海洋科技季刊
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『離岸風電關鍵工程技術』專輯
目  錄 封面
「離岸風電關鍵工程技術」專輯序言
離岸風場海域作業系統安全規範與參考手冊之探討
臺灣離岸風場套管式基礎最佳化設計之探討與應用
The Monopile - A Proven Foundation Structure of the European Offshore Wind Industry
海上變電站設計介紹
離岸風機及桁架式水下結構整合動態載重分析建模與驗證
Corrosion Protection for Offshore Wind Power Plants
離岸風機支撐結構之疲勞設計簡介
國際浮動式離岸風電市場發展現況介紹
台灣西部深水海域離岸風機基礎型式初探
浮動式風力機之載台與繫泊系統設計指引與數值分析
浮動式離岸風機縮尺實驗設備建置及測試
離岸風電場與養殖箱網結合裝置之研究
海洋及水下科技季刊一0八年度第二十九卷第一期封面


「離岸風電關鍵工程技術」 專輯序言
(第二十九卷第一期-序言)
摘要

  今(108)年年會主題為「向海洋邁進-海洋產業與人才培育」,本期年會特刊以「離岸風電關鍵工程技術」為題,共登載12篇文章。

  簡連貴、林伯峯、廖銘洋、房辰陽等撰寫「離岸風場海域作業系統安全規範與參考手冊之探討」,研析國外離岸風場職業安全衛生規範、相關作業準則,考量臺灣離岸風場之特殊作業環境,探討離岸風場海域作業系統安全規範與參考手冊,期提升國內對於離岸風場之危害與安全之思維,以保障作業人員安全。第二篇由英商海德益公司馮宗緯提出「臺灣離岸風場套管式基礎最佳化設計之探討與應用」,探討臺灣離岸風場設計準則、風機套管式與單樁式基礎之比較,可提供未來基礎設計之參考。德國人B.F. Schlue、K. Lesny貢獻第三篇文章「The Monopile – A Proven Foundation Structure of the European Offshore Wind Industry」,對歐洲的單樁技術發展包括設計、製造及安裝等提供整體的探討,強調在台灣海峽未來的計畫中使用單樁基礎的潛在適用性。

  中興工程顧問公司蕭裕倉以「海上變電站設計介紹」為題,介紹海上變電站設計時應考慮事宜,包括結構設計及電氣設計;引用挪威DNVGL訂定之海上相關規範,發展設計原則,主要作為設計指引。核能研究所賴文政等人以「離岸風機及桁架式水下結構整合動態載重分析建模與驗證」為題,探討離岸風機及桁架式支撐結構的設計分析與驗證。第六篇文章邀請德國人Oliver Heins以「Corrosion Protection for Offshore Wind Power Plants」,強調腐蝕的防治對於降低非計畫內停機或甚至在提前拆除海上風機時的風險之重要性。另外中興工程顧問公司徐偉朝、郭思伶、龔琬茜等撰寫「離岸風機支撐結構之疲勞設計簡介」,依據國際常使用之疲勞設計標準說明其分析方法與要求,期能提供工程師疲勞設計之初步概念。第八篇陳彥霖、劉大溶、黃湘凌、謝依霖、陳彥豪提出「國際浮動式離岸風電市場發展現況介紹」,綜整浮動式離岸風機技術之市場發展現況,彙整國際上已運轉風場的計畫資訊、技術規格、運轉表現,並簡要盤點國際上其他規劃中的計畫資訊,足可提供吾人發展浮動式離岸風電之先期參考。

  第九篇文章由台灣世曦工程顧問公司張上君、劉晉庭撰寫「台灣西部深水海域離岸風機基礎型式初探」,擬針對台灣西部水深大於-50m海域,適用台灣特有海域地質條件之浮動式風力機基礎型式進行探討,期能對我國大水深離岸風場開發有所貢獻。另黃政彰撰寫「浮動式風力機之載台與繫泊系統設計指引與數值分析」,研究浮動式風力機載台與繫纜關鍵技術,進行繫纜系統參數分析,協助國產造業切入浮式平台與相關元件之設計概念,使國內進行浮動式風力機設計規劃更具可行性。又邀請吳庭君、賴文政等專家提出「浮動式離岸風機縮尺實驗設備建置及測試」,旨在建立浮動式離岸風機縮尺實驗設備,進行氣動力與水動力的耦合計算,以開發浮動式離岸風機整合型動力分析驗證模式,提升浮動式離岸風機的可靠度。最後一篇收錄林澄貴之「離岸風電場與養殖箱網相結合裝置之研究」,內容探討從離岸風電場建設施工期的懸砂、打樁噪音與營運期的風機噪音、電纜磁場、重金屬沉積物對漁場生態的影響情況;蒐集國外離岸風電場與養殖箱網相結合裝置的做法,提供國內專家研究台灣西部海域離岸風電場內的養殖箱網的開發架構,營造雙方互利的條件。

