離岸風能與波浪能整合技術之解決方案

G 永續轉型

申請編號
55
隊名
乘風破浪
聯絡人
王躍德 ・0976726958 ・matedwardryan10@gmail.com

在官方系統開啟此提案

AI 輔助評估

摘要
在離岸風機浮動基座上加掛波浪能水輪機與摩擦奈米發電機,以負碳水泥共構平台,號稱平滑風浪互補綠電並延長結構壽命。
實質空洞
否 — 有模擬與水槽數據
卡詞
否
治理樣板
否
既有作品
否
類似前案(有沒有別人做過)
風波共構浮式平台已有丹麥Floating Power Plant(P37實海測試、P80)及W2Power等成熟概念,本案屬同類改良
性別影響
海洋工程與離岸風電高度男性主導,提案對此毫無著墨,八名成員亦無分工,無法判斷性別組成。
DEI
團隊全為成大單一學校,無漁民、沿海與離島社區或環團參與;宣稱優先供電離島,卻未問過離島居民需求。
STS·社會影響
3.161倍、28座大安森林公園等數字皆出自1/10縮尺與模擬,外推至19MW實海屬過度宣稱;加掛既有風機須開發商與能源署同意,且迴避漁業權、白海豚等海域衝突。
AI 使用
自述未用AI,工具為CFD、MATLAB等傳統模擬;「智慧監測」實為自供電感測器,與AI無關,屬名實不符。
資安隱私
個資風險低;但併網微電網與海洋監測網屬關鍵基礎設施,資安未提,另索取20公里外遠洋海域資料恐涉軍事敏感海域。

初審

總分 可行性 社會影響力 創新性 提案團隊多元性 資料治理思維
4.18 7 6 0 4 4
評語
這是海洋工程研究計畫,非公共資料應用。
筆記
在離岸風機上加上波浪能,發電,平滑出力減少儲能,減少風浪增加維修窗口,增加阻尼延長風機壽命。
初審會議筆記
(無)

工作坊

筆記
(無)

決審

總分 可行性 社會影響力 創新性 實作進程驗證
(無) (無) (無) (無) (無)
入選
否
評語
(無)
筆記
(無)

同團隊提案(團隊 2) 待查證

同主題提案(主題 25:波浪能發電)

壹、隊名及題目

一、隊名
乘風破浪
二、題目
離岸風能與波浪能整合技術之解決方案
三、提案對應之徵件構面
永續轉型
四、團隊要解決的問題?
本研發團隊主要致力於解決傳統離岸綠能與海洋開發所面臨的以下四大核心痛點: 1.海域空間受限與建置成本高昂:傳統離岸風電或波浪能多為單一開發,各需獨立的浮動平台與海底電纜,不僅佔用大量海域空間,也使初期的硬體建置與維運成本極高。 2.綠電高間歇性與電網衝擊:單一風力或波浪發電具有高度不穩定性。此外,傳統鋰電池儲能系統有過熱安全風險,且難以適應波浪發電的高頻繁充放電需求,容易導致壽命迅速衰退。 3.發電轉換效率低下:傳統波浪水輪機多採用平版側壁,當水流衝擊時會產生流體分離與邊緣渦流,導致大量動能流失。 4.設備維運困難與高碳排:深海監測設備更換電池極為困難,且傳統平台使用普通混凝土建材,不僅製造過程碳排高,在海浪長期衝擊下也容易發生結構疲勞損傷。 本團隊透過設計「風波共構整合平台」,共享基礎設施、利用風浪相位差互補,並導入自供電與負碳技術,藉此一併解決上述空間、成本、發電穩定度等多重挑戰。
五、本提案是否屬於尚未進行、且尚未成立標案、未申請政府相關預算之計畫,階段性計畫亦同
是
六、前題若選否,請敘明招標機關、計畫名稱、計畫工作內容與本次精進內容

