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海上風力發電

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北海Alpha Ventus海上風力發電場的風力發動機及變電所
泰晤士河口的四個海上風力發電場：Kentish Flats、Gunfleet Sands、Thanet及倫敦陣列，其中的倫敦陣列為世界最大的四個海上風力發電場之一。

海上風力發電（Offshore wind power），又稱海上風力能源，是於海上建設風力發電廠，通常設置地點位於大陸棚，利用風能進行發電。一般而言，海上風力資源較陸上豐富，且風向較為穩定，使得海上風力發電較陸上風力發電在同樣時間內能提供更多的電力[1]，且設施遠離民眾居住地，各界對此類鄰避設施的反彈也較小。

2015年以前，海上風力發電成本通常較陸上發電成本為高[2]，但於2016年起全球各地海上風力發電競標價格較過去顯著下降。例如，荷蘭波瑟勒 (Borssele) 1號與2號海上風力發電場，合計裝機容量為700百萬瓦特 （MW），競標合約價格已降至每度電0.0727歐元（€72.70/MWh），若包含輸電設備為每度電0.087歐元（€87/MWh）[3]；另外，丹麥 Kriegers Flak 海上風力發電場裝機容量為600百萬瓦特 （MW），競標合約價格更降至每度電0.0499歐元（€49.90/MWh）（不含輸電設備）[4]。

截至2018年，全球營運中的海上風力發電廠當中，英國Walney Extension 海上風力發電場裝機容量為 659百萬瓦特 （MW），為世界最大的海上風力發電場；而裝機容量 630百萬瓦特 （MW） 的英國倫敦陣列（London Array）風力發電廠則為第二大；裝機容量 600百萬瓦特的荷蘭 Gemini 則位居第三。但前述風力發電廠與計劃中的多格灘4,800百萬瓦特 （MW）、Norfolk Bank 7,200百萬瓦特 （MW）及Irish Sea 4,200百萬瓦特 （MW）等相比，規模仍為較小。根據全球風能理事會（英語：Global Wind Energy Council）《2022年全球風能報告》的統計，至2021年底中國海上風力發電量方面超過了英國和德國，成為全球最大的海上風力發電市場，佔全球總裝機容量的40%[5][6]。

歷史

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20,000
25,000
30,000
1998
2002
2006
2010
2014
2019
海上風力發電裝置容量(百萬瓦).
Sources: GWEC (2011–2016)[7][8][9] 和歐洲風能協會（英語：WindEurope）(1998–2010)[10]

歐洲是海上風電的世界領先者，1991年在丹麥安裝了第一座海上風電場（Vindeby）[11] 。2009年，歐洲海上風機平均額定容量約為3 MW，未來風機容量預計將增至5 GW[11] 。

到2014年1月，已經在歐洲建設了69個海上風電場，年平均額定容量為482 MW[12] 。 歐洲海域海上風電場總裝機容量達到6,562 MW[12]。英國迄今為止最大容量為3,681 MW。丹麥排在第二位，安裝了127.1 MW，比利時排在第三位，總計571 MW。 其次是荷蘭（247 MW），瑞典（212 MW），芬蘭（26 MW），愛爾蘭（25 MW），西班牙（5 MW），挪威（2 MW）和葡萄牙（2 MW））[12]。

在歐洲以外，中國大陸政府已經制定了到2015年安裝海上風電裝機容量5 GW的宏偉目標，到2020年將達到30 GW，這將超出其他國家的容量。 然而，2014年5月，中國大陸海上風電裝機容量為565 MW[13] 。2016年中國海上風電裝機容量增加到832 MW，其中636 MW是中國大陸製造[14]。

挑戰

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  • 風機壽命為20-25年，[15]在丹麥有專門的除役公司，能以每百萬瓦2到4百萬丹麥克朗的價格回收機組，此費用於建構時由擁有者所保證。[16]
  • 風機結構的自然頻率應避開震動頻率。
  • 風機葉片的疲勞載荷[17]。
  • 強烈海風吹起的海浪造成「鹹水煙」，可能嚴重侵蝕風力發電機結構與電氣設備[18]。
  • 運輸時的受力和損壞評估
  • 腐蝕[19]
  • 施工不易[20][21]
  • 維修不易[22]
  • 風力電場對航行安全的影響[23]。
  • 離岸風力電場對漁業的影響[24]。

垂直軸風力發電機

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主條目：垂直軸風力發電機

在海上風力發電裝置須要有浮體結構把發電裝置浮在海面高處，加上高聳的發電機組使得重心很高，浮體結構須有相對大體積，才能在起伏不定，甚至是風暴中的海面保持穩定。因此建構成本較岸上的高。 有研究指出，在海上風力發電的場合使用把垂直軸風力發電機會有較高的成本效益[25]。這是由垂直軸風力發電機的發電機組安裝在近海面的位置，整體重心較低，較細小、平宜的浮體結構就已足夠[25]。 此外，近海面的發電機組在維修時，維修人員不用在不完全穩定的海面登上高放，難度及時間也減少了。

該研究報報指出，在同樣的成本下使用垂直軸風力發電機的海上風力發電會有比使用傳統的水平軸風力發電機有更高的發電量。[25]

在2023年，有報道日本多家機構一起積極研究在海上風力發電中使用垂直軸風力發電機[25]。

展望

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對2020年的預測估計，歐洲水域的海上風電場容量為40 GW，這將提供歐盟電力需求的4％[26]。歐洲風能協會（英語：WindEurope）（WindEurope）已經設定到2020年達到40 GW的目標，到2030年達到150 GW[11]。預計到2020年，全球海上風電裝機容量將達到75 GW，其中有來自中國大陸和美國將顯著的貢獻。

