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高達 200 公尺的「浮動式風力發電機」，如何成為降低建置成本、提升乾淨能源發電效率的新解方？
圖一：在臺灣海峽深海中，未來將有機會出現更巨大且建置成本相對較低、對陸地生態與噪音影響較小的浮動式風力發電機。（影像來源：國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系馬開東教授）
在高速公路上開車經過竹南地區的時候，在車窗外能看到奇特的景象，就是遠方「海面上」而非濱海公路的路旁，竟然豎立著好多大型風機！許多老一輩的人們看到這個景象會覺得不可思議，因為難以想像在海上竟然能夠建築如此巨大的風機，但是大家或許更難想像的是，幾年之後我們將看到更複雜的超大型風力發電機浮動在海面上。 在臺灣陸地最常見的就是發電瓦數 2 百萬瓦（MW）的風機，這些由臺灣電力公司所建立的風機為我們生產乾淨的電力，每座風機的高度可達 100 公尺左右。幾十年前，我們都會驚嘆這樣的結構物，誰能預料到科技進展神速，這幾年安裝的風機發電瓦數已經達到 10MW，每座風機高度已達 200 公尺左右。然而更不可思議的是：目前 15MW 的風機已經設計完成，其高度將達到驚人的 300 公尺左右。
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從淺水區邁向風能潛勢更佳的深水區
離岸風電為臺灣再生能源發展重要指標之一，根據國際工程顧問公司的統計，全球風速排名前 20 位中，其中 16 個海上風電場址皆在臺灣海峽。因此雖然臺灣海峽沒有石油，但是它的風力資源也是如石油一樣寶貴，如此豐富的資源條件更提供臺灣發展風力發電的先天優勢。從 2016 年開始，國內離岸風電產業在國家支持的示範計畫中逐漸成形，固定式的風機一支接一支在海上慢慢建立，風機的裝置容量也從 4MW 逐步發展到 10MW，並透過更新的科技與技術，讓每支風機能夠捕獲更多的風能。然而隨著國際趨勢對於淨零碳排的要求，使得再生能源需求日益提高，卻也很快造成固定式基礎的淺水場址趨於飽和，所以目標場址漸漸往水深更深、風能潛勢更優質的深水場域開發。 在臺灣風能潛勢較佳的目標場址中，多數坐落於新竹、苗栗及澎湖外海，這些優質場址的水深大多在 50 至 100 公尺之間，然而深水區的開發有高度的技術困難，因為固定式基礎如果要進入深水區，那麼套管架的結構所需鋼量增多，開發成本也較高，而且對於碼頭基礎設施以及施工船隻的條件也更為嚴苛及受限。相較之下，浮動式基礎有鋼材使用量穩定的優勢，以及在碼頭岸邊就能整體安裝的方便性，使其有與固定式風機競價的空間。
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當浮動式風機成為深水區效益較佳的選擇
浮動式風機在水深大於 65 公尺的海域，和固定式風機相比會開始出現成本優勢。在水深越深的情況下，固定式風機必須採用極為巨大的基樁，插入海床之中作為基礎，並且放上複雜的 套管式結構。如此一來，固定式風機在海平面下的結構非常昂貴，還必須租用價格高昂的安裝船才能在海上施工，造成固定式風機的水下基礎不合乎成本效益的情形，因此工業界便開始採用浮動式平臺的概念，用來支撐高達 200 多公尺的風機。 「浮動式風機」顧名思義就是將風力發電機置於一座浮動式平臺上，浮動式平臺的概念設計則是由石油產業發展而來。憑藉石油產業 50 多年來在海上產油平臺的成功經驗，不僅證明浮動式風機技術可行性極高，也證實浮動式結構在深海地區的長期可用性。近兩三年以來，葡萄牙、蘇格蘭及挪威相繼成功建立小規模的浮動式風場，再次印證浮動式風場技術趨向成熟，同時世界各工業國家與臺灣，都正努力進行浮動式風機的相關研究和設計。
圖二：浮動式風機使用繫泊系統讓平臺維持在海上的固定位置。（影像來源：國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系馬開東教授）
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科技的進步讓我們能捕獲更多乾淨能源
浮動式風機是由繫泊系統將浮動式平臺錨定於海上，使上面的風機可以做得更大，因此能夠 捕獲較陸域更加豐富的風力資源。浮動式風機通常在位於離岸數十公里遠的深水區域安裝，因為距離城鎮居民較遠，讓風機運轉產生的低頻率噪音不再成為擾民的顧慮，而且對於陸地生態的影響幾乎為零，所以風機規模也能持續增大。風機大型化有許多好處，比如當風機葉片尺寸達兩倍長時，產出的能源即可多達四倍以上，甚至有研究報告估計能源產出量可增加至十倍，具有極為優良的發電效率，也因此造就風機大型化成為全世界風電工業的趨勢。希望臺灣在不久的將來，也能夠憑自己的工業實力來建置浮動式風場，提供更乾淨的能源，造福更多人民。
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