貳、聯絡人資訊

聯絡人姓名
王躍德
聯絡人電話
0976726958
電子信箱(Email)
matedwardryan10@gmail.com

參、提案內容說明

一、可行性

(一)已有隊員人數(含聯絡人)
8
(二)團隊成員及任務分工?
(三)參賽隊員中是否有「歷屆獲獎團隊或初審入選者」?
否
(四)參賽隊員中是否有其他之獲獎證明?
否
(五)請說明您的提案「已使用」哪些相關資料?
政府開放資料:本提案使用交通部中央氣象署2023年「台中浮標站」觀測報告,擷取真實海域之風速、風向、示性波高與週期等歷史海象數據。同時引用氣象局《大氣綜合概述》的蒲福風級與《海浪與颱風百問》之波高對照表。 自備資料:本提案自備SolidWorks平台建立的3D結構模型,以及經Autodesk CFD模擬獲得的水輪機轉速、角速度與機械功率等數據;並包含MATLAB電網模擬的電力輸出、超級電容調控及諧波失真數據。 自備資料:此外,亦包含團隊於成大安南校區造波水槽進行1/10實體縮尺模型測試之最佳波道與發電電壓實測數據。
(六)請說明您的提案「後續驗證期間」預計使用哪些相關資料?
政府開放資料:預計持續使用中央氣象署提供之南部海域(台南與高雄交界的黃金海岸一帶)的即時與歷史氣象及海象觀測資料,包含風速、波高與波浪週期。此真實環境數據將代入分析,作為該實海示範場域建置設計基準。 自備資料:預計使用前期於成大水槽測試所得之 1/10 實體縮尺模型實測數據作為實海系統的設計基礎。驗證期間將透過感測網路收集自備實物運行數據,包含水輪機發電功率、摩擦奈米發電機的電壓輸出。
(七)除了上述資料外,是否有需要哪些機關的未開放資料?
是
(八)針對上述(欄位(五~七))之資料預計應用方式?
政府開放資料之應用:將中央氣象署的示性波高、波浪週期與風速等真實海象數據,導入團隊已建立的六自由度運動與 CFD 流體力學模型中。這主要用於評估台灣離岸第三階端驗證場域,並作為波浪水輪機參數的設定基礎,確保實海發電測試的安全與穩定。
(九)請說明提案預計實證及落地場域為何,如在中央或地方機關、產業或NPO/NGO等,如何導入公共服務運作?
提案之預計實證場域規劃於黃金海岸南端海域,利用其常年穩定的波浪與消波塊消能特性進行波浪能發電機示範驗證;落地推廣場域則瞄準苗栗、台中及彰化外海之台灣第三階段離岸風電開發區,目標是將台灣離岸第三階段風機場域全面升級為風波共構整合平台。 本系統導入公共服務運作的方式如下:首先在中央與地方機關合作上,平台搭載的摩擦奈米發電機可自主供電給海洋監測網路,其即時收集之深海海象與平台健康數據可開放共享,回饋給政府科研單位加值利用;其次在產業公共服務上,與綠電開發商合作,供給穩定的風波互補綠電併入電網以提升國家電網韌性。
(十)請說明提案實作期程規劃 (入選後至決審期間)?
本案在入選後至決審期間,實作期程規劃如下,緊扣本系統之核心技術進行軟硬體驗證與成果收斂: 第1-4週:系統設計優化與模型製置 依據 SolidWorks 設計進行「喇叭型收縮波道」與「弧形側壁水輪機」之 1/10 縮尺模型精密加工與防腐蝕塗層處理;同時於實驗室製備 (Polyvinylidene difluoride,PVDF)/鈣鈦礦複合薄膜,組裝摩擦奈米發電機元件,完成初步物理模型準備。 第5-8週:水槽實測與數據校正 於「成功大學安南校區水工所」造波水槽進行試驗,驗證最佳參數組合;實測水輪機轉速、發電功率及奈米摩擦發電機輸出訊號。 第9-12週:系統整合與決審準備 整合發電、儲能兩大模組進行協同測試是否能作為自供電感測電力;最終撰寫決審報告與展示簡報,進行口頭發表模擬演練。

二、社會影響力

(一)請說明您的具體解決方案?
本提案提出「風波一體化複合綠能系統」,透過結構共構、材料創新與智慧電能整合,解決單一綠能間歇性並最大化海洋資源效益: 1. 風浪一體化結構共用設計:於既有離岸風機基礎整合波浪集流通道,並搭載優化之水輪機與壓電發電模組,實現單一海域空間與基礎結構的雙重多能發電,大幅降低海事工程與共用海纜建置成本。 2. 低碳工程材料與水力導流優化:風波共置平台與聚波波浪通道採用負碳水泥構築,在增強結構耐蝕性與耐浪衝擊力的同時,降低結構生命週期碳足跡。 3. 多源互補電能整合與動態調控:整合風力與波浪能的發電輸出,利用風浪時間差之互補特性進行動態功率平滑調控,有效抑制併網功率驟變與電壓波動。 關鍵設施韌性供電示範:建構可孤島運轉之濱海分散式微電網架構,優先就近供給沿海及離島關鍵基礎設施全天候穩定電力,強化極端氣候下的區域能源韌性。
(二)提案是否回應公民許願池 ?
是
(三)前題若選是,請點選回應之願望名稱
再生能源多能互補與供電韌性強化行動
(四)請說明您認為本次提案內容可帶來的影響與效益?
1.提升電網穩定度與供電品質:利用風力與波浪發電的時間互補特性,平滑再生能源輸出曲線,使容量因子從40%提升至47%;同時,併網電流的總諧波失真控制在0.63%,確保微電網之電力品質。 2.降低海事工程建置成本:透過風波一體化結構與共用海底電纜等離岸基礎設施,使得均化能源成本從原本單獨建置的 155 EUR/MWh 降至 125 EUR/MWh。 3.環境效益與生命週期永續性:聚波波浪通道與風波共置平台導入負碳水泥材料( 70% 波特蘭水泥與 30% 生物炭材料),使整體系統生命週期的碳排放大幅降低約 61.6%,以單座 19MW 平台估算,20 年運轉壽命內年度減碳量達 3,118 公噸,相當於 28 座大安森林公園的二氧化碳吸收量。在結構延壽方面,波浪發電系統產生的附加阻尼可有效吸收波浪動能,使平台結壽命延長 5.34 年,達成工程結構與發電週期的雙重淨零目標。
(五)請說明本提案是否具備可複製性及擴散性?
1.模組化結構設計,便於標準化複製:導流通道、水輪機及奈米磨擦發電機構採模組化標準接口設計,既可整合於新設離岸風機基礎設施,亦能透過加裝方式外掛於既有風機平台,具高適配性。 2.全台濱海與離島場域廣泛擴散:台灣西海岸離岸風場密集、東海岸及澎湖等離島具備充沛波浪能資源,本套共置模式可依不同海況水深快速調整參數,複製至全台沿海關鍵節點。 3.技術鏈可橫向延伸至多元海洋工程:風能與波浪發電共構技術與負碳水泥應用經驗,能擴散至海洋牧場、海上變電站、濱海防波堤等各類海洋工程,加速台灣海洋多能互補產業生態系的建立。

