20年離岸風場穩定營運的秘訣 沃旭道出水下三道工程關卡

台灣海峽號稱有全世界最好的風場，吸引多國離岸風電大廠來台一展身手。而台灣發展離岸風電，除了基於能源轉型的必要，更大的野心是藉著開發風場的歷程，從零到有打造出在地的產業供應鏈，進而以產品、技術和人才打入亞太、甚至世界市場。但是，颱風多、地震多，加上西部海域海底獨特的地質的台灣，真的適合發展離岸風電嗎？

台灣離岸風電的發展是採用躉購制度，發電業者自行投資風場建設後，必須有發電，政府才會付錢收購綠電。在風場長達20~35年營運期間，一旦風機無法承受環境變化的考驗而提前報銷，損失都由廠商概括承擔。因此，從設計階段開始，就必須審慎規劃對抗颱風、地震和海流的工作。

本報專訪全球離岸風電龍頭沃旭能源（Ørsted）亞太區專案開發總監歐傑（Jesper Kühn Olesen），從工程角度來說明風機底下看不見的秘密。

 

 

地質不同  台歐「水下基礎」秘密大不同

沃旭四個風場均位在彰化外海，這裡離岸較遠，施工與維運較困難，卻能成為外商搶攻之地，除了風場條件好，另一個原因是水深較淺。因為濁水溪長期將上游的土壤沖刷到海裡，在此處的海底堆積了一層沉積層；但也因此，這裡對風電商來說有了獨特的考驗。

歐傑指出，台灣海峽架設風機的挑戰有三項，一是颱風和地震，二是海底土壤及礦物組成，三是海床的移動，也就是砂波（sand wave）。

他解釋，從山上沖刷到海床的沉積物非常鬆軟，大部分是砂質，無法固定基樁。因此需要先將高90~120公尺的基樁（pin pile）打入沉積層跟海床，再由基樁支撐起管架（jacket），管架的上方才能架設風機。這就是台灣必須使用管架式水下基礎的原因。

管架式水下基礎是由三隻基樁與管架共同組成，歐洲卻只要一隻基樁就能撐起風機。歐傑解釋，歐洲海床地質堅硬，有的地方海水深度只有20公尺，60~70公尺高的單樁式（monopile）結構就足以讓風機獲得穩固的支撐。但是在沃旭的風場，水深就有45公尺，加上15~20公尺的沉積層，基樁跟管架相加至少要165公尺才夠。如果以地面上建築物來估算的話，已經是超過50層樓高的高度了。

歐傑說，沃旭也評估過使用單樁式的可能性。不過，以台灣的地質環境及地震風險，所要搭配的單樁式水下基礎會非常巨大，實務上並不可行。

 

 

抗震抗砂波：未來20年的穩定從設計階段開始

打算在台灣海峽蓋風機的廠商，地震是無法迴避的課題。雖然台灣地震大多發生在本島及東部外海，但2018年11月西部外海也發生過地震，不能輕忽。

歐傑表示，沃旭研究1604年以來台灣地區6萬多筆地震記錄，並依據來源、規模、特性加以分析，以掌握地震的週期與風險，並配合調整水下基礎的設計標準。

 

 

砂波是另一項台歐海底大不同的地方。歐傑解釋，海底沉積層並不是一個平坦的台地，而是像波浪一樣，有波峰和波谷，約5至10公尺的高低起伏。

從衛星照片分析，砂波每年移動10至16公尺。雖然對風機沒有立即的損害，但以風場20年到35年的營運期來看，這代表某些埋在沉積層的水下基礎會在數年後裸露在海水中，另一個部分則會被覆蓋。這會影響海纜的配置以及水下基礎的設計。

歐傑表示，精確的資料能幫助工程師找到最符合台灣風場的設計。當資料缺乏時，就只能採用更保守的方式，例如加大基礎、增強結構、或是把基樁作得更深，但這些都不是最佳解答。

為了更精準的掌握地質，施工前的鑽探是不可免的。歐傑解釋，在沃旭風場的海底沉積層中發現雲母的成分，需要進一步研究土壤的特性。但雲母結構會因鑽探的擠壓而改變，因此探測結果會與實際狀況有所偏差。解決的方式是直接打三隻較小的基樁進行模擬測試，但花費會貴上很多。這項工作必須在公司取得籌設許可後才能進行，也需要搭配工作船和基樁材料才能施作。這代表水下基礎最後的設計及基樁長度，至今仍無法定案。

 

 

全球最大安裝船到台灣  最怕颱風來搗亂

雖然風機可能被颱風吹壞的說法甚囂塵上，但歐傑澄清，風機一旦架設完成，並不用太擔心颱風。風速太快時，把風機關掉就可以避免轉速太快，颱風的影響其實在施工階段。

他解釋，沃旭採用的風機比較大，打算租用一種特殊的自升式海上作業船來協助建置。這艘全世界最大的安裝船Seajacks Scylla配備很長的基腳，以此將船隻固定在海床上。由於造價昂貴，全球僅有兩艘，必須提前2年搶訂，而且要在預定的期限內完成作業，否則船隻移往下一個預約的風場，工程就會遇上大麻煩。

歐傑說，颱風靠近前就會有氣象預報，他並不擔心安全問題。但是Seajacks Scylla的基腳收回就要花上12小時。船型巨大，移動速度也很緩慢，人員和船隻的撤離要花上三到四天，為了安全這都是必要的。但業者付出的是Seajacks Scylla每天20萬到25萬歐元的租金以及工程延宕的後續效應。

 

 

牽一髮動全身   穩定的時程是成功祕訣

即便列舉了多項台灣海峽獨特的挑戰，但工程背景出身的歐傑認為，真正的挑戰不在工程，而在一個穩定的時程。

從Seajacks Scylla作業船的例子就得知，工程開始前的兩到三年，就要提前預訂船隻。同樣的，電纜、基樁、風機的訂購與生產、港口的準備、人員的訓練，在海上風機升起前，各種預備工作都必須提前作業，才能在對的時刻確實到位。這是一個精密、複雜、且各項工作間緊密牽連的計畫。

歐傑說，到目前為止，所有的規劃都基於研究、理論與經驗，實際的情況要等作了才能知道，這是從無到有必經的過程。即便如此，他仍認為，憑藉著專業、技術，或是多花一點時間與金錢的代價，難關都能克服。他擔憂的是政治環境的變局讓決策生變，這是一位工程師無法預知的關卡。