風機的水下世界 從風場開始思考海洋 學者:需長期監測與永續管理 | 離岸風電時代的生態備忘錄

風機的水下世界 從風場開始思考海洋 學者:需長期監測與永續管理

2019年11月18日
環境資訊中心記者 黃鈺婷報導

今(2019)年10月,台灣首座具商業規模的離岸風場完工,22支風機矗立於苗栗外海,預計年底正式商轉,為台灣離岸風電發展的重要里程碑。從陸上走向海洋,看起來乾淨、有效率又有如入「無人之境」的離岸風電,在規畫與施工的擾動過程中,意外掀出我國多年來乏人問津的海域管理與海洋生態調查問題。

離岸風機與漁船。圖片來源:美國馬里蘭州政府maryland gov.

離岸風機與漁船。圖片來源:美國馬里蘭州政府maryland gov.

全球風機發展不到30年 從IUCN資料看海洋生態衝擊

當提到離岸風電對海洋生態的影響,許多人可能直覺想到鯨豚等海洋哺乳動物,但更重要的其實是維持海洋生物共存的生態系。

「重點絕非只有鯨豚,範圍也不能只限風場」,資深生態研究員在接受環境資訊中心專訪時曾提醒,「鯨豚再怎麼厲害,也無法在棲地衰退、食物鏈崩潰的海洋環境裡存活。」

那麼,離岸風電會不會影響海洋生態[1]?台灣才剛起步,目前尚無長期監測數據,恐怕無法回答這個問題。世界上最早的離岸風機建於1991年,因此在1990年代以前,也幾乎沒有這方面的資料。

多年來,在先驅國家的調查之下已累積了部分資料,國際自然保護聯盟(IUCN)就在2010年回顧超過600份報告與出版品,做出離岸風電對海洋生態可能影響的評估。他們從離岸風場各個階段分別討論,以釐清離岸風場在建設、營運等不同階段中的正負面效應,以科學實證基礎,作為評估的依據,時至今日仍為許多研究引用參考。

以下主要以IUCN的報告為基礎,加上台灣近年的研究結果,介紹離岸風場的建設與營運階段[2]對魚類與底棲生物的影響。

(1)風場建設階段:打樁噪音與底泥揚起 影響較負面

在建設階段,因為有打樁與頻繁的船舶運輸作業,此階段對於海洋生態的影響較其他階段大且負面。打樁與運輸造成的噪音干擾,以及施工中不可避免的底泥揚起,對於魚類與底棲生物皆會造成負面影響(IUCN評估為輕微影響)。

施工階段的水下影響

施工階段中,打樁與運輸造成的噪音干擾,以及不可避免的底泥揚起,對於魚類與底棲生物造成負面影響。製圖:湯翊羚

國際上的相關研究包括2014年Bailey等人在實驗室環境中,發現打樁噪音會對部分魚種造成傷害,但在10天內便恢復,且不太可能對其存亡造成影響。此外,Reichert等(2012)則發現相較於周遭海域,風場附近密集的施工活動,包括打樁之外的船舶運輸與擾動海床等,造成上層魚類(pelagic fish,主要為鯖魚、真鯵、鯡魚等)的物種豐度下降40%至50%。

需要注意的是,打樁施工過程中,生物逃離附近區域應為正常行為表現,且後續運轉階段,同一研究便觀察到生物多樣性上升的正向效益。

在台灣,除了鯨豚之外,較受關注的或為善於利用聲音與聽覺,並且具備經濟效益的石首魚科,許多人擔心風場中的打樁噪音,恐怕對石首魚的繁殖與生態造成影響,因而建議應該避開其繁殖季施工。

關於這項擔憂,中研院生物多樣性研究中心兼任研究員邵廣昭表示,石首魚科確實是需要特別關注的物種,但依據他在台灣西海域利用生命條碼,即DNA鑑種的方法所做的調查,每一種魚的產卵場與產卵季節都很不固定,沒辦法用原先設想的簡單辦法避開。而且像石首魚的卵為浮性卵,魚在繁殖場產完卵,這些浮性卵就浮上水面,不久孵化成仔稚魚,此時早已飄離繁殖場甚遠,再加上仔稚魚的數量非常多,儘管因為局部地區的人為活動可能造成部分仔魚受損,對整體生態的影響也不大。

學者:勿過度凸顯負面衝擊 客觀評估與長期監測是重點

邵廣昭指出,各種人為活動都有可能會對生態造成影響,但是重點是影響程度。離岸風場對於生態的影響,必須透過長期監測,才能了解群聚狀況、魚類生理機制等是否有所改變,單憑任一研究報告,難以斷定孰是孰非。

