海洋科技季刊
首頁 > 海洋及水下科技季刊 > 一一0年度第三十一卷第一期
『離岸風電運維及人才培育』專輯
目  錄 封面
「離岸風電運維及人才培育」專輯序言
離岸風電運轉及維護之規劃
台灣離岸風場運維大數據網路平台建置
離岸風機水下基礎運維重點與挑戰
彰化運維港之港池靜穩度及快時操船模擬分析
歐洲浮式風場發展現況及港埠需求初探
水深變化對於浮動式風機潛水繫纜的設計影響
離岸風場運維海事拖航作業評估與可工作海況分析
雲林沿海底泥重金屬之來源與分布分析
海洋及水下科技季刊一一0年度第三十一卷第一期封面


「離岸風電運維及人才培育」 專輯序言
(第三十一卷第一期-序言)
摘要

   我國自從2011年開始推動「千架海陸風力機」計畫,正式開啟了離岸風電產業的序幕。期間,依2012年訂定的「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」,已於2019年10月完成國內第一座離岸風力發電示範風場,預計於今(2021)年底將再完成第二座的示範風場;另依2015年公布的「離岸風力發電規畫場址申請作業要點」,再經2018年的遴選及競價作業,共有12座風場、裝置容量約5.5GW的申請案取得開發權,預計自今(2021)年底起,依規畫於2025年底前完工併網;而自去年底起,政府亦積極召開第三階段「離岸風電區塊開發」規劃草案說明會議,預期自2026年起,以1.5GW/年的進度,持續推動我國離岸風電產業,逐步踏實完成我國再生能源規劃目標。

   由於能源屬於國家的重要基礎建設,為國家經濟發展最重要的基礎,應以安全、穩定、可持續成長、高自主自有率等目標持續推進,其重要性可由各先進已開發國家將其視為國安及國家戰略議題得到證實與提醒。另由前述我國離岸風電推展進程規劃可知,自2019年完成第一座示範風場開始,預計以11年的時間完成約13GW的離岸風場裝置容量建置;相較於歐洲,自2000年完成第一座離岸風場起,全歐洲至2016年,約歷時16年才達到完成13GW離岸風場裝置容量的建置,時程十分緊迫。綜上,我國亟需於離岸風場整體開發之規劃、設計、製造、施工,運維、除役、再建置之循環經濟產業,建置自主自有的基礎建設、設計能量、產業供應鏈,以及製造、施工、運維能量,以確保我國孤立電網的安全及穩定性。

   有鑒於此,本專輯「離岸風電維運及人才培育」所收錄的8篇文章:第一部分主要針對現階段擬建置離岸風場營運維護之政策、要求、技術建置、風險管理等面向進行綜整與建議。其中「離岸風電運轉及維護之規劃」一文主要針對離岸風場設計規劃、合約訂定、供應鏈合作、船隊、機具、備品、人員資格訓練、行政支援、現場管理、成本控制等,以成本、功能、風險等關鍵因子,對營運維護規劃提出提前佈署之建議;「台灣離岸風場運維大數據網路平台建置」一文主要介紹以工業4.0的5C架構建構完成之台灣離岸風電運維大數據智慧網路平台及虛實整合系統,主要包含「巨量資料網路與智慧化管理平台」、「風場風機同儕比較與異常偵測」、「風機機艙驅動鏈狀態監控預兆式偵測」、「離岸風機基樁淘刷預警系統開發」、「風機葉片表面損傷早期偵測技術及設備開發」、「離岸風場資產管理」、「離岸風機運轉水下噪音量測與模擬」等七大部分;「離岸風機水下基礎運維重點與挑戰」一文主要參酌德國聯邦海事暨水文局BSH對離岸風機運轉維護查驗之要求,提出水下基礎運維重點與政府查驗週期建議,並說明結構健康診斷系統對於離岸風力發電機水下基礎損傷診斷與壽齡評估之應用概念;「彰化運維港之港池靜穩度及快時操船模擬分析」一文則針對彰化離岸風電運維港於規劃階段,模擬不同情境下港池靜穩情況及快時操船模擬結果,供未來港區運營參考。

