|
台湾海峡号称有全世界最好的风场，吸引多国离岸风电大厂来台一展身手。而台湾发展离岸风电，除了基于能源转型的必要，更大的野心是藉着开发风场的历程，从零到有打造出在地的产业供应链，进而以产品、技术和人才打入亚太、甚至世界市场。但是，台风多、地震多，加上西部海域海底独特的地质的台湾，真的适合发展离岸风电吗？ 台湾离岸风电的发展是采用趸购制度，发电业者自行投资风场建设后，必须有发电，政府才会付钱收购绿电。在风场长达20~35年营运期间，一旦风机无法承受环境变化的考验而提前报销，损失都由厂商概括承担。因此，从设计阶段开始，就必须审慎规划对抗台风、地震和海流的工作。 本报专访全球离岸风电龙头沃旭能源（Ørsted）亚太区项目开发总监欧杰（Jesper Kühn Olesen），从工程角度来说明风机底下看不见的秘密。
沃旭能源（Ørsted）的亚太区项目开发总监欧杰（Jesper Kühn Olesen）。摄影：陈文姿 地质不同 台欧“水下基础”秘密大不同 沃旭四个风场均位在彰化外海，这里离岸较远，施工与维运较困难，却能成为外商抢攻之地，除了风场条件好，另一个原因是水深较浅。因为浊水溪长期将上游的土壤冲刷到海里，在此处的海底堆积了一层沉积层；但也因此，这里对风电商来说有了独特的考验。 欧杰指出，台湾海峡架设风机的挑战有三项，一是台风和地震，二是海底土壤及矿物组成，三是海床的移动，也就是砂波（sand wave）。 他解释，从山上冲刷到海床的沉积物非常松软，大部分是砂质，无法固定基桩。因此需要先将高90~120米的基桩（pin pile）打入沉积层跟海床，再由基桩支撑起管架（jacket），管架的上方才能架设风机。这就是台湾必须使用管架式水下基础的原因。 管架式水下基础是由三只基桩与管架共同组成，欧洲却只要一只基桩就能撑起风机。欧杰解释，欧洲海床地质坚硬，有的地方海水深度只有20米，60~70米高的单桩式（monopile）结构就足以让风机获得稳固的支撑。但是在沃旭的风场，水深就有45米，加上15~20米的沉积层，基桩跟管架相加至少要165米才够。如果以地面上建筑物来估算的话，已经是超过50层楼高的高度了。 欧杰说，沃旭也评估过使用单桩式的可能性。不过，以台湾的地质环境及地震风险，所要搭配的单桩式水下基础会非常巨大，实务上并不可行。
同的水下基础：左一为单桩式。左二为管架式（Jacket），下面有三只基桩，上方为管架，管架的上方才是风机。图片来源：Paul M. Thompson（CC BY 4.0） 抗震抗砂波：未来20年的稳定从设计阶段开始 打算在台湾海峡盖风机的厂商，地震是无法回避的课题。虽然台湾地震大多发生在本岛及东部外海，但2018年11月西部外海也发生过地震，不能轻忽。 欧杰表示，沃旭研究1604年以来台湾地区6万多笔地震记录，并依据来源、规模、特性加以分析，以掌握地震的周期与风险，并配合调整水下基础的设计标准。
地震发生的地点（右图）频率、大小、地点、从风机水下基础的设计就要纳入考量。图片提供：沃旭能源 砂波是另一项台欧海底大不同的地方。欧杰解释，海底沉积层并不是一个平坦的台地，而是像波浪一样，有波峰和波谷，约5至10米的高低起伏。 从卫星照片分析，砂波每年移动10至16米。虽然对风机没有立即的损害，但以风场20年到35年的营运期来看，这代表某些埋在沉积层的水下基础会在数年后裸露在海水中，另一个部分则会被覆盖。这会影响海缆的配置以及水下基础的设计。 欧杰表示，精确的资料能帮助工程师找到最符合台湾风场的设计。当资料缺乏时，就只能采用更保守的方式，例如加大基础、增强结构、或是把基桩作得更深，但这些都不是最佳解答。 为了更精准的掌握地质，施工前的钻探是不可免的。欧杰解释，在沃旭风场的海底沉积层中发现云母的成分，需要进一步研究土壤的特性。但云母结构会因钻探的挤压而改变，因此探测结果会与实际状况有所偏差。解决的方式是直接打三只较小的基桩进行模拟测试，但花费会贵上很多。这项工作必须在公司取得筹设许可后才能进行，也需要搭配工作船和基桩材料才能施作。这代表水下基础最后的设计及基桩长度，至今仍无法定案。
海底的世界并非平坦，砂波（sand wave）的移动会让水下基础的设计发生变化。图片提供：沃旭能源 全球最大安装船到台湾 最怕台风来捣乱 虽然风机可能被台风吹坏的说法甚嚣尘上，但欧杰澄清，风机一旦架设完成，并不用太担心台风。风速太快时，把风机关掉就可以避免转速太快，台风的影响其实在施工阶段。 他解释，沃旭采用的风机比较大，打算租用一种特殊的自升式海上作业船来协助建置。这艘全世界最大的安装船Seajacks Scylla配备很长的基脚，以此将船只固定在海床上。由于造价昂贵，全球仅有两艘，必须提前2年抢订，而且要在预定的期限内完成作业，否则船只移往下一个预约的风场，工程就会遇上大麻烦。 欧杰说，台风靠近前就会有气象预报，他并不担心安全问题。但是Seajacks Scylla的基脚收回就要花上12小时。船型巨大，移动速度也很缓慢，人员和船只的撤离要花上三到四天，为了安全这都是必要的。但业者付出的是Seajacks Scylla每天20万到25万欧元的租金以及工程延宕的后续效应。
协助装设风机的Seajacks Scylla。图片来源：Seajacks Scylla新闻稿 牵一发动全身 稳定的时程是成功祕诀 即便列举了多项台湾海峡独特的挑战，但工程背景出身的欧杰认为，真正的挑战不在工程，而在一个稳定的时程。 从Seajacks Scylla作业船的例子就得知，工程开始前的两到三年，就要提前预订船只。同样的，电缆、基桩、风机的订购与生产、港口的准备、人员的训练，在海上风机升起前，各种预备工作都必须提前作业，才能在对的时刻确实到位。这是一个精密、复杂、且各项工作间紧密牵连的计划。 欧杰说，到目前为止，所有的规划都基于研究、理论与经验，实际的情况要等作了才能知道，这是从无到有必经的过程。即便如此，他仍认为，凭借着专业、技术，或是多花一点时间与金钱的代价，难关都能克服。他担忧的是政治环境的变局让决策生变，这是一位工程师无法预知的关卡。
位于英国西北离岸的Burbo Bank Extension风场2017年开始商转，可提供23万户英国家庭电力使用。图片来源：沃旭能源 （编辑：Nicola） |