邵廣昭強調,目前的研究大都是在養殖池裡進行,而這些實驗室裡製造的噪音,不太可能在自然界產生,因為在開放且廣闊的環境中,噪音會隨著距離遞減,很難跟實驗室中的情境相比擬。

邵廣昭也提到,目前的示範風場因為起步較早,施工時的生態監測與減噪工法等配套措施尚未到位,在這些經驗之上,後續的風場在環評時都做了較為嚴謹的承諾,例如在打樁時以水下聲學設備監控噪音、海上目視調查方法監測打樁噪音是否對魚類或底棲生物造成影響,以及緩啟動、氣泡幕減噪等工法降低噪音的影響範圍,以盡可能減輕施工階段對生態的衝擊,而究竟效果如何,仍待風機運轉後,針對族群生態與個體生理機制進行長期觀察與監測。

(2)運轉階段:人工魚礁聚魚效應佳  搭配風場禁漁利大於弊

熬過各種海事工程,當一支支風機邁向完工,矗立於海上,巨大的扇葉迎風而轉,此時水面下的世界又是如何?

IUCN的評估報告與近年海洋生態手冊皆提到,除了預想中的負面效應之外,運轉階段的離岸風場其實也具有正面效益,一是人工魚礁的聚魚效果,二是國外風場範圍內禁漁,甚至使得附近生態更好。

風機運轉後的生態效應

運轉階段的離岸風場對水下生態具有正面效益。製圖:湯翊羚

Reichert等人(2012)除了點出施工階段對魚類生態可能造成影響之外,也以實地研究證實,進入運轉階段的風場,其風機基座周邊的魚類隻數與種類數量都較風場外的區域高。他們指出,風機進駐之後,在周邊捕捉到的魚類數量較之前多了兩倍以上,且魚的尺寸也比以前大。這些人工魚礁效應所帶來的魚群種類包括鯖魚、連鰭䲗(dragonet)、鱈(cod)、比目魚,與其他較少在泥沙底出現的掠食魚種。

Lüdeke(2018)也指出,時至今日,大多專家都將這樣的人工魚礁效應評估為正面效益,因其提升了生物多樣性,而造成此結果的兩大關鍵原因,除了人工魚礁的聚魚效應外,其二就是風場內禁止拖網作業。

台灣目前雖尚無長期監測數據,但大約三年前開始,「第二期能源國家型科技計畫」(NEPII)便針對彰化和苗栗竹南已完工的三座測風塔及兩座風機,以實地潛水與底刺網等方式,調查周遭的魚類與底棲生物種類。參與調查的學者包括海洋大學環境生物與漁業科學學系教授歐慶賢與邵廣昭,兩位學者都表示,離岸風機確實有人工魚礁的聚魚效果。

邵廣昭指出,竹南及彰化海域的測風塔及風機在豎立的一至二年後,在柱體上已有相當多樣的底棲附著生物,其中很大比例是魚礁投放早期出現的前驅物種藤壺。隨著時間演進,藤壺表面將有助於更多種類的生物附著生長,像是較早安裝的測風塔,附著其上的軟珊瑚比例已經接近其他人工魚礁。

苗栗竹南測風塔的軟珊瑚比例已接近其他魚礁

NEPII計畫在苗栗竹南測風塔所觀察到的人工魚礁效應,其軟珊瑚比例已接近其他魚礁。攝影:李淳銘(版權所有,不得轉載)

目前觀察到的底棲生物種類,除了藤壺,尚包括牡蠣、棘穗軟珊瑚、雪花珊瑚、軟木軟柳珊瑚、水螅、海綿、強韌鞭珊瑚、紅扇珊瑚等,預計可能在2-3年後,測風塔與風機基座上的底棲生物相才會達到穩定。

在魚類部分,邵廣昭指出每次調查均有20-30種,4次調查共記錄到50種以上的魚類,其中又以鮨科種類最多,其次為笛鯛科與雀鯛科。如果將風機與測風塔的調查結果與附近多年前投放的各式材質人工魚礁區效果相比,測風塔的魚種數量特別多。此外也發現,測風塔的套管式基座聚魚效果比單樁式的風機好,因此推估,未來風場採用的水下基礎若為三腳或四腳的套筒式基礎,將更能發揮人工魚礁效果。

別讓「人工魚礁」變「人工漁礁」,保護區有可能嗎?

