Show 離岸風力發電─介紹篇發布時間：106年11月04日  資料來源：第二期能源國家型科技計畫 計畫辦公室 風力發電的原理是什麼風力發電總共分為兩個階段，風能轉為機械能，機械能再轉為電。 離岸風力與陸域風力的差別風力發電依照風機設立的位置分為陸域風力及離岸風力，顧名思義陸域風力就是將風機設在陸地，而離岸風力就是將風機插在海上。兩者明顯的差別分別可以從風能資源、空間資源、技術及成本做說明： 根據調查，風能較豐富的地方都在海上，因為海上風能的耗損相對來說較少。舉例來說，美國陸上風電的使用效能約在30%，台灣的離岸風電（以澎湖陸域風電粗估）平均約略在45%。再者，陸地的空間有限，海上的空間資源明顯較陸地更豐富。 但另一方面，離岸風力卻存在較高的技術門檻及發開成本。以上海浦東的離岸風場為例，平均每瓦造價約人民幣23元，幾乎是當時陸域風電平均每瓦造價人民幣8元的三倍。除此之外，由於離岸風機尺寸大，裝設地點又是海洋，因此不論是載運或安裝都要專屬的離岸風機的工作船，對於技術的要求及昂貴的造價都是負擔。 離岸風場的組成結構離岸風場主要由離岸風機、海底基樁、連結件、海上變電站、海底電纜、陸上電纜以及陸上變電站等硬體構成。離岸風場所產生的電力將會透過海上變電站收集且升壓之後，經由海底電纜傳輸至陸上電纜，最後併聯至台電於各地的陸上變電站。 其中的風機基本上可分為機艙、輪軸、葉片、塔架、平台及水下支撐基礎結構，經由不斷的發展一台離岸風機的扇葉已可跟一台A380噴射機一樣大。 離岸風場的開發流程?台灣目前尚未建立起第一台海上風機，以歐洲北海的海上風場開發經驗為例，開發流程是非常長的。 第一階段是開發前的調查，包含地點的選擇以及環境及漁業的影響評估等，大概是一年到五年。第二階段第三階段是興建期，先安裝水下的基礎，穩固後續要安裝的設備，再安裝風機與變電場．這階段是興建期，大約是一至兩年。最後階段是運維工程，一般來說最起碼是二十年，以及除役的評估及實施。 文章內容已經資料來源單位同意轉載刊登，原稿圖文請詳見網站 【離岸風電知識+】「風場」是甚麼？風場（wind farm）指的是一建有風力發電機組以產生電力的場域，按照其地點分為陸域風場（onshore）與海域的離岸風場（offshore）。 離岸風場由風機、變電站、電纜等構成，也會設氣象塔，進行海上氣象資料的收集。風機產生的電力經由海底電纜輸送到陸地、併入電網。 風場的建置先從開發前調查開始，包含地點選擇及環境影響評估等。接著是設施興建期，完成後進入20年到25年的維運期，最後執行除役。 風場就像漁場、礦場，其規模隨技術、資金、規範及自然環境而有所不同。通常以其裝置容量來判定規模大小，目前全球最大的離岸風場是英國的Walney風場，裝置容量達659MW，涵蓋面積73平方公里，約等於1萬個足球場大。 風場裡的風機設置也是門大學問，風機間距與風機大小有關，也須配合當地的海象、風向、地質等。經濟部的設置考量提到，設置風機時機組間距至少須距離3~6倍扇葉直徑。以大彰化風場為例，其東西向間隔約500～780公尺，比凱達格蘭大道還要長，南北間隔則高達3000公尺～4300公尺，大約是從台北車站到圓山大飯店的距離。 知識小百科世界第一座離岸風場：丹麥Vindeby風場，由丹麥能源（Dong Energy，現為Ørsted，即沃旭能源）興建，於1991年興建完工，裝置容量為4.95MW，每年可供應近5千戶家庭使用，它也是全球第一座完成退役的離岸風場，在2017年完成了風場退役，共計營運了25年。 