發揮團隊協作戰力 與風共舞

如何提升風力發電預測的準確性，進而提高發電效益、協助電網調度，有賴跨領域的團隊協作，以及更開放的氣象資料庫。

我們常以「來無影、去無蹤」來形容風的難以預測；因為難以捉摸，所以氣象預報最需資源，成本也高。一般大眾可能不清楚，風力發電是標準的重工業，「依據2015年美國國家能源研究院數據，豎立起一部發電量4MW的離岸風機，歐洲成熟國家現階段成本要新臺幣7億元，其中2成用於融資、保險等前期準備作業，近5成用於基樁等土木工程，僅3成是花在風機設備。」中央研究院應用科學研究中心郭志禹博士點出，由於離岸風電的投資經費動輒以百億計，當業者要向銀行融資時，銀行基於確保債權的穩定，就需要業者先提供未來風能可轉為電能的預測數據。「預測系統不能等到風機建置完成後才進場，要提早布局。」

土木跨足氣象 風電預測生力軍

交通大學土木系、臺大應用力學研究所畢業，而後赴英國劍橋大學完成博士學位的郭志禹，回憶剛涉入風力預測議題時，純粹是基於好奇。104年，他與臺大應用力學研究所張建成所長共同指導的學生，欲進行這方面的研究，卻發現當時中央氣象局無法提供資料；「中央氣象局每天發布氣象資訊供民眾參用，其專業性與準確性無庸置疑；但礙於法規的限制和管控，卻無法提供研究單位更多氣象資料，也無法應對離岸風電業者的風力預報特殊需求。」

正好永傳能源所屬的福海風場，為了評估離岸風場的風能資源，在彰濱外海興建一座「海氣象觀測塔」（與上緯、台電為臺灣3座離岸海氣象觀測塔），可提供研究所需數據。經他與永傳能源洽談，永傳允諾提供海氣象觀測內容，但也希望郭志禹能在資料的管理應用上予以協助。

郭志禹師生利用觀測塔獲得的資料，以美國研究機構的氣象預報WRF模式（The Weather Research and Forecasting Model）為工具，來預測彰濱外海附近的天候。事後對比WRF的預測和實際氣象資料，再把結果應用於風電效能預測後發現，兩者數據相當吻合，足證這個預測模式有其可信度。這些氣象和發電預測資料，就成為國內行庫融資評估之依據。

郭志禹還利用開源時序資料庫系統，與永傳能源共同發展出風能即時展示系統，將近期的風速及氣象即時資料顯示於大螢幕面板上。「一張圖片勝過千言萬語」，不論是外賓、銀行團、民眾來參觀，看到展示系統的風力數據，即可對風速及氣象狀態一目了然。

他的研究團隊也用模式印證，當風機密集排列時，下風處的風機會受到上方風機「尾流效應」影響，而減少發電量。這個因素需在電力評估及維運層面上加以考慮，因為風電業者有契約責任，萬一事前沒有預估，營運後會是個大問題。

數值預報需求殷切 借鏡國外開放模式

郭志禹表示，離岸風電業者需要高精確度的氣象數值預報，且中央氣象局也有這些資料，只因沒有經過人工篩檢、判斷的原始資料，氣象局受限於法規無法提供給民間企業。

在此情況下，國內就有氣象業專才合組氣象公司，向亞馬遜等外國公司租用超級電腦，進行氣象數值預報運算，再將結果提供給有需要的業者，成為新興的行業。

他指出，相對於我國的中央氣象局，先進國家對「數值預報」的觀念較開放，認為符合公眾利益的資料大多都會對外開放，再由使用者進行最後判讀。他也提到，國際間的氣象研究都走合作路線，美國國家海洋暨大氣總署，每天定時將資料公開，研究者要了解某個區域的氣象，就可搜尋這些「氣象預報的初始資料」來使用。「很多國際性的氣象網站，都有國家級氣象機構的影子，將氣象資料開放出來，也是打入國際社會的一種方式。」

團隊協作 為離岸風能大數據產業加把勁

郭志禹有了與風電業者協力研究及接觸氣象預報體系的經驗，所以當國家實驗研究院國家高速網路與計算中心在3年前成立「臺灣離岸風能大數據產業之發展與創新應用」計畫時，主持人蔡惠峰博士就邀請郭志禹參加，並在第4年的延伸落地計畫中由郭志禹擔任主持人，並將中研院及海洋大學海洋科技中心納入團隊。

這個計畫充分發揮團隊協作的優勢，其下有幾個子計畫，包括張文鎰博士利用人工智慧學習，進行「離岸風場之海氣象預報服務」、「離岸風電施工船路徑最佳化」、「風機迎風面轉向之智慧學習」，以及吳建衡博士之「個人型人工智慧與大數據整合運算平台」；為的都是要獲得離岸風場海氣象精確即時的預測數據，以更符合風電營運的需求。只因目前彰濱區尚未架設海域風機，故尚未有實際風能資料可供預測展示。郭志禹表示，希望能在今（109）年隨著彰濱離岸風場施工陸續展開之際，提供公開網站展示彰濱區風電之大數據機器深度學習加值預測。

郭志禹曾與台電再生能源處交流，獲得台電海氣象觀測塔某段時期的氣象資料，也證明運算沒問題。他期待，未來還有機會和台電建立合作關係，共同進行海氣象預測，走向精準預報之路。

郭志禹博士

現任中央研究院應用科學中心研究員，國立交通大學土木系學士、國立臺灣大學應用力學所碩士暨英國劍橋大學博士。專長為環境力學、流體力學等。