多年來投身人工魚礁研究的邵廣昭表示,台灣周邊的海底有95%以上是沙泥地,而現在魚種枯竭最嚴重的就是岩礁棲地的魚,要怎麼復育資源與後續管理是重要議題。人工魚礁確實有正面效果,但如果只是投放魚礁,效果有限,變成只是誘捕魚類的「副漁具」,沒有發揮應有的生態資源培育效果。因此邵廣昭強調,應該要將海洋保護區與離岸風機的人工魚礁效應一併思考,才有可能「永續」。

聯合國永續發展目標(SDG 14.5)和愛知目標的目標11,都在推10%的海域應劃為海洋保護區,台灣雖然號稱劃設70-80個海洋保護區,但計算面積比的方式和他國不一樣,沒辦法一起評比,而且就算有也沒在管。

呼籲正視海洋保護區與過度捕撈問題已久的邵廣昭表示:「現在風機開始矗立海上,形成一種『半強迫式』的海洋保護區,但是目前關於風場內限制漁業作業的規則與相關管理辦法似乎還在討論中,尚未定案。如果未來能夠劃定一定的範圍完全禁漁,那麼資源復育的成效應更可期待。當然牽涉到的部會又很多,未來誰來管、誰來執法,誰來清除覆網都是問題」。

彰化風機底座覆網
彰化福海風機底座上的覆網。攝影:李淳銘(版權所有,不得轉載)

討論到最後,又回到當代發展的核心議題:如何在兼顧社會、經濟與環境的前提下,落實永續發展?當再生能源是未來趨勢、良好風場是台灣能源轉型的重要實力,離岸風場如何最小化開發衝擊、最大化人工魚礁聚魚效果,在照顧漁民生計的同時,不忘「永續」的重要性,不只是離岸風場規劃與開發過程中的重要課題,更是身為海洋島國的台灣,勢必面對的永續發展議題。

附錄:離岸風場對魚類與底棲生物影響評估表(整理自IUCN)

用來評估離岸風場各階段對海洋生態影響的指標:

  • 時間尺度

    • 短期:在建設階段有所影響
    • 長期:在運轉階段有所影響
    • 永久:運轉與除役之後都仍持續影響
  • 空間範圍
    • 非常限縮(Very local):距離風機10公尺內
    • 限縮(Local):距離風機10-100公尺內
    • 廣泛(Broad):距離風機100-1000公尺
    • 非常廣泛(Very Broad):距離風機1000公尺以上
  • 風機對於風場中的物種群聚情況影響程度(分為正面效益(+)與負面影響(-)):
    • 輕微(small):對於物種群聚的數量與結構沒有或只有一點影響
    • 中度(moderate):廣泛而言或對特定物種的群聚情形稍微有點影響
    • 大(large):廣泛而言或對特定物種的群聚數量與結構有重大的影響
  • 評估的確切程度(certainty,1到5分,由低到高)
    • 1分:文獻包含基於科學的臆測
    • 2分:相關研究剛起步且還不是很確定
    • 3分:既有文獻為影響評估提供公正的基礎(a fair basis)
    • 4分:既有文獻為影響評估提供良好的基礎(a good basis)
    • 5分:實證基礎相當堅實
  • n.a. 表示「未評估」

表1、離岸風場對魚類的影響

表2、離岸風場對底棲生物影響

註釋

[1] 本文僅討論離岸風電對魚類與底棲生物的影響,專題中另有篇幅專門探討鯨豚議題。

[2] 離岸風場的生命週期中對海洋生態造成影響的主要階段為建設、營運與除役期,但因為目前世界上僅有三座實際除役的離岸風場,故主要聚焦建設與營運階段的生態影響評估。

參考資料

  • Bailey, H., Brookes, K. L., & Thompson, P. M. (2014). Assessing environmental impacts of offshore wind farms: lessons learned and recommendations for the future. Aquatic biosystems, 10(1), 8.
  • Lüdeke, J. (2018). Exploitation of offshore wind energy. In M. Salomon & T. Markus (Eds.), Handbook on Marine Environment Protection (pp. 165-188). Springer International Publishing. doi: 10.1007/978-3-319-60156-4
  • Reichert, K., Dannheim, J., Gusky, M., Krägefsky, S., Krone, R., & Gutow, L. (2012). Fish and benthos at alpha ventus. In Presentation at International RAVE Conference.
  • Wilhelmsson, D. (2010). Greening blue energy: identifying and managing the biodiversity risks and opportunities of offshore renewable energy. IUCN.