議題背景：

從近期BBC報導到國內廠商的聲明，台灣科技媒體中心觀察到離岸風場間的尾流、堵塞效應等相互作用，是風場營運的關鍵之一。這種相互競爭的風險，也連帶影響到國外媒體報導對於是否能藉由設置離岸風電達成淨零目標的信心。當前，臺灣的離岸風場已有374座風機完工併聯，預計至今年底將提供約4.7 GW的裝置容量。

相關報導連結：

有鑑於離岸風電是臺灣重要的再生能源之一，台灣科技媒體中心邀請專家提供意見，幫助大眾理解議題背景，以及可能需要持續關注的議題。

 

專家怎麼說？

【郭志禹】【吳毓庭】【苗君易】


2025年05月27日
中央研究院應用科學研究中心研究員 郭志禹

Q1 想請您說明尾流效應、竊風、堵塞效應等現象的發生原因？這些現象與風機的排列方式有什麼關聯？
尾流與堵塞效應都是由於風機在流場中所產生的。我們可以想像風機是個流場中的一個阻礙物（或能量擷取裝置），它勢必對流場造成影響。所謂堵塞效應是風接近風機時，逐漸受到風機作為下游阻礙物，而產生的減速與改向的現象。而尾流則是風通過風機後，在風機後方區域，由於阻礙造成的風速降低，在一定距離內逐漸回復的過程。此一尾流區間的長度可能延伸至非常遙遠的距離。

風場規劃則是需要考量慣常風向、風場工程或地質等條件，目的是盡量安排風機位置至不受影響，或至最小影響的位置。這些工作目前皆有成熟的分析工具輔助設計，但在現今高密度風場建置的趨勢下，這些物理現象是無法避免，需要正面解決的問題。以商業而言，就是將這些影響，更準確地反映至發電量估算中。對風場運行維護而言，就是關係到風機維護巡檢週期，疲勞元件維護等等，對風機設計上，就在於必須考量風機對這些尾流中之紊流擾動的承受能力。

臺灣風場設置，自然災害因素反而是營運商更關注的，主要是如颱風帶來的極端風速，大浪對風機、塔柱、海流對基礎淘刷的影響等。

議題背景中所提供的報導，確實契合本議題。但我認為多少有點為規避商業利潤風險，所以措辭上偏保守。主因是這些物理因素在風場設計之初，應該皆有所規劃。至於單一營運商是否預估了所謂「竊風」，即後續建置於其風場上游側之風場，則不在此討論範圍。但我覺得可能真有忽略竊風效應這事，若要進一步確認，則應洽詢各營運設計單位。

Q2 由於風力資源集中在台灣海峽地區，臺灣是否有類似的研究？目前的離岸風場是否也面臨類似的問題？若有，這會導致發電量的下降嗎？
國內許多單位皆有相關研究，如工研院（環境資源所、早期之能資所，目前似乎已成立一獨立單位）、海洋大學的許多學系（海洋工程、機械、河海工程）、臺大工程科學、成大海洋水利、土木、以及一些專業學會，如風能學會等等皆有。此外我相信還有許多未及列舉的單位亦投入其中。

臺灣早期的相關研究是由工研院主導，可能始於1990年代，或更早在台電也有一些零星研究，這部份歷史是否正確我目前保留。工研院曾評估全臺風資源，目前主要是以這系列的研究為依據。而風資源集中於臺灣海峽這側，是長期已知的氣候現象，多半稱之為海峽效應，或風洞效應。此現象是由於風流經兩側陸地山脈（中央山脈、福建丘陵）所包夾的區域，造成流場斷面（臺、閩間）面積減低而產生風速提昇的現象。印象中，在冬季季風期間，臺灣海峽這側海平面附近的風速，較東側太平洋側高，甚至可達約 1~2 m/s. 。由於風機輸出功率是與風速呈立方正比，這效應所帶來的影響是極大的。

至於發電量下降，我覺得應該是在風場設計之初就應考量的重點。在風場規劃中，可以所謂的容量因子（capacity factor）來呈現，對發電量進行不同等級的情境模擬，以預測發電量的表現。

Q3 尾流效應、竊風、堵塞效應等是否在離岸風場的發電實務帶來挑戰？可能有哪些挑戰？
如前所述，就運轉和維護而言，相關考量就是風機維護巡檢週期、疲勞元件維護等等；風機設計上，就在於風機設計對這些尾流中之紊流擾動承受能力等等。而「竊風」一詞，我覺得則是風場運營商所提出的些許負面詞彙。以目前臺灣規劃的風場區塊結構而言，營運商應該已經綜整地評估過標定區塊之鄰接風場。

