宏觀風電產業的運維科技 綠領人才建構綠色競爭力

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被政府列為綠能重點發展目標的風電產業,目前正如火如荼地展開,期能善用臺灣得天獨厚的風場優勢,建構內需市場,進而帶動相關產業升級。待離岸風場陸續開發完成,屆時併網供電容量將遽增,勢必大幅驅動市場對運維人才的需求,因此,如何善用科技達到風場運維的最佳效益,並且培育「綠領」人才以因應產業未來發展,將是台電持續努力的方向。

面對民國109年離岸示範風場將有21部風機加入供電行列,「透過遠端監控可集中管理風機,只須少數人就能管理很多機器,這是遠端監控帶來的最佳效益。」在說明運維策略及人才培育之前,再生能源處陳一成處長特別強調監控中心的重要性:「風力發電對於遠端監控的需求更高,因為風機分散全國各地,必須透過監控系統,將現場資訊拉回監控中心,藉此了解現場環境狀況以及風機是否正常運作。」

建置監控平台系統 即時掌握風機狀態

為了有效監控各地風場,再生能源處已開發再生能源監控平台系統,該系統整合台電169部風機的運轉資訊,並可透過3D模擬圖像顯示現場風機狀況,另外亦與綜合研究所合作建置風能預測系統,目前可預測各風場未來48小時發電量;台電人員身處監控中心,就能即時掌握風場運作,得知各部風機處於正常發電、待機、通訊中斷、定期保養或故障等狀態,有助於風機運維作業及人員調度。

再生能源處運轉課陳正陽課長說明:「這套監控系統可用來監視和蒐集訊號,即時了解風機狀況,並藉由遠端連線現場控制主機,依使用者權限下指令進行操控,進行風機啟動或停止。」一般來說,風機最常因為運轉異常或進行保養維修而停機,颱風來臨時,為了避免因風速過大,造成風機損壞,也會停機保持迎風轉向的狀態,在正常運轉狀態下,假如風速超過設定安全值,風機也會啟動保護裝置自動停止。

陳課長進一步解釋,目前監控系統的建置可分成為風機現場與監控中心,以現場來說,每部風機的控制器會即時將這些風機運轉訊號送回位於電氣室的控制主機,同時整合電氣室設備運轉狀況,藉由台電內部網路,即時將這些風機訊號傳回監控中心,以利集中監控。

因應風電發展趨勢 數據分析益顯重要

「由於風機廠牌、機型眾多,且每家原廠控制系統都不太一樣,因此我們將其整合起來,做成一目了然的平台。」陳課長表示,監控中心人員可遠端遙控各風場所有風機,並且將運轉狀況及相關資訊製作成數據報表,假如發現風機異常,值班同仁會立刻記錄,同時把故障代碼簡訊傳給維修人員,告知哪部風機發生何種故障,若整座風場停機,也會依規定通報電力調度處。監控中心也會追蹤故障情形,等到維修完成後,再請同仁回報檢修過程,作為日後的參考紀錄及數據分析基礎。

監控中心獲取的數據,堪稱未來風電發展的利基,例如再生能源處委託綜合研究所和學校團隊進行研究,希望能延長風機塔架20年使用年限的「塔架延壽計畫」,就必須由監控中心提供相關數據協助研究。另綜合研究所開發的預測系統,同樣依賴監控中心提供的風機資訊為基礎,結合氣象單位的資料,用以預測未來48小時的風力發電量,供電力調度處參考。未來離岸風機數量增加,發電量隨之變大,預測系統在電力調度扮演的角色也將變得更加重要。

同時,為了因應再生能源重要性逐步提升,系統資訊分析師的需求也大增,「目前再生能源處由土木、機械和電氣專業人員組成,招募人數比重各占三分之一;但在遠端監控技術建置完成之後,大數據分析變得非常重要,所以會加強通訊遙控區塊的人力。」陳處長解釋,「由於過去再生能源的發電量不大,可以從簡單的指標進行調整,但現在再生能源占比增加,必須系統化處理,未來除了工程技術人員外,還需要系統分析人員提供運維策略。」

