狂風下的光電場|迎向極端氣候,如何強化韌性、確保供電穩定?

丹娜絲颱風的強大風力,讓屋頂掀開、電線桿折斷、部分光電案場也因此受損。政府針對建築物有訂定耐風設計的規範,是否適用於光電設施?做為能源的基礎設施,光電場應該如何強化安全與韌性,以及極端氣候的挑戰?

7月6日丹娜絲颱風由台灣海峽北上,狂風猛烈襲擊西南沿海鄉鎮。兩週過後,走進台南臨海漁鄉,仍是一片狼藉。房子屋頂被掀起、電線桿整排被吹倒、攔腰折斷,還有貨櫃翻倒進魚塭。漁民楊惠欽說,颱風當晚幾乎是爬著回到工寮,在七股從事養殖四十多年,第一次經歷這樣的風災。

漁民楊惠欽說,在七股從事養殖四十多年,第一次碰過這麼大的風。

極端氣候是否造成風速改變?

陽明交通大學土木工程系副教授單信瑜表示,統計近30年侵台的颱風,發現平均風速雖然是在降低,但是極端風速卻是增加,尤其是在台灣西部。

台南市七股區在丹娜絲颱風侵襲期間,瞬間風速達到16級,沿海社區有一半以上屋頂被掀翻,而這裡也是光電案場最密集的地方。大部分地面型案場受損狀況還算輕微,比較嚴重的是水面型案場,颱風過後十多天,還可以看到工人在場內清運破損的光電板。

台南七股區水面型案場受損嚴重,颱風過後十多天,可以看到工人在場內清運破損的光電板。

水面型光電受損最嚴重的嘉義新塭滯洪池,裝置容量總共35.5MW,這次受損範圍在15到20MW之間,損失超過一半以上。滯洪池裡的光電板碎裂嚴重,但還看得到原本的錨定裝置。業者派出近百位人員徒手搬運損壞的光電板,再由怪手清運到卡車上,送到暫存區,在20天內清完滯洪池內五萬片破碎光電板。另一處嘉義義竹龍蛟村的滯洪池,光電板被吹到整個捲曲擠壓,看不出原本錨定的位置,受損光電板有兩萬八千片,清運進度緩慢。

嘉義新塭滯洪池的水面型光電受損嚴重,業者派出近百位人員徒手搬運損壞光電板,在20天內清完滯洪池內五萬片破碎光電板。
嘉義義竹龍蛟村的滯洪池,光電板被吹到捲曲,整個擠壓在一起。

經濟部能源署表示,這次受損光電占全台灣光電總裝置容量的0.4%,根據地方政府及業者回報,受災案場有33件,其中嘉義13件,台南20件。若按照類型區分,屋頂型占8%、地面型占30%、水面型則占63%。(相關新聞:嘉義2滯洪池光電板被颱風掀翻 專家:受損規模對發電影響不大)

光電系統的設計和用料 影響結構安全重要因素

光電案場受損除了自然因素,也有結構設計上的問題。台南北門一處漁電共生案場,鄰近海堤這一排光電板明顯受損,邊緣支架全部呈現下壓狀態。淡江風工程研究中心兼任助理教授傅仲麟表示,在大型光電案場中,最外圈的太陽能板是最危險的,因為它承受的風力可能比中間的區塊大50%。所以在做光電系統設計時,最外圈結構應該要特別加強。

台南北門一處漁電共生案場,鄰近海堤這一排光電板明顯受損,邊緣支架全部呈現下壓狀態。
淡江風工程研究中心兼任助理教授傅仲麟表示,在大型光電案場中,最外圈的太陽能板承受的風力可能比中間的區塊大50%。

在屋頂型光電的部分,部分禽畜舍在架設光電板時,已經加強結構安全,風災損壞相對輕微,但有些建築物本身結構不良,像台南七股一所廢棄國小,因為屋頂坍塌造成光電板變形;另外像台南北門一座禽畜舍,屋頂上方的光電板也被強風吹落到附近農田。