至於未來真的走向深水、浮台式風場規劃，而造成更高的風場間交互影響。這部份可能會影響到既存風場，則應回歸影響評估，以及調整電業結構（營運商間的權利與義務）。但以技術成熟度而言，這部份發生爭議之時間點，我覺得會落在這批現有風場成本已攤提、發電獲得收益的中後期，甚至於在設備汰換與重規劃階段。屆時，應該設有重新評估之窗口。

Q4 從技術上，有哪些方法可以避免或者減輕類似問題？
風的影響，甚至是與結構，與海、波的交互作用，是客觀而難以避免的物理現象。工程上就是以風機設計、風機位置方位安排、營運維護排程、發電容量情境規劃等方式因應挑戰。由於離岸風場的建置主要仰賴海事工程，牽涉之規模與資金龐大，影響區域也廣大，所以在風場設置作業上，從風場資源評估、金融規劃、風險規劃、環境影響評估等等，皆有完整複雜的程序。這些程序是風場設置不易、期程長的主要原因。

補充資料

  • 關於Formosa 1風場初期營運相關資料，請參考 Cheng, K. S., Ho, C. Y., & Teng, J. H. (2020). Wind characteristics in the Taiwan Strait: A case study of the first offshore wind farm in Taiwan. Energies, 13(24), 6492. https://doi.org/10.3390/en13246492
  • 關於風場選址之自然災害風險評估，請參考 Ning, F. S., Pien, K. C., Liou, W. J., & Cheng, T. C. (2024). Site selection for offshore wind power farms with natural disaster risk assessment: A case study of the waters off Taiwan’s west coast. Energies, 17(11), 2711. https://doi.org/10.3390/en17112711
  • 關於相關政策與歷史回顧，請參考 Gao, A. M.-Z., Huang, C.-H., Lin, J.-C., & Su, W.-N. (2021). Review of recent offshore wind power strategy in Taiwan: Onshore wind power comparison. Energy Strategy Reviews, 38, 100747. https://doi.org/10.1016/j.esr.2021.100747

2025年05月27日
國立成功大學工程科學系副教授 吳毓庭

一、尾流效應（Wake Effect）、竊風（Wind Stealing）、堵塞效應（Blockage Effect），這三種現象皆屬於風機之間的氣動交互作用（aerodynamic interaction），其發生與風機的排列方式密切相關：

尾流效應：每台風機運轉時，其葉片從風中抽取動能以產生扭矩，導致風機下游的風速顯著下降，並伴隨紊流增加，形成所謂的尾流。尾流會降低下游風機接收到的風速，風況也變得更不穩定，進而影響運行效率，導致發電量下降與載荷波動加劇。尾流效應在風向主軸方向（如順風排列）特別顯著。
竊風（Wind Stealing）：常指鄰近風電場或風機群間的尾流影響與風能競爭。當一座風電場建設在另一座風電場的下風處，可能會「偷走」原風電場的風能資源，導致下風風電場產能下降。此現象在風場開發密集的地區（如臺灣海峽）日益重要，須以中尺度區域性氣動模擬與協調以避免。
堵塞效應（Blockage Effect）：是風電場規模與密度提高後，由於整體風機阻擋氣流，造成上游風速減緩與流線偏折的現象。此現象尤其在風機排列密集、地形受限（如淺水區或港灣內）更為明顯，這會影響整個風電場的可開發容量。

二、這些效應與風機排列方式的關聯
風機之間的間距與排列方式（如直線、斜列、棋盤式）將直接影響尾流與堵塞效應的程度。增加風機間距、採用斜列或錯列配置（staggered layout）有助於降低尾流重疊。實務上，受限於海床面積與開發成本，風機間距常受到限制，尋求最適配置可以數值模擬與優化方法（如大型氣動模擬、最佳化演算法）。

三、台灣風場的情況與挑戰
臺灣海峽為風能潛力高的區域，但風機布局密度也相對高，特別是西部海域（如彰化外海、苗栗外海等）。根據國內外研究，尾流效應與堵塞效應在臺灣離岸風場中是實際存在且需高度關注的問題，其影響程度會隨風場規模與風向分布而異。發電量的實際衰減程度可達5%至20%不等，視風機排列與當地氣候條件而定。

