能源轉型浪潮風起雲湧，新型態「綠電」概念方興未艾，臺灣也搭上這股趨勢，行政院在 2019 年拍板全力推動離岸風電，目標將臺灣打造成亞洲離岸風電技術產業聚落。「離岸風電」及其相關產業鏈在臺灣主要以西部海域為舞台，日漸成型，2023 年 5 月中旬更有現階段臺灣最大離岸風場在苗栗外埔漁港完工的消息。
離岸風電顧名思義，是將發電風場建置於海岸線之外，透過機構電纜設備將電力傳送回陸地使用。施工過程與難度自然與陸地條件有別，除建置時需克服天候、海象等外在因素，還要克服海床地質、海床深度等既有的地理困難。臺灣位處斷層地震帶，一年當中更有長達數月颱風季，不定時來攪局的狂風暴雨也在在增添外海建置作業的風險。
現職博海風電科技股份有限公司（籌備處）總經理兼技術長許金城為了發展適用臺灣的本土施工法，從船機設計、建造到海面上的架設施工，目的在於落實「風電工程服務在地化」。他認為，海床地質、颱風與地震等三項因素是臺灣風場特有環境，但目前常見的風機架設工法源自與臺灣環境截然不同的歐洲，令他動念思考，歐洲既有的船機設備和施工方法，能否完全移植至臺灣進行架設？
許金城自臺灣大學土木工程所畢業，專長特殊工程施工規劃設計、工法方案比較和價值工程分析。曾經參與臺北市環東快速道路跨越基隆河及麥帥二橋雙層鋼拱橋的鋼拱橋施工規劃及架設施工；臺北市舊中山橋橋面拆除工程及節塊河上運輸。臺灣高鐵 215 標預鑄場工程等；以及海上作業的金門跨海大橋整體施工規劃。也曾赴新加坡參與大眾捷運系統碧山車站興建工程的預鑄場規劃、預鑄構件生產製造等海內外多項大型建設。
約自 5、6 年前因緣際會接觸離岸風電，發現離岸風電除工程複雜性外，特別是海上風機架設與高鐵橋梁架設過程極為相似，施工步驟重複性高，非常適合發展系統工法。
考量臺灣特殊天然環境，本項工法以臺灣西部彰化、雲林外海為出發點，檢視風場地質、海床和潮汐颱風等自然因素，與一群專業人員共同努力歷時三年研擬出適合臺灣本土的「離岸風電海上風機整機架設系統工法」，並以「離岸風力發電機整機之架設系統以及桅拉平台船」為發明名稱，於 2022 年 12 月獲經濟部智慧財產局核准發明專利，推進臺灣本土離岸風電產業。
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許金城指出，他所設計係針對海面以上風機架設設計的本土工法，工法縮小了船機規模，因為船機規模縮小，使得本土造船廠都可以製造、維護維修，因此其造價將比目前工法使用的船機及碼頭設施可節省約 45～50％ 費用，大幅降低設備成本，且可以紓解預見的造船廠容量不足窘境，兼顧成本經濟性、操作安全性及維護管理方便性的施工方法，也比目前既有的歐洲工法更能機動適應多種海象氣候，便於颱風時節避颱等優點，更可降低地震對船機之影響，而這些工法上的改變，都將決定風場在建置過程海上風機組裝時船機設備的調度、運用以及營造成本和後續營運維護支出。
歐洲 v.s. 臺灣 工法哪裡不一樣？
歐洲是離岸風電發源地，經過數十年發展，當世界上第一個離岸風電場於 1991 年在北歐國家丹麥誕生，自此正式宣告離岸風電新興產業方興未艾。早期歐洲工法採用運輸、架設分離的分體安裝模式，運載船機和組裝船機為分離式獨立運作模式，由於風機規模小，適用於海床較淺且堅硬的風場。
