研究方向

  1. 海象觀測及即時監測預警系統技術開發

延續能源國家型科技計畫第一期離岸風電主軸計畫(NEP-I)有關基礎及海事工程研究計畫成果,協助並與示範獎勵開發商上緯公司發展海象觀測及即時監測預警系統,透過示範獎勵開發商上緯公司所建立的風海觀測塔部分硬體設施建置海象觀測站,並共同發展相關監測及預警關鍵技術,建構符合國際離岸風電資料品管需求及臺灣海岸環境特性之海象觀測技術,達成協助先導型計畫推動、提升國內離岸風場建置能力及扶植國內相關海洋產業,更積極帶動主軸中心技術領域之產業效益,加速並協國內離岸風電之發展。

本計畫研究內容主要包括四大分項技術發展,包括分項一:風海觀測塔海象觀測技術發展,分項二:地形及漂砂懸浮質影響分析數值模式,分項三:海域環境監測儀器新技術開發,及分項四:遠端即時監測預警系統及加值服務開發,以提升離岸風場海象觀測相關技術及應用發展。

計畫執行前兩年與團隊開發商上緯公司共同推動風海觀測塔海象觀測技術發展及觀測站建置,達成示範獎勵辦法所要求的觀測資料品管規則及符合國際離岸風電開發海象觀測規範之需求,並將觀測成果相關海域環境資訊建置即時監測系統提供相關資訊與本海域相關單位組織如漁會、縣政府、經濟部水利署第二河川局、示範風場工程規劃設計單位及海事工程施工單位,作為海象觀測技術發展中知識服務的示範。此外本計劃更以即時監測系統為基礎,利用觀測資料分析及發展數值模式以平常與極端海象條件進行預測,將可能造成風場營運及對週遭環境的影響與衝擊指標因子予以識別並量化預警值與行動值,完成自動化的預警系統。第三年則以完善系統資訊化界面、監測預警系統運作問題與應用於風場運維回饋、技術文件與操作手冊、及教育訓練等。期能建立完整海象即時監測與預警系統,及技術手冊與教育訓練等,透過產業界與學術界研發合作,共同提升國內離岸風場運維能力及國內相關海象觀測產業發展等願景。

  1. 離岸風力發電海事工程及對海域環境影響等相關研究

由於過去服務於國內海洋工程工程顧問公司年資長達十餘年經驗豐富,嫻熟港灣及海岸工程規劃設計,並曾於台北港物流倉儲區一、二期工程擔任專案經理協助工程監造及在財團法人台灣漁業及海洋技術顧問社服務期間更曾辦理漁業補償等專案;並在國內同時熟悉風力發電、政府採購法及促參法且具有工程技術與經驗並受專案管理訓練之人才不多,過去受宜蘭縣政府及高雄縣政府邀請及委託辦理開發風力發電以促進民間參與公共建設的方式進行規劃及招商,並協助辦理風力發電推廣相關研究計畫;在行政院原子能委員會核能研究所委託「臺灣海洋能源園區建置工程技術可行性評估」研究計畫中,針對台灣四周海域離岸風能、潮汐發電、潮流發電及波浪發電進行初步研究,並協助核研所研提相關研究計畫申請;而在第一期能源國家型科技計畫離岸風電主軸計畫中執行「離岸式風力發電對海域環境變遷影響及監測之研究」及「離岸式風力發電海事工程規劃設計與施工規範之研究」主要負責研提離岸風電海事工程施工規範,並協助林輝正教授團隊「風機葉片、塔架結構疲勞安全性研究」負責流固偶合水動力負載研究等其他子計畫;更於104年受科技部推薦擔任示範獎勵案的專案環境影響評估委員協助環評審查。

而當經濟部能源局公告潛力場址後,更受英華威集團離岸風電的崴華能源股份有限公司的肯定,委託辦理其所選擇的四處廠址協助辦理波潮流、漂沙及海岸地形變遷環境影響評估,並能向環評委員們說明離岸風雞的優點、工程特性及可能的影響,協助政府推動離岸風電。

