浮動式離岸風電系統技術研發與示範

浮動式離岸風力發電機於國際間仍處於發展階段，尚未有大規模商轉浮動式 離岸風場，全球首座先導型計畫英國 Hywind Scotland 於 2017 年 10 月完工，水 深 95-120 m，距岸 25 km，裝置 5 座 6 MW 單筒式(spar) 浮式風機，2021 年 3 月 前 12 個月之平均容量因素(Capacity Factor)高達 57.1%，營運前兩年平均容量因 素達54%，運轉效能相當好。

2021 年以前全球的浮動式離岸風場開發都屬小規模前導型計畫，屬於技術驗 證階段，2021 年全球最大準商轉(pre-commercial) 浮動式離岸風場 Kincardine 開 始運轉，場址位於英國蘇格蘭亞伯丁(Aberdeen)外海 15 km，水深 60-80 m，採用 半潛浮動式水下基礎，包含於 2018 年先裝置 2 座 2 MW Vestas V80 風力機以及 後來陸續裝置5 座 9.5 MW MHI Vestas V164 風力機，共計 50 MW，此風場之條 件與我國台灣海峽大水深(50 m 以上)之條件相當，台灣海峽離岸風場水深於 100 m 以內。

我國離岸風電目標預計 2035 年離岸風電裝置容量將達 20.7 GW，2026 年以後之第三階段區塊開發，即將有離岸風場開發到 50 m 水深以上之海域。

依據工研院風能潛勢估算，我國水深 50-100 m 潛在風能超過 90 GW，可開 發容量超過 9 GW，故考量到離岸距離、水深及施工成本，我國離岸風場水 深 50-100 m 海域，將適合發展半潛浮動式離岸風力發電系統，其發展關鍵 技術以浮動式載台及繫泊系統為關鍵，其與風力機間之耦合交互影響，更影 響發電系統性能甚鉅。圖3-4 所示為 2021 年以前國際已安裝之浮式風機示範機 組，其中半潛式浮式風機 12 座、單筒 Spar 形式 7 座、張力腿式 TLP 1 座以及駁 船式Barge 2 座，預計至 2022 年半潛式浮式風機、單筒 Spar 形式分別增加到 20 座及18 座。

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資料來源: Ma, et. al.(2021), “Mooring Designs for Floating Offshore Wind Turbines…”,OMAE.

圖 3- 4 2021 年以前國際已安裝之浮式風機示範機組

目前浮式風機有半潛式浮式風機、單筒 Spar 形式、張力腿式 TLP 式等不同 形式，單筒 Spar 形式適用於 100 m 水深以上海域，需要吊裝船進行海上安裝作 業。張力腿式 TLP 式存在繫纜失效造成失去穩度之風險，不易解聯繫纜，需要吸 力樁等缺點。半潛浮動式適合於50-100 m 水深海域，只需在碼頭組裝後，以拖船 拖至風場安裝即可，易解聯繫纜與易維修等優點，故較適合於我國離岸風場 50-100 m 海域，但需要較大壓載(Ballast)，會產生相對較大運動影響發電效率等需要 克服。圖 3-5 為半潛浮動式風機架構，其受風波流作用產生風機空氣動力負載 (Aerodynamic load)以及載台水動力負載(Hydrodynamic load)造成浮式載台及風機 產生運動，藉由繫泊系統固定載台。

浮動式離岸風機相關之關鍵技術包含：浮台最佳化、風機最佳化、風機與浮 台整合設計、繫纜與錨碇、動態海纜與連結器、運輸與運轉維護、監控與維修、

浮式變電站、環境與社會影響等，而浮動式載台及繫泊系統更是經濟部離岸風電 產業關聯方案國產化重要項目，故同時扶植我國浮式風機國產化供應鏈團隊也是 未來發展重點。

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參考資料：Ma, et al.(2009), “Mooring System Engineering for Offshore Structures”

