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 。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，成為能源轉型計畫的重點。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。因風力渦輪機位於遠離海岸的地方，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。以下將摘述浮動式離岸風電整合儲能系統及氫氣生產，並提出蘇格蘭的實際案例。

二、浮動式離岸風電與儲能及氫氣製造的整合應用
(一) 浮動式離岸風電整合儲能
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 ：此應用係利用深海中海水的靜壓效應，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。接下來，將進一步說明浮動式離岸風電整合氣氣生產相關成本、運輸，以及選址考量等面向，並介紹實際案例。

(二) 浮動式離岸風電與氫氣製造技術的整合
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1,100-1,300 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，並克服海水淡化、氫氣儲存與壓縮等技術挑戰。

1.綠氫成本
目前阻礙綠氫部署的關鍵障礙為生產成本較高，其成本主要取決於2個變數：再生能源電力成本，以及電解槽(主要包括：鹼性(alkaline),、質子交換膜(Proton Exchange Membrane, PEM)、陰離子交換膜(Anion Exchange Membrane, AEM)、固態氧化物(solid oxide))的資本成本。

電解槽成本目前較高 (1,000美元/kW)，但隨著規模經濟的實現和技術進步，預期未來成本將顯著降低，使其更具競爭力。IRENA預計到2050年，由於電解槽成本降低以及電價下降，將使綠氫每公斤成本低於1美元，此將低於難以減排產業其他低碳替代品的成本。

另外，氫氣的能源均化成本( Levelised Cost of Hydrogen, LCOH)為衡量氫氣作為能源載體的成本競爭力指標。LCOH為總資本支出加上營運支出後，與總氫氣產量之間的比率。因此，氫氣的年產量和成本為生產綠氫的重要考量因素，其生產可能為利用單一再生能源技術連接電解槽製氫；亦有可能為採用混合系統(其中1種或多種發電系統為再生能源技術)，為電解槽供電製氫。

根據IRENA的能源模型，到2050年個別國家的綠氫生產系統，其全球LCOH將達到生產每公斤氫氣1.5美元(LCOH若能低於生產每公斤氫氣2美元 即可滿足預測模型中的氫氣需求)。

2. 綠氫運輸
在IRENA 2050年1.5°C情境中，55%的綠氫將透過管道運輸，另有45%將以氨的形式經由航運運輸，用於化學肥料和合成燃料的生產。然而，減少運輸需求可提高能源效率，並可透過在氫氣需求點附近部署再生能源發電實現。

承上，浮動式離岸風電的氫氣運輸應先行評估靠近風場所在地沿海地區的氫氣需求，確定氫氣需求後，再行決定適合的運輸方式(例如：透過管道或船舶運輸)。

3.整合浮動式離岸風電和氫氣生產
由於離岸風電具高容量因素，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。

透過連接風力渦輪機與電解槽，可整合風電製氫。此外，氫氣本身可用氣體、液體或有機載體(例如：氨和甲醇)的形式儲存，目前正在探索的整合氫氣製造的配置方式如下：

(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。

4.選址考量因素
(1)計畫所在地可獲得低成本的再生能源電力：低成本的再生能源電力為LCOH的關鍵部分，如海岸的距離、水深和容量因素將影響可使用的海上技術類型、安裝成本、以及營運和維護支出。

(2)電解槽：電解槽(質子交換膜、鹼性、固體氧化物)、海水淡化系統和壓縮機的選擇及運作效率皆會影響氫氣生產的數量和品質。

(3)需靠近氫需求中心：選址應在靠近氫需求中心的地區，這不僅能優化供應鏈，還能通過利用現有基礎設施實現規模經濟，從而降低整體成本。因此建議在海上製氫中心可結合藍色經濟，選在近海水產養殖、港口附近。

(4)實例分析：蘇格蘭氫骨幹連結項目(Hydrogen Backbone Link project, HBL project)
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(每立方公尺 1,000-2,000瓦）。蘇格蘭也是世界上第一個商業浮動式離岸風電場Hywind Scotland的所在地。

蘇格蘭能源轉型計畫包括成為綠氫淨出口國，訂定目標到2045年每年向歐洲出口94TWh。為了整合離岸風電與綠氫發展，蘇格蘭實施氫骨幹連結(HBL)項目，部署氫氣出口基礎設施。目前HBL採用管道方式運輸海上生產的氫氣，並連接英國和歐洲的用戶。報告中針對HBL項目海上氫氣管道系統，列出關鍵技術評估如下：
A.運輸管道：由於目前並無海上氫氣管道，儘管可重新利用現有天然氣管道，這可能會面臨技術挑戰，特別是管道需要承受氫氣運輸過程中的高壓，並符合相應的法規要求。

B.閥門：閥門為確保氫氣輸送安全的重要管路零組件，根據HBL項目評估，目前用於天然氣管道的閥門也可用於輸送氫氣。

C.壓縮系統：由於氫氣的低體積密度要求高效的壓縮系統，建議使用活塞壓縮機或往復式壓縮機，以確保在運輸過程中保持足夠的壓力並降低運輸成本。

D.氫氣儲存：目前最常被採用的氫氣儲存形式為低溫液體儲罐，但目前市場上尚未大規模應用。目前鹽穴和海底儲存技術尚處於初期研發階段，需要克服的挑戰包括材料選擇和儲存系統的長期穩定性。

E.安全系統：為確保氫氣的安全運輸，需進一步完善檢查制度和氣體測量系統，並通過技術創新提升安全系統的可靠性。