中國建成全球首個漂浮式風漁融合遠海離岸風電場

一、全球首個漂浮式風漁融合工程安裝完成

   依據央視新聞報導，10月31日全球首個漂浮式風漁融合計畫在福建莆田南日島離岸風電場完成全部工程安裝即將投產發電，將中國離岸風電邁入深遠海開發。漂浮式風漁融合計畫採用三立柱半潛式平台，平台上安裝一台4兆瓦離岸風電機組，以及輕質柔性光伏組件，平台中間取正六邊形作為養殖區域，在生產清潔電力的同時還能養殖魚類海鮮，實現了風、光、漁融合。建成投產後，每年發電量可達1,600萬千瓦時，相當於6,000多戶一般家庭一年的用電量。國家能源集團龍源電力「國能共享號」計畫負責人陳勇稱一方面解決了離岸風電向深遠海發展的技術瓶頸，另一方面推動了海水養殖向深遠海發展。兩者結合將有效降低綜合成本，有利於引導離岸風電邁入深遠海。相較於傳統固定的海床裡的風機，漂浮式風機不需要大規模的鋼筋混凝土基礎，而是透過利用浮力原理，使其在水上漂浮運行，這使得漂浮式風機在深遠海部署更為方便。它還可以透過電動纜繩調節方向和位置，能夠適應多種風向和海流環境，獲得更多的風能。漂浮式離岸風電系統在水深大於70公尺的海域具備更好的經濟優勢，推動漂浮式離岸風電商業化、規模化，加速技術創新和降低成本將為沿海區域綠色能源供應和經濟社會發展提供強力支撐。

    從2010年開始，中國風電累計裝置容量連續十三年穩居世界第一，近兩年，中國離岸風電累計裝置規模更是佔全球一半左右。在湖南大學海上風力發電裝備與風能高效利用全國重點實驗室，正在攻關研製的大型風力發電機組將單機容量提升至20兆瓦。這台「20兆瓦級海上新型風力發電機組」模型正在進行測試，這是由國家重點研發計畫批復立項的全國在研最大容量風力機組。這台風力發電機由4組葉片構成，葉片高度、重心可調節，即便在離海岸線50公里以外的深海區，也可以抵禦颱風等惡劣天氣。在緊急情況如颱風來臨時，可以把它放平，重心下降，確保在極端環境下的安全。專案團隊負責人稱4組葉片做成了模組化設計，既可以合併發電，達到20兆瓦的容量，又能單獨運行，互不干擾，不僅減少了單一葉片的製造成本，也讓維修變得更容易。研製成功後，一個發電機組每年可輸出超8000萬千瓦時的綠色電力，滿足4.4萬戶家庭一年的用電量且建設成本不高。機組目，就是讓建設成本每千瓦能達到15000元。為了讓風電挺進深遠海，中國在研發漂浮式風扇的同時，還在加速研發單機容量更大的風力機組，來解決深遠海風電的經濟問題。近日，中國獨創的全球容量最大的雙轉子漂浮式離岸風電平台，在廣東已完成混凝土預製件浮體拼裝，這個漂浮式平台搭載兩台8.3兆瓦超緊湊半直驅海上風機，總容量達到16.6兆瓦，以「V」字形排列，共用一個漂浮式基座，成為全球容量最大的雙轉子抗颱風漂浮式風扇，滿載狀態下，每小時就可以發出16600度清潔電能。這台雙轉子漂浮風機擁有超過3000個智慧感測器，可以全面感知核心零件的狀態、機組姿態、氣象條件、海洋環境和電力系統等因素，充分利用數字孿生技術、人工智慧技術，實現全生命週期的健康感知並自我動態調整控制，自2019年以來，中國相繼下線投產了自主研發的8兆瓦、10兆瓦、13兆瓦、16兆瓦海上風電機組，短時間內取得了快速突破，並且還在研發單機容量更大的機組，帶動風電全產業鏈高速發展。隨著離岸風電建設向深水遠岸佈局，面臨建設條件更複雜、施工難度更大等挑戰，風機塔筒、基礎及施工等工程建設成本增加，大容量風扇將有利於降低單位千瓦的造價，提高工程收益水平，是深遠海上風電發展的重要趨勢。

二、兩岸風力發電差距

(一)設備製造及施工維護問題

   台灣離岸風電場完全發包給國外財團，風電設備不會製造也無施工維護技術，立委王鴻薇質詢經濟部長王美花，台電離岸風電一期花費250億元，21台機組有2台連續3個月發生故障，所採購的日本日立公司風電機不再生產變成孤兒發電機，日後維修困難。台灣發包國外風電公司，不私自見技術造成離岸風電電價甚高，約為中國大陸的1.6倍。且無法培植台灣風電相關設備製造及施工技術。台灣與中國大陸海域都有颱風天災，此與歐洲不同，因此中國工程師在施工上自行改良，但台灣無此經驗風險較高。中國離岸風電自行研發創新技術，建立設備產業鏈，連艦兩艘風電維修母船，由上海電氣風電集團股份有限公司委託振華重工建造。項目的投運將填補國內海上風電維修領域專用運維船的空白，為中國海上風電開發走向深海再添利器。這兩艘風電維修母船分別為100人和60人規格。100人風電運維母船船長93.4米，型寬19米，設計航速12.3節；60人風電運維母船船長72.76米，型寬17.5米，設計航速12節。兩船自持力30天以上，滿足無限航區要求。“十四五”期間，中國規劃了五大千萬千瓦級海上風電基地，並出台各項措施以推動近海規模化開發和深遠海示範化開發。擁有更優質風能資源的深遠海，將是未來海上風電的主戰場。為服務這一國家戰略配合修建專業風電維修母船，將專門應用於離岸40公里以外的大型風場，能在很大程度上緩解目前中國主流海上交通船窗口期短、無法接續作業、往返次數多、效率低、惡劣海況適用性差等痛點，為深遠海項目運維提供強有力的支撐。

