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2019-11-15離岸風力發電開發前 海洋基礎生產力如何隨季節變化？
455 期
Author 作者
曾筱君、龔國慶／臺灣海洋大學海洋環境與生態研究所。
從西元1991年丹麥第一座離岸風力發電場設立開始，歐洲發展離岸風力發電至今約三十年；隨著技術純熟和費用下降，歐洲的離岸風力發電場正如雨後春筍般的出現（圖一），而這股再生能源的新浪潮也逐漸向亞洲推進。
圖一：歐洲離岸風電場分布圖。框線部分為 2030 年前預計完成的離岸風電場址、深色區塊為已建造完成的離岸風電場；區塊顏色越深表示離岸風電場的建造完成度越高。（資料來源:4C Offshore）
挾優勢風場，實現風力發電的理想
臺灣能源高度依賴進口，面對溫室效應氣體減量的全球趨勢和非核家園的共識下，政府規劃新能源政策目標於2025年提升再生能源發電比例至20%，其中風力發電的長期目標為2025年達成4.2千萬瓦（GW）的發電量（經濟部能源局）。位於臺灣西部外海的臺灣海峽，水深很淺（平均深度約60公尺），平均深度僅為太平洋的1%，加上風力資源充沛，被認為是適合發展離岸風力發電的潛力場址。國際工程顧問公司4COffshore在2014發布的全球「23年平均風速觀測」研究指出，全球風速最佳的前二十座離岸風場當中，有十六座位在臺灣海峽，是發展再生能源的優勢區域。
經濟部能源局於2015年公開三十六處潛力場址（圖二），而其中又以雲彰隆起海域（彰化外海）為最佳潛力風場。不過，離岸風力發電的開發將對海洋環境與生態造成什麼影響、該如何將影響降到最低，則需要在開發前對該區域進行相關的海洋研究。研究成果除了建立開發前的海洋環境與生態資料之外，也能找出離岸風力發電開發對海洋環境與生態可能造成的影響，進而降低離岸風力發電開發對海洋環境與生態的衝擊。
圖二：離岸風力發電潛力場址海域資料圖，格子處均為潛力場址。（經濟部能源局）
從海洋基礎生產力 評估整體環境影響
雖然近幾十年，全球離岸風力發電場的建設如火如荼地展開，然而，離岸風力發電對海洋生態影響的研究，大多著重在其對魚類、鳥類和鯨豚的影響，並未有對於海洋環境與海洋基礎生產力影響的相關研究。海洋基礎生產力，指的是海水中浮游植物每天經由光合作用吸收二氧化碳的能力，它是食物網運轉的基礎，同時也支撐著漁業資源，扮演著透過生物幫浦機制吸收大氣二氧化碳及緩和氣候變遷的關鍵角色，而海洋環境中的光線充足度、水體穩定度和海水營養鹽豐沛程度，是影響海洋基礎生產力最重要的三大環境因子。有鑑於此，筆者在科技部專題研究計畫的補助之下，使用由臺灣海洋大學管理的海研二號研究船，分別在前（2017）年的1月（冬季）、4月（春季）、7月（夏季）、10月（秋季）等四個季節，在雲彰隆起海域的五個點（圖三）進行雲彰隆起海域離岸風力發電開發前的海洋環境與海洋基礎生產力現場觀測。
圖三：研究海域與研究測站位置圖，黑色圓點為研究站位點。
筆者根據研究結果歸納出表一資訊。冬季時，雲彰隆起海域的海水雖然營養鹽豐富，然而也因日照時間較短、日照強度也較弱，加上強烈東北季風吹拂，海水的劇烈擾動會造成海水中懸浮顆粒濃度（相當於濁度）增加，遮蔽了海中的光線，降低有光層深度（指海面可見光可以穿透海水的深度），同時也減弱海水中浮游植物行光合作用的能力，最終導致海洋基礎生產力的低落。到了春季，日照時間與強度逐漸增加，東北季風開始減弱，然而海水中營養鹽濃度降低，使得春季海洋基礎生產力仍處於較低的狀態。直至日照時間最長且日照強度最大的夏季，東北季風停止擾動水體，海水分層明顯、水體穩定，有光層深度為四季中最深，且向北的海流帶來了自臺灣灘與澎湖水道中湧升的豐沛營養鹽，使得夏季擁有全年最高的海洋基礎生產力。隨後的秋季，日照時間與強度開始減弱，水層穩定度下降，有光層深度降低，海水中營養鹽濃度也減少，海洋基礎生產力從夏季的高峰逐漸下降。
當海水擾動遭遇人為建設⋯⋯
根據英國赫爾大學（University of Hull）海洋生態學家史密斯（Katie Smyth）等人在2015年的研究指出，離岸風力發電開發可能造成一些與風機底座、機柱、海底電纜和工作船相關的環境壓力；德國亥姆霍茲吉斯達赫材料和海岸研究中心（Helmholtz-Zentrum Geesthacht）卡棼特（Jeffrey R. Carpenter）博士等人在2016年的研究結果也顯示，潮流在流經風機底座時將會引起渦漩，進而增加海水的擾動，降低水體的穩定度，也可能會影響沉積物的傳輸和沉積的情況。雖然安裝離岸風機時可能會增加水體的擾動和垂直混和，並將富含營養鹽的深水帶至淺水的有光層，然而水體的擾動與垂直混合卻會提高海水的濁度，進而降低光線的穿透率。
由於雲彰隆起海域在冬季與春季時，水層垂直混和劇烈，光線充足度、水體穩定度和海洋基礎生產力都較低，離岸風機若在這兩個季節安裝，推測對海洋基礎生產力的影響應該不大；相反地，離岸風機若在光線充足與水體穩定的夏、秋兩季安裝，施工造成的高濁度將可能會對海洋基礎生產力造成較大的影響。
做足環境功課，減少對海洋環境的危害
雖然離岸風力發電是對環境友善的再生能源之一，我們卻也不能忽略風機裝設和運轉時可能對海洋環境和生態造成的影響；此外，離岸風力發電對海洋環境與生態影響的相關研究大多在溫帶海域，而生物多樣性豐富的熱帶和副熱帶海域，相關研究較少。雲彰隆起海域計畫開發的離岸風力發電場，預計架設的風機密度相當高，對海洋環境的影響可能也較大。長期且連續的海洋環境監測除了可以提供環境資訊，作為廠商施工和政府管理的參考依據外，也能即時反應海洋環境狀況，降低開發對海洋環境可能造成的影響和傷害。