2010/08/05
經濟部能源局
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▓撰文：翁鳳英 ▓圖檔來源：bildarchiv.alpha-ventus.de
因應傳統油源枯竭危機，也為了保護地球延續生命，歐洲各國發展再生能源隨著技術發展的成熟完備，逐漸進入嶄新的領域。再生能源諸如風力、太陽能和水力等，慢慢發揮供電占比量，可望逐漸減輕人類對化石能源的依賴。德國向來在發展再生能源範疇不遺餘力，自許在2020年將由再生能源供應30％的能源需求量，隨著今（2010）年4月正式開張的海上風力發電場，更象徵著該國政府北端以風力發展為重心、南端以佛來堡為中心的太陽能發電之能源政策，又邁向另一個里程碑。
位於北海離柏肯島（Borkum Insel）北方45公里處的海上風力發電場，計畫名稱為「Alpha Ventus」，是德國第1座離岸風力發電園區。總面積為4平方公里，大約相當於500個足球場，總共有12座風機在此運作，風機水面上高度為148～155公尺，大概是科隆大教堂的高度，每座風機重量為1,000公噸。離岸風力發電必須克服海上極端環境因素，發電條件遠比陸上風力發電來得複雜，Alpha Ventus計畫於2002年規劃，在2007年秋天正式拍板執行，至2010年4月正式加入發電營運行列，代表德國政府發展風力發電的決心，當然也顯示了為求達到2020年的減碳目標，德國所承受的壓力不在話下，更必須加緊開發的腳步。
Alpha Ventus計畫概觀
Alpha Ventus離岸風力發電計畫，係由德國重要能源集團如RWE、E.ON和Vattenfall等合作主導興建完成。共12座的巨型風機矗立在冬季可能結冰的海上，每座風機水面下深度至少為30公尺，該計畫所肩負的任務除了發電商業運用以外，更重要是為未來離岸風力發電的規劃與運作蒐集重要資料以供參考。
如此巨型的離岸風電發展計畫，必須以階段性的方式來完成。2007年開始規劃海底電纜的路線，2008年秋天在發電場的南端建立了離岸變電所，並開始鋪設海底電纜，著手準備與陸上輸配電網路連接，至2009年連接完成。
2009年的4月開始架設風機，6月1日起著手風機底座在海床的固定，接下來則依序將風機塔身一一架設起來，至2009年的7月15日全部風機架設完成時，將Alpha Ventus計畫帶向另一個高點。12座風機興建實際時間為7個月，即從2009年4月至同年11月。2009年8月，這些風機即已開始進行試驗性發電，向陸上輸配電網路輸入幾百萬瓩的電量。該離岸風場的風機布置如棋盤，共4排風機，每排各3座，每座風機之間相隔800公尺，塔身高度包括風機扇葉在內，若加上水底30公尺，每座風機的實際高度為178～185公尺之間。因為離岸遙遠與海岸崎嶇的原因，人站在海岸邊時並無法看見這些風機。
該離岸風場正式投入營運為2010年的4月27日，預計每座風機發電容量為5MW，足夠德國4,100個家計單位使用，若以每年年產電量為220GWH來看，則足夠5萬個以3名成員為基礎的家庭單位使用。
重要工程集錦
◎風機底座
由於必須應付強烈海底潮流與海上劇烈氣候，高度超過150公尺的風機塔身必須依靠穩固的底座來固定。底座的造型呈三腳鼎，重量達700公噸，以液壓的方式，注入水泥往下40公尺固定在海床上。風機構造組成部分都盡可能在陸上完成，組裝的部分則在海上進行，基本上運輸港口為荷蘭的艾恩斯港（Eemshaven）。
架設完成的風機超出水面達90公尺，至風機扇葉頂端總高度達148公尺，海底下三腳鼎風機底座所占的面積達255平方公尺，相當於200隻大象或22個火車車廂的重量。風機扇葉轉動時的面積約為1個足球場的大小，最強可承受每小時320公里的風速。
◎離岸變電所