   第二部分主要針對國內未來可能採用之浮式風場關鍵技術進行探討。其中「歐洲浮式風場發展現況及港埠需求初探」一文主要借鏡歐洲浮式風力機成功案例之蒐集,瞭解浮式風力機發展技術之推動現況,並希望對其所需之組裝場地基礎建設需求及運輸方式之施工能量需求有所瞭解,進而檢視我國目前港口基礎設施及施工船機可能之因應需求;「水深變化對於浮動式風機淺水繫纜的設計影響」一文主要介紹針對台灣西部離岸海域不同水深的浮動式海上風機繫纜系統進行建模與優化成果;「離岸風場運維海事拖航作業評估與可工作海況分析」一文主要說明離岸風場運維相關之海事工程範疇與海事工程安全評估項目,並以日本福島浮式風力機案例說明運維海事作業牽涉之拖航與定位可工作海況分析程序,以評估可工作海況。

   技術報導「雲林沿海底泥重金屬之來源與分布分析」一文主要探討雲林沿海底泥重金屬來源及濃度分布變化,可作為風場支撐結構犧牲陽極對海域重金屬影響之探討參考依據。

 

 

 

 

 

專輯主編:張上君/台灣世曦工程顧問股份有限公司港灣工程部副理

       許國強/中興工程顧問股份有限公司電力及能源工程部技術經理

       王志成/宇泰工程顧問有限公司總經理

       廖銘洋/台灣風能協會副祕書長

       蘇俊連/國立高雄科技大學電機工程系教授

 

 

離岸風電運轉及維護之規劃
(第三十一卷第一期-離岸風電運維及人才培育)
摘要
  倡導離岸風電之目的,除實現使用潔淨能源、減緩地球暖化的崇高目標外,終究仍須達成盈餘並能滿足消費大眾期待的降價競爭需求,然適當運轉維護可協助穩定供電,得以滿足購電合約要求,離岸風電才能獲得真正收入。經歷十數年的波折與努力,台灣終於在2019年完成離岸風電示範風場建置,並開始運轉維護,繼而離岸風電第一期也已開始建置活動,在不久的未來將啟動營運維護作業。台灣離岸風電的運維,除須應付險惡海氣象之環境外,有關設計規劃、合約訂定、供應鏈合作、船隊、機具、備品、人員資格訓練、行政支援、現場管理、成本控制等整合是否得當,將關係績效與成本,提前佈署相關運維之設計與規劃,以確保壽命期限內達成成本、功能、風險的三大平衡,至為重要。

 

作者: 林伯峯/財團法人船舶暨海洋產業研發中心退休

 