台灣第一座離岸風場：海洋風電（Formosa 1）位於苗栗外海，面積為10.27km2（約等於40座大安森林公園），全部風場共22支風機、總發電容量128MW，每年可供應12.8萬戶家庭使用，現已完成風機安裝進入試運轉階段，預計年底前商轉供電。 作者又名小鹿，經常把筆搬來搬去，喜歡潛水、爬山、旅行、音樂、文學、電影、煮咖哩、吃甜點...族繁不及備載。身而為人有點抱歉，也以鹿刻Luke為名寫字，努力辨識海中每一滴水的真名。 重點摘述台灣西部海峽風力潛能豐富，政府致力於推動能源轉型並於108年完成離岸風力發電風場，然而我國針對離岸風電建置之國內能量仍不足，多仰賴外商船隻及技術，故以產業關聯政策要求開發商協助國內能量進入離岸風電產業，離岸風電建置無論施作或是人員運輸皆需仰賴船舶，所以鄰近港口之城市場域將成為重要腹地空間，可帶動空間內產業經濟活動，透過離岸風電發展之經驗，台灣位於亞洲有地利之便，在離岸風電市場技術產業面未來台灣也可借鏡英國經歷，找出適用於台灣的離岸風電關鍵技術，期望未來能以台灣為亞洲綠能中心，將適用於亞洲之產業面出口各發展離岸風電之亞洲國家。 新冠肺炎疫情之下，許多產業應聲倒地，一片哀嚎聲中，離岸風電產業卻逆風高飛，在新聞看到投資金額動輒都是億兆元起跳，離岸風電概念股於是成為投資人關注的焦點。因為離岸風電都在海上，你我都看不到，你可能好奇了，離岸風電現在都併網了嗎？開始發電了嗎？ 圖片來源：沃旭能源 投資風力發電前要先知道的事：陸域風電和離岸風電設置位置不同，困難度也完全不同風力發電是一種以風為能源，產生電力的方式。風能轉換靠風機，主要是藉由空氣流動轉動葉片並帶動發電機來發電。葉片越長，其受風面積越大，所能擷取的風能就越多。主要是藉由空氣流動轉動葉片並帶動發電機來發電。葉片越長，其受風面積越大，所能擷取的風能就越多。 理論上，風大的地方適合風力發電。哪裡的風最大呢？你可能會說新竹風最大。在陸地上，風會遇到各種地形、建築物等阻擋，但是在海上沒有任何阻擋，風可以來去自如，因此雖然根據風機設置的位置分： · 陸域風電(onshore wind)· 離岸風電(offshore wind)但人們發現當評估風場是否具備經濟效益時，很多時候都是海上勝出，像是臺灣海峽、臺灣西部沿海與澎湖等地區，年平均風速可達5~6公尺/秒以上，甚具開發潛力。
（表一） 離岸風電與陸域風電的比較 在海上發電不容易，更難的是要把電送回來。畢竟電要能併網才用得上，否則發電卻併不上網，只能留給海裡自由自在的魚用，他們用不了，也不會付電費給你。 風力發電機發電之後，要經由海底電纜輸送到陸地，岸上還要有變電站，有併接點可併入電網供電才行。你可以想像它的建造和維護的成本一定更高，一支5MW（百萬瓦）離岸風機造價高達8億元起跳，離岸風力發電機還有海事工程等等，這些都不是隨便叫一個綠色創業家今天開始去創業，三兩年就可以玩得起來的事業。 臺灣離岸風電潛力大，各國投資資金湧入近年來臺灣大力推動能源轉型，也引發世界各國綠能投資業者對於臺灣之興趣。這其中最吸引外資關注的正是離岸風電產業，丹麥離岸風電開發商沃旭能源(Ørsted)、德國達德能源集團(WPD)、丹麥哥本哈根基礎建設基金(CIP)、日本捷熱能源(JERA)、加拿大北陸能源(NPI)、美國私募股權公司Stonepeak、澳洲麥格理資本(Macquarie)等紛紛進場，成為一支離岸風電之「八國聯軍」。 我國政府希望藉由外資投資離岸風力發電，除了達到能源轉型的目標之外，還可以帶動本地的產業轉型，離岸風力發電也可以國產化。 能不能國產化是一個很複雜的議題，倒是我們好奇，離岸風電現在都併網了嗎？開始發電了嗎？ 離岸風電第一期在哪裡？開始發電了嗎？我們從三個面向來看離岸風電推動進展：