離岸變電所的興建是由3家德國當地公司合作完成，這座變電所必須能轉換110kV的電力，並且可將電力連接至德國陸上輸配電網路。這座變電所係於2008年9月建造完成，位於整個風力發電場的南端，它的任務是保證離岸風電能順利安全地轉換輸入陸上輸配電網路，同時也是Alpha Ventus計畫的勤務調配中心。
這個離岸變電所建立在離海面46公尺高，重達650公噸的平台上，底下以4支長達30公尺、重100公噸的支柱固定在海床上。平台上所建的變電所高30公尺共有3層設施：21公尺高處有電纜甲板供技術人員實施工程使用，25公尺高處則為相關電子設施設備，最高30公尺處則為直昇機升降處。
◎輸配電網路連接
110kV的海底電纜鋪設準備工作早在2007年就已著手進行，離岸風力發電場的海底電纜鋪設由德國Norddeutschen Seekabelwerke執行。僅在該離岸風力發電場內所鋪設的海底電纜線就長達16公里長，深埋在海床下60公分之處。12座風機被分為2組，即每6座的風機海底電纜被連在一起，形成一個環結，再以電纜線輸送至離岸變電所，之後再透過110kV的18公分直徑的電纜長達60公里向陸上先經過諾得尼島（Norderney Insel），再繼續輸送至哈哥碼許（Hagermarsch）的變電所。為要避免天然災害的因故，諾得尼島上的電纜全部以管筒加以保護並地下化。
除了輸送電力外，Alpha Ventus計畫中另架設有10公分直徑的海底光纖電纜，任務是向陸上傳送各項操作數據資料。
自然發電條件
實際上自2003年開始，在離規劃的風場400公尺處即已設立FINO 1研究平台，用來記錄Alpha Ventus離岸風力發電計畫如包括天氣因素在內的所有相關資料。
資料顯示，Alpha Ventus離岸風力發電場的平均風速為每秒10公尺，大概相當於5級風，全年可有3,800個小時屬於有風運作狀態。一般標準以上的離岸風力發電場的條件為每秒鐘5公尺，每年有2,200～2,500小時有風發電狀態。風浪方面，在極端天氣情形下，浪高可達10公尺，比起一般的6～8公尺的浪高，條件要來得險峻。
風機維修
於興建離岸風力發電場時，天候條件扮演重要因素，海面平靜能使工程更順利進行，尤其是在架設風機時，若能遇上風平浪靜則能加速進程。為要保證工程能彈性地依天候變化來進行，氣象資料的收集變成是工作的重要一環。
風機使用壽命至少20年，材質採防腐蝕性佳，風機內部屬於電子系統的部分都採複式備援設施，可隨時應變遞補，不至於影響正常發電。系統的維護和維修依靠船隻和直昇機來進行，春夏時節因海面較平靜，則採船隻，秋冬風浪較高，通常高於2公尺，則用直昇機。每座風機頂端設有能夠讓直昇機放下技術人員的平台，也設有機器房方便維修，惟該平台並無法直接停放直昇機。
離岸風場的環境評估
Alpha Ventus離岸風場的設立，尤其是鋪設海底電纜和固定機座，對於海洋生態和地質帶來一定的影響和效應。必須說明的是，Alpha Ventus位於德國Wattenmeer海洋保護區的外圍。為要能整體評估該風場對環境的影響，德國環境部早在2002年即已開始著手研究離岸風場的設立對於魚類生態、海鳥遷徙與居住及海床生物生態等環境的影響，試圖將負面影響降至最低。
離岸風場的船隻行駛安全
Alpha Ventus離岸風場位於Wattenmeer海洋保護區和領海12海哩處的外圍，聯合國已和德國簽署合約，屬於該國的商用使用範圍。為要確保船隻行駛安全，防止碰撞風機設備，距離風場500公尺為安全區，周圍都設有浮標，警示過往船隻，另外也派有交通安全導航船在四周24小時全天巡視，防止意外發生。（作者為本刊駐德國特約記者，同時也是台灣公共電視派駐德國杜塞道夫新聞特派員╱有興趣的讀友可逕行上網查詢：www.fino1.de和www.alpha-ventus.de）