離岸風電邁大步 在地化的運維及育才挑戰

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臺灣是目前最具吸引力的綠能市場,看好風力資源的發展潛力,正從陸域風場前進離岸風場,過程中台電將借鏡離岸風電大國丹麥的成功經驗,複製歐洲規範與技術,並根據臺灣風場特色做在地化調整,要將源源不絕的自然風轉化為源源不絕的電力,持續轉動臺灣的綠電未來。

取經丹麥 在地化的整合思維

截至民國107年11月底,臺灣已有31座風場,陸域風機343部,離岸風機2部,總裝置容量為70.2萬瓩,總發電量約14億度,發電成效出色,343部陸域風機中,169部為台電所有,台電的離岸風電示範風場107年初決標後,目前已邁進實質開發階段,21部離岸風機目標在109年陸續加入台電的服務行列,一年將可供應超過3.6億度的綠電。

四面環海的臺灣想發展離岸風電,最適合取經的對象,莫過於同樣擁有豐沛海洋資源的北歐國家丹麥。丹麥原本和臺灣一樣,是高度依賴進口石化資源的國家,但早在百年之前,丹麥政府就思考著該做出改變,廣召學者專家討論再生能源的發展性,經過長時間籌備規劃,在1891年成功設立全球首部風力發電機,至今已有超過一世紀的陸域風電經驗,也成為世界各國爭相學習仿效的目標。

由於陸域風場營運順利,讓丹麥逐步降低對進口資源的依賴,但在國土面積有限的情況下,1970年代,丹麥政府開始積極推動離岸風電發展,最終於民國80年攜手全球最大的離岸風電開發商沃旭能源(Ørsted),成功克服工程及維修面的艱鉅挑戰,在丹麥外海成立全球首座離岸風場—范德比(Vindeby Offshore Wind Farm),此後又陸續開發更多離岸風場,讓電力供應更為穩定。

如今,風力發電已佔丹麥全國約四成發電量,首都哥本哈根市預計民國114年成為全球第一個零碳排放量的「零碳城市」,而丹麥也計劃在民國139年以再生能源取代全國所有石化能源,躋身成為百分之百綠能發電的環保大國。

當然,若要跟隨丹麥的成功腳步,同樣的運維方式,臺灣不見得適合全盤接收。再生能源處陳一成處長表示,臺灣風電的許多規範都是參考北歐標準,特別是工安層面,對於防護要求必須做到滴水不漏,但在經營思考上則必須「在地化」,根據臺灣的政經環境、地理及氣象條件、相關法規等因素,量身打造最適合台電的運維策略,並考量如何善用台電自身的優勢,有效提升風機帶來的營運績效。

例如在風場的地點選擇上,丹麥有許多風場建立在遙遠的外海,維修人員必須搭乘直升機前往,甚至需要在海上利用舊船隻興建運維平台,由運維團隊以輪班的方式進駐,其所耗費的時間與金錢相對較高,台電則傾向尋找距離岸邊較近,搭船約半小時可抵達的風場,趁清晨時分臺灣海峽風浪小的時段前往維修保養,工作時間大約1小時,再搭船返航,不僅效率高,也節省了興建與管理運維平台的成本,倘遇緊急狀況時,則出動直升機應變。

靠天吃飯 風電運維策略有技巧

除此之外,臺灣的氣候條件也與丹麥有所差異,選擇風機機型時,必須考量是否能夠抵擋冬季強烈的東北季風以及夏季的颱風,然而選用足以耐受強勁風力的風機,投資成本自然會提高,商轉之後是否能夠順利回收成本甚至獲利,必須透過精算才能比較各個機型的成本效益。

至於如何計算出每部風機的產值呢?風力發電雖然易受天候影響,但可以利用「裝置容量」來計算風機的年發電量,在正常運轉情況下,每部風機每年能發出的電量大致是固定的,以一部裝置容量2MW的風機來說,一年可發電500萬至600萬度,年產值約1,500多萬元,加入使用年限、設置及運維成本等各種變數,就可以精算出哪一種機型的風機最符合經濟效益。

另外,運維成本又該如何控制呢?陳處長表示,和多數工作環境相較穩定的發電廠比較,風力發電站在第一線面對大自然挑戰,風機每天承受高溫曝晒、低溫嚴寒,甚至是強風暴雨的襲擊,故障率難免會偏高,因此,如果要讓風機持續運轉、維持良好的發電狀態,「維修人員調度得宜」就是最重要的關鍵。

陳處長舉例,清晨及傍晚時段,因為風力強度變動大,最容易造成風機故障,四季轉換時由熱轉冷,風機也容易因結露導致故障,所以維修人員的調度上,必須參考以往經驗,按照容易故障的時間點做適當調整,才能避免人力資源的不足或浪費。

