統 計 資 料 及 參 訪 紀 實 結 論 整 理 如 下 : 一 風 力 發 電 已 成 為 全 球 成 長 最 為 快 速 之 再 生 能 源, 目 前 國 內 陸 域 可 供 開 發 風 力 發 電 場 址 有 限 且 趨 於 飽 和, 離 岸 風 場 開 發 將 提 供 台 灣 一 個 可 行 途 徑 二 歐 洲 開 發 的 風 場 之 中, 單 樁 式 基 礎 仍 為 採 用 最 多 的 基 礎 型 式, 目 前 歐 洲 基 礎 製 造 商 主 要 集 中 在 丹 麥 及 德 國 境 內 4 參 訪 告 三 風 場 開 發 資 金 需 求 龐 大, 需 要 銀 行 的 借 貸, 在 此 程 序 之 下 風 場 設 計 條 件 ( 如 風 況 地 質 海 況 等 ) 及 基 礎 設 計 等 常 常 都 需 要 第 三 公 正 單 位 的 認 證, 如 何 獲 取 有 經 驗 的 國 外 顧 問 公 司 的 協 助, 順 利 完 成 設 計 工 作, 為 目 前 國 內 顧 問 公 司 應 仔 細 評 估 的 項 目 之 一 四 依 據 目 前 參 訪 過 的 離 岸 風 電 開 發 設 計 顧 問 公 司, 以 GL-GH( 目 前 皆 已 經 合 併 於 DNV- GL) Ramboll 以 及 COWI 等 公 司 對 風 機 基 礎 規 劃 設 計 實 績 最 為 豐 富, 其 中 Ramboll 及 COWI 分 別 在 ENR(Engineering News Records)201 年 百 大 國 際 設 計 廠 商 排 名 24 及 5 五 離 岸 風 電 規 劃 設 計 包 括 的 範 疇 甚 廣, 由 風 場 風 能 評 估 到 風 機 選 擇 基 礎 設 計 電 網 連 接 等, 歐 洲 顧 問 公 司 多 由 油 氣 開 採 設 計 進 入 離 岸 風 電 設 計, 並 累 積 20 多 年 的 經 驗, 值 得 國 內 顧 問 由 目 前 的 業 領 域 進 入 離 岸 風 電 設 計 之 參 考 三 依 據 EWEA 統 計 資 料 顯 示, 在 201 年 開 發 的 風 場 採 用 的 風 機 發 電 額 定 功 率 平 均 為 4MW 每 個 風 場 開 發 的 平 均 規 模 為 485MW, 平 均 水 深 為 20m, 平 均 離 岸 的 距 離 約 為 0km 四 風 機 運 轉 維 護 在 開 發 初 期 即 應 考 量 在 成 本 之 內, 相 關 之 運 轉 維 護 策 略 亦 應 及 早 規 劃, 並 且 在 風 機 採 購 時 即 有 成 熟 的 構 想, 並 於 契 約 內 規 定 及 要 求 五 風 場 的 產 能 損 失 比 可 用 率 為 更 重 要 的 一 個 指 標 六 在 國 內 風 場 開 發 初 期 很 難 有 足 夠 的 施 工 規 模 提 供 國 內 施 工 廠 商 去 投 資 船 機, 而 由 歐 洲 動 員 船 機 的 費 用 則 過 高 且 船 期 難 以 配 合 ; 國 內 風 場 開 發 無 論 是 基 礎 或 是 風 機 吊 裝 都 將 面 臨 無 適 合 的 國 內 施 工 船 機, 較 可 行 的 方 式 為 由 亞 洲 地 區 尋 找 可 替 代 的 施 工 船 機 160 No.10 July, 2014

161 七 基 礎 型 式 應 考 量 自 然 條 件 以 及 製 造 及 施 工 船 機 能 量, 初 步 可 能 的 基 礎 型 式 為 單 樁 及 管 架 式 基 礎, 整 體 費 用 仍 以 單 樁 為 較 經 濟 之 方 案 八 管 架 式 基 礎 在 製 造 上 雖 然 較 為 繁 複, 在 亞 洲 地 區 仍 有 製 造 商 可 生 產, 而 其 在 施 工 時 所 需 採 用 的 樁 徑 較 小, 可 能 是 一 個 比 較 安 全 的 選 擇, 若 選 擇 單 樁 基 礎 可 能 會 有 無 法 施 工 的 風 險 發 生 九 離 岸 風 電 安 全 衛 生 目 前 國 際 規 範 依 循 GWO 之 相 關 指 引, 有 相 關 的 訓 練 及 認 證, 在 國 內 無 論 是 政 府 法 令 規 定 以 及 相 關 擁 有 認 證 的 人 員, 仍 是 很 欠 缺 的 一 部 分, 應 及 早 因 應, 以 利 未 來 在 風 場 施 工 以 及 營 運 維 護 順 利 且 安 全 的 進 行 十 基 礎 鋼 板 之 規 範 初 步 建 議 採 用 歐 洲 規 範, 