台灣離岸風場運維大數據網路平台建置
(第三十一卷第一期-離岸風電運維及人才培育)
摘要

  本研究採用工業4.0的5C架構(Connection, Conversion, Cyber, Cognition, Configuration)建構台灣離岸風電運維的虛實整合系統(Cyber Physical System,CPS)於一大數據智慧網路平台上。本研究已完成大數據智慧網路平台及台灣離岸風電運維的虛實整合系統的建置。其中子計畫一”巨量資料網路與智慧化管理平台”已完成大數據智慧網路平台的建置、提供分析及圖形化介面工具的建置及以機器人程序自動化(Robotic Process Automation,RPA)並引入AI模型的開發及訓練流程;子計畫二”風場風機同儕比較與異常偵測”完成風機SCADA資料的同儕比較方法的建置、以台電某一風場的風機為實例完成性能低下的風機的偵測並找出其性能低下的可能原因、回饋台電再生能處改善風場的整體功率產出;子計畫三”風機機艙驅動鏈狀態監控預兆式偵測”本研究以行星齒輪不同劣化程度之振動時域訊號進行分析,探索齒輪故障特徵頻率幅值的變動狀況、包絡分析之影響、及邊頻的差異。並以預兆式診斷法預測其剩餘使用壽命(Remaining Useful Life, RUL),預測精度由網路公開的數據驗證準確性達90%;子計畫四”離岸風機基樁淘刷預警系統開發”以台灣海峽颱風作用條件下特殊水動力機制及考慮西部海域中大空間時間遷移尺度的沙坡納入分析建立適合台灣海域的基樁淘刷公式。子計畫五”風機葉片表面損傷早期偵測技術及設備開發”利用風機葉片表面損傷所發出的高頻噪聲進行分析並建立指標分析模型,完成微機電麥克風建立陣列式麥克風設備並搭配訊號處理電路、設備封裝設計以達到高訊噪比以利所建置指標模型進行判斷、將診斷結果回傳至資料庫終端實現通訊系統架構、使用雲端資料庫檢測資料收集,完成監控預警系統開發,本計畫已完成自量測、診斷、監控、預警完整解決方案;子計畫六”離岸風場資產管理”完成針對離岸風場運維之資產管理設計相關KPI指標,共分為資產性能(Performance)、資產可靠性(Reliability)、資產維護性(Maintenance)、安全健康及環境(Safety、Healthy and Environment)、資產財務狀況(Financial)與天氣視窗(Weather Window)等六大類別,達成精準之成本分析;子計畫七”離岸風機運轉水下噪音量測與模擬”配合示範風場之推動時程,完成示範風場進行水下背景、打樁及營運噪音量測,分析噪音於水下環境之傳遞行為,分析結果顯示在2019年施工時信號的功率譜密度(Power Spectral Density)為歷年來最高,2020年風機開始營運後次高。

 

 

 

作者:蔡進發/國立台灣大學工程科學及海洋工程系教授

 

離岸風機水下基礎運維重點與挑戰

(第三十一卷第一期-離岸風電運維及人才培育)
摘要
  我國離岸風場已逐步從建置階段進入運維階段;於2021年,我國政府開始對第一座離岸風場進行週期性查驗。由於我國缺乏離岸風場運轉維護與定期查驗之經驗,本文參酌德國聯邦海事暨水文局BSH對離岸風機運轉維護查驗之要求,提出水下基礎運維重點與政府查驗週期建議,並說明結構健康診斷系統對於離岸風力發電機水下基礎損傷診斷與壽齡評估之應用概念。由於我國海床地形變動劇烈,且面臨颱風與地震引致海床液化之天然災害威脅,我國有必要將水下基礎結構健康診斷監測系統納入運維查驗基本要求項目;透過長期監測成果比對風力發電機運轉維護狀況,逐步檢討各項定期檢查項目之查驗週期,並累積解讀離岸風機運轉狀態、環境條件與支撐結構動態反應行為關聯性之技術,達到發展離岸風機水下基礎智慧運維之目標。

 

作者:郭玉樹/國立成功大學水利及海洋工程學系教授

   翁子羚/國立成功大學水利及海洋工程學系博士生

   黃瑞箴/成大環能有限公司工程師

   許惠婷/國立成功大學水利及海洋工程學系研究助理

 

