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離岸風電船舶種類及其功能初探

撰文者:綠能科技產業推動中心技術發展組 林曉琪副研究員


是否曾在西部外海瞧見承載許多大型機具與設備的船舶?與一般船舶不同,為吊起達千噸的風力機組件,離岸風電工作船總噸位動輒千噸以上,風力發電機組、支撐結構、海底纜線、葉片等組件可毫無損傷的運送至預定施工場址,以及風場開發專案可如期完工,離岸風電船舶肩負重任。

大型船舶,猶如變形金剛

因應風場開發如調查、整理、施工與運維等階段,而有不同種類的離岸風電船舶來完成需求;以探測期為例,海洋地質探勘船可協助掌握土質結構與分析各類可能損害水下基礎穩定性的因素,又以施工期為例,海底岩石安裝船可預先減低海流或波浪對於水下基礎的侵蝕,使離岸風力機不因碎石撞擊與海浪沖刷而削減壽命。

圖、離岸風場開發流程涵蓋之船舶種類

資料來源:本研究整理(2019)


當開發商開展其專案時,船舶的調度安排,即為首要工作之一,因海事工程易受自然天候因素影響,僅能在特定的風速與波浪條件下作業,且船舶尚需仰賴專業的船長與船員方能駕駛與操作,動員費用極其可觀,因此鑒於降低開發成本的考量,某項船舶可能肩負多項工作。 


常見的離岸風電工作船舶大致可區分為探勘、安裝、運輸與支援四類,探勘類船舶如海底地形探勘船(Geophysical survey vessel)與海床鑽探調查船(Submarine drilling survey vessel),此類船舶在透過地球物理調查,瞭解海床情形與地質條件,協助風場開發商決定適當的基樁深度與型式,為確保開發場域調查完整,船舶需有足夠的甲板空間以容納側掃聲納、多聲束測深系統、地層剖面儀、動態定位系統與鑽探機具等設備。

圖、海洋地質探勘船大地能源號及其鑽井架台

資料來源:環島工程有限公司官方網站


安裝水下基礎、塔架、葉片等組件與鋪設海纜則需借重如起重船(Heavy lift vessel)與佈纜船(Cable installation vessel),起重船主要用於大型組件的裝卸,而佈纜船於船上設有專門的電纜艙,便於裝載各種不同規格的電纜,多會搭配水下遙控載具(Remotely operated vehicle, ROV)或犁埋機(Cable plough)以執行挖溝與鋪埋海纜。

圖、起重船(左)與佈纜船(右)

資料來源:楊德諾(Jan De Nul Group)官方網站 運輸類船舶如自升式起重平台船(Jack Up Installation Vessel)、駁船(Barge)與人員運輸船(Crew Transportation Vessel),其用以運送水下基礎、塔架、葉片等組件與運載施工或修護人員,其中自升式起重平台船兼具運輸與安裝功能,適合土質堅硬或水域較深之場域,當其抵達預定設置風力機的位置,可使支撐腳頂升,平台完全離開海面後,組件即可於平穩的作業平台上安裝而不受海浪影響。

  在離岸風場進入運維階段後,自升式起重平台船亦可承載維修風力機的機組與備品,避免風力機組件於駁運時產生額外的碰撞風險;相較自升式起重平台船,駁船及人員運輸船的排水量較淺,前者於施工船舶旁接力傳遞風力機組件,而後者則可將住宿於船上之作業人員安全送至施工或維修場域。



圖、自升式安裝平台(左)與人員運輸船(右)

資料來源:楊德諾與臺灣港務公司官方網站 拖船與警戒船等支援類船舶則扮演輔助角色,有時裝載風力機組件的駁船可能不具備推進能力,拖船即可成為駁船的主要動力來源,亦協助其定位,而警戒船則可確保其他海上交通工具不會無意中闖入危險的施工區域。


圖、警戒船(左)與拖船(右)

資料來源:EMS Maritime Offshore與MMA Offshore官方網站

雙重法規檢驗,保障人員與機具安全

船舶為高度系統整合的產業,數以萬計船用設備及零組件需先符合適用的法規及標準,如鋼鐵於製造過程中需符合焊接標準,使鋼鐵免受海水侵蝕的塗料需具有防蝕與防汙性能,以及無線電通訊設備則需具備電磁相容性(electromagnetic compatibility),以不至於造成對其他設備產生電磁干擾等;同時,船舶可能航行於酷寒或炙熱的嚴苛環境,因此船用設備及零組件必須具備環境耐久性(environmental durability)。


  「船舶檢驗」是對船舶及其設備的技術狀況加以檢查、審核、測試與鑒定的總稱,目的在保證船舶建造與運作的安全,大致包含船級檢驗(classification survey)、公證檢驗(notarial survey)與法定檢驗(legal inspection)三類。

