浮體式離岸風力發電是指安裝在浮動結構上的離岸風力發電系統，特點為可以在較深水域裝置離岸風力機，以現今的技術水準，一般認為水深50米以內，適用固定式基礎結構的離岸風力發電系統；水深50~200米的海域則適用浮體式離岸風力發電[1][2]。
浮體式離岸風力發電位於商業化初期階段，自2007年以來已有多家廠商開發出原型產品並進行運轉測試。全球第一座、也是目前唯一已進入商業運轉的案例，為2017年10月開始運轉的Hywind Scotland。該專案開發商為挪威Equinor，發電廠裝置容量為30MW，使用5部西門子6MW風力發電機，安裝在該公司開發的浮動結構平台上，每個平台裝置一支風力發電機[3]。
發展歷程
浮體式離岸風力發電概念於1972年首度由麻薩諸塞大學阿默斯特分校的William E. Heronemus教授提出，但直到1990年代中期，在風力發電技術大量商業化之後，該技術才再受到重視[4]。
全球第一架浮體式離岸風力發電原型機由荷蘭Blue H科技公司於2007年12月裝置[5]。該原型機發電容量為80kW，裝置地點在意大利普利亞，距離海岸21.3公里，安裝地點水深113米。浮動結構採用張力腿平台（Tension Leg Platform；TLP）設計[6]，該原型機設置目的為收集有關風力和海洋條件的測試數據，已於2008年底退役[7]。
全球第一架全尺寸（未縮小比例）的浮體式離岸風力發電原型機由挪威Equinor於2009年9月裝置。[8]該原型機發電容量為2.3MW，裝置地點在挪威卡姆島，距離海岸10公里，安裝地點水深220米。浮動結構採用柱狀浮筒（Spar-buoy）設計。該原型機2009年安裝至今仍持續運轉，估計每年發電量約900萬度，容量因數為41.4%[9]。
全球第二架全尺寸的浮體式離岸風力發電原型機，由美國Principle Power於2011年10月裝置。該原型機發電容量為2MW，裝置地點在葡萄牙阿古薩多拉，距離海岸4公里，安裝地點水深45米。浮動結構採用半潛式平台（Semi-submersible Platform）設計。該原型機運轉約五年後，於2016年結束測試任務，隨後進行除役[10]。
亞洲第一例全尺寸的浮體式離岸風力發電原型機，為日本環境省於2011年啟動GOTO-FOWT計劃[1]。該計劃以兩階段進行浮體式離岸風力發電試驗，計劃目的為瞭解浮體式離岸風力裝設、運轉與除役過程中，對於海洋環境的影響。第一階段裝置尺寸為二分之一比例的浮動結構平台（發電容量100kW）於2012年裝置，2013年拆除；原地點2013年裝置原比例的浮動結構平台（發電容量2MW），於2015年結束測試並進行拆除。浮動結構由挪威Equinor提供，裝置地點為長崎縣五島列島中的椛島，裝置地距離海岸1公里，安裝地點水深91米。[2]
2015年試驗結束後，根據驗證的結果證實認定裝置是安全的，且對環境影響小，可繼續營運。於是將原機移至五島列島的福江島，距離島的東岸崎山沖海岸5公里處繼續運轉，當地水深約100米，至今持續營運中[11][12]。
亞洲第二例全尺寸的浮體式離岸風力發電原型機，為日本經濟產業省2011年啟動Fukushima FORWARD計劃[13]。該計劃進行各型離岸風力機與浮體結構的實證研究，以驗證各種技術的性能表現，作為日後修改設計與後續大規模裝置的參考依據。計劃期間共裝置四座浮體結構平台，三座在其上裝置離岸風力發電機，一座作為海上變電站之用。裝置地點位於福島縣外海，距離海岸約20公里，水深100~150米。三支離岸風力機分別於2013年11月、2015年9月、2017年5月完工，之後投入運轉。[14]即使日本投入600億日幣巨資進行實驗，取得了大量專利，發電機組、變電設備都正常運作，但此計劃於令和2年（2020年）12月16日由經產省宣佈廢止，並進行拆除作業，原因在於颱風等因素導致的維護成本過高，不符合商轉利益。[15][16]
全球第一座浮體式離岸風力發電的商轉電廠為Hywind Scotland，其開發商挪威Equinor2015年獲得蘇格蘭政府許可，於蘇格蘭彼得黑德外海設置浮體式離岸風力發電廠，於2017年10月開始運轉[17]，電廠距離海岸約30公里，水深95~129米，裝置容量為30MW，採用5支6MW西門子風力發電機，浮動結構採用柱狀浮筒（Spar-buoy）設計[18]。
發展優勢
技術
浮體式離岸風電用來作為風力機基座的的浮體結構，目前有三種主流技術類型，分別為柱狀浮筒（Spar-buoy）、半潛式平台（Semi-submersible Platform）、張力腿平台（Tension Leg Platform；TLP）。另外還有一些浮體結構技術與三種主流技術不同[22][23]。
錨定系統指將浮體結構繫於海床上的錨鍊，避免受到風、波浪與海流的影響而產生位移與傾倒。常見的兩種工程設計為張力腿（Tension Leg）與鬆弛懸鍊（Catenary Loose Mooring）。張力腿通常採用3至8根拉緊的錨鍊繫在海床上，使其浮體結構吃水較其自然浮在海面上深，利用錨鍊抑制浮體結構的浮力，防止浮體結構位移與傾倒；鬆弛懸鍊的錨鍊則是不拉緊，主要防止浮體結構位移，浮體結構依靠自身的穩定性而不傾倒[24]。
IEC 61400-3 設計標準規範基於特定場地外部條件的負載分析，包括風，波浪和海流。IEC 61400-3-2 標準則專門適用於浮體式風力發電機[25]。
經濟性評估
浮體式離岸風力發電系統的技術可行性並沒有受到許多質疑，因為使用浮式結構的海上鑽油平台已成功運作數十年。但浮體式離岸風力發電系統與海上鑽油平台可獲得的經濟收益差異巨大，因此浮體式離岸風力發電系統除了可沿襲海上鑽油平台浮式結構的技術經驗，在降低成本上需要做更多的努力。[4]
相對於浮體式離岸風力發電系統，基樁固定於海底的固定式離岸風力發電系統在全球截至2018年底已有數十個商業運轉的發電廠，安裝風力機支數超過兩千支，已證實具有大規模運轉的能力。
浮動式與固定式比較，在風力機部分成本接近，但浮動式的浮式結構，配電系統成本高於固定式，因此在經濟性上面整體成本浮體式普遍高於固定式，這需要浮體式在削減成本上多做努力，或者政府認定浮體式為新興技術，給予更高的補助額度[26]。
浮體結構設計團隊
浮體結構為浮體式離岸風力發電系統的開發重點，目前全球已有超過30組浮體結構設計概念[22]，多數團隊為專注浮體結構的設計與開發，搭配市場上現有的離岸風力發電機組；少部分團隊浮體結構與風力發電機組均自行開發。以下列出各類技術的代表性設計：
參見
參考文獻
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