彰化運維港之港池靜穩度及快時操船模擬分析
(第三十一卷第一期-離岸風電運維及人才培育)
摘要

  彰化漁港位於彰濱工業區鹿港區西北端,因市場環境變遷及配合國家能源政策,原漁港所規劃之多功能休閒專用區將轉型作為離岸風電運維碼頭,提供離岸風電相關運營與維修服務。考量既有港埠條件,運維港將以小型人員運輸船(Crew Transfer Vessel,CTV)為計畫船型。由於運維港屬於淺水區域,將以MIKE 21 BW數值模式進行小域波浪場模擬,藉此分析運維港池靜穩度。利用過去水工模型試驗成果與MIKE 21 BW模擬結果相互比對,確認模擬流程以及率定相關邊界條件後,進而模擬不同情境下港池靜穩情況以供未來港區運營參考。模擬結果顯示夏季及冬季情境下,港池靜穩度良好;颱風情境下外港區靜穩度不佳,故船隻應避免於颱風時期進出港。由於CTV與一般漁船規模不同,故利用操船模擬機針對CTV進出運維港執行快時操船模擬,藉以評估航行安全性。就船舶軌跡疊加所呈現之定性結果評估,顯示CTV在各類環境干擾因素下皆能安全進出港航行。就平均用舵量、平均艏偏差量及船舶通過各檢核點位置之船舷距離等定量指標評估,於進港過程中顯示夏季之平均用舵量明顯高於冬季,即夏季操船需較冬季謹慎小心,同時漲潮時操航距南北防波堤頭較近,需多加留意。於出港過程中顯示夏季之平均用舵量明顯較冬季為高,同時漲潮時操航距北防波堤頭較近,須提高警覺。

 

 

 

 

作者:許國強/中興工程顧問股份有限公司電力及能源工程部技術經理

   周俊邦/中興工程顧問股份有限公司電力及能源工程部工程師

 

 

歐洲浮式風場發展現況及港埠需求初探
(第三十一卷第一期-離岸風電運維及人才培育)
摘要

   近年我國離岸風場開發隨著國家能源政策蓬勃發展,後續第三階段區塊開發之作業辦法亦公告在即。由於我國近岸及淺水潛力場址開發受環境因素諸多限制,另為取得較佳之風能資源,離岸風場開發已逐步朝向過渡水深及大水深海域發展。為克服固定式基礎水深設置之限制,近年來,離岸風電技術領導國家已逐步進行浮式風力機技術研發及推展,並將進入商業規模之離岸浮式風場開發階段。本文主要借鏡歐洲浮式風力機成功案例之蒐集,瞭解浮式風力機發展技術之推動現況,並希望對其所需之組裝場地基礎建設需求及運輸方式之施工能量需求有所瞭解,進而檢視我國目前港口基礎設施及施工船機可能之因應需求,冀得拋磚引玉,對我國未來擬發展浮式風力機所需港埠基礎建設之構想,略盡微薄之力。


 

 

作者:張上君/台灣世曦工程顧問股份有限公司副理

   黃振愷/台灣世曦工程顧問股份有限公司正工程師

 

水深變化對於浮動式風機淺水繫纜的設計影響
(第三十一卷第一期-離岸風電運維及人才培育)
摘要

  本文的目的是為台灣西部離岸海域不同水深的浮動式海上風機繫纜系統進行建模與優化。考慮使用OC4-DeepCwind半潛式浮動平台和美國再生能源實驗室(NREL)開發的5MW基準風力機,並針對不同的繫纜材料、類型和配置進行探討,以便為給定的水位選擇可行和可靠的繫纜設計。選定的繫纜系統包括有懸鏈式的無釘鎖鏈(studless chain)和拖動嵌入錨(drag embedment anchor)。考慮了三個公稱尺寸的繫纜直徑,包括有:直徑為95毫米,115毫米和135毫米。通過此配置,再根據兩個認證機構Det Norske Veritas and Germanischer Lloyd (DNV GL)和American Petroleum Institute (API)的規定和建議,總共分析了五種不同水深(50米、60米、70米、80米、100米)的繫纜設計。考慮以最終極限海況、疲勞極限海況及最大運作海況分別對繫纜的斷裂強度、疲勞及穩定性進行了長期的預測。 OrcaFlex 為本文用於模擬和設計繫纜系統的數值軟體。本文研究的結果是50米水深的繫纜設計比其他水深呈現出更重的繫纜,從而增加了硬件的成本。另一方面,100米水深的設計具有較長的繫纜,使該參數成為驅動成本的因素。這將導致最小的繫纜成本範圍介於水深60米至80米之間。

 

 