所謂「船級檢驗」是依據驗船機構的規範與技術標準而定,屬自願性,船東可自由選擇驗船機構以確認航海設備滿足相關法規〔註1〕;「公證檢驗」是驗船機構按照客戶申請的項目,指派驗船師瞭解船舶狀況,大部分於租賃及損害賠償有關〔註2〕,「法定檢驗」則是根據國際公約或國家法律對船舶進一步加以檢驗,屬强制性,凡航行於或可能航行於國際線的船舶於船舶建造完畢即會申請檢驗以取得相關國際公約證書〔註3〕〔註4〕。


  除了需遵循國際要求以外,各國對於離岸風電船舶的法律規定亦不盡相同,如在國內施工的離岸風電大型船舶,尚需符合國內如船舶法、離岸風場建置及營運期間工作船航行安全規範、危險性機械及設備安全檢查規則、起重升降機具安全規則與升降機安全檢查等多項法規,且所有進入風力發電機組作業之人員必須持有受全球風能組織(Global Wind Organization, GWO)認可的訓練證照〔註5〕,藉此達成施工人員安全的雙重保障。


航向綠海,開啟海洋經濟新篇章

台灣四面環海,屬典型的海洋經濟體系,海運、經濟貿易及工業均與船舶產業息息相關,歷經百年努力,船舶產業於國內已有基本量能,為即早切入離岸風電市場,培養海事工程能量,政府攜手專業機構共同研究施工與運維階段相關船舶與機具設備的關鍵技術,且已有顯著成果,例如船舶動態定位系統的開發可應用於如落石船、佈纜船等需精確定位之各式工程專業船舶,有助降低離岸風場建置及維運的成本,又如高耐海性人員運輸船使施工人員在較大風浪中仍能安全下上塔,為施工人員的安全提供多一層保護。


  船舶產業所涉及領域甚廣,如船舶於航行過程中若海洋氣象或航海條件不佳,通訊系統即可避免船員面臨生命的威脅,而艤裝更涵蓋如救生、通風、空調、消防、冷藏等可確保船員安全的配備,做為國內重要傳統產業之一,在離岸風電在地化政策的推動下,船舶產業實為發展海洋工程設施及裝備的重要環節,亦間接帶動艤品及船舶裝備業的興盛,再者,一項可稱為充分規劃的海事工程計畫,除了事前評估施工方法的可行性與風險以外,尚包含施工方法使用的機具,大型船舶的適當選用即為其一,而國內船舶產業藉由參與離岸風場開發以累積施工經驗,可使海洋工程與能源產業穩健邁進,拉起海洋經濟新篇章之序幕。


本文所提及之註解說明

註1:公證檢驗其檢驗內容可不限於船舶,船舶、機械或其他設備的買賣合約、船舶係以何種國家標準檢驗、船舶買賣前之評估、適航證明等,凡船東認為有其必要之,均可向驗船機構申請公證檢驗。


註2:屬中華民國籍之船舶須通過法定檢驗,船東檢附國際公約、船級、國籍、船舶噸位、船舶登記、船舶載重線、船員適任性及體檢證明與最低安全員額等多項證書後,即可向驗船機構申請檢驗。


註3:主要國際公約與內容概述如下。

(1) 國際載重線國際公約(The International Convention on Load Lines):此國際公係規定船舶需依其噸數於船身標示載重線,船舶裝載重量不可高於載重線以落實航行安全。

(2) 海上人命安全國際公約(International Convention for the Safety of Life at Sea):此國際公約針對船舶救生設備數量、無線電通信裝置、貨物運送管理與其它應特別加強的安全措施等項目以保障船員安全。

(3) 防止船舶污染國際公約(International Convention for the Prevention of Pollution from Ships):此國際公約限制不同船舶可排放之汙染物,以保護海洋環境不受石油、空氣與其他有害物質的污染。

(4) 船舶噸位丈量國際公約(International Convention on Tonnage Measurement of Ships):此國際公約為船舶噸位制訂丈量的規則與原則。


註4:全球風能組織(GWO)由17個開發商及運維商組成(如西班牙再生能源公司Acciona、德國電力公司E.ON、德國能源公司Innogy、丹麥Ørsted以及風力機製造商Enercon、Siemens Gamesa、MHI Vestas與GE等均為成員),屬非營利機構,致力於為風電產業訂定安全與技術國際標準,其於2012年首發布五大基礎安全訓練(Basic Safety Training, BST),隨後於2017年發布基礎技術訓練(Basic Technical Training, BTT),目前全球共270個據點可供風電產業工作者接受培訓。



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