一、前言
2023年於杜拜舉辦的第28屆聯合國氣候變化大會(COP28)中，締約國承諾到2030年較2022年提高3倍再生能源裝置容量及2倍能源效率 ^[1]。2023年再生能源占新增發電容量87%，占全球發電裝置容量43%，創下年度紀錄。其中離岸風電因具備高容量因素和競爭力，成為各國能源轉型計畫的重點，各國離岸風電政策目標如圖一。截至2022年離岸風電總裝置容量為63GW，但若要實現在本世紀將全球平均氣溫上升限制在工業化前水準的1.5°C以內，全球離岸風電總裝置容量到2030年需達到494 GW，到2050年則需達到2,465 GW。

浮動式離岸風電具有極大的發展潛力，尤其是在深水和遠離海岸的地區，其社會接受度較高。目前全球浮動式離岸風電產業仍處於初期萌芽階段，英國、法國、美國和日本正積極推動建置浮動式離岸風電。截至2023年，全球浮動式離岸風電的營運容量約為270MW。

此外，浮動式離岸風電優異的發電能力可與其他系統進行整合，例如：利用多餘的風電生產綠氫。目前國際上已有機構及財團正在進行試驗，主要研究重點為在海上安全地生產氫氣，並試驗將氫氣運送到陸地上的最佳方式。以下將摘述對於浮動式離岸風電過剩電力的整合應用，包含儲能解決方案及整合氫氣製造應用，並進一步簡述整合製氫應用的發展潛力、面臨的挑戰及國際發展案例。

二、儲存浮動式離岸風電過剩電力解決方案
當離岸風電出現電能過剩、風速條件非常低或過高不適合發電，或進行設備維護時，建議採用儲能方式來平衡電力供應和需求。此新興領域已有離岸風電業者開始探索可在海上實施的解決方案如下：

1.海底儲能 ^[2]
此應用係利用海水的靜壓效應，在足夠水深的地方安裝空心混凝土球體。當需要儲存電力時，利用浮動式離岸風電剩餘電力驅動水泵，將水從混凝土球體中抽出，形成一個真空狀態。需要產生電力時，則將海水利用海底靜壓的作用流入球體，推動渦輪機發電。

2.電池儲能系統
在風力渦輪機或風電場中安裝電池儲能系統，提升電壓穩定性，還能抑制電力震盪，進而改善風力發電的動態特質。

3.氫氣儲能
利用離岸風電生產氫氣，可有效利用多餘的電能，提供輔助服務。此外，在海上的浮動式離岸風電場直接生產氫氣，可替代從海上傳輸電力到陸地的供電途徑，進而減少供電損耗，並提升整體效率。

三、浮動式離岸風電與氫氣製造的整合應用
(一) 綠氫需求
為了達到2030年和2050年全球能源目標，建立符合1.5°C情境的能源系統，IRENA強調須增加再生能源裝置容量、改善能源效率，並從目前由化石燃料提供的能源服務過度為利用再生能源進行電氣化。然而，並非所有的能源服務皆可實現電氣化，因此，利用再生能源電力生產綠氫，被視為難以減排產業進行脫碳的重要途徑，預計到2050年，氫氣及其衍生物(如氨和甲醇）將占全球最終能源需求的14%。

另外，由於目前氫氣生產活動的全球排放量相當於1,100至1,300 Mt二氧化碳，因此，需改善氫氣生產途徑，迅速擴大綠氫規模，其主要的關鍵途徑為電解。到2050年，全球電解槽容量需增至5,700 GW以上，才能滿足全球部署綠氫需求。

(二) 浮動式離岸風電和製氫
由於離岸風電具高發電容量因素，再加上離岸風電結合氫氣生產具規模經濟效益，因此離岸風電逐漸被視為生產氫氣的創新途徑。在應用上，浮動式離岸風電生產的氫氣可直接供應沿海地區，特別是水產養殖與海水淡化等系統，這樣的應用場景能提高能源供應效率，並減少傳輸過程中的能量損耗。