作者:楊瑞源/國立成功大學水利及海洋工程學系副教授

   黃瑋華/台灣世曦工程顧問股份有限公司工程師

↑回目錄

 

離岸風場運維海事拖航作業評估與可工作海況分析
(第三十一卷第一期-離岸風電運維及人才培育)
摘要

  臺灣沿岸風力資源豐富,相當具有開發價值。受惠於此天然優渥條件,我國積極推展離岸風電,至今已完成120 MW之海洋離岸示範風場,並將陸續邁入運維階段。離岸風場運維時,常針對預期進行之例行工作項目先行進行審閱與評估,故相關的安全評估在運維期間仍有其必要性;本文說明離岸風場運維相關之海事工程範疇與海事工程安全評估項目,並以日本福島浮式風力機案例說明運維海事作業牽涉之拖航與定位可工作海況分析程序,評估其於單拖船與多拖船搭配之濕拖可工作海況,以流體動力分析程式MOSES建立數值分析模型,並計算浮體在作業環境下之風波流等環境負荷,據以檢核運輸時不同拖船配置所需提供之拖力、繫纜張力與搭配設備之強度,進而評估出可工作海況;由此,可建立濕拖與多拖船配置分析評估技術,據以評估拖航作業船機之適用性,期能藉此掌握國內船舶與機具在切入離岸風電海事工程產業時之適用性,做為提升技術能力與產業競爭力之基礎。

 

 

作者:黃政彰/財團法人船舶暨海洋產業研發中心

   鍾承憲/財團法人船舶暨海洋產業研發中心

   周顯光/財團法人船舶暨海洋產業研發中心

↑回目錄

 

雲林沿海底泥重金屬之來源與分布分析
(第三十一卷第一期-離岸風電運維及人才培育)
摘要

  本研究主要探討雲林沿海底泥重金屬來源及濃度分布變化,於2019年共四次(季)在雲林沿海16個測站採樣及檢測底泥平均粒徑、重金屬濃度及總有機碳(TOC),利用相關性分析法及主成分分析法,解析本海域重金屬的來源與分布。結果顯示,第一成分軸貢獻率48.3%,成分中當底泥重金屬鋅,銅及鉛濃度較高時,底泥環境中的平均粒徑較細,有機碳含量較高。由空間及季節測值發現在雨季時濁水溪與新虎尾溪為上述成分的主要輸入源;總有機碳與鎳的相關性不顯著,由空間分布測值得知鎳輸入源為濁水溪;第二成分軸貢獻率19.7%,成分中砷濃度較高時,底泥平均粒徑較粗,高值出現在濁水溪出海口往雲彰隆起處,由空間分布測值發現輸入源為濁水溪;第三成分軸貢獻率為13.9%,成分中鎘濃度較高,有機碳含量較高,由空間分布測值發現輸入源為濁水溪;三個成分軸共解釋本海域底泥重金屬來源與分布的81.8%,顯示雲林沿海底泥因地化條件的差異而有不同濃度重金屬的分布。比較2019年沿海底泥重金屬濃度仍在1994年雲林離島工業區開發前的變動範圍內。綜整2019年雲林沿海底泥平均粒徑、總有機碳及重金屬測值的空間及季節變動,發現攜帶不同重金屬及總有機碳濃度的顆粒由濁水溪及新虎尾溪輸入後,受到波浪,潮汐與海流的影響,在雲林沿海擴散,底泥中重金屬呈現季節及空間分布差異。

關鍵字:雲林沿海、底泥、平均粒徑、總有機碳、重金屬、主成分分析

 

 

 

作者:黃榮富/國立高雄科技大學水產養殖系所 特聘教授

     陳秋雲/國立高雄科技大學海洋環境工程系所 副教授

   許碧瑜/國立高雄科技大學水產養殖系所 研究助理

↑回目錄

 

 

 

若欲索取詳細資料請參閱出版物訂購單或來電洽購,季刊每本售價新台幣200元
   連絡電話:02-87716708 黃郁媚小姐