國際上離岸風機的設計標準較常參考IEC 61400-3，是依據歐洲環境條件所建立的標準，因此沒有考量到颱風情境的設計負載案例，而台灣位於颱風多發地區，勢必要額外進行颱風影響評估，因此本研究參考了目前有明確描述颱風的設計情境，如CNS 15176-1設計標準、CGC/GF 031技術規範與GL Tropical Cyclone Technical Note，依據這些標準進行離岸風機颱風負載案例計算與分析。利用參考風機NREL 5MW離岸風機，以及本土化30米水深衍架式支撐結構作為計算模型，並應用美國國家再生能源實驗室(NREL)所開發之FAST 7.0動態負載計算軟體進行負載案例計算，由計算結果進行極限負載比對與分析，以評估颱風對於離岸風機的影響。
前言
民國106年7月7日我國通過「前瞻基礎建設特別條例」，在此條例中8大前瞻建設項目包含促進環境永續的綠能建設，希望藉此能以國內綠色能源產業需求為基礎，發展綠能科技相關產業，以及增加就業人口需求，並推動綠能科技產業躍升。風力發電建設上，在我國優良的風場環境下，目標預計至民國114年將累積設置量提升至6.7 GW，其中包含陸域1.2 GW及離岸5.5 GW，又以離岸風力發電開發容量較大。為了增加國內外對於我國離岸風力發電設置的投資意願與信心，綠能產業推動項目將配合「前瞻技術試驗及健全綠色金融機制」的建立，設置綠能科技產業技術驗證平台，以及再生能源投(融)資第三方檢測驗中心，以健全我國綠色金融機制與產業技術提升。
為了進行我國離岸風力發電的技術驗證評估，參考國際上的離岸風機設計規範IEC 61400-3 [1]與GL 2012 [2]，作為設計評估之參考依據，對於我國特殊環境氣候也須而外考慮，颱風氣候條件是我國與歐洲國家環境的差異之處，颱風氣候曾經造成我國不少風機葉片損毀與塔架倒塌，所以為了符合我國氣候環境條件，將探討颱風環境載重對於離岸風機及支撐結構的影響評估。
對於颱風情境的風況與設計負載案例 (Design Load Case, DLC)的描述，本研究參考GL Tropical cyclone Technical Note (GL TC Tech. Note)「Certification of Wind Turbines for Tropical Cyclone Conditions」 [3]、中華民國國家標準CNS 15176-1[4]與北京鑒衡認證中心認證技術規範(CGC/GF 031)「颱風型風力發電機組仿真設計技術規範」[5]的颱風情境案例，藉此進行颱風標準比對與分析。
美國再生能源實驗室NREL (National Renewable Energy Laboratory)於2009年為了進行離岸風機技術驗證相關研究，在技術報告「Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development」報告中[6]，提出一台5 MW離岸參考虛擬風機模型(詳如表1)，以利全球各個研究單位進行技術驗證的工作，本研究亦參考這台虛擬風機，並搭配符合本土30米水深的桁架式支撐結構作為研究模型。利用NREL所開發的FAST軟體進行離岸風機動態負載計算，依據極限負載計算結果，進行離岸風機的颱風影響評估。
研究方法
本研究利用NREL開發的電腦輔助工程軟體FAST v7.02.00版本，進行離岸風機動態負載計算，此軟體可考慮氣動力與水動力耦合的負載計算。研究模型參考NREL 5MW離岸參考風機，支撐結構部分則參考Offshore Code Comparison Collaboration Continuation (OC4) [7] 50米水深桁架式支撐結構(Jacket type substructure)，並根據本土場址條件修改為30米水深的支撐結構。最後依據IEC與GL的DLC，以及颱風DLC進行負載計算，並比較各個零組件於不同情境案例的極限負載計算結果，根據結果進行設計標準比對與分析。
模型建立
由於FAST v7.02.00版本無法建立Jacket type模型，本研究以圖1的方式將Jacket type等效為Monopile，以符合FAST軟體建模格式，首先於ANSYS軟體中建立Jacket type模型並施加波浪負載，計算出一組特定位置上的受力及扭矩，再由FAST軟體以相同的邊界條件施加於Monopile模型，並調整水動力係數以達到與ANSYS相同的受力結果，調整的係數為式(1)中計算波浪負載的Morison's equation之慣性係數(CM)與阻力係數(CD)，以此方式等效出相同的水動力負載。...更多內容，請見《機械新刊》雜誌。
