｜離岸場址風力機安全之風況條件評估

摘要：風力機因環境條件不同影響會影響其負載、耐久性和運轉等問題，每個外部環境條件可分為正常條件及極端條件，取決於風力機設置之場地或場地種類。為了瞭解特定離岸場址風力機安全條件，本研究使用嘉義外傘頂洲風能觀測站資料進行80m輪轂高度之場址條件分析以及風況模型分析。評估結果顯示此場址平均風速為8.01 m/s、50年極端風速為38.0 m/s、平均風切指數為0.08、平均擾流強度為9.6 %（at 15 m/s）、有效擾流強度為12.5 %，其擾流強度均小於IEC61400-1。

Abstract: Due to the different effects of the environment conditions will affect the loading, durability and operation of wind turbines. Each type of external condition may be subdivided into a normal and an extreme external condition. The external conditions are dependent on the intended site or site type for a wind turbine installation. In order to study the safety conditions of wind turbine in the specific site, this paper will be described for the site-specific assessment and analysis by wind observation station data in CHAYI offshore site. The results of average wind speed is 8.01 m/s, the extreme 10-min average wind speed with a recurrence period of 50 years is 38.0 m/s, the average power law is 0.08, the average turbulence intensity is 9.6 % (at 15 m/s), the effective turbulence intensity is 12.5 %, and the turbulence intensity is lower than the IEC61400-1 standard at 80 m hub height.

關鍵詞：風能評估、離岸、風力機

Keywords：Wind Resource Assessment, Offshore, Wind Turbine

前言
影響風力機運轉有諸多因素，包括風況條件、天候狀態（雪、冰等）、地震及電網狀況，因此每種外部條件可被細分為正常或是極端條件，正常的外部條件通常被視為與結構長期負載與操作條件有關，而極端外部條件雖然發生機會不多，但是仍為潛在重要性的設計條件，所以風力機設計負載模型必須包括這些外部條件與風力機運轉模式的各種組合，根據風力機的等級，正常與極端條件將被考量為設計條件，而外部條件可取決於風力機設置之場地或場地種類。

風力機等級係以風速及擾流參數定義之，其風速與擾流參數數值旨在表示多種不同場地之特徵值，而非提供任何特定場地之精確描述。分級之用意在於涵蓋大多數之用途，其目的在於以風況條件控制各種堅固程度達到風力機分級，表1為IEC 61400-1[1]與IEC 61400-3[2]中定義風力機等級之基本參數，其中S等級係針對特殊要求所定義，所選擇之數值應反映出較風力機之使用環境中所預期更為嚴峻之狀況，例如颶風及颱風等熱帶風暴中之風況。

臺灣地區西部海域具有風力資源優、水深淺、颱風直接侵襲機率較少、地震發生機率較低等優點，是臺灣最適合發展離岸風電場的區域[3]，其中颱風期間的風況條件可能會造成擾流不穩定，但是相對地也是造成風力增強的原因之一。丹麥RISO針對1947年至1991年間所發生之128個侵臺颱風最大十分鐘平均風速資料以及日本氣象廳之氣象網格資料進行模式分析，其結果如圖1所示，臺灣西部海域10 m高之極端風速值約為45-55 m/s。本研究利用氣象局局屬測站（大約10 m高，1970-2011年）以及風能觀測站（A站60 m高：2006-2008年、B站60 m高：2006-2007年、E站60 m高：2007-2011年、G站60 m高：2008-2009年、H站49 m高：2005-2007年、J站52.1 m高：2010-2011年）數據資料，採用Gumbel distribution[4]分析法推估80 m高之50年再現週期極端風速值，結果如圖2所示，臺灣西部沿海與澎湖離島具有28.6 m/s（A站）至60.1 m/s（J站）之極端風速值，因風能觀測站之數據資料僅有2年時間，以此法推估50年再現週期之極端風速可能有高估現象。為了更瞭解臺灣西部離岸風場風況條件其適用的風力機安全設計條件，本研究採用嘉義外傘頂洲風能觀測站60 m高之觀測資料進行離岸場址之正常風況與極端風況模型評估。