多功能離岸移動重力式基座搭載海上光達暨大型風機之創新型海事工程施工法

          傳統海事工程作業必須動員大型施工船隊,而目前這些大型海事工程船隊及施工技術均掌握在國外廠商手上,因而衍生出國內發展離岸風場所面臨之施工排程、成本高昂與缺乏經驗等問題。為克服建置離岸風場時基座施工之技術瓶頸與關鍵性問題,國內大橋舟造船股份有限公司(以下簡稱大橋舟公司)率先提出多功能離岸式基座構想,且已獲創新型載體式基座之構型設計「離岸式風力發電裝置及其基座」之專利。而大橋舟公司於民國100年即開始進行多功能離岸式載體式基座之設計研究工作,並分別於民國100年取得經濟部之補助進行先期設計研究、民國102年取得能源局業界能專補助進行基座相關之數值模擬研究、民國103年取得科技部之補助開始進行相關之水工模型試驗研究。

          國立成功大學水工試驗所(以下簡稱成大水工所)與大橋舟公司合作,於103年度先獲得科技部之一年計畫補助,運用成大水工所先進優良之水工試驗設備與豐富之經驗,協助大橋舟公司,將經過技術分析、設計、數值模擬之創新基座,進行模型試驗驗證,藉以加速商品化之進程(此研究成果並榮獲科技部工程司104年度先導開發型產學合作計畫機電能源領域產學成果優良獎)。基於前述之優良研究成果,於104年度再獲科技部第二期國家能源型計畫離岸風力發電與海洋能源主軸之經費挹注,研究團隊從原有之成大水工所外,亦納入成大土木工程系、成大水利及海洋工程系、成大系統及船舶機電工程學系,以及國家研究實驗院台灣海洋科技研究中心,組成一跨領域團隊,並在完成多功能離岸重力式基座風機模型試驗研究後,進一步執行拖航實驗與近全尺度現地試驗研究,且比照能源局「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」第一階段一架海氣象觀測塔與二支風機之概念,分兩個主要部分進行之,一為海氣象觀測設備,即利用多功能離岸重力式基座,搭載離岸式光達,作為固定式海氣象觀測塔部分;另一則為多功能離岸重力式基座搭載風機部分,大橋舟公司將提供二支4MW(含)以上之風機,安裝於其所設計之多功能離岸重力式基座上,進行全尺度現地試驗。

          大橋舟公司先期研發完成之多功能離岸式基座(已取得多項專利),是載體式能自浮的重力式基座,其示意圖如圖1所示。可在陸上將儀器設備與此多功能離岸式基座先組裝整備完成,再以船隻拖曳方式將整體機組拖航至欲放置之海域地點,注水後自行下沉,形成吸力式沉箱基礎(suction caisson),並有特殊機構設計使基座著底後能由原始方形外型展開成錐形,成為在海底安定及穩固與抗淘刷之基座,即完成佈設施工,而欲移動時則可於基座充氣使其上浮,再予以拖離。

      

圖1. 多功能離岸移動重力式基座原理說明示意圖

 

          此一獨特性規劃設計係於此多功能離岸式基座搭載離岸式光達(Light Detection and Ranging, LiDAR),於此稱之為創新型移動式光達(Innovative mobile LIDAR),取代傳統的鐵塔式或衍架式的海氣象觀測塔,作為量測與收集海上風力環境數據之工具。待成功完成創新型移動式光達之近全尺度試驗研究與建置工作後,後續大橋舟公司並將進而提供二支4MW(含)以上之風機,安裝於所設計之創新型移動重力式基座上,並建置佈放於西部海域離岸風場進行現地調查研究工作。相關之示意圖如圖2所示。

 

    

圖2  多功能離岸移動重力式基座搭載海上光達暨大型風機示意圖

          而此一多功能離岸移動重力式基座搭載海上光達暨大型風機之海事工程施工法具有如下之優勢: 

(1)研發本土化多功能離岸可移動重力式基座,

(2)具高度商業效益與競爭優勢之發展潛力,

(3)技術之應用性已獲國際認證需求,

(4)建置國內學術界與產業界合作平台,落實產學合作,

(5)組成跨領域、跨組織的研究團隊。

作者介紹

楊瑞源 國立成功大學水工試驗所副所長
專長:海洋能源(波浪發電、洋流發電),離岸風力發電(風場選址與環境影響評估、固定式基座與浮動式基座研發試驗、離岸風場風能評估分析)。