台南七股一所廢棄國小,因為屋頂坍塌造成光電板變形。
台南北門一座禽畜舍,屋頂上方的光電板被強風吹毀,碎片掉落到附近農田。

支架的材料也會影響光電設施的抗風能力。台灣防災產業協會常務理事姚大鈞表示,相較於鋼材,光電支架如果使用鋁架,強度會隨時間不斷下降,五年的支架,強度和十年、二十年的完全不同,因此材料也是影響結構安全的重要因素。

台灣防災產業協會常務理事姚大鈞表示,鋼的強度,就算經過幾次的應力變化後,它最後會形成一個穩定的質(藍線),但是鋁的部分就會不斷地下降(紅線)。

颱風災損占光電保險理賠的最大宗 耐風設計怎麼做?

光電場因為颱風受到毀損並不是第一次。2015年蘇迪勒颱風來襲時,強風造成許多案場受損,保險公司對光電受損理賠金額將近一億。台灣防災產業協會根據保險事業發展中心2013年到2022年的理賠資料做成建議報告,發現颱風是光電事故理賠最主要的原因,占理賠總額的48.2%。

台灣防災產業協會根據保險事業發展中心2013年到2022年的理賠資料發現,颱風是光電事故理賠最主要的原因。

協會研究也發現,當風速達每秒20公尺,69%的光電設施會發生損失,風速達每秒33公尺時,則有92%會發生損失,風速越高,損失越大。而這次台南、嘉義的瞬間最大風速達到每秒40公尺,已經超過光電損失的臨界風速。

這次丹娜絲颱風侵台,台南、嘉義的瞬間最大風速,達到每秒40公尺。資料來源/姚大鈞

跟耐震一樣,建築也有耐風規範。內政部在2015年就公告《建築物耐風設計規範》,因應每個地區的氣候條件,訂出不同的耐風設計標準,但是光電設施並沒有被涵蓋在這個範疇。為了確保光電設施的安全性,內政部建築研究所在2019年,曾針對光電耐風設計規範進行研擬,成果也在2022年被經濟部標準檢驗局引用,做為 CNS 16189「太陽光電發電設備之設計風載重估算指引」,但這只是給結構技師做參考,並沒有強制性。

根據目前《電業法》相關規定,光電場在申請施工許可時,要提送工程計畫書,其中包含技師簽證的結構計算書,完工後要提供結構安全證明,包括嘉義新塭等水面型案場也都有技師簽證。但是光靠技師把關,足以確保光電案場的安全嗎?台灣防災產業協會常務理事姚大鈞認為,光電設施會面臨各種不同的災害因子,光靠土木技師或結構技師檢核不夠完整,應該有更全面的風險管理機制。

台灣防災產業協會常務理事姚大鈞認為,光電設施的災害因子很多,光靠土木技師或結構技師檢核,其實不是十分完整。

光電業者陳坤宏表示,光電案場在投保時,保險公司或銀行都會要求要有結構安全的證明。對於業者來說,出過事或高風險的光電場如果不做改善,未來可能找不到保險公司承保,甚至要提早清償銀行融資。

西部的潮間帶、滯洪池還有很多水面型案場,這些案場受風力影響的因素更加複雜,但相關規範和研究都還在起步階段。為了解水面型光電場受風力的影響,工研院綠能所委託學者在淡江大學的風工程研究中心,以縮小版的光電模型進行實驗。兼任助理教授傅仲麟表示,這些實驗數據未來將做為水面型光電設計規範的參考。

為了解水面型光電場受風力的影響,工研院綠能所委託學者在淡江大學的風工程研究中心,以縮小版的光電模型進行實驗。

根據建築法規,100公尺以上的建築物必須做風洞測試,50公尺以上的建築物就要進行結構外審,但目前大型光電案場未被要求做風洞測試,也沒有第三方審查。姚大鈞認為,建築研究所已經針對光電設施耐風設計訂出參考規範,政府部門應該納入建築相關法規中,變成是強制性的要求。

台灣許多大型地面光電和水面型光電場,都位於風頭水尾的高風險地帶,面對極端氣候的挑戰,應該建立更完善的耐風規範與審查機制,才能確保供電穩定,維繫民眾對綠能發展的信心。

 

核稿/廖婕妤,編輯/林彤恩、林燕如

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