爾後經逐步改良的施工架設工法，同時也是現行歐洲工方法為「運架一體、分體安裝」，其特色是運載船機與組裝船機設備及組裝所需功能全部集中於一身：吊臂、設備、機件全放在同一艘噸位約 12,000 噸、長約 140 公尺的巨型船隻上，能一口氣運載 3～5 組風機構件，運抵海面定點後，將船機柱樁下放並貫入海床當中，接著船機頂升離開海面之工法，船機配置的大型起重機依序進行組裝。但此種施工法其船機柱樁為擴座點承承載設計適用較堅硬的海床地質。一次載送多組風機組件，減少巨型船隻進出碼頭裝載次數，節省運輸成本，為此工法之優點。
「歐洲現有工法的船結構非常大，如果是在歐洲或者海床比較堅硬的地方，也許可以，但是在臺灣不見得適合。」許金城說道。加上目前國際上現有歐洲工法因大型船隻數量有限，能否在臺灣完成風場建造，又或者當船機發生故障問題時，需將船拉回歐洲維修才能返回亞洲繼續工程，這一來一往曠日費時又徒增成本。
臺灣離岸風場分布於西部海岸線，細究目前規劃第二期潛力場址及第三期區塊開發場址，主要位於彰化、雲林和臺中外海，本項工法系以第三期彰化、雲林外海自然環境風場為施工發想，據此發展適合該區域風場的施工新方法。著手規劃施工方法之前，研析海床地質地貌，是研擬因地制宜新工法重要工作步驟。經分析其海床地質屬於粉土質沉積軟弱地層，而此沉積軟弱的地層對船機柱樁承載有重大影響，許金城認為並不適用現行工法。
許金城以地形、地質、土壤、海溫海流、風速與風向、降水日數、颱風侵臺影響等幾大項目分析彰化、雲林沿岸自然環境。首先，彰化縣海岸早期受濁水溪、烏溪及部分大甲溪漂沙影響，形成隆起型沖積平原，海灘坡降極為平緩，加上潮差大，海岸潮間帶灘地寬達 3～5 公里，其海岸地質屬於第四紀沖積層，主要以沉泥質砂為主，夾雜沉泥質黏土或黏土質沉泥。另一方面，受河川流能改變，沉積物由粗到細，由於河道經常變遷，這也致使沉積物在水平或垂直方向都具有很大的變異性。再因彰化隆起的海岸平原係屬沖積層地質，以砂質土層及粉土層或黏土層為主，層次呈交互分布，深層砂土層中則偶夾有礫石，粉土、黏土層的層次較為複雜且不規律。土壤的生成也受大肚溪、濁水溪兩大流域沖積物來源與沉積方式之影響，綜合分析，臺灣西部風場地質屬於粉土質沉積層。而海床地質影響船機柱樁承載力，包括樁身摩擦力及樁點承載力，由於本地風場地質為軟弱沉積層，其點承之承載僅約為歐洲風場地質承載力的 5 分之 1 左右。總結來看，臺灣西部風場的自然環境條件，確實不適用現行歐洲工法。
另外，影響風電施工船機最重要的颱風季發生在每年 4～11 月間，其中又以 7～9 月份最盛。根據中央氣象局 1897～2012 年間颱風侵襲臺灣的路徑統計資料，包含直接或間接影響該地區的颱風路徑共計有 135 次，約占所有侵臺颱風比例的 27％。由於本土海床為軟弱沉積層，颱風來襲時，易瞬間造成船機柱樁與周邊土壤分離使得摩擦阻抗降低，一般船機遇颱風警報發布後須迅速停止操作，並駛離颱風圈避颱，此避颱行動勢必影響後續施工排程及進度。
最後，位處斷層地震帶的臺灣，終年有不定時、不同規模地震發生，船機設計須考慮地震對海床砂性地質之影響。風機海上組裝時係讓船機上升離開水面以上以避免海浪衝擊，唯其重心高、重量重，對船機穩定不利，同時地震之反覆橫力作用易造成船機柱樁樁底土壤液化而降低承載。
「颱風、地震、海床地質是與歐洲各地區的環境不同，實有必要為臺灣本土的離岸風電施工法提出解決之道。」許金城說，這些現況就是他著手研發本土工法時重要的考量。