四、對離岸風場運營的挑戰
發電容量低估或高估：營運商若未正確考慮尾流效應，會低估下游風機所承受的風能損耗，導致產能預估與實際運轉數據間出現差距。
結構載荷問題：尾流效應增加，也提高下游風機承受的瞬時風速變異與紊流強度，造成疲勞載荷增加，進而影響維護成本與風機壽命。
營運風場之能量管理與預測困難：尾流具有高度時間與空間變異性，會使短期發電預測困難。

五、技術應對方式
1. 風場佈局最佳化設計：營運商使用計算流體力學（CFD）模擬預測尾流行為，以及採用優化演算法（如遺傳演算法、梯度下降法）設計風機配置。
2. 主動控制策略（Wake Steering）：營運商可利用風機偏航角（Yaw Control），使風機略微偏離風向，讓尾流避開下游風機，以提高總體風場輸出效率。該技術已在歐洲離岸風場（如荷蘭、丹麥）實地測試，證實有效。
3. 混合風機控制：營運商可利用包括扭矩控制、槳距控制，結合尾流引導技術來調整風機運轉參數，以及按照風場規模與布局，決定集中或分散方式調節風場輸出。
4. 先進監測技術：營運商可利用掃描式光達（Scanning LiDAR）監測來流[1]風況與尾流發展，即時調整風機運行策略。

[1] 來流（inflow）指的是風力發電機前方的風。這些風的速度、方向和穩定性會影響風機的發電效率。

2025年06月3日
國立成功大學太空系統工程研究所特聘教授 苗君易

臺灣離岸風電產業已從建設階段進入營運階段，這標誌著產業發展的重要里程碑。在建設階段，風電開發主要仰賴銀行融資，預計未來20年的售電收入償還借貸，總投資金額達數千億元。隨著風場陸續完工併聯發電，產業正式進入回收投資的營運階段，未來20至30年間，臺灣將依再生能源躉購費率支付大量電費給風電業者。

事實上風場規劃之初，廠商都會做風場的營運效率評估。關於廠商現在指出所使用的風能預測模式低估尾流效應，乃屬廠商自己的預測分析報告，無法得知其原因。不過其中一個可能因素是臺灣的離岸風場特性，與國際上使用的風能預測模式的數據資料有所差異。特別是臺灣的東北季風特性，在風速分佈、機率密度和全年風速百分比等方面，都與歐洲等傳統離岸風電發展地區有所不同。

臺灣西海岸地區受東北季風影響，高風速出現的機率明顯高於國際一般情況。以彰化外海為例，東北季風期間會產生集中且強勁的風速條件。雖然國外風機製造商在設計時已收集至少一年的風速資料來瞭解發電潛能，並以此申請銀行融資，但實際營運後的表現仍需長期數據驗證。

評估風場營運成效的關鍵指標是容量因子（capacity factor），一個良好的風場容量因子應達到30%以上，否則將影響投資回收。例如，歐洲業者公布某年的風電容量因子為33.6%，其精確度達0.1%，可見即使0.1%的差異也代表相當可觀的經濟效益，業者在模擬風電轉換時應該是要求相當精確的。

尾流本身具有飄移（meandering）的特性，部分研究認為這是由於上游來流不穩定或不均勻所致。臺灣特殊的東北季風帶來的高風速雖有利於發電，但也增加了風機的負載壓力（wind load），這可能影響發電機的維修頻率和使用壽命。間歇性風況（intermittent wind）更加劇了這種複雜性，當東北季風風速在200秒至1000秒的時間尺度內產生變化時，雖然可能減少尾流效應，但也會增加風速振盪，對風機結構造成額外挑戰。臺灣風場面臨的另一個挑戰是風向變化的影響。每個時刻風向都會有微小變動，加上地形效應造成的擾動，使得風向並非穩定狀態。這種非穩定的風向變化雖然可能同樣減少尾流效應，但同時也可能加大風速振盪，對排列有序的風機群組形成複雜的相互影響。

然而，這些理論性解釋仍需實際風場營運數據驗證，特別是在臺灣特殊的風況環境下。隨著大型風機（如10MW機組）的部署，其實際營運表現將成為驗證預測模式準確性的重要指標。雖然詳細的營運數據屬於商業機密，但根據公開的發電資訊和容量因子，外界仍可推估風場的實際表現。

臺灣離岸風電產業進入營運階段後，實際營運數據將為風能預測模式的準確性提供寶貴驗證。特別是在臺灣獨特的東北季風環境下，尾流效應、風速振盪和風向變化等複雜因素的相互作用，需要更長期的觀察和分析。這些營運經驗不僅對臺灣風電產業發展具有重要意義，也將為亞洲的離岸風電開發提供珍貴的參考資料。

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