2012/11/05
經濟部能源局
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▓撰文：陳文樹 ▓圖檔來源：Principle Power網站
過去能源業者所裝設的風力發電機大都位於海岸邊，但是自21世紀以來，已有丹麥、德國和英國等先進國家開始在近海海域裝置離岸風機。這些海上風力機係以固定方式建於水深40公尺以內的離岸（Offshore）淺海區，雖然裝設成本遠高於陸上，但卻可省下購地的費用，又因海上風速較高，可發出更多電力，因此，成為各國競相發展的再生能源技術之一。
然而，有不少人卻覺得在遼闊美麗的海面上架設高聳的風力發電機，既會影響海洋景觀且會破壞生態環境，因此，現今又有嶄新的突破，就是將原本固定於海底的風力機改建為「浮動式（Floating）」的型式，如此一來就無需再將風力機固定於海底，而造成生態體系的變化。
其實讓風力機浮起於水中的構想並不特別，像是海上鑽油平台便早已有浮動型式，而海運業界更是早有浮動碼頭的設施，因此浮動式風力機的裝設應用並不難。不過，在設計和安裝機體時必須確保風力發電機的穩定平衡，並仍需以強度足夠的纜線將機體和海床緊固的繫在一起，而不致被海風、海浪吹離或漂離原址。
挪威Hywind浮動式風力發電機
最早的浮動式風力發電機係由挪威在其Karmoy海域內所建造，該建設的業主係屬於挪威「國家石油公司」，並且是在2009年9月起，就撥注4億克朗（約8,000萬美元）的資金以推展這項計畫，並將這座首見於全世界的浮動式風力發電機稱為「Hywind」。
由於挪威在北海擁有廣袤的油田區，因此具有建造海上浮動鑽油平台的雄厚技術，所以在開發及製造浮動式風力發電機的技術上並未遭遇艱難瓶頸，工程計畫進行相當順利。
這座位處Karmoy海域內的風力機，機組的旋轉葉片為40公尺長，而機葉旋轉軸約高出海平面65公尺，機體安裝在位於水面下逾100公尺深的3座巨型浮筒上，每座巨型浮筒各利用3根錨索繫固於海面下120～170公尺深的海床，使得風力機可以穩固的矗立於大海中，而所發出的電力則經由深海纜線傳送至陸岸去。
挪威「國家石油公司」將整個龐大的工程分拆為數個部分，分別轉發予其他專業公司承包，合作開發海上風力資源。例如轉由德國Siemens公司製造風力發電機組，由Technip公司負責產製機體系統並予以安裝，由Nexans公司肩負生產纜線之責。該座引領全球創新風潮的海上浮動機組已於2010年底裝妥，通過試車後的隔年，便已達到了商業運轉的目標。
取代機體固定於海床模式，增進布建作業安全
通常風力發電機的裝設多在一個地區或區帶內，裝設為數10餘部的「風車群」，形成一個面積廣闊的「風電場」，相當賞心悅目；相對的，也有人卻認為風電場會產生低頻噪音及破壞原始自然的景緻，而不願見其布建於海岸線上。
最初所產生的浮動式風力發電機的構想，便是基於減少對人類居住環境和海洋生態景觀的影響，因此改在離岸5～20公里的外海遠處裝設。不過，浮動式風力發電機的應用，則又另外促成業者考量改用質輕且堅韌的材料來設計機體，讓整個機體結構的重量可降低60％。
根據挪威「國家石油公司」發布的資料顯示，若以發電容量為5百萬瓦（5MW）的機種為例，風力機的機體重量可由2,100噸遽降至800噸，而且可以在陸地岸邊上裝置妥當後，再拖曳到目的地去，可以免除在海洋上從事組裝時，必須面臨諸多繁複程序的危險。若此一趨勢在日後能普遍受到業界的認同與接納，則凡是在水深50～200公尺的海域區塊所裝設的離岸風力機，皆可採用浮動式的機體或機塔，以取代原有將機體固定於海床的模式。
丹麥、葡萄牙、英國相繼投入研發
繼挪威於2009年在Karmoy海域裝設浮動式風力發電機之後，丹麥著名的風力發電機製造商Vestas公司，也在2010年與葡萄牙電力集團（EDP）麾下的轉投資公司WindPlus公司，簽署一項合作裝設浮動式風力發電機的協定。由於該座風力機有近半的機體、亦即機體下半端的浮筒係潛浮於海中，故又被稱為海上半潛式浮體（semi-submarine）結構的風力發電機，所推動的方案定名為「WindFloat先導計畫」，寓意在裝設應用初期若是能有良好的結果，接著將可從事系列性的推展。
此計畫中的風力發電機組乃是由Vestas公司製造、配送及安裝，機組選用發電容量為2.0MW的V 80型款，裝設地址位於葡萄牙西南部一處距離海岸約5公里的海域上，已於2011年10月先將機組安裝至機體上方，拖運至預定海域安裝完妥，並開始進行各方面的測試。上述的半潛式浮體結構風力機，具有一連串的創新功能，例如裝配可阻擋浪濤衝擊的「阻尼波（Damped Wave）」保護裝置，若能通過為期12個月以上的試車，便可在今（2012）年底前由業者宣布邁入商用發電的階段。
另外，原本就熱衷於裝設離岸風力機的英國，眼見挪威、葡萄牙裝設舉世第1、第2的浮動式風力發電機之後，亦思急起直追，因此，英國「能源和氣候變遷部」部長Chris Huhne便於2012年9月，在半官方組織的能源技術研究所（Energy Technologies Institute, ETI）宣布，將投資2,500萬英鎊用於研發浮動式風力發電機，以降低發電成本，減少對化石能源的倚賴。目前ETI刻正尋求合作對象，共同投入建造海上浮動風力系統，並預定在2016年前完成。嗣後，英國所啟用的浮動式風力發電機系統，將可在每秒10公尺的強風吹動下順利運行，以更加充分有效利用豐沛無盡的海上風力資源。（作者任職於交通部郵政公司）
關鍵字：浮動式風力發電機,風力發電,離岸風電