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針對教育部103年度頂尖大學二期計畫,離岸風電系統研究團隊規劃出四大技術發展方向:

1.離岸風場區塊開發環評推動與資源潛能評估:將進行區塊風場開發之環評推動策略研究以及地區風力潛能數值模型之WAsP-CFD交互驗證,並利用浮動式光達進行風場量測與評估。

2.離岸風機裝置技術:電力端將進行併聯電網之電力品質監測與分析;在傳動系統部分,則將對風機傳動系統之受力源進行分析;於風機葉片部份,進行葉片機組的整體分析。結構行為上將進行群樁平台基礎於不同土壤條件中之側向變形行為。

3.產學合作:已與上緯公司簽署合作協議書進行風場量測與風能評估。將與永傳能源簽署合作協議書共同推動示範風場之環評作業。

4.國際合作:與德國University of Oldenburg, ForWind Center進行國際合作。與德國Hannover大學大地工程研究中心進行國際合作。與歐盟MARINET進行「風波流整合式離岸再生能源系統研發」之國際合作。與法國ASAH LM公司進行「Floating LiDAR之離岸風場關鍵測量技術」之合作計畫。核心技術:成大擁有完整且堅強的工程系所,RCETS團隊成員具備離岸風電所需多方面工程技術(場址評估與遴選、環境影響評估、風機結構與海下基礎、岸上設施與電網併聯等)的理論基礎與實務經驗。

 

執行方案:

1.離岸風場區塊開發環評推動與資源潛能評估:在風場區塊開發環評推動上,將透過與永傳能源的分工進行物理、化學、生態、社會/經濟上的調查研究,逐步建立環評準則及社區共存策略。在資源潛能評估上,將使用WAsP以及CFD技術來進行局部地形之風能評估,研析如何利用WAsP-CFD交互驗證方式來提升局部地形風能評估之準確性。同時將浮動式光達移至離岸風場進行風場量測與評估,完成浮動式光達標準作業手冊。

2.離岸風機裝置技術:併聯電網部份擬以實測電力系統電力品質的設備,完成長時間監錄風場併聯電網側之電力品質結果。在風機機組研究上,分析傳動機構與承載結構上各組件的動態響應及動態應力分布的情形,並於葉片結構內部配置加勁構造,以達成質量輕、高強度與高效率的最佳化設計目標。亦對齒輪箱技術、抗腐蝕等技術進行效能提升研究。利用高速電腦重新計算群樁平台於不同土壤條件下之側向變形。

3.產學合作:與上緯公司簽署合作協議書,於苗栗離岸風場進行整年度的風場量測與風能評估。同時將與永傳能源簽署合作協議書,於彰化示範風場進行環評調查,共同推動示範風場之環評作業。

4.國際合作:德國ForWind Center將使用建研所或中科院風洞進行實驗,並針對球形風速計在極端風況下特性進行高速風洞內校正實驗。持續與德國Hannover大學進行台德雙邊研究計畫。已於2013年11月赴義大利參加第二階段跨國合作計畫之推動會議積極爭取MARINET project計畫,並成為正式之Partner。與法國ASAH LM洽談合作進行數據驗證與風場量測的合作計畫。

 

核心技術成果:

1.引用IEC 61400-1標準,首次完成臺灣西部濱海風況適用模型之建置,有助未來臺灣自主研發風機系統,進而建立國內離岸風力的產業鏈。

2.取得亞洲第一的浮動式光達系統,並購入風海觀測塔量測設備完整量測儀器及周邊電力及傳輸等系統,可準確量測臺灣離岸風場的資料。另分別購入WindPRO、WindFarmer、WindFarm等風力發電系統設計軟體(含風能分析軟體WAsP),近期將可運用實際量測的數據,搭配分析軟體,以最短的期限內建構臺灣離岸風場的資料庫。此三大軟體已涵蓋世界上多數風力發電事業之使用,其各自內含不同的流力分析模式且皆有其擅長之處。目前已利用WAsP軟體進行全域風能潛力比較分析,並利用WindFarm等軟體進行離岸全域風力發電潛力模擬。此外,已著手進行風能分析與離岸風場開發整體評估人才培育工作。

3.完成最適合於臺灣的群樁平台基礎於離岸風機初步適用性評估。經評估國內海事工程能量與離岸風場的條件,評選適合國內離岸風場的群樁平台基礎型式,利用有限元素商用軟體ABAQUS完成離岸風機群樁平台分析模型。

4.成功導入了擁有更高強度的碳纖維作為葉片積層之材料,為國內領先技術,可提升國內風機產業研發。為了因應目前材料選擇上不斷改良、強化,研究導入擁有更高強度的碳纖維作為葉片積層之材料,並與玻璃纖維做比較,待日後技術普及與成本下降,即可廣泛用於風力產業中。

5.訂定標準作業流程,大幅協助執行離岸風力開發之環境影響評估。國內目前無執行離岸風力開發的完整經驗與標準作業流程,為使制定之項目與執行過程更具全面性與完整性,計畫執行環境影響評估方案與整體SOP、離岸風場建置、營運期間船舶碰撞風險探討與示範機組底床沖刷試驗研究,並建立產學平台,協助離岸風電產業國產化之推動。

6.首次結合產業,針對風立發電併入電網對電力品質的影響與對策進行研究。考量未來大規模開發的離岸風能併入電網,可提供穩定的電力調度,以及避免用戶端電力品質的不穩定,先行採用電力系統模擬套裝軟體 PSS/E,建立彰濱陸域風場併聯至台電彰濱E/S 161 kV超高壓系統之架構,以分析該陸域風場遭受不同干擾情況下,在風場端、PCC點以及併接點鄰近匯流排之電壓、功率、頻率與轉速所造成之響應。