海面上的超大型離岸風(fēng)機(jī)，是抵御氣候變遷和提高能源自主的瑪利亞之墻嗎?
本文由第二期能源國(guó)家型科技計(jì)劃(NEP-II)能源政策之橋接及溝通小組贊助，泛科學(xué)策劃執(zhí)行。
從千年前的風(fēng)車磨坊，到今日海邊偶爾可見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。使用風(fēng)力是個(gè)歷史悠久且成熟的能量來源。而因應(yīng)氣候變遷的減碳需求，風(fēng)力發(fā)電在發(fā)電過程中不排碳;建置完成后，又能自給自足不需仰賴進(jìn)口，能降低國(guó)家對(duì)外的能源依賴程度。在未來幾年內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電必然是個(gè)需要積極開發(fā)的能源選項(xiàng)。
然而，風(fēng)力發(fā)電因?yàn)槔蔑L(fēng)的能量，除了會(huì)有因風(fēng)速影響而有不穩(wěn)定的問題外，單一風(fēng)機(jī)的功率也不高，需要建置多架風(fēng)機(jī)才能對(duì)全國(guó)或較大區(qū)域的用電量有所幫助。
佇立海中的超大型風(fēng)車
離岸風(fēng)機(jī)原理很直觀，實(shí)作略麻煩。目前的技術(shù)是利用深度在60m以內(nèi)的海床，在海床上打入海底基樁，并在基樁上架設(shè)風(fēng)機(jī)。同時(shí)也鋪設(shè)海底電纜，并視狀況來架設(shè)海上變電站與氣象觀測(cè)塔，最后將電纜連接回陸上變電站，并入陸上電網(wǎng)。
由于設(shè)置于海域上，對(duì)于空間需求與鄰避效應(yīng)的壓力大大降低，因此可以興建更大的風(fēng)扇來取得更多電力，也可以增加興建高度以避開受到地面磨擦力而減弱的氣流。就VestasV164風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，他的風(fēng)扇直徑長(zhǎng)達(dá)164公尺，單一葉片的長(zhǎng)度，就與A380客機(jī)的翼寬79.8公尺接近，國(guó)際能源總署(IEA)更預(yù)估在2020年時(shí)，風(fēng)機(jī)的直徑將發(fā)展至252公尺。
從離岸風(fēng)機(jī)的開發(fā)架設(shè)流程來看，開發(fā)單位首先須針對(duì)可能開發(fā)的地點(diǎn)，進(jìn)行1-5年的開發(fā)前調(diào)查，此階段的調(diào)查需要研究當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能狀況、地震與臺(tái)風(fēng)等自然條件，評(píng)估如鳥類遷徙等生態(tài)特色，以及水下噪音、施工質(zhì)量等環(huán)境影響;以及因地制宜尋找或設(shè)計(jì)適宜技術(shù)與設(shè)備。
當(dāng)評(píng)估可行后，再進(jìn)行為期1-2年的海床基樁、海底電纜鋪設(shè)、風(fēng)機(jī)與變電站安裝施工。安裝完成后的風(fēng)機(jī)，還須持續(xù)提供如同汽車定期保養(yǎng)的「運(yùn)維工程」，預(yù)計(jì)這些風(fēng)機(jī)至少可使用20年。當(dāng)然，當(dāng)使用年限到了之后，這些離岸風(fēng)機(jī)也需除役拆除，或是視情況重建或延役。
樂觀成長(zhǎng)的國(guó)際趨勢(shì)
這些技術(shù)的進(jìn)展與產(chǎn)業(yè)的成熟，伴隨著對(duì)環(huán)境的重視與經(jīng)濟(jì)考慮的投資。近年來，全球陸域風(fēng)力或是離岸風(fēng)力都有著穩(wěn)定的成長(zhǎng)。全球風(fēng)能理事會(huì)(GWEC)預(yù)估，2015-2018年間全球風(fēng)力發(fā)電裝置容量預(yù)計(jì)會(huì)有12-14%的年成長(zhǎng)率[8]。離岸風(fēng)力在2014年全球也有1713MW的新增裝置容量，比起2013年有著24%的成長(zhǎng)率。這些近年興起的離岸風(fēng)力，主要集中在歐洲與中國(guó)。其中排名前三名的英國(guó)、丹麥、德國(guó)，就占了全球總量的77%。
2014各國(guó)離岸風(fēng)機(jī)裝置容量排行
可以從這些名列前茅的國(guó)家，找到一些值得學(xué)習(xí)效法的特點(diǎn)：
英國(guó)
英國(guó)是世界上離岸風(fēng)機(jī)裝置容量最多的國(guó)家。估計(jì)在2020年時(shí)，離岸風(fēng)機(jī)可提供英國(guó)17%的電力供應(yīng)。他的首要優(yōu)勢(shì)來自于英國(guó)緊鄰北海與大西洋，是歐洲風(fēng)能潛力最佳的區(qū)域，英國(guó)貿(mào)易投資署(UKTI)預(yù)計(jì)在2020-2030年間，英國(guó)的離岸風(fēng)機(jī)開發(fā)潛能將超過40GW。
在政策面的支持上，2012年5月，英國(guó)政府推出了管制傳統(tǒng)石化能源、支持低碳能源的能源法草案[10]。經(jīng)濟(jì)層面上，也由政府出面修改電力市場(chǎng)機(jī)制、提供財(cái)務(wù)支持、并說服銀行提高融資意愿，并規(guī)劃綠色投資銀行(GreenInvestmentBank)來協(xié)助離岸風(fēng)機(jī)業(yè)者取得資金。然而英國(guó)并沒有制造離岸風(fēng)機(jī)機(jī)組的產(chǎn)業(yè)，但英國(guó)本土企業(yè)利用過去強(qiáng)勢(shì)海權(quán)而打下的海洋工程基礎(chǔ)，在海事施工、海底電纜布纜與制造、整體工程承包監(jiān)制上都有雄厚的經(jīng)驗(yàn)與規(guī)模作為發(fā)展離岸的良好基礎(chǔ)。
丹麥
丹麥?zhǔn)鞘澜珉x岸風(fēng)機(jī)裝置容量排行第二的國(guó)家，早在1991年就興建了世界第一座離岸風(fēng)場(chǎng)VindebyProject[12]。丹麥也預(yù)計(jì)在2020年時(shí)，風(fēng)力發(fā)電可達(dá)到全國(guó)50%的電力供應(yīng)，甚至在2030年時(shí)淘汰燃煤與燃油，最終在2050年時(shí)，主要利用風(fēng)力發(fā)電、生質(zhì)能與其他再生能源搭配來達(dá)成完全使用再生能源的目標(biāo)。