風機運維需求日殷 培育人力刻不容緩

根據經濟部的統計可知,民國107至109年逐年增加的風電產值及建置容量,將大幅帶動人力需求,除了風場規劃營造需要大量施工監造人力外,後續風機的運維更直接影響發電效益,因此培育適任的運維人員至關重要,堪稱推動離岸風電產業發展的關鍵。

台電公司於105年成立海域風電施工處,專責離岸風電計畫,並且進行人力培育規劃,海工處蔣永欽副處長認為,「台電派員出國取經作為種子,但畢竟只有少數人,最重要的仍是建立自己的運維能力,也就是參與設計過程,了解機組設備的功能;到了施工階段,則弄清楚設備的安裝與試運轉,如此就會知道怎麼維護與運轉。」從設計、施工到運轉維護,全程現場參與,秉持「做中學」的態度,清楚每一個細節的來龍去脈,是培養未來運維團隊最快的方法。

內訓外聘雙管齊下 培養海中蛟龍團隊

過去,臺灣在地的風電「綠領」人才,多偏重在陸域風機的運維,面對與海爭地的未來新型態,不只現有的風機運轉維護、風機葉片檢修技師等人力需求會大幅增加,還會需要海事工程技師、航運及碼頭管理人員等新興職缺,其與陸域風機運維最大不同之處在於,這批堪稱海中蛟龍的團隊,必須直接面對海上作業的變數與考驗。

蔣永欽副處長說,「離岸風電運維人員必須出海,具有高風險,將來要去海上執行業務,屬於比較特殊的工作性質,我們會依照工作性質進行不同的專長訓練,包括海上求生訓練。」以培養海上風機運維的能力。目前離岸風場大多規劃設置於彰化外海,所以鄰近的幾個大學也紛紛摩拳擦掌,與各家離岸風電廠商合作培訓基礎人才,幫自家學生在未來就業市場預先卡位,台電當然也不能在這場「綠領」爭奪戰中缺席。

由於離岸風電有一定的危險性,未來所有相關運維人員都需要取得證照才能入行,所以台電攜手臺灣港務公司、中鋼、台船等國營及民間公司,組成「臺灣風能訓練股份有限公司」,未來將與世界風能組織(Global Wind Organization,GWO)合作,將師資及教材全面導入臺灣,提供急救、人工操作、火災感知、高空作業、海中求生等5大基礎安全訓練及認證,甚至更進一步提供直升機水中逃生訓練、風機進階技術訓練與風機商客製化訓練服務,希望能成為全方位離岸風電人才的培訓基地。

風電產業鏈漸成形 帶動多元人力需求

風力發電為臺灣國家綠能建設的一環,目前已從逐漸成熟的陸域風電,推展到北部及中部離岸風場的開發,整體產業涵蓋上游的風機設備製造業、中游的整合服務業、下游的風力發電業等。由於全球風力發電市場逐漸升溫,且政府致力於風電產業的國產化,雖然很多有意願投入的在地廠商過去並無風電相關經驗,但隨著離岸風電一、二期規劃的進展,預計在114年,可望以循序漸進的方式,帶動離岸風機、水下基礎及海事工程等整體產業鏈的快速發展。

最早投入市場的業者,當數配合進行風場規劃前置作業的海事工程團隊,前置作業包括勘查海象、海床、地質、水深、生態和人文等,都可以由臺灣擁有海洋地質探勘船的業者承包,並從事離岸風場的地質調查及海上鑽探等工作,風場規劃階段也會評估風能規模及風力發電量,進而規劃風機布置方案、電源線路和施工業務等,其後有關風場營造,甚至風機商轉、運維階段,都會需要各類海事工程業者加入。在建置初期需進駐的有塔架、水下基礎、電力配置等相關廠商,接著風機組裝則有葉片、齒輪箱、塔架、變壓器和電纜等構件,再加上監控系統和電力系統的需求,也能間接帶動更上游的材料供應商,如鋼材、樹酯、玻璃纖維和碳纖維等加入,從原料端到風機組裝都將有在地廠商投入。

