離岸風電大解析(二):從離岸風場到陸上電網的「電力之旅」

一座風場的組成通常包含數座離岸風機、海底電纜(風機與風機之間的海底電纜及輸出海纜)、海上變電站、陸上變電站及陸上電纜。海上的風力由風機從動能轉換為電力後,透過海底電纜運送到海上變電站升壓,再利用輸出海纜與陸上電纜傳輸至陸上變電站降壓或升壓,併入電網將電力輸配到每個家庭用戶。一旦少了任何一項設備,這趟「電力之旅」就沒辦法順利完成。


離岸風場的電力需經由海底電纜、海上變電站、陸上變電站等設備的協助,才能輸配給各個用電戶使用。(圖片來源:EnBW安能)

 

離岸風機的「神隊友」們
一座風場中,風機往往被視為風場最重要的核心資源(延伸閱讀:離岸風電大解析:離岸風場的「靈魂」-離岸風機)。但根據財團法人船舶暨海洋產業研發中心2016年的研究報告指出,相較於陸域風場中風機系統占總建置成本80%左右,其在離岸風場建置成本僅占41%[註1]。顯示在離岸風場中,除了風機系統,其他建設也各自扮演著舉足輕重的角色呢。現在讓我們一起來認識這些離岸風機的「神隊友」們吧!


歐洲離岸與陸域風場建置成本結構分析。(圖片來源:經濟部)

海上變電站(水上變電站)
海上變電站主要負責匯集離岸風機所產生的電力,並將其升壓至合適的電壓,確保電力順利地透過輸出海纜運輸及併入電網,減少輸送過程的大量電力損耗。海上變電站上配置有升壓變壓器、資料獲取與監控系統、柴油發電機及警報與海上通訊系統等設備。因座落於風強浪大、鹽度高且腐蝕性強的海上環境,海上變電站會採用封閉式鋼質結構,且所有設備金屬配件材料須有抗環境腐蝕防護,因此海上變電站的建造與後續運營作業的難度比起陸上變電站來得更高。

 


安能集團位於Baltic 2風場的海上變電站。(圖片來源:EnBW安能)

 

海底電纜與陸上電纜
海底電纜如同離岸風電的生命線,是連接離岸風場及陸域電網的主要設備。鋪設於風機與風機之間的海纜稱為「陣列海纜」或「場內海纜」(array cable),以串聯的方式連結風機;將風場電力輸送上岸的海纜則稱為「輸出海纜」(Export cable);最後再由「陸上電纜」接手岸上的電力輸送任務。相較於陸域風力發電,離岸風電需面對變化莫測的海象條件與氣象狀況,包括水深條件、地質狀況、海床變動狀況及海流波浪等海流營力之因素,因此技術門檻較高,開發成本相對也較高,財團法人船舶暨海洋產業研發中心也指出,海事工程海底電纜的安裝佔整個離岸風場開發成本的13%[註2],甚至高於變電站(5%)的設置成本,海底電纜對於離岸風電的重要程度可見一斑。

 

安能集團海纜鋪設作業。(圖片來源:EnBW安能)


陸上變電站
陸上變電站不僅是離岸風電系統的一環,更是整條陸域電力系統中負責輸、配電的重要設備。其主要的任務是將電力調整至合適的電壓,再併入電網來提供不同用電戶的需求。以台灣供電系統為例,離岸風場所產生之電力需透過一次變電所降壓為22-11仟伏特來提供中小型工業用戶,而一般民生用電則需透過配電變電所或二次變電所再次降壓後提供[註3]。

 

離岸風電所產生之電力經降壓後可併入電網以提供用電戶使用。(圖片來源: EnBW安能)

 

龐大新興產業帶來的新機會
離岸風電中每一項設施背後都各自涵蓋精密的技術研發和完整的產業鏈,需要來自海事工程、電機工程、專案管理、以及風場運維等各領域專業人才共同投入這項產業。

而安能集團在2019年底即將完工併網、同時也是德國目前最大的離岸風電專案Hohe See與Albatros開發案便是最好的例證。自2017年開始建設工程以來,已有超過600位員工在海上風場工作,並有各領域人才在德國漢堡的離岸風電開發總部支援海上的建設任務。

事實上,根據經濟部工業局的調查,到2020年,台灣的離岸風電產業將會新增2,010到2,700名的人才需求[註4]。2020年之後,隨著國產化目標的落實,也將創造更多的工作機會,進而帶動離岸風電供應鏈成型,可說是台灣當之無愧的「明日產業」!

 

已有超過600位員工在安能集團位於北海的Hohe See與Albatros開發案工作。(圖片來源:EnBW安能)

 

Sources

文章出處源於安能亞太官網

引用資料
[註1][註2] 經濟部研究機構能源科技專案105年度執行報告-離岸風場作業安全評估技術開發計畫」P.3
[註3]台灣電力公司-
台電供電系統簡介
[註4]經濟部工業局產業人才發展資訊網-2018-2020離岸風力發電產業專業人才需求推估調查摘要 

參考資料
1. 經濟部研究機構能源科技專案105年度執行報告-離岸風場作業安全評估技術開發計畫。
2. 台灣國際造船股份有限公司-
海上變電站介紹
3. 台灣電力公司-台電供電系統簡介
4. 經濟部工業局產業人才發展資訊網-「2018-2020離岸風力發電產業專業人才需求推估調查摘要」  
5. EnBW, 
“Milestone in North Sea”

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