2022.06.22 - 技術研發

負壓沉箱基礎耐震測試完成!無打樁噪音且除役可完全移除 By 郭品琤

郭玉樹教授與此次試驗所使用的基礎模型。圖片來源:WindTAIWAN

 

隨著全球離岸風電發展,除了風機大型化的趨勢外,也有不同型態的水下基礎研發。除了將風場開發向深水區拓展的浮動式基礎外,對環境更加友善的「管架式負壓沉箱基礎(Suction Bucket Jacket,SBJ)」也是十分受到注目的技術。離岸風電產業在設計和安裝 SBJ 的經驗有限,且在台灣的應用,又面臨到地震以及土壤條件與歐洲地區不同的挑戰。

國立成功大學水利及海洋工程學系郭玉樹教授,以及沃旭能源攜手進行的「管架式負壓沉箱基礎之振動台試驗(SBJ shaking table test)」於 21 日在成大進行發表會。郭玉樹教授與 14 位大學部、研究所的學生,耗時數個月共同完成全球首座模擬 SBJ 的耐震測試。此次模擬測試採用高達 4 公尺,1:47 符合真實風機基礎比例的模型,利用在沉箱中抽水產生壓力差的技術,讓 SBJ 的三座沉箱一同緩緩地貫入模擬海床的砂箱中。郭玉樹教授說,此次模擬除了實驗也涉及數值模擬等不同領域,是需要跨領域合作的大型試驗。且單次實驗所需要的砂土重達 16 公噸,自去年 12 月起,共進行了 5 次動態試驗,規模相當龐大。


小型 SBJ 模擬試驗。圖片來源:WindTAIWAN

研究結果顯示,SBJ 具有「耐震」及「抗土壤液化」能力,且此一試驗模擬的條件十分嚴苛,一是高達 80 公尺的液化砂土層(一般土壤液化不會發生在深度超過 30 公尺以下的土層);二是施加 50 年發生機率為 10% 之地震(對應回歸期為 475 年),在此條件下 SBJ 仍提供風力發電機足夠的穩定度,也有助於未來 SBJ 在台灣的應用。

郭玉樹教授指出,相較於歐洲黏質、穩定的海床條件,台灣海峽因台灣多雨、河川大量沖刷、砂土持續進入,土壤條件十分複雜,也無法沉積出穩定的海床,容易導致土壤液化、建物下陷。此次實驗正面的結果,證明 SBJ 的耐震、抗土壤液化的能力,足以應用於台灣海峽的風場建置中。郭教授也補充:此次與沃旭的合作,最難得之處在於取得機密的「真實數據」,包含風機比例、土壤地質調查等等,對於此次研究而言十分重要。

郭玉樹教授與研究團隊。圖片來源:WindTAIWAN

沃旭專案開發總監高傳勝也表示,SBJ 具有「無打樁噪音」以及「除役後可以逆轉工法完全移除」兩大特點,對環境、風場除役後海域的應用都具有相當大的優勢。2014 年沃旭在德國 Borkum Riffgrund 1 離岸風場的風機安裝了世界首座 SBJ 水下基礎,未來也會持續引進對環境有益的新技術進到台灣。

 

管架式負壓沉箱基礎優勢

  • 雖然沉箱基礎直徑比基樁大,但埋置深度大幅減少(沉箱高度約落在 15 公尺左右),對海床侵擾較小
  • 具有減少水下基礎鋼材用量的潛力
  • 無需打樁,安裝方式大幅降低水下噪音及施工引起的海床震動,減少生態衝擊
  • 無滑樁可能性
  • 除役後可完全移除,回復海床地貌,不影響環境以及後續海洋工程
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