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議題背景：

隨著政策推進，離岸風電的技術和產業，皆是臺灣極力發展的重點，即便離岸風電技術在歐洲已發展成熟，但臺灣的自然環境、生態、地質與歐洲迥然不同，才剛踏出發展技術關鍵的第一步「完成第一座示範風場的建置」。我們邀請專家陸續由風場評估、地質、生態、面對災害的風險等面向，說明相關問題。

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任 林大惠

Q1. 我們常看到新聞報導臺灣擁有大量優良的離岸風場，在全球前20座優良風場中，佔了16 座，優良風場的定義是什麼？

離岸風場選址需先劃定一最大可能開發區域，針對該區域的風速與風能、水深與地質、電網併聯、環境影響等諸多因素進行綜合評估後，進而選擇風能資源豐富，且最具開發價值的區塊，再進行後續離岸風場的細部規劃設計^[1,2] 。風場評估的先決條件在於風場位置的風速（關於風速：請參考離岸風電名詞解釋1）特性，平均風速的大小可以初估風力發電的潛能。根據國際風力發電顧問公司4C Offshore評比^[3] ，全球排名前五十名優良風場的位置皆在臺灣海峽，部分風場位於中國大陸沿海，多數風場則鄰近臺灣西岸，這些風場的平均風速差異不大，介於12.12 公尺／秒至11.94公尺／秒間（2020年1月30日資料）。工研院評估我國離岸風電發展^[4] ，結果顯示在臺灣海域水深5~20公尺、20~50公尺及50~100公尺處，風電開發潛能分別可達1.2 GW（關於GW：請參考能源名詞解釋1）、5 GW和9 GW；優選離岸區塊場址由北至南共有36處。

臺灣海峽每年有明顯的東北季風與西南季風交替吹拂，中秋節過後，就逐漸開始吹起一波波的東北季風，一直持續到隔年三、四月，吹拂期間近半年。東北季風風力相當強勁，加上臺灣海峽兩側山脈形成「狹管」的地形效應，當季風吹過時受到地形的壓縮而加速^[5] ；彰濱外海台電公司測風塔的風速量測資料顯示（參見圖一） ^[6] ，2018年全年平均風速為9.61 公尺／秒，東北季風時期平均風速可達12.29公尺／秒，非東北季風時期則降至6.90公尺／秒，突顯出臺灣海峽擁有優良風場的絕佳條件。

Q2. 在劃設36個潛力公告場址的過程中，如何評估與挑選風場區塊？

離岸風場的評估與挑選需經由風力潛能分析、環境條件與開發需求、區域範圍界定、潛在風能理論推估等四個層面來完成^[7] 。風力潛能分析可利用海氣象模式模擬、海域觀測及衛星影像資訊進行多重比對分析，以得到大範圍高解析度的風能特性資訊。可開發環境條件包括自然環境（地形、地質、氣象與海象等）、人為活動（交通、國防、漁業與海底電纜等）及生態環境（自然保留區、重要野鳥棲地、濕地、沿海保護區、人工魚礁禁漁區、保護礁區與中華白海豚等）等多項因子，開發需求則需考量海纜與基礎工程的施工成本，避開海底地形變遷劇烈區域、河口區域、斷層帶、魚礁區、海岸保護區、既設海纜及海底管線處。

針對前述環境條件與開發需求所界定的離岸開發區域，搭配風能特性資訊（中尺度數值天氣預報系統）且設定平均風速模擬值，可用地理資訊系統來界定區域範圍，再利用圖層套疊方式篩選出可能潛在場址。最後，透過微選址（micro-siting）方法，在相同土地面積與風力機組數量條件下，進行風力機佈置最佳化，理論推估風場最大發電量，相關推估程序請參見表一^[8] 。工研院經由上述四個層面來評估臺灣海域離岸區塊^[9] ，在12海浬領海外界線等深線內（編註：圖二的綠線），篩選出36個離岸優選區塊，主要分布在西部彰化與雲林沿海，多達25個離岸區塊，年平均風速由近岸的8公尺／秒至12海浬領海界線的9公尺／秒；其餘零星分布在桃園、新竹和苗栗等縣市，年平均風速亦達8公尺／秒，極具開發潛力，如圖二所示。

