邊緣AI的關鍵技術
再生能源的發展舉世矚目,據統計2020年全球再生能源佔總發電量比例已達29 %,其中風能發電量高居第二位。當前我國政府亦積極開發綠色新能源,希冀2025年再生能源的發電量達到全國總發電量20 %,其中離岸風電更規畫6.9 GW的發電目標。配合政府綠電政策與能源轉型目標,國家實驗研究院國家地震工程研究中心(National Center for Research on Earthquake Engineering, NCREE, NARLabs)除協助研擬離岸風機設計準則,同時也開發第三方驗證測試平臺,協助提升臺灣的離岸風機設計能力與驗證量能,加速離岸風電技術發展與本土化產業鏈生根,創造綠色新經濟。
隨著國際對於氣候變遷與碳中和議題的重視,全球再生能源開發已如火如荼的展開。蔡英文總統在2020年就職演說中也宣示「綠電及再生能源產業」是國家六大核心戰略產業之一。根據國際再生能源機構(IRENA)2020年統計資料顯示近年來全球再生能源佔總發電量比例增加迅速,風力發電高居第二位。有鑑於離岸風電較陸上風電更為穩定,致力於離岸風電發展將成為驅動我國經濟成長的新動力。
離岸風電的發展在歐洲已臻成熟,然而,由於特殊的地質與地理環境,臺灣在發展離岸風電時面臨更多挑戰,需考量地震與颱風等多重自然災害所造成的影響(如圖一)。因此,不論離岸風場的開發和風機的設計及運維,皆無法直接移植他國作法。為確保離岸風電系統興建營運的安全與穩定,建立本土化的工程設計準則與風險管理機制勢在必行。
圖一:離岸風機於地震帶受外力載重示意圖 (Bhattacharya et al., 2021*)
配合政府綠電政策與達成能源轉型目標,國研院國震中心(National Center for Research on Earthquake Engineering, NCREE, NARLabs)研擬本土化離岸風機設計準則,進行臺灣海峽離岸風場之地震危害度分析,並針對臺灣特殊的地質條件,建立沖刷與海床液化潛能評估程序。目前完成適用於臺灣本土的抗颱耐震型風機支撐結構設計準則修訂(如圖二),並協助延伸至國家標準(CNS15176-1 & CNS15176-3)。同時,因應政府推動風機零組件國產化之需求,國研院國震中心發展並建置適合離岸風機關鍵組件與支撐結構相關實驗技術平臺,目前已舉辦國際上首次離岸風機縮尺模型展示實驗(如圖三),邀集產官學研蒞臨指教,展示國研院實驗平臺能量。透過建立具公信力的第三方系統檢測驗證,可加速離岸風電產業落實本土化,並降低電力系統營運風險,協助國內產業投入綠色金融市場。
圖二:舉辦離岸風機設計地震要求座談會,推廣相關設計準則
圖三:邀請風場開發商與專家出席離岸風機縮尺模型展示實驗(水下基礎與地盤實驗平臺)
根據統計資料(4C Offshore),全球最佳風場前30名中,臺灣的風場即佔了1/2,加上政府能源政策和開放外資投入等利多條件,臺灣離岸風電的商機也在國際上受到矚目。為提升臺灣的離岸風機施工技術及設計量能,國研院國震中心以離岸風電全生命週期課題為主軸,涵括風場調查、設計與施工、風險評估以及法規與發電運維等議題,邀集產學研界的學者專家共同研討,並針對大規模風場海域長期監測、風機巨型化衍生之設計與施工挑戰、運轉維護等研發重點進行跨域整合,投入關鍵性議題技術研發及創新,加速離岸風電技術與本土化產業鏈生根,如此才能結合臺灣海峽優越的地理環境,開創我國綠能新產業的榮景,並成為亞太綠能發展的重鎮。
*Bhattacharya, S.; Lombardi,D.; Amani, S.; Aleem, M.; Prakhya, G.;Adhikari, S.; Aliyu, A.; Alexander, N.;Wang, Y.; Cui, L.; et al. Physical Modelling of OffshoreWind Turbine Foundations for TRL (Technology Readiness Level) Studies. J. Mar. Sci. Eng. 2021, 9, 589. https://doi.org/10.3390/jmse9060589
延伸閱讀-科技部(科技大觀園)
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