「我們的風力發電是靠天吃飯。」再生能源處資深專業工程師林恆山表示,若和發電量穩定的火力及核能發電廠相比,風力發電深受季節與地形因素影響,每逢夏季又常遭逢颱風侵襲,只要設備一受損,就會面臨經營上的財務損失。為了避免風力發電效能不彰,必須秉持「有風時發電,無風時維修保養」的大原則,讓風機維持在隨時都能夠啟動的最佳狀態。

為了提升發電效率,台電風力發電機組也建立了一套標準檢修程序,將國外維修團隊的技術轉移至臺灣,之前風機故障要花3、4天才能排除,現在已經能在幾小時之內完成,過去陸域風機發電1度的成本約3到4元,現在已下降至1到2元,這些進步也象徵了台電在向丹麥學習之餘,已經找出了屬於自己的運維之道。

防微杜漸 有效管理

要讓風機保持在滿分的狀態,就一定要做好兩大關鍵,一個是監測,另一個是維修。以正在進行中的離岸風場一期工程為例,當設置完成後,再生能源處的「遠端監測中心」將扮演舉足輕重的角色,在風機出現異狀的最初期,就必須即時通報維修人員進行處理,一方面降低設備損耗,同時也能延長風機的使用壽命,減少營運成本。

完善的風機監測,還必須納入天氣與海象,才能相輔相成。再生能源處於民國105年,在彰化芳苑王功漁港外海6公里處,設置了高97公尺的海氣象觀測塔,監測包括風速、風向、氣壓、氣溫、濕度、雨量、海流、太陽日射量等多種參數,經長期蒐集資料後,透過大數據資料庫分析,不但可以用來判斷場域是否適合發展離岸風力,也可做為建置風場的參考資料,更可供未來風機運轉時運維策略使用。林專工說到,目前台電陸域風機運維,雖然利用監測中心的即時資訊掌握風機故障訊息,但仍偏重傳統巡修模式,即派遣維修人員赴現場巡視,透過檢視、葉片異音,或高倍專業相機的拍照,以掌握風機運轉狀況。台電未來將採用不同感測器進行即時監控與故障分析,務求風機損壞最初期就能及時進場保養維修。

風機運維需要大量人力,做好專業分工才能達到最佳營運效果。林專工表示,再生能源是項微利的產業,台電在風機運維人力上必須力求精實。協力廠商負責提供基礎人力以進行異常設備的修護工作,台電技術人員進行狀況監測、分析掌握設備效能的角色,雙方各司其職,等同於台電負責「資產管理」工作,以精準、高效率的管理模式,為公司謀取最大的效益,再生能源處陳一成處長也認為,運維人員不一定都要是台電的正式員工,但必須結合臺灣在地人力,才能真正幫助臺灣產業發展。

MIT離岸風電團隊 綠領人才投入實戰

隨著離岸風電一期工程緊鑼密鼓地進行,對相關人力的需求也就愈來愈迫切,台電於105年8月16日成立海域風電施工處,串連海事、機電、土木、地質人才,負責陪同審查離岸風場的規劃設計,監造施工過程以及風機驗收,待確定風機商轉正常,再交由再生能源處接收管理,過程中也必須和風場所在地的當地漁會溝通說明,進行必要的補償協商,以及辦理現場施工許可等前置作業。

台電為了跨入離岸風電嶄新領域,海域風電施工處在105年特別招考了5名海事工程人員,共170人報名爭取最終名額。同時也對原有的台電人員加強技術能力建構訓練,迄今已累積約達12,000訓練時數。海域風電施工處蔣永欽副處長表示,訓練課程包括與廠商技術交流、邀請專家學者演講、舉辦國內外案例研討會及內部訓練等多樣化的內容,來強化同仁離岸風力的理論基礎與實務能力。

蔣副處長表示,離岸風電是新興產業,過去台電以陸域風場為主的運維團隊,必須進一步學習大量的專業知識,現階段海域風電施工處會依照同仁的專長來安排訓練課程,像是具備土木背景的同仁,需要學習地質調查、基樁打設、下部機構等相關知識,機械與電機專長同仁則另外安排研究風機的設計、製造、安裝與運轉,至於技術服務的部分,台電也與國內外知名顧問公司合作,共同參與設計及施工建造階段,來確保離岸風場工程的安全與品質無虞。

面對新年度到來,海域風電施工處已做好萬全準備,在顧問公司協助下,擬定完善的離岸風場之監造計畫、施工計畫、品質計畫等程序標準,並持續加強員工專業訓練。歷經3年多的努力,台電首支離岸風電團隊正蓄勢待發,要為臺灣的綠能未來貢獻心力!

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