圖 3- 5 半潛浮動式風機 四、 離岸風能轉綠氫能技術研發

歐盟的目標於2050 年實現淨零排碳，再生能源及氫氣的發展為重要項目。我 國積極規劃淨零排放的減碳路徑，氫能在未來減碳工具，極其重要，經濟部已成 立氫能推動聯盟，結合公私部門的資源，共同推動氫能技術的應用與發展。於 2021 年與澳洲、德國在台辦事處均辦理能源論壇，期間能源局長提及國內因氫能基礎 建設尚未完善，故仍需藉由與歐洲各國交流，以評估發展氫能之優勢、劣勢。台 灣在氫能應用上短中期以發電及產業應用為原則，而氫氣供給部分則朝進口國際 藍氫(具碳封存之氫氣)及綠氫(再生能源產氫)，並配合相關基礎建設為原則。現階 段台灣氫能發展，中油為天然氣的進口者，可以提供既有氫能基礎建設，未來鋼 鐵業製程中亦會用到氫能。在能源領域產業部分，氫能可用於天然氣渦輪機，而 在工業領域氫能可用於爐溶渣。

為了能夠平衡再生能源季節性變動、成本與能源儲存量的考量，將再生能源 轉成合成燃料的儲能技術逐漸受到矚目與重視。歐洲北海目前已有丹麥、荷蘭、

德國等國開發商開始投入離岸風電轉氫能混合開發案，將離岸風力發電場之電力 供電至電解水製氫廠，例如荷蘭殼牌能源(Shell)於北海規劃開發之 NortH2 (10 GW)、荷蘭 Neptune Energy 海上平台 Q13a-A 離岸風電製氫試驗點 PosHYdon 計 畫、丹麥沃旭能源(Ørsted)於北海規劃開發之 2 GW 離岸風電廠與兩座 1 GW 的電 解水製氫廠 SeaH2Land 開發案、德國鋼鐵廠薩爾茨吉特（Salzgitter）WindH2、德 國化學公司巴斯夫(BASF)與 RWE 工同提出之 2 GW 零補貼綠氫離岸風場等案。

荷蘭殼牌能源(Shell)為達成企業碳中和目標，於北海規劃開發之 NortH2 (10 GW)，如圖 3-6，荷蘭天然氣公司 Gasunie、挪威國家石油（Equinor）、德國萊茵

（RWE）也參與這項計畫。NortH2 離岸風電-氫能開發案將在北海打造一座 10

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GW 離岸風電廠，再將離岸風電綠電串接到德國岸邊的電解水製氫廠。預計 2030 年建設 4 GW 風場，2040 年再增加到 10 GW，屆時每年將有百萬噸的綠氫可用。

丹麥沃旭能源（Ørsted）將於北海建置 2 GW 離岸風場與兩座共 1 GW 的電 解水製氫廠，此計畫為 SeaH2Land 開發案如圖 3-7，獲得鋼鐵商安賽樂米塔爾

（ArcelorMittal）、澤蘭煉油（Zeeland Refinery）、肥料公司雅苒（Yara）與比荷盧 陶氏化學（Dow Benelux）的支持，未來比利時與荷蘭之間也會多出一條 45 公里 長的氫氣管線。北海港的氫氣需求年約 58 萬噸，預計到 2030 年，這座 1 GW 氫能工廠能滿足 20% 的需求。

資料來源：Equinor website, Equinor joins Europe’s biggest green hydrogen project, the NortH2-project - equinor.com

圖 3- 6 荷蘭殼牌能源歐於北海規劃開發之 NortH2 10 GW 離岸風電廠及製綠氫廠

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資料來源：SeaH2Land website, Reducing carbon emissions with green hydrogen | SeaH2Land

圖 3- 7 丹麥沃旭能源(Ørsted)於北海規劃開發之 2 GW 離岸風電廠與兩座 1 GW 的電解水製氫廠SeaH2Land 開發案

目前在離岸風電的領域中，已經積極地在開發綠氫資源，如圖3-9為三種在歐 洲常見的綠氫製造的規劃，分別為使用海上製氫平台搭配氫能運輸船、在陸上建 造製氫工廠，搭配車輛運輸或採用地下管線傳輸、使用既有的鑽油平台和其管線 改裝為製氫與輸氫專用。