（表二）離岸風電推動進展 今年(2021)台電完成示範案大城風場約110 MW併聯發電，因此現在已經有大型離岸風電開始在工作啦，預計2025年台電將完成遴選案300 MW併聯，共計410 MW。
（表三）離岸風電第一期得標開發商整理 離岸風電給電網帶來的衝擊一：區域非常集中，發電量大卻不穩定離岸風電發的電比臺灣一般的太陽能發電廠要高很多，風力發電也有間歇性的問題，有風才有電，供電季節秋冬較強但供電時段難預測。這些特性無法都搭上整個電網尖離峰的用電行為，替用電戶使用綠電創造難題。 再來，離岸風電裝置容量大，區域又非常集中，這會帶來高度集中併網的挑戰。 離岸風電給電網帶來的衝擊二：不能提供電力系統需要的安全感，帶來高度集中併網的挑戰太陽能和風力發電慣量（英文稱inertia）要比傳統機組的慣量小很多。電力系統中的慣量是指儲存於各種旋轉發電機和電動機中的能量，因為這些能量得以使發電機和電動機保持在旋轉之狀態；另因系統中的機組大多為同步發電機，越大型之機組其質量越大，所儲存的能量越多，慣量就越大。當發電機組發生故障或負載需求突增時，這些能量就可以暫時彌補短缺之電力，維持電力系統頻率不會急劇下降。但是太陽能和風力發電這兩個可用之兵時常走來走去，還會擅離營區，尤其是太陽光電並非旋轉發電機，完全無法提供慣量。 因此，在再生能源於系統發電占比越來越高之情況下，其正常出力變動可能使頻率容易偏離目標值；當電力系統臨時有事故，這些可以實質提供慣量的機組又減少了，於是導致頻率變動，影響電力系統的穩定度，嚴重的話可能會觸及低頻電驛保護而卸載。 而且，風力發電機本身提供虛功（又稱無效功率）的能力較低，當風力發電機出力發生巨幅變化時，會發生區域電壓變動、電壓驟降，就好像一個人突然發生意外狀況導致血壓太低，電力系統如果電壓太低，不僅造成輸配電損失增加，也會影響系統穩定度，最後甚至導致系統崩潰。 同場加映：《有志參選總統者必讀！決定能源政策前的必修課》 要讓離岸風電走得更遠，需要儲能與開放資料因此，要讓離岸風電走得更遠，首先需要搭配儲能系統。儲能系統可以因應區域電壓變動、電壓驟降，快速輸出虛功率注入系統提升電壓，提供電力系統快速輸血的功能。從離岸風電第二期開始，已經強制開發商要搭配裝置容量的10%儲能系統，減緩對電網的衝擊。 我們在《這個技術讓再生能源不再靠天吃飯，新創搶著加入的產業是？》中提到，每個再生能源案場都應該有一套屬於自己的再生能源管理系統，既然有系統，就有資料，為了上面提到的三個離岸風電併網風險，我們認為開發商必須要開放資料，至少供學術單位研究使用，不能整天用商業機密為由阻止人們取得，否則電力系統風險無法得到緩解，長期下來對產業發展也不理想。 看完這篇文章相信可以幫助你脫離一知半解，不再靠著吸收碎片化的知識或資訊，片面解讀離岸風電。如果你還想了解更多，也歡迎參加產業小聚，或加入綠學院LINE官方帳號，跟我們聊聊喔！建議用手機點選連結，或者掃描下方與我們同步QR Code。 |
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