經濟合作與發展組織（OECD）預計，到2030年，海上風電將在2030年達到海洋經濟的8％，其產業將僱用43.5萬人，增加價值2300億美元[27]。

各地的海上風電

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台灣

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台灣東部海域幾無大陸棚，陡深的海深不適合發展海上風力發電，因此風機都建在西部的台灣海峽上。但台灣海峽經鑽探發現海床沉積物主要成分為粉土和黏土，地底下80公尺仍未見岩盤[28]。此外，和歐洲北海的風場相比，台灣地震強又多，所以耐震是很重要的議題，在設計風機時需考量土壤液化和樁土互制等等[29]。目前台灣離岸風機都使用進口的發電機組[30]。

2019年4月，沃旭做出大彰化東南及西南第一階段風場最終投資決定（final investment decision）後，也正式與西門子歌美颯簽署供應合約，協力促成亞太首座、同時也是歐洲地區以外第一座風機機艙組裝廠落腳台灣。[31]

根據經濟部表示，台灣累計至 2023 年底已安裝 283 座風力機，更完成 2.25GW 的風場建置，達成原定 2023 年海上風電設置的 2.03 至 2.43GW 目標。[32]

丹麥哥本哈根附近的海上風力渦輪機
各國/地區海上風電機列表[33]
安裝容量(MW)排行
排名 國家/地區 2016年 2017年 2018年 2019年 2020年[34][35] 2021年[36] 2022年
1 中國大陸（英語：List of offshore wind farms in China） 1,627 2,788 5,555 6,838 9,996 19,747 26,563
2 英國（英語：List of offshore wind farms in the United Kingdom） 5,156 6,836 8,422 9,723 10,428 12,281 13,601
3 德國（英語：List of offshore wind farms in Germany） 4,108 5,355 6,580 7,493 7,689 7,701 8,043
4 荷蘭（英語：List of offshore wind farms in Netherlands） 1,118 1,118 1,118 1,118 2,611 3,010 3,010
5 丹麥（英語：List of offshore wind farms in Denmark） 1,271 1,271 1,701 1,703 1,703 2,343 2,343
6 比利時（英語：List of offshore wind farms in Belgium） 712 877 1,186 1,556 2,261 2,263 2,263
7 台灣 0 8 8 128 128 237 1,412
7 瑞典（英語：List of offshore wind farms in Sweden） 202 202 192 191 192 191 191
8 南韓 35 38 73 73 136 104 112
10 越南 99 99 99 99 99 99 396
11 日本（英語：List of offshore wind farms in Japan） 60 65 65 85 85 85 225
12 芬蘭 32 92 87 71 71 71 71
13 美國（英語：List of offshore wind farms in the United States） 30 30 30 30 42 42 42
14 愛爾蘭 25 25 25 25 25 25 25
14 葡萄牙 0 0 0 0 25 25 25
16 挪威 2 2 2 2 2 6 8
17 西班牙 5 5 5 5 5 5 5
18 法國 0 2 2 2 2 2 482

參見

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維基共享資源上的相關多媒體資源：海上風力發電

參考文獻

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  1. ^ Madsen & Krogsgaard. Press offshore 互聯網檔案館的存檔，存檔日期July 19, 2011，. (in Danish) BTM Consult, 22 November 2010. Retrieved: 22 November 2010.
  2. ^ Levelized Cost of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook 2011 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2011-05-09.. Released December 16, 2010. Report of the US Energy Information Administration (EIA) of the U.S. Department of Energy (DOE).
  3. ^ Tender design, output gains key to DONG’s record-low Borssele 1&2 offshore bid price. 17 August 2016 [17 September 2016]. （原始內容存檔於17 September 2016）. 
  4. ^ Steel, William. Vattenfall wins Kriegers Flak with record €49.90/MWh. Recharge. 9 November 2016 [10 November 2016]. （原始內容存檔於2016-11-10）. 
  5. ^ GLOBAL WIND REPORT 2022 (PDF). GWEC. GWEC. [2022-07-16]. （原始內容 (PDF)存檔於2022-04-04）. 
  6. ^ 中国第一！全球各国风电装机Top10排名出炉. 北極星風力發電網. 2022-04-06 [2022-04-07]. （原始內容存檔於2022-04-06）. 
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  16. ^ Aldrende havmølleparker åbner marked for klog nedrivning. Ingeniøren. 2016-02-20 [20 May 2016]. （原始內容存檔於2018-09-24）. 
  17. ^ 複合材料風力葉片疲勞壽命分析 (PDF). [2018-04-26]. （原始內容 (PDF)存檔於2016-10-20）. 
  18. ^ 離岸風機 將聳立台灣海峽. [2018-04-26]. （原始內容存檔於2018-04-26）. 
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  20. ^ 離岸風力電場開發之海事工程施工船機與安裝技術初探 (PDF). [2018-04-26]. （原始內容 (PDF)存檔於2018-04-26）. 
  21. ^ 上緯董座：離岸風電 魔鬼藏在細節裡. [2018-04-26]. （原始內容存檔於2018-06-23）. 
  22. ^ 離岸風場運維策略介紹. [2018-04-26]. （原始內容存檔於2018-04-26）. 
  23. ^ 總編輯評論 - 有關離岸風力電場與船舶航行安全的議題. [2018-04-26]. （原始內容存檔於2018-04-26）. 
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  30. ^ 籌組風電國家隊 迎頭趕上中日韓. [2018-04-26]. （原始內容存檔於2018-04-26）. 
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