【臺大學術研究成果系列報導】工學院浮動式離岸風力發電研究

2023/3/30

【臺大校訊第1559期電子報：臺大學術研究成果系列報導】

　　因應2050淨零碳排的目標，離岸風電開發預計2035年將達20.7GW裝置容量，2026年以後的第三階段區塊開發，即將有離岸風場開發到60公尺水深以上的海域。考量到離岸距離、水深及施工成本，臺灣離岸風場水深60-100公尺海域，將適合發展半潛浮動式離岸風力發電系統。其發展關鍵技術以浮動式載台及繫泊系統為關鍵，與風力機間的耦合交互影響，更影響發電系統性能甚鉅。國際浮動式風機技術發展也還在發展階段尚未成熟，故此時加速發展將可與國際並駕齊驅。固浮動式載台及繫泊系統是經濟部離岸風電產業關聯方案中，國產化的重要項目，故扶植浮式風機國產化也是重點。

　　研究團隊由工學院工科海洋系特聘教授江茂雄為總計畫主持人，共同主持人為工科海洋系教授馬開東、趙修武、蔡進發、楊舜涵等人，協同研究人員包含土木系教授葛宇甯、工科海洋系教授林宗岳及羅弘岳、中山大學教授林俊宏、臺灣國際造船公司副總經理周志明、美國驗船協會ABS博士吳哲芳等跨產學研的國際團隊。研究合作企業的臺灣國際造船公司具國內船舶設計建造實力，未來將成為我國浮式風機國產化最重要的供應鏈角色。此研究也整合國內外產學研單位如國內財團法人船舶暨海洋產業研發中心(SOIC)等進行國際合作研究。

　　此研究重點包含創新半潛式浮臺-臺大浮臺(TaidaFloat)發展及設計分析、15MW風力機與浮臺動態建模及耦合分析及控制、運動分析、繫泊系統設計分析、縮尺模型實驗驗證等研究項目。研究區分四主題，主題一：15MW半潛浮動式離岸風力發電載台設計及全系統動態分析；主題二：運動響應分析；主題三：浮式載台繫泊系統；主題四：縮尺模型實驗。

　　主題一：15MW半潛浮動式離岸風力發電載台設計及全系統動態分析　(工科海洋系教授江茂雄、教授馬開東)
針對15MW半潛浮動式離岸風力發電全系統設計及動態建模分析，整合水面上15MW風力機以及水面下的半潛浮動式載台及繫泊系統等，結合FAST、SIMPACK與MATLAB等軟體進行aero-hydro-servo-elastic 整合模擬。發展適合臺灣離岸風場60-100m水深的半潛浮動式載台設計，以及於「主題三」所發展的繫泊系統設計，建立各個次系統的動態模式，進行全系統風力機與載台、繫泊耦合動態模擬分析，於不同風況及海況條件下，進行全系統耦合動態模擬分析，並發展控制策略進行發電機發電功率及浮台運動控制。研究重要成果臺大浮台(TaidaFloat)介紹影片如以下連結：https://www.youtube.com/watch?v=WpD3Sq8vfVI&t=9s。

　　主題二：半潛浮動式離岸風力發電機運動響應分析　(工科海洋系教授趙修武)
以專業軟體OrcaFlex進行半潛浮動式風機分析，根據我國離岸風場的特徵風況與海況條件，分析半潛浮動式風機受到風波流負荷的耦合運動響應。並進一步針對我國潛在場址的極限風況與海況條件，分析半潛浮動式風機的耦合運動響應及相對應負荷，以確保極限氣象條件下的整體系統安全性。

　　主題三：浮式載台繫泊系統　(工科海洋系教授馬開東、教授楊舜涵)
針對15MW風機載台進行繫泊系統設計及優化分析。此外，也進行臺灣海域的海床特性分析以了解各種錨錠的適用性。進行繫泊錨錠系統的縮尺模型實驗。由於風機的目標安裝水深為50 – 100 公尺，此水深段會造成浮式風機海纜的動態效應顯著，而造成使用動態電纜的設計困難，發展動態海纜設計及分析技術。

　　主題四：縮尺模型實驗　(工科海洋系教授蔡進發)
為預估浮式風機系統實體完整的性能，須對其縮尺實驗模型進行一系列的量測和試驗。實驗進行前必須先決定模型的縮尺比，由IEA15MW的風機尺寸推估模型的縮尺比為1/100，並於臺大船模水槽進行實驗。

　　此研究將持續推動整合我國產官學研籌組浮動式離岸風電國家隊，未來推動1-2MW浮動式離岸風機組實海域測試驗證，以期為我國2026年浮式風機示範計畫以及2028年以後大規模商轉應用發展建立相關技術，期使我國成為亞太浮動式離岸風電先驅，並與歐洲並駕齊驅。

 

臺大浮臺

 

繫泊系统

 

15MW 臺大浮動式風機動態模擬

 

水槽實驗

 

2022未來科技獎