觀點AI趨勢下的「離岸風電鋼結構件自動化設備案例分析」

隨著全球能源轉型與淨零碳排政策推動，離岸風電已成為各國能源發展的重要方向。臺灣政府亦以「先示範、次潛力、後區塊」策略推動離岸風電，目標於2025年達5.5GW、2030年13.1GW，並於2050年達40~50GW裝置容量，帶動離岸風電產業供應鏈持續成長。

圖、臺灣離岸風電第三階段區塊開發規劃

在離岸風電產業中，水下基礎鋼結構件為關鍵核心組件之一，其中基樁（Pin Pile）與鋼罐（CAN）為主要結構單元。鋼罐需透過鋼板捲圓、焊接及火焰切割等製程製造，而火焰切割為整體製程中耗能與碳排最高的環節之一，因此如何導入智慧化與自動化設備以提升效率與降低能耗，成為產業升級的重要發展方向。

圖、由CAN組成的Pin Pile ，沃旭大彰化東南及西南第一階段離岸風場

1. 離岸風電鋼結構件製造產業趨勢

近年離岸風電水下基礎製造需求快速增加，鋼構件尺寸大型化與厚板化趨勢明顯，對製程效率與品質要求同步提高。以水下基礎基樁製造為例，鋼板須先進行火焰切割裁切，再進行導角、捲圓與焊接等製程，整體流程中火焰切割所占比例極高，亦為主要能源消耗來源。

然而，傳統鋼結構件火焰切割多採人工調整方式，存在以下產業痛點：

1. 氣體消耗量高
2. 無即時流量監測機制
3. 缺乏製程數據分析
4. 無法建立最佳化切割參數

由於缺乏數據基礎，業者通常將氣體流量設定於最大值，以追求最短加工時間，造成能源浪費與碳排增加。

因此，導入智慧化與自動化設備，建立數據化與最佳化控制能力，已成為離岸風電鋼結構件製造的重要發展趨勢。

圖、傳統的火焰切割製程

1. 離岸風電鋼結構件自動化設備案例

本案例以離岸風電水下基礎鋼構件製造業者為例，導入智慧化火焰切割氣量監測與自動化控制設備，建立數據化製程管理架構，達成節能減碳與製程優化目標。

本案例主要導入以下自動化設備與技術：

(一) 氣體流量感測設備
於火焰切割製程安裝丙烷流量感測器，建立即時量測機制：
 • 最大量測流量：140 L/min 
 • 即時流量監測
 • 數據回傳功能
 • 長時間資料紀錄
透過感測設備可即時掌握切割製程用氣量，建立基礎能源數據資料。

(二) 中央控制與資料擷取系統
建置中央控制模組，整合：
 • 丙烷流量計
 • 數據擷取模組
 • 人機介面（HMI）
 • 資料傳輸系統
形成智慧化監測架構，使製程數據可即時監控與分析。

(三) 人機介面與自動化分析系統
導入智慧化人機介面系統，具備以下功能：
 • 即時流量顯示
 • 製程數據記錄
 • 數據趨勢分析
 • 參數配方建立（Recipe）
透過資料分析，可建立不同鋼板厚度與材料條件下之最佳切割流量。

圖、產業推動效益圖示

1. 智慧化自動化設備架構

本案例智慧化系統架構包含：

火焰切割設備
↓
氣體流量感測器
↓
資料擷取模組
↓
中央控制系統
↓
人機介面
↓
參數配方管理系統

透過此架構，可建立製程數據化與自動化調整能力。

圖、系統架構完成圖示

1. 導入自動化設備後之產業效益

導入智慧化與自動化設備後，產生以下效益：

(一) 技術效益
1. 建立氣體流量智慧監測機制
2. 建立製程最佳化參數
3. 提升切割品質與穩定性
4. 降低人工依賴程度
透過數據分析，可建立不同產品對應之最佳流量配方，使設備自動化程度提升。

(二) 節能減碳效益
導入智慧化設備後：
 • 降低丙烷能源使用
 • 提升製程效率
 • 降低碳排放
案例中預估可減少約86公噸CO2e/年，顯示自動化設備對減碳具實質效益。

1. 未來發展趨勢

未來離岸風電鋼結構件自動化設備將朝以下方向發展：

1. 邊緣運算導入：
可導入 NVIDIA Jetson 等邊緣運算設備，進行即時分析與決策

2. 視覺化管理系統：
導入 Grafana 等視覺化平台，建立能源管理儀表板

3. 製程自動化與AI分析：
建立智慧製造與自動化製程優化系統

透過上述發展，離岸風電鋼結構件製造將朝智慧化與低碳化方向邁進。

1. 結語

離岸風電產業持續成長，帶動大型鋼結構件製造需求增加，智慧化與自動化設備導入成為產業升級關鍵。本案例透過導入氣體流量感測、中央控制與資料分析系統，成功建立離岸風電鋼構件智慧製造模式，不僅提升製程效率，也降低能源消耗與碳排放。

未來隨著離岸風電市場持續擴大，智慧化自動化設備將成為鋼構製造產業的重要競爭力，同時也創造更多智慧製造與工程技術相關就業機會。

資料來源：經濟部產業發展署