資料來源：表一與圖二之來源皆為呂學德等（2015）

Q3. 承前述，即便臺灣海峽的風能主要集中在冬天，夏天的風能較不足，也能算是「優良風場」嗎？

如前所述，臺灣海峽在東北季風時期擁有高風速、豐沛風能特性，而在非東北季風時期風速顯得較小、風能不足。利用彰濱外海台電公司測風塔的風速量測資料，套用其中一家廠商裝置容量為9.5MW的離岸風力機發電曲線，估算2017年和2018年不同月份單一風力機的容量因子（capacity factor）（關於容量因子：請參考能源名詞解釋3），發現東北季風時期可達70%以上，非東北季風時期則介於20%至30%間，如圖三所示。東北季風時期有些時候風速超過風力機的25公尺／秒停機風速（cut-off speed），風力機剎車停機，不納入發電估算，否則東北季風時期風力機的容量因子可超過80%。進一步估算2017年和2018年離岸風力發電特性得知，風力機的滿發小時（關於滿發小時：請參考離岸風電名詞解釋4）分別可達4013小時和4047小時，全年發電量則高達38.12百萬度和38.45百萬度 ^[10] ，視臺灣海峽為優良風場，實至名歸。由風力機在臺灣海峽的容量因子、滿發小時和全年發電量的分析結果顯示，臺灣海峽在東北季風時期風能過於豐沛，在非東北季風時期風能則較為不足；以臺灣電力需求特性（冬天低、夏天高）為前提下規劃離岸風電建置，前者需要選擇高停機風速的風力機，同時搭配大型儲能系統，後者風能雖小但仍值得攫取，且適合規劃安排風機維護歲修作業。很顯然地，由於臺灣海峽風能和臺灣電力需求在季節上的明顯差異，再加上風機數目多且集中安置於彰化與雲林沿海，整體離岸風電未來發電量大，因風速變化而產生的發電量變化也大，電力系統的調配將面臨極大的挑戰，智慧電網的完善建置刻不容緩。

資料來源：Chang, S-C (2019)

Q4. 我們是「優良風場」就能保證離岸風場開發的成績嗎？

風力和太陽能皆屬自然資源，靠天吃飯。太陽很規律的早上上班、傍晚下班，鋪滿全地的太陽光電板在晚上是毫無作用的，一片烏雲飄來也會阻斷太陽光發電；同樣的，臺灣海峽在東北季風盛行時，風能足、發電量高，而非東北季風時期，風力發電能力就大為減弱。太陽能依循朝夕週期來調節，尚屬易於預測和調控；臺灣海峽風的強弱也有季節之分，但是海上強風通常伴隨著大浪，洶湧浪濤才是離岸風電的真正挑戰。

彰濱外海台電公司測風塔的量測資料顯示，2018年9月到2019年1月東北季風吹拂期間，彰濱海域浪高隨著風速而變化，風速逼近25公尺／秒時，示性波高（significant wave height）（關於示性波高：請參考離岸風電名詞解釋3）和最大波高（maximum wave height）分別可達3公尺和6公尺，如圖四所示。在此風況與海況下，各式船隻皆不易出海，困難執行各類海上作業，因此臺灣海峽建置離岸風機的作業需於非東北季風時期完成，而且東北季風時期的運轉維護作業將是嚴苛的挑戰。

過去臺灣建置離岸風機的規劃，著重於風機須具備抗颱、耐震特性；然而中央氣象局資料顯示^[11] ，百年來（1911～2018年）侵台颱風經過臺灣海域離岸優選區塊，主要是第3、7、9類路徑颱風（圖五），占比約26.57%，鄰近優選區塊的颱風登陸地點僅有三個（圖六），占比約1.60%。從颱風路徑和登陸地點來看，考慮颱風的短期（一週左右）影響固然重要，實質上如何克服長達半年東北季風的風浪效應（圖四），在運轉維護期間，需隨時監控風場狀況，因應緊急維護需求，才是保證離岸風場開發成績的重點。臺灣海峽東北季風時期的海況非常惡劣，若無法因應緊急維護需求，便無法保證離岸風場的開發成績，但是充分了解東北季風的風浪特性，據此設計安置離岸風力機、預備能於惡劣海況作業的各式船隻和妥適規劃運轉維護策略，將有機會提升臺灣海域離岸風電開發成果。

資料來源：Chang, S-C (2019)

資料來源：中央氣象局（2019）

Q5. 風場評估的結果與實際建造會否有落差？是否有風險或限制？

風場評估結果與實際建造及運轉間必然存在落差，這是國際間在離岸風電開發過程必須納入考量承擔的風險。對臺灣而言，評估與實際間的落差與風險相對來得比國際大，除了臺灣海峽風浪的詭譎特性是最大的變數外，民意的溝通協調（漁民、地區民眾、環保團體）、離岸風電發展所需的基礎建設（維運港埠、施工與維運船隻、電網並聯、產業供應鏈等）與政策措施（示範獎勵、躉購費率［關於躉購：請參考能源名詞解釋］、離岸區塊評選、銀行融資、國產化等）、臺灣海峽兩岸間的航運與國防考量等多重複雜因素，皆增加了開發離岸風電的風險或限制。近年來，初期投入臺灣離岸風電示範開發的國內廠商，在資本不足以承受高風險下，逐步轉手他人或改變策略，而目前積極參與臺灣離岸區塊開發的皆屬資本雄厚的國際開發商，就是很明顯的例子。

