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風能 專題分析

負壓式沉箱水下基礎(上):技術介紹

April 27, 2022 Wind InfoLink

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負壓式沉箱水下基礎將於台灣亮相

沃旭能源大彰化西南第二階段及西北離岸風場於 2022 年 3 月 2 日通過環境差異分析報告審查,變更項目包含風機大型化及增設負壓式沉箱水下基礎(Suction Bucket Jacket, SBJ),計畫於部分區域引進負壓式沉箱水下基礎相關技術。由此一來不需使用打樁工法來進行安裝,能夠降低水下噪音,減少水下基礎安裝工程對海洋哺乳類動物的影響。

負壓式沉箱水下基礎介紹

SBJ 是由底部開口的鋼製圓桶及頂蓋組成,其原理為利用沉箱自重及沉箱的內外壓力差以貫入海床,沉箱首先藉由本身重量下沉,抵達海床一定深度時,透過抽水設備在沉箱及海床間的密閉空間進行抽水來產生負壓力。這時海床亦會產生阻力,包括沉箱裙翼內外壁的摩擦力及尖端阻力,當沉箱自重及負壓大於海床阻力時,基礎即能順利貫入海床。而 SBJ 能以單腳或多腳形式使用,取代三腳及套管式的基樁。

然安裝沉箱基礎前需進行縝密的工程分析及計算,土壤條件對於阻力計算則有很大的影響,因此在前期的評估需將滲流力納入考量。舉例來說,滲透性較高或顆粒較大的砂土會導致海水往沉箱內部滲流,降低沉箱下沉受到的阻力,使沉箱貫入速度過快,可能導致鋼桶產生挫曲,此時則需調整鋼板的厚度。純看土壤條件的話,負壓是沉箱技術在軟弱黏土層以及低強度之土層中較能達到良好的效果。

安裝不須打樁,退役後易於拆除

相較於根樁式水下基礎,SBJ 具備以下優勢:

  • 施工過程不需大型打樁機具

  • 可於陸上先行施作,減少海上作業時間

  • 幾乎無噪音,對海洋生物相對友善

  • 運用下沉原理,拆除時透過增加基礎內部的壓力即可使基礎脫離海床土壤,能夠完全移除

SBJ 無論是在安裝或拆除上皆相對容易,成本也較低廉,亦能實現永續生態發展。

以下為各類型水下基礎的比較圖:

各類型水下基礎比較圖

結論

目前 SBJ 在全世界僅有幾項風場實績,設計及安裝經驗不足及成本尚未達到規模經濟等皆是其現階段的發展限制。不過考量環境永續意識逐漸抬頭,SBJ 在安裝及除役上具備環境友善一大優勢,未來將有機會成為主要水下基礎型態。

資料來源

Martin Achmus、Christian Schroeder、郭玉樹、陳克維 (2014). “離岸風機負壓沉箱基礎之基本設計概念” 地工技術, 2014年12月號, No. 142, pp.35-42.
鄭偉成、林曉琪 (2019). “離岸風力機的雙腳─水下基礎技術簡述” 能源資訊平台
郭玉樹、林啟聖、楊捷有、陳威廷、許家維 (2019). “不同安裝流量對負壓沉箱基礎抗拉拔承載力之影響” 臺灣能源期刊, 第六卷第三期, 第257 – 268頁, 中華民國108年9月
經濟部能源局

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