(二)核綠共生與非核家園

    蔡政府堅持廢核，而可再生能源進展緩慢且受限，規劃80%的火力發電根本無法達到國際2050淨零碳排目標，且缺電、高電價及空屋的噩夢很難揮去。

(三)中國大陸風力發電成果

   中國大陸積極推動風力發電是為減少二氧化碳排放以確保能達到碳中和之改善氣候變化終極目標，在去年9 月22 日的聯合國會議上，中國提出了到2060 年實現碳中和的目標。中國穩紮穩打地建設著自己的風電場。如今中國有超過13.5 萬台風電機，每年可生產235GW以上的電力。同時，中國還是世界上最大的太陽能電池板出口商。實際上，儘管煤炭發電廠仍然支撐著中國經濟，但已有跡象表明，中國正在慢慢開闢可再生能源的新途徑。過去兩年，中國的離岸風力發電新增裝機量超越其他國家，位居全球第一。根據GWEC數據測算，至2030年，中國預計新增52吉瓦的離岸風力發電裝機，將以58.7吉瓦的總裝機容量成為世界離岸風力發電累計裝機容量最大的國家。中國大陸海岸線長達1.8萬公里，可利用海域面積300多萬平方公里，海上風能資源豐富。中國政策支持推動離岸風力發電發展，與台灣不同的是中國風電設備是自己製造，施工亦不假手外人，因此離岸發電成本較台灣低很多，經濟效益很大。2014年，中國原先明確訂定離岸風力發電每度電價新台幣3.64元，現又降至3.21元，這個價格遠低於台灣外購價。政策之外，中國離岸風力發電的蓬勃發展同樣離不開技術的進步。在中國離岸風力發電發展初期，主要依賴對國外海上風機的進口。然而中國海床的構成與歐洲不同，中國海域的颱風也給離岸風力發電機組帶來了嚴峻的挑戰，這使得直接引進的歐洲風機有一定程度上的「水土不服」，也導致中國離岸風力發電機組基礎段的工程成本高於歐洲，經過自己研發製造設備已大幅降低成本。

三、浮動式離岸風電技術發展展望

   各國政府發現浮體式離岸風電的市場商機後，紛紛投入浮體式離岸風電產業發展。目前，除歐洲外，中美二國也袃積極發展。美國北加州擁有美國最強的海上風力，具有生產清潔能源的巨大潛力。但其大陸架迅速下降，直接在海底建造傳統的風力渦輪機成本很高。加利福尼亞州正在推進一項開發全美國首個浮動海上風電場的計劃，美國政府將距加州海岸約20英里的五個租賃區拍賣給計劃開發浮動風電場的公司。浮動平台可以支持產生10MW或更多電力的風力渦輪機，一些最強的風力資源遠離海岸，位於水深數百英尺的地方，例如美國西海岸、五大湖、地中海和日本海岸。美國一些最強大的海上風力發電潛力位於水深不適合固定渦輪機的地區，包括西海岸附近。雖然漂浮式海上風電場正在成為一項商業技術，但仍有一些技術挑戰需要解決。平台運動可能會對葉片和塔架造成更大的力，以及更複雜和不穩定的空氣動力學。此外，隨著水深變得非常深，繫泊線、錨和電纜的成本可能會變得非常高，因此將需要更便宜但仍然可靠的技術。台灣既然想發展離岸海上風力發電，應作長期完整規劃將海上牧場、休閒娛樂及浮式海上發電綜合應用，未來發展無限。

   風力渦輪機離岸愈遠愈能獲得更高的效率，對於尋求清潔能源減少化石燃料依賴而言，遠離海岸的廣大深海區發展浮式風力發電非常有願景。遠海的風力往往更強且更穩定，這些結構位於深水區需考慮平台的設計、建造和維護的複雜性。深水平台必須漂浮、牢固地繫泊在適當的位置，並且能夠在相當惡劣的條件下運行。這項任務無異於在持續動態、本質上不穩定的環境中保持 30 層樓的直立和穩定。風浮平台是在造船廠建造，在那裡組裝和安裝風力渦輪機塔架、機艙和葉片。然後由商業拖船將完成的組件拖到位。一旦到位，平台必須固定在海底。繫泊系統不是靠錨在海床上的抓力，而是靠錨鏈的重量。在此類應用中，合成材料通常優於鋼絲繩或鏈條，因為合成材料重量更輕、強度相當、不易腐蝕且使用壽命更長。台灣的離岸風電缺乏長遠規畫，未建立自己的國產風機設備製造及施工能力，完全依賴外國廠商因此施工成本及未來電價都很高，台灣目前規劃的海上風機都採用固定式基座的風機，也就是透過打樁固定在海床上，不僅水深受到限制，選址也無法離海岸太遠，因此產生漁業及航道干擾問題，而打樁產生的噪音更影響「中華白海豚」的生存環境。雖然水下基礎天差地遠，但上半部採用的風力發電機型式兩者大同小異，普遍而言，浮動式平台不須考量基樁的承受度，較適合安裝大型風機。浮式風機仍有技術和後勤的挑戰問題須克服。台灣欠缺繫泊與錨定相關的海洋工程產業，除了缺少工程經驗，硬體設備也有不足之處。浮式風場對港口基礎建設要求很高，需要動力強大的工程吊車，重件碼頭的地基也需要特別加強，國際上的浮式平台經驗豐富，在浮動平台的繫泊與錨定工程上已成功克服無數惡劣天氣的海域。面對浮動式風機未來展望，很多業者對於開發深水區域的風能都表示有興趣。