三、創新性

(一)請說明本次提案內容跨領域合作或服務與技術之創新程度
本提案在跨領域合作與服務技術上皆具高度創新: 一、核心技術之突破創新: 1.「上擷風、下擷浪」複合平台:突破傳統單一發電限制,將波浪能模組直接掛載於 15MW 風機浮動基座,不增海域面積即可使容量提升 26.66%(至19MW),共享基礎設施大幅降低均化能源成本。 2.流體優化與聚波:利用「喇叭型縮口波道」聚波,首創「弧形側壁導流水輪機」,發電效率較傳統平板葉片大幅提升約 3.161 倍。 3.自供電智慧監測:導入「PVDF/鈣鈦礦複合薄膜摩擦奈米發電機」,捕捉微弱波浪動能轉換為電能,實現遠洋無人平台智慧自主監測。 4.電力波動平滑化: 整合風力與波浪能的發電輸出,利用風浪時間差之互補特性進行動態功率平滑調控,有效抑制併網功率驟變與電壓波動。 5.環境效益:風波共置平台與聚波波浪通道採用負碳水泥構築,在增強結構耐蝕性與耐浪衝擊力的同時,降低結構生命週期碳足跡達61.6%。
(二)請說明提案預計使用之工具或平台?
本提案在原型開發與數據驗證階段,預計且已實務使用以下模擬軟體: 數位模擬與設計軟體: 1. Autodesk CFD:用於流體動力學模擬,設定固定流速與負載阻尼,最佳化水流導流並驗證弧形水輪機的發電與轉速效益。 2. MATLAB / Simulink:用於混合電網(風能與波能)傳輸、混合式儲能系統制策略模擬,並以快速傅立葉分析驗證總諧波失真。 3. SolidWorks:建立浮式平台與發電機之三維模型,取得平台質量、排水體積與幾何力學參數。 4. Python & Capytaine:將平台模型匯入以求解流體與平台交互作用,計算附加質量、輻射阻尼等水動力係數,並建立六自由度頻域運動方程進行平台防震與結構疲勞壽命分析。
(三)是否有使用AI工具?
否
(四)前題若選是,請詳實說明提案階段使用 AI 工具之名稱、使用功能及目的與範圍

四、團隊輔導需求調查

(一)若入圍初選,期待主辦單位提供之協助?
協助確認應用場域可行性
(二)若入圍初選,是否需要算力平台或雲端協力業者資源?
否
(三)前題若選是,請說明需要何種算力平台(係指數位發展部數位產業署-數位產業跨域軟體基盤暨數位服務躍升計畫)或雲端協力業者(GCP或AWS或Azure或國網中心)之資源及預計應用內容

五、參考文獻或資料引用來源說明

(一)提案內容是否全為原創內容,或有部分引用相關資料來源?
否,有部分內容或資料來源引用其他參考文獻/網頁等。
(二)前題若選否,請說明本提案中所引用之資料來源及其應用環節,建議以條列方式簡述。
1.交通部中央氣象署2023年「台中浮標站」觀測報告以及氣象局《大氣綜合概述》的蒲福風級與《海浪與颱風百問》之波高對照表。 2.參考多數風能以及波浪能以及風波共置相關期刊。

團隊成員

單位類型 姓名 單位與職稱 工作項目
學校 歐庭嘉 國立成功大學 智慧與永續製造學程 助理教授 技術/資源協助
學校 王躍德 國立成功大學 智慧與永續製造學程 研究生 技術/資源協助
學校 陳嘉勻 國立成功大學 材料科學及工程學系 教授 技術/資源協助
學校 江明駿 國立成功大學 材料科學及工程學系 研究生 技術/資源協助
學校 伍君佾 國立成功大學 數學系 大學生 技術/資源協助
學校 蘇宸儀 國立成功大學 能源工程國際學士學位學程 大學生 技術/資源協助
學校 羅昇宇 國立成功大學 智慧與永續製造學程 研究生 技術/資源協助
學校 陳瑀彤 國立成功大學 智慧與永續製造學程 研究生 技術/資源協助

資料需求

單位類型 資料名稱 資料說明
中央氣象局 遠洋海域數據資料 距離台灣20公里以外的遠洋海域數據資料