 

 

專輯主編:張順雄/國立高雄科技大學微電子工程系教授

       簡連貴/國立臺灣海洋大學工學院副院長、河海工程學系、

海洋工程科技中心教授兼近海防災科技研究中心主任

     吳念祖/安能亞太有限公司工程技術總監

     楊瑞源/國立成大學水利及海洋工程學系副教授

 

離岸風場海域作業系統安全規範與參考手冊之探討
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

  近年來,綠色能源及永續發展之概念遍及全世界,離岸風電成為臺灣政府發展綠色能源之主要趨勢。依據經濟部能源局再生能源政策與推動離岸風電示範風場計畫及區塊開發,2016年臺灣第一支離岸風機在臺灣海峽設立,為臺灣離岸風電邁向新的里程碑;採「先遴選後競價」,政府規劃離岸風電場址容量預計於2025年達到5.5GW。

    離岸風力機之重量與體積皆龐大,運輸及安裝不易,且遠離陸地,高聳樹立於海床上,整體結構將遭受強風、海浪、海流、潮汐等衝擊,其建置、運維及除役之作業亦受到不確定之大自然環境影響,易發生溺斃、墜落、夾捲、被撞等災害。為因應離岸風力發電之趨勢及衍生之作業危害,本研究透過蒐集研析國外離岸風場職業安全衛生規範、離岸風場開發商職業安全衛生相關作業準則及資訊,考量臺灣離岸風場之特殊作業環境,探討離岸風場海域作業系統安全規範與參考手冊,期提升國內對於離岸風場之危害與安全之思維,以保障作業人員安全。

 

作者:簡連貴/國立臺灣海洋大學河海工程學系、海洋工程科技中心

   林伯峯/國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系

   廖銘洋/台灣風能協會學術委員會

   房辰陽/上緯新能源股份有限公司

    吳憶珊/國立臺灣海洋大學河海工程學系、海洋工程科技中心

    王迦曄/國立臺灣海洋大學河海工程學系、海洋工程科技中心

    吳淮丞/國立臺灣海洋大學河海工程學系、海洋工程科技中心

臺灣離岸風場套管式基礎最佳化設計之探討與應用
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

  臺灣離岸風力發電風場的特性給予風機基礎設計者極獨特的挑戰。從颱風及地震帶來獨特的風險,導致如果設計出減緩的解方就會使基礎變得很沉重。另一方面,這些基礎重量卻又被要求必須盡量減輕以滿足經濟性的需求及成本的考量。

   本篇論文主要論述在滿足這些相互矛盾的需求所經歷的一些經驗。首先,我們確認設計準則(design driver)並展現於以風險生命週期為基礎的質量評估方法。這些評估導致選擇套管式基礎型式代替了以往的單樁基礎。同時,本論文檢視了三腳基礎及四樁基礎套管的風險生命週期。之後最佳化設計則專注於選擇型式的構件,因此,一項為金屬疲勞的轉接段細部設計的創新最佳化亦就此產生,最後,本文總結幾項套管式的設計觀點,期望供未來基礎設計之參考。

關鍵字:套管式基礎、離岸風機、臺灣、颱風、地震、最佳化

 

 

 

作者:馮宗緯/英商海德益有限公司臺灣區域經理

國立臺灣海洋大學河海工程學系兼任助理教授

The Monopile – A Proven Foundation Structure of the European Offshore Wind Industry

(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要
 Monopile foundations are the most commonly used foundation type for offshore wind energy turbines in Europe and the world. In the early years of the offshore wind industry, monopiles were deemed only applicable to water depths up to 30 m whereas nowadays they are also used in deeper waters with depths up to 40 m and even more. Larger water depths as well as new generations of wind turbines lead to higher foundation loads requiring larger diameters. European fabricators constantly optimize and adapt the fabrication procedures towards larger diameters up to 11 m creating a new generation of monopiles. In addition, design methods have been optimized constantly for larger diameter piles describing the bearing behavior of laterally loaded piles more accurately. This development also leads to a significant optimization regarding necessary pile lengths and diameters resulting in more efficient foundation structures. This article gives an overview about the development of monopile foundations in Europe covering the aspects of design, fabrication and installation. Further, the potential applicability of monopiles for upcoming projects in the Strait of Taiwan is highlighted.

