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離岸風力發電機主動式進出系統簡介

摘要"

近年來各國在風力發電的發展上成長迅速,已有不錯的成果,但陸域風機的數量也逐漸飽和,加上海域風場較陸域穩定,相對可以取得較多的風能資源,因此,各國紛紛著手離岸風力發電的發展,我國也在此行列,近年政府推行「千架海陸風力機」計畫以及風電四年計畫,預計2025年前建置3GW約600架離岸風力發電機。
風能最初發展主要集中於陸域風機和風場,其中大部分技術都可被應用於離岸風機及風場,但需考慮離岸所產生的新問題及挑戰,如風機建置或維修的船舶和人員設備進出離岸風機等,因此,離岸風機之進出系統(access system)及技術已成為離岸風電技術中相當迫切及重要之課題。事實上,如今我們評估現代風場中相對小型的離岸結構,如同20世紀初評估燈塔一樣。在不同環境下將許多獨立、相對小型的結構安裝在不同的離岸環境中,乃是非常新的領域。技術人員要進出離岸風場的每一部分,每年需進行多次的“人員進出(person-accesses)”。其中一半是發生在強風時期,此時海況極為惡劣。例如根據統計2006 年安裝的離岸風機每年需要多達6000人次進出,2010年增加到超過200,000人次/年。因此,發展安全進出離岸結構物之方法的需求已成為重點。相較於陸域風機,進出離岸風機之方法成為設計和運行的一項關鍵特性。

關鍵詞:風力發電、離岸風電、風機、風場

若因難於進出離岸風機而導致無法進行故障維修,可能導致龐大的經濟損失。這些故障經常由瑣細的問題所致,但由於離岸風機難於抵達,導致風機長時間停止運行。通常在暴風條件或者大波浪情況下尤為困難,總體而言,備用設備的費用、人員的延誤和電力的損失成為影響整體經濟性的主要因素。
進出和運輸的方法必須適合惡劣的環境條件,但也要容易使用,因為70%至80%時間,系統會在“正常條件”下使用。設計一個可以在惡劣條件下操作的系統固然令人期待,但通常環境條件都是可以接受的,包括例行維護的時程。找到一個適合的進出系統是一個複雜的任務,因為它要適合每台不同風機,同時也適合於海上工作經驗有限的人員。未來的離岸風場可能包括多達數百架風機,每架風機每年至少需要維護一次以上,並最好在“平靜季節”進行,例如在台灣海峽海域於4月到9月。此外,更需要在離岸風電找出進出之標準方式。對離岸風機之進出系統而言,最重要的是“安全第一”。一個高效的、經濟的進出系統,只有在可以保證使用人員安全的前提下才能算其成功,其中包括船員、維護人員、技術專家和偶爾的參訪者。停機所造成的成本和隨之產生的收入損失是促使提高和發展進出技術的原因。隨著每次停機而造成的損失的增加,離岸風能的生產成本將離岸風機引向大型化。風機都被安裝於近海環境,未來更會走向更複雜和惡劣的海洋環境,這些都會增加生產成本。因此,隨著可行性和成本的提高,將需要更好的進出系統(access system)。

離岸風場進出系統(access system)的要求

進出系統的條件和要求,這些要求是通用的,但計畫間的差別很大,必須考慮環境因素、技術功能、以及成本和主要參數。以環境條件而言:

正常條件

“正常條件”是指工程可按計劃運行的時間且是在允許的運輸和進出的海況,平常的維護(包括改造和額外的工作)都是在這段期間進行。在此期間之運輸時間和可以進出風機的人員數量均為最大,因此可以顯出進出系統對於不同工作的彈性和功能性的價值,例如卸載工具、壓縮機、風機組件等。此期間約佔一年時間的65%至80%。

極端條件

在高振幅波(high amplitude waves)海域,系統一般允許1.5m的有義波高(significant wave height, Hs),波長也會急劇變化。在某些海域之波長很短但是環境很差,儘管波高不大,但短波比長波更使環境變得惡劣。
進出系統必須在各種條件下都能工作。進出過程中需要考慮多方面,船舶入塢容易、安全位置、人員運輸、設備運輸、可靠性、快速維護、適應性(Flexibility)、對子結構的影響等。……(更多內容,請見機新刊雜誌

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