全球最大海上漂浮風電站「明陽天成號」運轉與台灣浮式風電站發展前景

一、中國大陸遠海浮式風力發電站發展

   根據陸媒報導，12月11日，全球單體容量最大的漂浮式風電站「明陽天成號」在廣東陽江正式運轉，對人類開發海上綠電邁開大步。「明陽天成號」為全球首次在一個浮式基礎上搭載兩台8.3兆瓦海上風機，總裝機容量達到16.6兆瓦，是目前全球最大的漂浮式風電平台，平台排水總量約1.5萬噸，投運於離岸約70公里、水深約45公尺的明陽陽江青洲四離岸風電場，預計每年可提供約5,400萬度綠色電力。有別於傳統風機結構，「明陽天成號」兩台風機並排而立、兩個風輪朝反向旋轉，這樣的設計使得葉輪中間區域的風速提升，空氣動能轉換的電能也隨之增加，比同等掃風面積的單一大風輪風扇的發電量提升4.29%。「明陽天成號」透過聯合首創的「黑啟動」技術——利用自身的能源和控制系統完成風扇啟動並運行，從而實現空轉調試。此外，「明陽天成號」也進行了小型功率機組孤島模式的測試工作，驗證了此風電平台在脫離電網的情況下獨立運作的自主生存能力和穩定性。事實上，在2023年3月26日，中國首座浮式風力發電平台海油觀瀾號就已在海南的文昌海域進行安裝試。浮式風電平台是一種可在水中漂浮並利用風力發電的裝備，通過在浮體內部注水壓在水中漂浮，以克服海水對風機基礎的晃動作用。目前，中國是世界第一大風電整機裝備生產國，產量佔全球一半以上，已形成了完整的具有領先水平和全球競爭力的風電產業鍊和供應鏈，從風機到葉片，從海底電纜到海上施工裝備，一系列海上風電關鍵技術取得突破。

風力發電離岸愈遠效率愈高，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，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。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。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。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。

二、浮動式離岸風電技術發展展望

   國際上，一波「浮動式風電」潮流正在興起。浮動式風機與固定式風機最大的差異，在於水下基座的安裝方式。固定式基座的水下基礎是直接固定在海床，而浮動式的水下基礎平台，並沒有直接與海床接觸，而是像一艘漂浮在海上的大船，再運用業界已相當純熟的技術，以類似「拋錨」的原理，將巨大、沉重的海錨投放於海床，再透過纜線連結水下基礎平台，限制其漂浮的範圍。由於固定式基座必須配合水深高度，平均最多只能到50公尺深，但浮動式少了這樣的限制，可以裝設在平均50公尺到200公尺的海域，大幅提升了離岸風電的開發範圍。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。國際上常見的浮動式平台種類有(1)半潛式：半潛式平台是由三或四個浮筒組成一個半沉潛的平台，安裝較方便，目前最廣為應用(2)張力腿式：張力腿結構類似半潛式，但其繫泊系統會將連接海床的鋼纜拉緊，使平台更為牢固，但鋼纜受損斷裂的風險較大(3)浮筒式：浮筒式是一個直立式柱狀浮筒，浮筒底部配重較重使其穩定，安裝起來較複雜(4)駁船式：駁船式是一個大型的環狀浮動平台，透過環形浮筒結構分散浮力。

   浮動平台可支持10兆瓦的風力渦輪機，一些最強的風力資源大多遠離海岸，而任何距離海岸甚至幾英里的風電場都需要浮動渦輪機。但是在水面上安裝真正的風力渦輪機需要時間，許可和環境審查過程通常需要數年時間。歐洲和亞洲已經開展了幾個採用漂浮式風力渦輪機的全面示範項目。Hywind Scotland 項目於 2017 年成為第一個商業規模的海上浮動風電場，由挪威能源公司 Equinor設計的 spar 浮標支持五台 6 兆瓦渦輪機。Equinor Wind US是加利福尼亞中部附近的中標項目之一。另一個中標者是RWE Offshore Wind Holdings。RWE在歐洲經營風電場，並擁有三個漂浮式風力渦輪機示範項目。其他相關公司——Copenhagen Infrastructure Partners、Invenergy 和Ocean Winds——擁有大西洋沿岸的租約或現有的海上風電場。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。

三、檢視台灣離岸風電發展問題

   經濟日報社論提及離岸風電已是台灣能源政策的重要一環，但台灣發展離岸風電面臨一些問題，首先，海上發電技術設備及施工未能國產化及本土化，因此受到國外廠商掣軸。此時陸續有外國開發商退出台灣市場或縮減台灣離岸風電業務，突顯出台灣離岸風電政策可能需要改善。中國大陸離岸風電發展世界第一，兩岸離岸風電技術相差懸殊。其實，中國大陸的風電發展也是篳路藍縷，刻苦研究努力本土化，其次是擴大規模，提高質量和降低成本以增加競爭力。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技術，發包國外造成離岸風電電價遠比中國高，且無法培植台灣風電相關設備製造及施工技術。中國工程師們努力研發風電設備及施工技術，2016年就研發出全世界最大的風電機組SL5000。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。

   專家提出2023 年值得關注的十大海上風電趨勢值得台灣參考，全球海上風電增長趨勢在2023年看來不錯，預計全球海上風電將從 2022 年底的 60 多吉瓦增長到 2030 年的 240 吉瓦，到 2035 年將超過 410 吉瓦。但影響 2023 年海上風電行業的十大因素仍須關注，其中較重要的有將海上風電產生的電力用來製造綠氫，世界將更加關注商業規模浮動風電場的開發，國際上「浮動式風電」的潮流正在興起。浮動式風機的水下基礎平台，並沒有直接與海床接觸，而是像一艘漂浮在海上的大船，再以類似「拋錨」原理，將巨大、沉重的海錨投放於海床，再透過纜線連結水下基礎平台，限制其漂浮的範圍。由於固定式基座必須配合水深高度，平均最多只能到50公尺深，但浮動式少了這樣的限制，可以裝設在平均50公尺到200公尺的海域，大幅提升了離岸風電的開發範圍。浮動風電站有不同的製造供應鏈，海上施工船舶的短缺將成為一種全球現象。中國製造的風電主機設備擴張，國際企業將在核心市場面臨價格競爭，若台灣接受大陸風電設備將可大幅降低離岸風電成本。