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2015年1月4日 星期日

愈高大效益愈好,逼近兩百公尺高的離岸風機現身

TechNews刊登時間:2014年10 10 12:00
1980 年陸地上出現一個 15 公尺高的巨人,施展神奇的魔法把風力轉化成電能供人類使用。此後新出現的巨人越長越高,1995 年時已經有 50 公尺。2000 年之後,身長超過 100 公尺的巨人在海上出現,透過海底電纜與海上變電所,源源不絕地把電力輸送到陸地上。2014 年這個名叫  V164 的巨人,據說身長將達到 187 公尺,創下巨人身高的歷史紀錄。




 風力發電機為何愈長愈高
不過這可不是在上演《進擊的巨人》,況且這可是為人們帶來源源不斷電力的「巨人」,不是把人們當成食糧的怪物。風力發電機之所以朝著大尺寸發展是有 其原因的,通常地表高度增加,風速也越大,當到達 300-500 公尺的高度時,地表的摩擦影響可以忽略不計。因此,風力發電機逐漸長大,往高處發展,增加發電功率、降低發電成本。
V164 預計 2015 年量產。第一個下單的客人是丹麥國營能源公司同時也是歐洲能源巨擘 Dong Energy,它已經向三菱重工ž維斯塔斯離岸風力公司(MHI Vestas Offshore Wind)採購 32 台,準備安裝在英格蘭的西北方 Liverpool Bay 外海的 Burbo Bank Extension 風場。預計在 40 平方公里的海域上安裝 256MW,平均每支風機使用面積是 1.25 平方公里(6.4MW/平方公里)。規劃在 2016 年開始興建,完工之後將供應 23 萬家戶的電力使用。

SourceMHI Vestas Offshore Wind
V164 僅需要每秒 4 公尺的低風速就可以發電。由於高度達 187 公尺,預估年平均風速為每秒 11 公尺,比舊型(Siemens SWT-4.0-120)的風機還要高 2m/s。掃掠面積達 21,124 平方公尺,較 SWT-4.0-120 增加 87%。由於風機的功率與掃掠面積成正比,與平均風速的立方成正比(Pw=½AV3),理論上 V164 的功率應該是 SWT-4.0-1204MW)的 2.41 倍,實際上達到 2 倍的功率。擾流強度(turbulence intensity)僅有 IEC B 的水準,如果能夠升級到 IEC A,就可以滿足台灣政府對於離岸風電示範計畫的要求。


表:V164 規格(SourceMHI Vestas Offshore Wind
V164 是第二台使用壽命達 25 年之量產機,第一台是 Siemens SWT-6.0-154,更早以前的風機壽命僅有 20 年。這 5 年的折舊時間,讓新的風機每年折舊成本低 20%。根據丹麥政府的預估,再過幾年離岸風機的壽命將達 30 年,每年折舊成本比 4MW 風機低 33%,比 V164 13%
根據 BVG Associates 的最新研究,8MW 風機比 4MW 風機能夠節省 23-42% 的建設成本(construction cost)。假設建造 800MW 風場,使用 8MW 風機僅需要 100 支,使用 4MW 則需要 200 支。8MW 風機約節省一半的安裝時間。
離岸風場的維運成本(Operation & Maintenance Cost, O&M cost)通常佔每度電發電成本的 25-30%。研究顯示,8MW 風機比 4MW 風機的維運成本減少 23-30%。如果是一個 20 年累積售電金額 3,000 億元的離岸風場,大約可以增加 690-900 億元的毛利,換算下來每年毛利可以增加 35-45 億元,相較於平均每年的 150 億元營業額,維運成本省下的錢佔比很高。大幅度提供投資的內部報酬率(Internal Rate of Return, IRR)。

離岸風機專屬工作船也有商機
由於離岸風機尺寸大,安設地點又是海洋,因此載運安裝都要專屬的離岸風機的工作船(Turbine Installation Vessel, TIV),離岸風機工作船造價昂貴,大概是新台幣 30-75 億元,相較於一般貨櫃輪船的 10-15 億元,貴上許多。也因此 TIV 的日租金通常高達美金 5-20 萬元。如果從歐洲到台灣,來回一趟(不含施工)的費用就需要新台幣 4 億元。

離岸風機工作船 Pacific OrcaSourceSwireblueocean
福島核災之後,日本需要龐大的離岸風電來取代核能發電,自己開發離岸風機顯得緩不濟急,核電設備大廠三菱重工(Mitsubishi Heavy Industries Ltd.)找上維斯塔斯(Vestas Wind Systems A/S),共同合資成立海上風力發電機製造公司,希望在最短的時間之內,能夠在日本海域使用。三菱重工提供資金支援與亞洲行銷通路,維斯塔斯提供產品與技 術與歐洲行銷通路,三菱重工最終將取得 51% 的股份。
台灣海峽因為「狹管效應」,東、春兩季的風速特別大,使得海上的風力穩定而高速,平均風速可達每秒 9 公尺以上,勝過歐洲的每秒 7 公尺。台灣海峽為「大陸架淺海」,大部分水深低於 100 公尺,約 75% 水深低於 60 公尺,很適合發展成本較低的固定基座離岸風電。
台灣正在發展離岸風電產業,預估將帶來許多新的就業機會。風機的體積龐大,不適合長途運送,在地生產是最好的選擇。目前亞洲的工作船,僅日本與中國 大陸才有,日本自己用都不夠,無法租給台灣。中國船有國安問題,不適合來台施工。釜底抽薪的辦法就是台灣自己造船。借鏡三菱重工與維斯塔斯合資的故事,也 許中鋼與台船兩家國營企業,也可以考慮合資成立「台灣海事工程公司」,委託台船造船,並且使用中鋼生產的鋼鐵。這樣的做法,相信中鋼與台船都不吃虧。合理,生意就能長久。
(首圖來源:MHI Vestas Offshore Wind
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