利用海底電纜輸電與海上製氫及儲能運送能量之比較，評估以海上製氫作為 能源運送中繼載體的可行性。並探討在經濟性上，是否可省去在水深海域內佈放 固定式電力傳送電纜之需求，及是否可簡化系統於深海運作的複雜度。使用海纜 輸送電能之成本估計如下：海纜建置成本為10億NTD，分攤為10年，每日之成本 為30,000 NTD。根據文獻計算從2020年化石燃料獲得工業用氫的成本約為1.2-1.7 歐元到了2030年時一樣的工法獲得相同的氫氣時成本約成長為2.0-5.0歐元，2020 年的綠氫的成本以電解槽的成本和稅金佔最大數，未來若針對此技術開放後則以 營業費用佔大多數達3.3歐元，伴隨著技術的進步，展望2030年的綠氫製造將能有 機會與石化製程的氫氣有價格競爭。

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參考資料：“Power-to-X and Renewable Hydrogen,” Global Offshore Wind Report, 2021

圖3- 8 離岸風電製氫三種情境 五、 小結

在可見的將來風場運維、人才培育、浮式風機及風能轉綠氫能等發展對於 長期發展本土離岸風電產業將是重要課題，對於本章所提出的未來發展方向相 關結論彙整如下。

(四) 風場運維

O&M 項目包括操作控制室的運營、狀態排除、港口協商、船舶調度、風機及 基礎維修等，在未來超過 20 GW 的裝置規模下，勢必需逐步累積經驗、培育人 才、投資相關運維設備與船舶等，發展 O&M 統包業者將是離岸風電國產化下階 段的重點。相關發展策略將於第六章論述。

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(五) 人才培育

目前風場進入建置階段現場施工及海上作業人才需求數量多，而後風場運維 階段，風場運維操作維護技師亦有需求。目前風場開發與建置階段，人才需求以 現場外勤人員及辦公室工程規劃內勤人員皆為所需，辦公室工程規劃內勤人員為 碩士級之工程規劃、設計、分析、管理人員，需求單位為政府單位、開發商、組 件系統製造商、工程顧問公司、投顧金融、研究法人機構等。

風場建置外勤人員為離岸風電重件碼頭、海事工程船舶、風場運維專業人員，

需求單位為港區、風機製造商、組裝廠、離岸風電海事工程統包商、合約商、運 維商等，國產化水下基礎、風機零組件產業鏈亦須焊接人才、製造人才、國際合 約人才等，待國內產業鏈人才能量提升，本土產業鏈產能才可大幅提升，故建議 政府應更加著重人力缺口之培訓及現場施工勞安法規規範制定，改善產業環境同 時亦加強人力資源之補足。

國內目前除大專院校開設離岸風電培育資源外，行政院核定之「海洋科技產 業創新專區」亦成立離岸風電人才培育及公開資訊平台，整合全國各大專院校與 政府補助成立之風能培訓中心現有離岸風電相關培育資源，並與臺灣大學共組離 岸風力人才培育聯盟，將國內外離岸風電教育資源與全台各大專院校教師共享，

其主要目標為(1)培養國內離岸風力發電產業相關人才，成為亞太地區離岸風電領 域培訓中心。(2)跨校及整合各培訓單位國內離岸風電人才培育及培訓資源。(3)促 進國家離岸風電人才培育及銜接產業人才缺口。(4) 提供政府人培諮詢、教育建 言，以及學界、業界人才培育與媒合平台。

(六) 浮式風機

因應我國離岸風電預計 2035 年裝置容量將達 20.7GW 的目標，2026 年以後 之第三階段區塊開發，即將有離岸風場開發到 50 m 水深以上之海域。應及早推 動浮動式離岸風機先導或示範計畫，針對我國有能力發展之浮式載台、繫纜與錨 碇等，由設計、製造、安裝、認證等結合產官學研力量，建立我國完整供應鏈能

因應我國離岸風電預計 2035 年裝置容量將達 20.7GW 的目標，2026 年以後 之第三階段區塊開發，即將有離岸風場開發到 50 m 水深以上之海域。應及早推 動浮動式離岸風機先導或示範計畫，針對我國有能力發展之浮式載台、繫纜與錨 碇等，由設計、製造、安裝、認證等結合產官學研力量，建立我國完整供應鏈能