海面上的超大型离岸风机，是抵御气候变迁和提高能源自主的玛利亚之墙吗?
本文由第二期能源国家型科技计划(NEP-II)能源政策之桥接及沟通小组赞助，泛科学策划执行。
从千年前的风车磨坊，到今日海边偶尔可见的风力发电机。使用风力是个历史悠久且成熟的能量来源。而因应气候变迁的减碳需求，风力发电在发电过程中不排碳;建置完成后，又能自给自足不需仰赖进口，能降低国家对外的能源依赖程度。在未来几年内，风力发电必然是个需要积极开发的能源选项。
然而，风力发电因为利用风的能量，除了会有因风速影响而有不稳定的问题外，单一风机的功率也不高，需要建置多架风机才能对全国或较大区域的用电量有所帮助。
伫立海中的超大型风车
离岸风机原理很直观，实作略麻烦。目前的技术是利用深度在60m以内的海床，在海床上打入海底基桩，并在基桩上架设风机。同时也铺设海底电缆，并视状况来架设海上变电站与气象观测塔，最后将电缆连接回陆上变电站，并入陆上电网。
由于设置于海域上，对于空间需求与邻避效应的压力大大降低，因此可以兴建更大的风扇来取得更多电力，也可以增加兴建高度以避开受到地面磨擦力而减弱的气流。就 Vestas V164风力发电机来说，他的风扇直径长达164公尺，单一叶片的长度，就与A380客机的翼宽79.8公尺接近[5](50米级超大型巨人表示：________)，国际能源总署(IEA)更预估在2020年时，风机的直径将发展至252公尺。
从离岸风机的开发架设流程来看，开发单位首先须针对可能开发的地点，进行1-5年的开发前调查，此阶段的调查需要研究当地的风能状况、地震与台风等自然条件，评估如鸟类迁徙等生态特色，以及水下噪音、施工质量等环境影响;以及因地制宜寻找或设计适宜技术与设备。
当评估可行后，再进行为期1-2年的海床基桩、海底电缆铺设、风机与变电站安装施工。安装完成后的风机，还须持续提供如同汽车定期保养的「运维工程」，预计这些风机至少可使用20年。当然，当使用年限到了之后，这些离岸风机也需除役拆除，或是视情况重建或延役。
乐观成长的国际趋势
这些技术的进展与产业的成熟，伴随着对环境的重视与经济考虑的投资。近年来，全球陆域风力或是离岸风力都有着稳定的成长。全球风能理事会(GWEC)预估，2015-2018年间全球风力发电装置容量预计会有12-14%的年成长率[8]。离岸风力在2014年全球也有1713MW的新增装置容量，比起2013年有着24%的成长率。这些近年兴起的离岸风力，主要集中在欧洲与中国。其中排名前三名的英国、丹麦、德国，就占了全球总量的77%。
2014各国离岸风机装置容量排行
可以从这些名列前茅的国家，找到一些值得学习效法的特点：
英国
英国是世界上离岸风机装置容量最多的国家。估计在2020年时，离岸风机可提供英国17%的电力供应。他的首要优势来自于英国紧邻北海与大西洋，是欧洲风能潜力最佳的区域，英国贸易投资署(UKTI)预计在2020-2030年间，英国的离岸风机开发潜能将超过40GW。
在政策面的支持上，2012年5月，英国政府推出了管制传统石化能源、支持低碳能源的能源法草案[10]。经济层面上，也由政府出面修改电力市场机制、提供财务支持、并说服银行提高融资意愿，并规划绿色投资银行(Green InvestmentBank)来协助离岸风机业者取得资金。然而英国并没有制造离岸风机机组的产业，但英国本土企业利用过去强势海权而打下的海洋工程基础，在海事施工、海底电缆布缆与制造、整体工程承包监制上都有雄厚的经验与规模作为发展离岸的良好基础。
丹麦