蔣副處長認為,政府設定的風場開發國產化條件,有益於國內風電產業發展,舉例來說,原本供應火力或水力電廠的機電廠商,能在原本的版圖上擴及風電產業;另一方面,也有業者於風場附近建造新廠,進行風機的零組件製造,同樣能帶來更多工作機會,如果依據規劃時程順利推動國產化,臺灣在地的風機產業鏈也將在114年完整成形,預計達到離岸發電量5.5GW的規模,和現階段的英國類似,根據Energy & Utility Skills組織在107年10月發表的報告顯示,目前在英國風電產業直接就業人口約有14,000人,雖然未必能夠完全套用到臺灣的市場,但因臺灣發展離岸風電進程和英國類似,也頗具參考價值。

目前臺灣風電產業發展,還有個亟待克服的問題,再生能源處林恆山專工表示:「雖然國內廠商已具備風機製造能力,但目前仍欠缺測試能力,除了須測試零組件的耐受度和強度,還必須在地面上實際模擬整個機艙的動態運轉,但其中涉及龐大的成本,為國內廠商一大挑戰。」

迎接挑戰共創雙贏 台電力拼在地認同

台電公司作為臺灣唯一綜合電力公司,在風力發電產業鏈中,兼具產業下游的風力發電綜合開發業者以及電力公司的角色,不但提供電力服務,更參與了風場的規劃、營造和運維。

陳一成處長認為,在臺灣離岸風電的開發計畫中,台電既有的人脈和實力,會比國外廠商更扎實,「雖然風電對台電而言也是全新的產業,且離岸風機設置必須遵照國外的法規和技術,但台電仍具在地優勢,包括和漁民溝通、進行生態協商、併接電網、供應陸上線路設施等。台電又是國內長期唯一的綜合電業,我們在當地風場是被民眾信賴的。」陳一成處長更強調,「台電發展離岸風電的原則,便是與關係者共創雙贏,讓離岸風電開發計畫把能源、經濟、漁業和生態結合起來達到最佳化,也協助在地就業及轉型。」

離岸風電檢修作業 無人機將派上用場

再生能源電力設施占地面積寬廣,且分散於各地,使得運維格外不易,目前陸域風機的維護主要依賴人工作業,未來離岸風機增加,勢必增添船隻出海的成本和風險,這時無人機偵測技術便派上用場,國外已發展出結合無人機和人工智慧的技術,將其應用於風電設備的檢測與維護,而台電公司現與中興大學進行技術合作,即希望借重其研發的無人機判讀技術,巡查幅員遼闊的離岸風場,進而定位損壞的部分,藉此推進風電產業發展。

陳一成處長以風機的葉片檢測為例,「葉片必須輕量化、結構強,因此大多選用玻璃纖維材質,但也有容易損壞的缺點,一旦葉片出現微小損傷就須及時處理,以免整支斷裂,導致後續維修須耗費龐大成本,因此必須定期派員觀測葉片是否出現小瑕疵或裂縫,最好的方法是『聽』,假如葉片龜裂,運轉時就會發出口哨聲般的異音。陸域風機透過監控系統和人力巡檢做到防微杜漸,但離岸風機則必須開船巡航,耗費的人力、物力更大,為了達到控制成本、有效管理的運維模式:這就是使用無人機的最佳時刻。」

受過專業訓練的技術人員,透過無人機上配備的偵測儀器傳回即時影像或訊號,就可在陸上的監控中心進行風場管理、判讀資訊,另一方面,在廣達100平方公里的離岸風場海域中,無人機還可透過GPS定位巡航,監看管制區內是否有漁民捕魚或釣魚,此外風場旁邊即是國際航道,也能藉此留意是否有商船靠近風場,或有船隻失去動力漂移,減少風機被撞擊的可能性。

離岸風電產業的發展,除了有創造就業機會、帶動產業轉型的外溢效應,因為高度依賴監控系統降低運維成本,也同時促成整合性通訊技術、無人機飛控、AI智慧等高科技研發技術的提升,未來,台電除了借重國外廠商的資源和經驗,更將結合臺灣中小企業的在地優勢和創新能力,並且培訓足量且適格的風場運維人員,在公司既有的電力工程技術優勢之上,精進海事工程與監診技術,以期在本土風電產業鏈中,扮演培育在地人才及引領產業未來的要角。

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