1. 整合方式
(1)結合岸上電解槽：將離岸風力產生的電能傳輸到岸上變電站，並利用岸上的電解槽生產氫氣。

(2)集中電解槽於離岸平台：將離岸風力產生的電能傳輸至海上平台，該平台上設有集中式電解槽進行氫氣製造，並透過管道或船運輸氫氣至岸上。

(3)離岸風電整合電解槽：將小型電解槽直接安裝在離岸風電的渦輪機上，進行現場生產氫氣，並透過船舶運輸。

2. 整合的挑戰
浮動式離岸風電與製氫整合應用展現巨大潛力，但製氫及運輸到岸的技術仍處於起步階段，需進一步研究潛在的安全隱患及監管架構。以下說明浮動式離岸風電與製氫整合的挑戰：

(1) 成本限制
浮動式離岸風電相較太陽能等潔淨能源的發電成本更高，且結合製氫設備後，尚需要氫氣儲存和運輸等額外增加的資本支出。然而，浮動式離岸風電具有非常高的發電容量係數，將可降低氫的均化成本。

(2) 基礎設施限制
電解槽：包含電解槽對海洋環境的適應能力，例如建設大量的海水淡化設施來供應電解過程中所需的純水。

儲存設備：因為氫氣能量密度較低，儲存氫氣需要較大型的設施，對於空間有限的近海環境，儲存空間成為一大挑戰。此外，氫氣的液化與壓縮需要大量能源，以及可承受高壓的儲存容器材料，增加了系統的複雜性。

運輸技術：現階段研究方向以利用現有天然氣管道進行氫氣傳輸為主。然而，尚存在技術和法規上的挑戰。以經濟海域範圍估算，浮動式離岸風電管線最長可達370公里，隨著傳輸距離增加，需增設壓縮機來保持足夠的傳輸壓力，這也將提高成本。此外，氫氣能量密度高且極易揮發，容易引發火災事故，且易腐蝕管道中的焊接點，導致系統故障。

(3) 監管架構不明確
現有的監管架構尚未對離岸製氫進行充分規範，更明確的監管制度有助於降低初期投資風險，推動產業發展。

(三) 國際案例
1. 蘇格蘭氫骨幹連結計畫(Hydrogen Backbone Link project, HBL project) ^[3]
在歐洲，蘇格蘭擁有最高的離岸風電容量係數(60%)和功率密度(1,000至2,000 W/m3），也是世界上第一個商業浮動式離岸風電場Hywind Scotland的所在地。蘇格蘭目標到2045年成為綠氫淨出口國，並每年向歐洲出口94TWh。因此，蘇格蘭實施氫骨幹連結(HBL)計畫，整合離岸風電與綠氫生產，並促進氫氣出口基礎設施發展。該計畫評估海洋專用氫氣管道連接至英國和歐洲的運輸路線，並確定最先進、最合適的管道零組件(如閥門、材料、壓縮系統等技術)，以安全有效地運輸氫氣。計畫中已確立到德國的最佳路線和新建管道的選項，該路線鄰近北海多個離岸風場，提供未來整合離岸風電與製氫的發展潛力。

2.德國H2Mare計畫 ^[4]
H2Mare 是德國聯邦教育及研究部(Federal Ministry of Education and Research, 德文簡稱BMBF)正在進行的三大氫能旗艦計畫之一，旨在整合離岸風電與製氫，促進離岸氫能的生產與應用。計畫包含開發可適應海上環境的質子交換膜(PEM)電解槽零件或設計，以及供應離岸電解所需的海水淡化技術和儲存產氫的水處理技術；用於離岸製氫的新型風力發電機；開發更多在離岸生產Power-to-X產品(如甲烷、甲醇和氨)，包含直接從空氣或海水中提取合成所需的水、二氧化碳和氮氣，以及直接海水電解技術。
 

[1] 科技發展觀測平台(2023)，IEA2023年更新全球淨零路徑圖。https://outlook.stpi.narl.org.tw/index/focus-news/4b1141008ba8f7a0018bd184b9bb1424

[2] 海底儲能https://www.iee.fraunhofer.de/en/topics/stensea.html

[3] Net Zero Technology Centre, Net Zero Technology Transition Programme- Hydrogen Backbone Link. https://energycentral.com/system/files/ece/nodes/627253/nztc-hydrogen-backbone-link-brochure-1.pdf

[4] BMBF, Hydrogen Flagship Projects. https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/projects/h2mare