 

 

作者:B.F. Schlue/EnBW Energie Baden-Württemberg AG, Germany

   K. Lesny/HafenCity University Hamburg, Germany

 

海上變電站設計介紹
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

 海上變電站(Off-Shore Substation)在離岸風場之發展,佔有相當重要之地位,本文旨在簡短介紹海上變電站設計時應考慮事宜,包括結構設計及電氣設計。因台灣地區並無相關設計法規可供遵循,本文主要參考挪威DNVGL訂定之海上相關規範,初步發展設計原則,主要作為設計指引。

 

 

作者:蕭裕倉/中興工程顧問公司電力及能源工程部組長

 

 

離岸風機及桁架式水下結構整合動態載重分析建模與驗證
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

 為發展離岸風機設計的動態分析技術,國際能源署(International Energy Agency, IEA)於2010年起進行離岸風機程式比對OC3(Offshore Code Comparison Collaboration, OC3)與延續合作OC4(Offshore Code Comparison Collaboration Continuation, OC4)之國際合作計畫。而近幾年來,配合科技部能源國家型科技計畫離岸風力主軸計畫,核能研究所亦透過技術引進OC3/OC4國際計畫成果,進行國內離岸風機及支撐結構設計驗證及工程技術建立之科技研發計畫,建立離岸風機及支撐結構應用國際合作之分析驗證技術,以發展國內離岸風機結構系統相關的工程技術能力。由於在2025年之前,桁架式支撐結構將會被採用於台灣未來的離岸風場,所以本文主要致力於離岸風機及桁架式支撐結構的設計分析與驗證。本文探討OC4計畫的部分主要結果以及桁架式支撐結構全耦合分析流程,選用美國再生能源國家實驗室NREL(National Renewable Energy Laboratory) 5MW參考離岸風機,進行一系列的動態載重設計分析及驗證,所建立之離岸風機及支撐結構整合動態載重分析及設計驗證技術,未來將有助於國內探討離岸風機結構系統承受極端環境之影響,透過工程分析及驗證技術的建立,提升國內離岸風場設置之可靠性及安全性。

 

作者:賴文政/行政院原子能委員會核能研究所助理研究員

   吳庭君/行政院原子能委員會核能研究所助理工程師

   蘇煒年/行政院原子能委員會核能研究所副工程師兼分組長

   黃金城/行政院原子能委員會核能研究所研究員兼組長

Corrosion Protection for Offshore Wind Power Plants
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

  An important pillar for the transformation of power generation from conventional and nuclear power plants to power plants using renewable resources is offshore wind energy. For about 20 years, offshore wind power plants have been operated and gained experience in the design, manufacture, installation and operation of the facilities. One of the key roles is the corrosion protection of the plants. The protection against corrosion decisively reduces the risk of an unplanned downtime or even the premature dismantling of wind turbines at sea. The present article describes the fundamentals for safe corrosion protection, which usually consists of a coating of the steel components and an electrochemical corrosion protection for the underwater structure. The component with the most intensive loads of a wind farm, based on the corrosive attack of the areas, is the foundation for the wind turbines, which is discussed in more detail in this article.

 

 

 

作者:Oliver Heins/EnBW Energie Baden-Württemberg AG, German

↑回目錄

 

離岸風機支撐結構之疲勞設計簡介
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

  離岸風機結構承受高週次之風和波浪反覆作用,其荷載為疲勞破壞主因,常見於斷面變化產生集中應力處之銲道。疲勞破壞屬於脆性破壞,裂縫發展迅速並可能位於水面下而無法預警。離岸結構多因疲勞效應而發生損壞,設計時應予以避免。多數國內土木工程師並不熟悉疲勞設計,本文依據國際常使用之疲勞設計標準說明其分析方法與要求,期能提供工程師疲勞設計之初步概念。

 

 

作者:徐偉朝/中興工程顧問公司電力及能源工程部計畫主任

   郭思伶/中興工程顧問公司電力及能源工程部工程師

   龔琬茜/中興工程顧問公司電力及能源工程部工程師

 

↑回目錄

 

國際浮動式離岸風電市場發展現況介紹
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

  離岸風力發電在陸域風力發電市場漸趨於飽和後,目前已成為發展新興再生能源的重要選項。傳統固定式離岸風電技術之開發與營運的歷史自1990年代至今已逾20年,發展出成熟的商業開發模式,卻受制於基座結構的重量,其製造與安裝成本在離岸越遠的海域將欠缺經濟效益。而許多風速較大且風流向較為穩定的區域恰好位於離岸較遠的海域,許多國家開始將浮動平台之技術導入離岸風電的開發,以便更有效地利用海上風能資源。本文綜整浮動式離岸風機技術之市場發展現況,彙整國際上已運轉風場的計畫資訊、技術規格、運轉表現,並簡要盤點國際上其他規劃中的計畫資訊,提供台灣發展浮動式離岸風電之先期參考。

 

作者:陳彥霖/財團法人台灣經濟研究院研究一所助理研究員

   劉大溶/財團法人台灣經濟研究院研究一所助理研究員

   黃湘凌/財團法人台灣經濟研究院研究一所助理研究員

   謝依霖/財團法人台灣經濟研究院研究一所助理研究員

   陳彥豪/財團法人台灣經濟研究院研究一所研究員兼任副所長

↑回目錄

 