  1. 海岸過程及近岸水動力相關研究

近岸水動力變化及海岸地形變遷為彼此交互作用、複雜且不可逆的海岸動力過程,往往受到當地人為結構物及全球尺度相關變因等影響十分複雜。一般海岸過程相關研究,大抵利用現場海域實測資料統計分析、水工模型試驗、數值模式推算或理論分析等方法。其中現場海域實際觀測資料統計分析最為可靠但需長期詳細的地形、氣象、海象等資料,惟現場資料蒐集不易,在應用上常受限制;水理試驗方法,基於流體運動、動力相似性及囿於實體之巨大,利用實體與模型間幾何相似原理,取其具體而微的模型進行水工試驗,優點是能忠實地重現當時水理現象,缺點為模型製作成本高,且動床模型相似律難以符合實際海域複雜之水理現象,另需花較長的時間,故常應用於大型的開發案,對於一般開發往往無法廣泛應用。另一方面則利用數值方法進行電腦數值模擬,針對解析問題可快速獲得所需結果,在高效率的電腦時代,數值模式較省時省力且花費有限。因此,建立一具有可信度之數值模式為近年來海岸工程學界之重要研究課題。

海岸過程機制迄今仍難以完全解明,而構成海岸過程之主要機制包括地形變化、海岸漂砂及波流營造力三者不但個別機制複雜且彼此交互影響,使得整體海岸問題解析十分困難。目前對於局部海岸底床或海岸結構物附近海床紊流造成漂砂啟動、移動及懸浮等可以利用實驗觀測,或於小尺度範圍利用計算流體力學進行數值解析,但都難以應用於海岸工程尺度進行預測模擬分析。為分析港灣及海岸工程造成的漂砂及海岸地形的改變,一般常利用時間中尺度的平面海岸地形變遷數值模式,該海岸地形變遷模式建立在穩定分析基礎上,即假設某一瞬間海岸地形固定不變,吾人得以分析其上方波流等水動力並分析其週期平均(phase averaged)營造力,再由營造力分析海岸漂沙的平均傳輸率,而漂沙運動的時空變化不均再由漂沙守恆方程式決定底床高程的變化,構成整體海岸地形變遷模式。然而上述海岸地形變遷數值模式雖然在所需的計算資源與效率以及精確度方面獲得工程界廣大的認同,但模式中不少假設往往造成其所預測的地形變遷結果存在不確定性(uncertainty),例如假設漂沙一但離開底床後假設即隨波流而運動,波流改變瞬間漂砂運動亦瞬間隨之改變;穩定分析主要建立在固定底床下的水動力引起漂砂運移進行分析,而缺乏交互作用分析機制造成部分海岸過程現象無法分析等,仍有很多改善空間。

過去於工程顧問公司服務期間即以海岸地形變遷相關數值模擬作為工程規畫的基礎,一直以來不斷加以應用並改善:包括最早從緩坡波動方程式進行波浪變形研究及所引致之平面二維近岸流研究開始利用數值模式進行解析,逐步擴充解析範圍及納入近岸水動力非線性現象,迄今已完成以二維全非線性布斯尼斯克方程式(Bossinesq Equation)之平面波場模式,擬三維近岸流流場數值模式,包含波浪傳遞不對稱效應、底部沙漣效應與底床相位延遲效應之漂砂量計算公式,與長時間穩定計算之海岸地形變遷模式。近年來完成多起研究計畫,尤其在淡水河口至台北港海域陸域水動力與整體海岸地形變遷解析與預測,經近年來實測地形驗證地形變化趨勢多能符合。期間並參與經濟部水利署及交通部運輸研究委託建置數值模式系統供相關政府研究單位及業務單位使用;擔任教職後獲得國科會補助三年期個別型研究計畫發展適合台灣東部砂與礫石底床之海岸漂砂量公式,探討漂砂公式中水動力假設的適用性,並進行現場觀測並分析東部花蓮港南側砂與礫石底床上的漂砂特性等研究成果,隔年更解析波浪溯上造成的海灘地形變遷。完成海岸及海域地形變遷解析後,發現國內河道與海岸管理與治理常常分開,甚至部分地區分屬多個單位,因此提出以全流域觀點以流量及漂沙量守恆,從上游集水區到上、中、下游與河口,並與海岸共同解析,嘗試提出完整模擬預測工具。