因應臺灣自然環境條件的工法，許金城乃應用「借力使力、以小搏大」之力學技巧，即工法各項起重皆不採用傳統起重設備，而係利用工程界常用轉動斜拉工藝技巧以達事半功倍之效；船機設備採用運架分離、整機安裝，船機設備更為輕量，船機輕量化運輸船成本低、靈活度高，運載船機與架設船機各自獨力運作，也使得單一船機承載減低，同時船機柱樁採群樁設計，降低海床地層承載不確定性。
外國現階段工法使用約是 12,000 噸重的船機，許金城為臺灣因地制宜設計的工法船機，升降塔柱桅拉平台船預估約為 6,500 噸，等於是現有船機大小的一半。工法概念提出後，接著將著手於設計因應此工法所使用的船機，預計再耗時 2 年造船及 1 年認證，目標在 3 年以內實現構想，並將目標著眼於在臺灣第三期風場建置時採用此項本土工法，正式踏出離岸風電產業國造第一步。
因地制宜本土工法 兼顧經濟安全維修方便
在新工法縮小船機規模，採運架分離，減輕船體荷重工法概念下，船機設計更為輕巧，造價較低且建造期短，臺灣本地造船廠就有能力建造，便於後續維修作業，可省下既有大型船機需要繞地球半圈的維修麻煩。歐洲工法當中由於葉片高度與長度限制及機艙維修均須採用同等高度大型船機作業，增加維修成本，而本土工法的桅拉平台船亦可兼作未來風機營運各項維修的船機，不須另打造維修船機，直接降低營運維修成本。
由於本土工法船機採取群樁摩擦樁設計，降低單一柱樁過大承載，其他平台、船機、各項設備同時輕量化，同時船機結構設計可抵禦強颱，當颱風警報發布時，只須船機停止操作而不必勞師動眾派人將船機駛離現場，這也確保了運作維護便利性及工作人員生命安全。此外由於船機採運架分離，降低船機自重，轉接及桅拉平台重心較低，架設時風機部分重量係由風機機座承受，減少船機起重荷載重量。
船機平台輕量化自然使得施工操作更為靈活，運架分離後各項設備獨立運作各司其職，採整機施工減少人員高空作業。巧妙化解歐洲現行工法施工採運架一體，構件塔筒採直立置放運輸，構件直立重心不穩、船機易發產生差異沉陷及起樁困難的危險。
總結本項工法，與現行外國施工法在成本經濟性、維修方便性及未來發展性上皆具競爭力。許金城說，他的整體工法設計就是針對臺灣特有的軟弱地層，同時涵括後端的營運維修需求。他並且提及，當初在了解、認識離岸風電工法時參閱過工業局相關資料，發現整體風場的各項工項成本占比，其中風機架設的支出就占了整體工程的18%，比重是很高的。
他認為，離岸風電產業持續發展 10 年、15 年，相信風場規模、風機數量和風機的大小都會比現在更大、更多、更遼闊，考量現行工法使用的船隻數量，還有施工船期、後續營運維修，在在都顯示發展離岸風電產業國造在地化，勢必會是永續且經濟的好方法。雖然此項臺灣本土工法是以彰化外海環境為出發點，沒有計畫發展推廣到海外，但展望未來，此工法的船機設備輕量及普及化，國內造船廠可自行建造不需仰賴國外。同時新船機製造工期短、成本低，可紓減預期在 2026～2028 年海上吊裝期船機不足的壓力。同時本項研發工法相關船機設備對風機外觀尺寸規模兼容性高，有利發展大型風機之組裝架設。
而工法中升降塔柱桅拉平台船機未來可作維修船機，維持作業之一貫性，不必另尋維修船隊，有利快速發展臺灣本土風電產業鏈。
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