目 前 國 內 包 括 中 鋼 公 司 尚 無 法 生 產 符 合 歐 規 之 鋼 板, 在 亞 洲 地 區 則 有 日 本 韓 國 及 大 陸 地 區 的 鋼 板 製 造 商 可 生 產 符 合 歐 規 之 鋼 板 十 一 單 樁 轉 接 段 為 目 前 基 礎 主 要 問 之 一, 設 計 須 依 照 DNV-OS-J101 之 建 議, 以 錐 形 (conical) 或 剪 力 鍵 銜 接 單 樁 基 礎 十 二 Siemens 為 目 前 離 岸 風 電 供 應 商 的 龍 頭, 有 足 夠 的 運 維 紀 錄 (track record), 技 術 成 熟 AREVA WIND 的 風 機 則 未 有 長 期 的 運 維 紀 錄, 存 有 不 確 定 的 風 險, 然 其 設 計 概 念, 有 相 當 大 的 潛 力 成 為 未 來 主 流 的 風 機, 值 得 國 內 風 場 開 發 持 續 評 估, 作 為 風 場 風 機 選 項 參 考 文 獻 1. European Wind Energy Association (EWEA), (Jan., 2005), The European offshore wind industry key trends and statistics 201" 2. AREVA 網 站 : 4 參 訪 告 No.10 July,

162 稿 約 格 式 一 文 字 : 稿 件 應 以 中 文 或 英 文 撰 寫, 中 文 及 英 文 摘 要 以 400 字 為 限 二 單 位 : 所 有 含 因 次 之 量 須 採 用 SI 單 位 公 制 三 打 字 : 來 稿 請 使 用 電 子 檔 ( 以 Word 編 排 ) 圖 文 需 以 單 欄 橫 向 編 排 方 式, 共 同 排 列 在 文 稿 內 ( 過 大 的 圖 或 表 可 以 附 件 方 式 呈 現 ), 論 文 之 長 度 ( 含 圖 ) 字 數 限 5-6,000 字 以 內 ; 左 右 邊 界 2.5 公 分, 上 下 邊 界 公 分, 內 文 字 體 為 細 明 體 12 點 字, 行 距 為 1.5 倍 行 高 四 目 / 作 者 : 論 文 目 宜 簡 明, 作 者 姓 名 任 職 機 構 部 門 職 稱 技 師 科 別 列 於 論 文 之 下 方, 其 服 務 部 門 及 職 稱 以 l,2, 編 號 註 記 在 首 頁 末, 另 附 上 作 者 之 生 活 照 高 畫 質 之 電 子 檔 五 關 鍵 詞 : 在 目 中 須 選 出 中 文 及 英 文 二 至 四 個 關 鍵 詞, 並 置 於 作 者 姓 名 下 方 六 章 節 及 標 : 論 文 之 章 節 標 須 列 於 稿 紙 之 中 央 對 稱 位 置, 且 加 編 號 小 節 標 亦 應 加 編 號 但 必 須 從 文 稿 之 左 緣 開 始, 例 壹 大 標 ( 居 中 ) 一 中 標 ( 齊 頭 ) ( 一 ) 子 標 ( 齊 頭 ) 1 小 標 ( 齊 頭 ) (1) 次 小 標 ( 齊 頭 ) 七 數 學 式 : 所 有 公 式 及 方 程 式 均 須 書 寫 清 楚, 其 後 標 式 號 於 圓 括 弧 內 為 清 晰 起 見, 每 一 式 之 上 下 須 多 空 一 列 八 長 度 : 論 文 之 長 度 ( 含 圖 ), 內 文 以 不 超 過 6,000 字 或 其 相 當 之 長 度 為 準 ( 以 A4 規 格 約 8 頁 ( 含 圖 ) 計 算 ) 九 插 圖 與 圖 表 : 不 論 在 正 文 中 或 圖 裡 本 身, 所 有 圖 表 照 片 必 須 附 有 編 號 及 標 或 簡 短 說 明, 其 編 號 請 用 阿 拉 伯 數 字, 不 加 括 號 表 示 如 圖 1 表 2;Table 1 Figure 2, 表 的 標 置 於 表 的 上 方 中 間, 圖 的 標 置 於 圖 的 下 方 中 間 十 符 號 : 內 文 所 有 符 號 須 於 符 號 第 一 次 出 現 時 加 以 定 義 十 一 參 考 文 獻 : 所 有 參 考 文 獻 須 按 其 在 文 中 出 現 之 先 後 隨 文 註 號 碼 於 方 括 弧 內, 並 依 序 完 整 列 於 文 末 ; 文 中 引 用 提 及 作 者 時 請 用 全 名, 未 直 接 引 用 之 文 獻 不 得 出 現 參 考 文 獻 之 寫 法 須 依 下 列 格 式 : (l) 期 刊 林 銘 崇 王 志 成, 河 口 海 岸 