話說回來，高風險、多限制就讓我們裹足不前嗎？當然不是！經濟部能源局發行的能源統計手冊^[12] 顯示民國107年臺灣的整體能源供給面，自產能源占1.94%而進口能源占98.06%；其中，自產能源包括生質能及廢棄物（1.13%）、慣常水力發電（0.29%）、太陽光電（0.18%）、天然氣（0.12%）、風力（0.11%）、太陽熱能（0.07%）及煉油廠進料（0.05%）；進口能源則包括原油及石油產品（48.23%）、煤及煤產品（29.38%）、液化天然氣（15.06%）、核能（5.38%）、生質能及廢棄物（0.01%）。政府規劃2025年各類再生能源推廣目標要達發電占比20%目標^[13] ，以臺灣的自然資源來看，20%目標極具挑戰性；且尚未能回答接下來剩餘80%傳統發電與整體能源供應（包含電力和石油）占比近半的石油，如何被取代的問題。臺灣是個生態多元、物種豐富，但又能資源極端短缺的國家，沒有自產能源，又孤立於四面環海，整體國家施政必須同時考量能源安全、綠色經濟、環境永續及社會公平的均衡發展，開發再生能源（水力、太陽能、風力、生質能及廢棄物、地熱、海洋能）來取代傳統能源是臺灣永續發展的必要手段，能攫取多少離岸風力，就要多方努力尋求。

臺灣海峽風浪的詭譎特性可以藉由工程科技來掌握，民意溝通、基礎建設及政策措施則有待全民齊心共識與政府妥適規劃來克服，風場評估與實際運轉維護的落差是可以被縮小，甚至實際優於評估。

Q6. 完成風場評估後，有其他的監測或是相繼的作為，以確保優良風場能善加利用嗎？

臺灣海峽風浪特性是長年存在，優質風力是上天的厚賜，惡劣海況則是伴隨的挑戰。經由前述審慎的評估與篩選程序^[14] 來評估離岸風場，有助於規劃、設計和建置穩固牢靠的離岸風力機，接續的離岸風場運轉維護則需要妥適完善的運轉維護策略、預備能於惡劣海況作業的各式船隻，以及穩定及時的零配件供應鏈。長期的風況與海況監測是風場運轉維護的必要作為，尤其是經由大數據分析的AI預測可以充分掌握風力變化，調控電力輸出，並降低電網並聯衝擊^[15] 。未來2025年再生能源達發電占比20%時，日照和風力變化將大幅影響電力系統的調度；離岸風機數目多且集中安置於彰化與雲林沿海，整體發電量大，因風速變化而產生的發電量變化也大，電力系統的調配將面臨極大的挑戰，智慧電網配合AI預測將有助於穩定電力輸出。

註釋：

[1] 林俶寬、張上君、黃振愷、劉晉堯（2014）。〈臺灣地區離岸風場選址技術之探討〉，《中華技術專題報導》(103): 62-71。
[2] 王詠祺、張桂肇、張珮錡、郭禮安、楊瑞源、黃煌煇（2011）。〈離岸風力發電環境影響評估規範之探討〉，「第33屆海洋工程研討會」論文。高雄：國立高雄海洋科技大學海洋環境工程系暨研究所，12月1-2日。
[3] 4C Offshore (2020). “Global Offshore Wind Speeds Rankings.” Retrieval Date: 2020/01/30.
[4] 呂學德、何無忌、呂威賢、胡哲魁、陳美蘭、連永順（2015）。〈臺灣離岸風力潛能與優選離岸區塊場址研究〉，「中華民國第三十六屆電力工程研討會」論文。桃園：中原大學電機工程學系，12月12-13日。
[5] 宣崇堯、林大惠（2016）。〈臺灣海峽的生態與資源──臺灣海峽的風〉，《臺灣博物季刊》35(2): 6-13。
[6] Chang, S-C (2019). Analysis on Meteorology and Power Generation Characteristics in Chanbin Offshore Area. Master Thesis, Department of Mechanical Engineering, National Cheng Kung University, Taiwan.
[7] 同註4。
[8] 同註4。
[9] 同註4。
[10] 同註6。
[11] 中央氣象局（2019）。《颱風百問》台北：中央氣象局出版。
[12] 經濟部能源局（2019）。《中華民國107年能源統計手冊》台北：經濟部能源局。
[13] 經濟部能源局（2019）。《能源轉型白皮書核定版》台北：經濟部能源局。
[14] 同註4。
[15] 林大惠（2019）。《臺灣離岸風場海氣象大數據預測技術與觀測標準認證》（科技部綠能科技聯合研發計畫MOST108-3116-F006-009-CC2）。台北：科技部。

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