離岸風電首度引進「負壓沉箱」免打樁工法 本土地震研究將揭曉可... | 焦點新聞 | 20220526 | match生活網

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離岸風電首度引進「負壓沉箱」免打樁工法 本土地震研究將揭曉可...
環境資訊中心     2022/05/26 09:19
目標2025年併網發電,沃旭能源的大彰化西南第二階段、西北離岸風場,首度選用無打樁噪音的「管架式負壓沉箱基礎」工法,近期通過環評審查,若成功引進,台灣或將成為全球第二個具備此技術的國家。

生態保育優先,技術面的挑戰可不小。成功大學海事工程學系教授郭玉樹接受環境資訊中心專訪指出,負壓沉箱工法在台灣面臨獨有的地震、土壤液化以及砂波挑戰,產業界恐怕還有很多工程技術與環境調查的課題須解決。


免釘免敲免打樁 「沉箱施工」無噪音 完整拆下除役更永續

目前離岸風電業界常見的「打樁式」水下基礎工法,就像在木板上釘釘子,用強力衝擊將基樁打入海床固定,而衝擊難免會產生噪音。近年隨著保育意識抬頭,人們意識到水中生物如保育類中華白海豚,如何受到水下噪音的壓力影響,於是將工程焦點轉向不用打樁的「負壓沉箱」。此工法最大的優勢就是施工過程沒有噪音問題,頂多就是船隻運作的背景噪音。


此外,負壓沉箱只適用於鬆軟的黏土或砂土地質,過硬的岩石地則無法貫入,因此事前的地質調查相當重要,每個安裝點位都要鑽孔調查。

慶幸的是,就算在水深較深的海域也不影響設置,郭玉樹解釋,負壓沉箱本身就是依靠壓差原理,水深越深壓力越大,理論上越容易貫入,但實務仍要回歸開發業者對於水下基礎的建造成本考量,不會毫無限制的往深海發展。

選定設置地點後,安裝才是最大難題。郭玉樹解釋,貫入過程中,若是壓力控制不當可能造成沉箱扭曲崩壞,或是土壤鬆動而導致基礎傾斜,施工單位一定要非常謹慎,必須以流速很慢的慢速抽水,全程搭配水下觀測設備,監控沉箱沒入的情況,安裝一個基礎通常要花費半天到一天時間。連帶的,為了維持穩定抽水與監控能見度,還得避免發生揚砂攪動水質,安裝才能順利到位。


在台特殊挑戰:砂波、土壤液化與地震 成大團隊全球首例

若負壓沉箱工法引進台灣,將是此技術首度應用在地震頻繁地區,沃旭能源邀請郭玉樹合作進行研究計畫,特別向國家地震研究中心承租專業級設備,展開全球首例的離岸風電負壓沉箱基礎地震試驗。

郭玉樹發現,台灣周邊海域多為砂質地,土壤條件較歐洲軟弱,恐怕有三大問題需克服:地震、土壤液化以及砂波。

「砂波」是指海底沉積層如波浪般的起伏,高低落差可達10公尺,會隨著海流等因素不斷變動、移動,對任何建設都是一大挑戰。郭玉樹表示,根據台灣周邊海域的觀測,普遍而言離岸越遠砂波的影響越小,以大彰化西北風場離岸約48公里來看,砂波的干擾理論上比起近岸較小,可透過工程設計克服,將沉箱的固定深度低於砂波移動範圍,仍可維持穩定不受太大影響。

而土壤液化的主因是地震造成表層土壤鬆動,導致土壤顆粒之間孔隙水壓增強,水壓進而把土壤顆粒推開,就會讓建築物歪斜。大彰化風場屬於砂質土壤,尤其可能發生土壤液化。


對於地震可能造成的危害,郭玉樹團隊的初步研究成果顯示,部分地區確實會發生土壤液化,也可能造成水下基礎些微變形,但整體的傾斜角度仍維持在0.5度以內,是風機可以正常運轉的容許範圍。

郭玉樹補充,研究模擬到加速度0.25g的地震,換算震度約是5、6級,已經是475年才會碰到一次的罕見強震(回歸期475年)。以目前風機設計壽命20年來看,這樣的結果應是可以承受的。但是完整成果和詳細數據仍待研究報告出爐。

國產化培養本土工程師 台灣有望成為「全球第二」

台灣離岸風電政策近年力推國產化,新技術能否在台落地生根也是評估環節之一。郭玉樹表示,負壓沉箱的構造並不複雜,在前端製造方面,國內有建造基樁經驗的廠商都有能力生產;唯一的挑戰是焊接要求,因為沉箱將承受壓力,必須完全密閉,因此焊接部位必須人工細細操作,如頂蓋部位可能就需要大量焊工人力。其餘如風機的管架式水下基礎,都可以沿用既有的設計。

安裝的技術挑戰就困難多了,沉箱的安裝需要專業技術與經驗,事前也必須經過嚴格的鑽孔調查分析地質,不是隨便抽水就可以貫入海床,郭玉樹指出,目前全球只有一家荷蘭公司有能力安裝,若成功在台複製,將有機會成為全球第二。

郭玉樹認為,負壓沉箱式雖然整體成本不會比基樁式便宜,且引進過程有諸多挑戰,必須花費心力理解技術與環境,但反過來說,這也是很好的本土化角色,讓國內工程師得以有更多新技術可以研究,延伸觸角。管架式負壓沉箱基礎模擬(貫入過程) 管架式負壓沉箱基礎模擬(拔除過程)

(資料來源:環境資訊中心)