台灣西部深水海域離岸風機基礎型式初探
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

  我國離岸風電產業自行政院於民國101年核定「千架海陸風力機」計畫以來,政府陸續訂定各種辦法,積極鼓勵開發業者參與投入,展現發展離岸風電產業之決心。目前我國離岸風電開發三階段政策至今已完成二階段之推動,第三階段之區塊開發擬往水深較深區域推動。然而,第三階段擬規劃之水深-50m以上海域與先前二階段水深為-50m內之開發行為於基礎形式上有基本的差異,目前國際趨勢皆將風力機基礎由固定式基礎往浮動式基礎發展。近年來,浮動式風力機已成為全世界離岸風電大國積極研發之對象,但由於我國海域地質特性與歐美海域地質條件差異甚遠,因此,本文擬針對台灣西部水深大於-50m海域,針對適用台灣特有海域地質條件之浮動式風力機基礎型式進行探討,期能對我國大水深離岸風場開發有所貢獻。

 

 

作者:張上君/台灣世曦工程顧問股份有限公司副理

          劉晉庭/台灣世曦工程顧問股份有限公司正工程師

 

 

↑回目錄

 

浮動式風力機之載台與繫泊系統設計指引與數值分析
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

  浮動式風力機為深海區域風能開發的方案,本文研究浮動式風力機載台與繫纜關鍵技術,收集國際載台與繫纜系統相關指引,整理浮體載台穩度、結構與繫泊系統設計指引要點,並以半潛式風力機作為模擬分析對象,使用水動力分析程式結合載台與繫纜分析程式進行浮動式風機頻域與時域數值模擬,進行繫纜系統參數分析,影響參數主要為預張力、繫纜重量與繫纜長度,可依繫纜張力、搖晃角度和位移等需求進行設計,希望協助國產造業切入浮式平台與相關元件之設計概念,亦可協助海事工程業切入浮動平台之安裝與後續維運,使國內進行浮動式風力機設計規劃更具可行性。

 

 

作者:黃政彰/財團法人船舶暨海洋產業研發中心工程師

 

↑回目錄

 

浮動式離岸風機縮尺實驗設備建置及測試
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

 台灣離岸風場已進行近海區域的開發規劃,未來深海區域的開發勢必可帶來更多的風能資源。目前離岸風電開發商針對國內未來離岸風場之水下結構形式,主要規劃單樁(Monopile)與桁架式(Jacket)水下結構於近海區域的風場使用。然而,若用於深海區域的風場開發,其水下結構與海事工程的成本將會大幅增加。依據國外於深海區域使用浮動式離岸風機之浮動載台的經驗,其較具有經濟效益,且安裝與風機維護亦較固定式水下結構更具有優勢。本研究旨在建立浮動式離岸風機縮尺實驗設備,並利用NREL所開發的FAST風機動態載重計算軟體,進行氣動力與水動力的耦合計算,以開發浮動式離岸風機整合型動力分析驗證模式,提升浮動式離岸風機的可靠度與協助我國相關離岸風電政策的推動。

 

 

作者:吳庭君/行政院原子能委員會核能研究所助理工程師

   賴文政/行政院原子能委員會核能研究所助理研究員

   鄭恩凱/行政院原子能委員會核能研究所助理工程師

   林冠廷/行政院原子能委員會核能研究所技術員

   蘇煒年/行政院原子能委員會核能研究所副工程師兼分組長

   黃金城/行政院原子能委員會核能研究所研究員兼組長

 

 

↑回目錄

 

離岸風電場與養殖箱網相結合裝置之研究
(第二十九卷第一期-離岸風電關鍵工程技術)
摘要

  探討從離岸風電場建設施工期的懸砂、打樁噪音與營運期的風機噪音、電纜磁場、重金屬沉積物對漁場生態的影響情況,足以造成海洋生態惡化致使漁業資源減少以及影響漁民未來生計。為了不讓魚類產量遞減,蒐集國外離岸風電場與養殖箱網相結合裝置的做法,提供國內學者專家進行研究以獲得較適用台灣西部海域離岸風電場內的養殖箱網的開發架構,利於風電場開發業者協助漁會與漁民於風電場內建立現代化的箱網養殖區,營造雙方互利的條件,使得台灣百年傳承的漁業升級為世界一流的科技化永續漁業,而將這兩個產業成為賺錢的新興工具,將會指日可待。

關鍵詞:離岸風電場,養殖箱網、暫時性聽覺喪失、永久性聽覺喪失、打樁水中噪音、風機運轉水中噪音、海底電纜磁場、海底基樁風機、海上浮動風機

 

 

作者:林澄貴/國立台灣大學海洋研究所物理海洋學碩士,

前國家中山科學研究副研究員

 

 

 

↑回目錄

 

 

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