丹麦是世界离岸风机装置容量排行第二的国家，早在1991年就兴建了世界第一座离岸风场 Vindeby Project[12]。丹麦也预计在2020年时，风力发电可达到全国50%的电力供应，甚至在2030年时淘汰燃煤与燃油，最终在2050年时，主要利用风力发电、生质能与其他再生能源搭配来达成完全使用再生能源的目标。
为了达到这样的目标，丹麦政府采用了多项措施来支持风力发展，例如政府的补贴计划与固定电价的趸购、离岸风机的招标与相关项目特许、建立更有效率的离岸风机招标程序已降低开发成本、建立连结德国与瑞典的新电网。预计风力发电的发展趋势，将由2011年时的3.95GW (约28%)。在2020年成长至5.45GW (约50%)的装置容量。
德国
德国在2010年4月，建置了首座离岸风场Alpha Ventus[16]，是全世界第12个拥有离岸风机的国家，因近年来发展迅速，离岸风机装置容量已跃升世界第三。但德国早在2000年通过再生能源法(Erneuerbare Energien Gesetz, EEG)时，就制定了离岸风机的固定电价收购制度(Feed-in Tariff, FIT)做为业者参与开发的诱因与保障。2002年1月，德国政府公布离岸风电发展策略(Strategy of the German Government on theuse of off-shore wind energy[17])，订定了离岸风力在2001-2030年间的发展目标，也明订离岸风机的开发原则应同时考虑经济与投资安定性、科技发展与适法性，并以不危害渔业、航运与自然生态为前提。
在陆续经过2001-2003的三座离岸风力研究平台完工;2005-2010 离岸风场Alpha Ventus的筹备与建造;以及2009年EEG修法提高FIT费率。历经10年的发展，最终使德国完成了离岸风力硬件架设、法规制定与FIT费率合理化、以及航运、渔业与自然生态监控评估等完整开发架构。
成功的关键因素是?
虽然各国自然环境、经济规模与政治形态不尽然相同。但从这些离岸风力发展领先的经验中，大致可以归纳出几点成功的关键因素：
1. 良好风场质量
兴建风力发电首要条件当然是良好的风场，例如英国就坐拥了欧洲风能潜力最佳的区域。而对于台湾来说，因有夏季西南气流与冬季东北季风的影响，在竹南到彰滨，以及恒春和澎湖沿海与海域均是良好的建置点，特别例如澎湖地区年平均风速更高达9.7m/s以上。
2. 风机技术研发与产业发展
风机技术的掌握与产业的建立，也有助于离岸风力的开发，甚至是成为重要的外销项目。以全世界的风机制造商来说，德商西门子(Siemens)在2014年就囊括了欧洲86%的离岸风机制造。
3. 基础技术与海事工程经验
离岸风机的海域开发技术门坎高，需相当倚重海事工程的技术与设备。就英国来说，虽然缺乏本土风机制造商，但既有海事工程与海底布缆的强大技术，是英国得以发展离岸风力的关键因素之一。然而各区域的海洋环境并不相同，施工质量与效率需仰赖在地团队的经验与设备投资。
4. 政策支持、经济诱因、合理FIT费率
再生能源由于初期投入成本较高，离岸风力这样的新兴技术也有比较高的风险与变量，更需仰赖政策的支持，以及政府对于合理电价收购的保障。然政策与经济层面有更多复杂面向需考虑，这可能还需要更多数据与讨论来设计出更合理的政策。
5. 环境影响评估与政策沟通
离岸风力的发展，也势必会造成一定程度的环境破坏。因此开发前期的环境评估、施工期间的监督，以及遇到冲突时的缓解措施和价值判断取舍更显重要。德国政府以「离岸风电发展策略」的制订来确立渔业和环境保护的优先。为缓解对渔业的影响，技术上也有学者提出结合海上养殖的多功能离岸风力来减低离岸风机对渔业的损失。