地 形 變 化 之 預 測 模 式, 中 國 工 程 學 刊, 第 六 卷, 第 三 期, 第 頁 (198) Bazant,Z. P.,and Oh,B. H., Strain-rate effect in rapid triaxial loading of concrete, Journal of Engineering Mechanics,ASCE,Vol.108,No.5, pp (1982). (2) 書 籍 張 德 周, 契 約 與 規 範, 文 笙 書 局, 台 北, 第 頁 (1987) Zienkiewicz, O. C., The Finite Element Method, McGraw-Hill, London, pp (1977) () 論 文 集 蔡 益 超 李 文 友, 鋼 筋 混 凝 土 T 型 梁 火 災 後 彎 矩 強 度 之 分 析 與 評 估, 中 國 土 木 水 利 工 程 學 會 71 年 年 會 論 文 集, 臺 北, 第 25-0 頁 (1982) Nasu, M. and Tamura, T., Vibration test of the underground pipe with a comparatively large cross-section, Proceedings of the Fifth World Conference on Earthquake Engineering, Rome, Italy, pp (197) (4) 學 位 論 文 陳 永 松, 鋼 筋 混 凝 土 錨 座 鋼 筋 握 裹 滑 移 之 預 測, 碩 士 論 文, 國 立 成 功 大 學 建 築 研 究 所, 台 南 (1982) Lin, C. H., Rational for limits to reinforcement of tied concrete column, Ph.D. Dissertation, Department of Civil Engineering, University of Texas, Austin, Texas (1984). (5) 研 究 告 劉 長 齡 劉 佳 明 徐 享 崑, 高 屏 溪 流 域 水 資 源 規 劃 系 統 分 析 之 研 究, 國 立 成 功 大 學 臺 南 水 工 試 驗 所 研 究 告,No.5, 台 南 (198) Thompson, J. P., Fire resistance of reinforced concrete floors, PCA Report, Chicago, U.S.A., pp.1-15(196). 162 No.10 July, 2014

163 編 後 語 考 量 近 年 來 國 內 外 競 相 發 展 替 代 能 源, 國 內 亦 在 經 濟 部 能 源 局 推 動 之 下, 希 望 於 200 年 完 成 建 置 GW 風 場 開 發 之 目 標 而 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 配 合 國 家 政 策, 積 極 引 進 及 研 發 新 技 術, 並 參 與 國 家 重 大 建 設 本 期 中 華 技 術 以 綠 能 離 岸 風 力 與 太 陽 能 為 主, 除 訪 幾 位 在 此 一 業 領 域 的 先 進, 從 其 口 中 多 方 了 解 該 業 的 精 髓 外, 並 期 從 初 步 評 估 規 劃 設 計 及 施 工 等 多 個 層 面, 針 對 離 岸 風 力 發 電 及 太 陽 能 發 電 工 程 等 關 鍵 技 術 深 入 探 討, 以 實 際 的 參 與 來 展 現 公 司 的 實 力, 往 後 才 能 更 加 強 化 這 一 部 分 的 技 術, 與 國 家 的 政 策 攜 手 並 進 No.10 July,

164 本 刊 於 每 年 一 四 七 十 月 份 以 季 刊 方 式 發 行, 來 稿 請 備 紙 本 稿 件 一 式 三 份 及 原 稿 電 子 檔, 以 掛 號 郵 寄 台 北 市 內 湖 區 陽 光 街 2 號 10 樓, 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 企 劃 部 轉 中 華 技 術 編 輯 小 組 收 104 期 中 華 技 術 輯 主 / 監 造 永 續 工 程 的 守 護 者 出 刊 日 :2014 年 10 月 1 日 164 No.10 July, 2014