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2015年9月13日 星期日

台灣離岸風電供電穩定度不佳?與美國陸上風電與核電比比看吧

作者  | 發布日期 2015 年 03 月 31 日 分類 能源科技 , 風力

䆟量因素可以說是用來計算發電機一年啟用的時數,也是一般長用來評估發電機供電穩定度的數值,由於台灣的季風特性與夏秋多颱風的特性,因而大多數人對台灣建構離岸發電機總是會先質疑其全人年供電的穩定度,這篇文章說明風力發電的每月容量因素變化,並回應偏好採用核能發電者的疑慮。



容量因素為評估發電穩定參考值

所謂的容量因素一般用來評估發電機每年可啟動發電的時數,其計算方式為:
[ 電廠實際總發電量/(電廠額定功率×總小時)] ×100%=容量因素 %
因此數值愈高表示電廠的全年供電愈穩定,在本文中就以美國穩定度不錯的陸上風電,來對比台灣適合發展的離岸風電,再加上美國的核電,看看容量因素的差異有多少,筆者的能力只能夠取得每月的數字,更短時間的數字已非能力所及,請讀者多多包涵。
美國 EIA 統計 2001 年到 2013 年的數字,平均下來,陸上風電每月容量因素約在 20-40% 附近飄移。平均值約在 31.5% 左右。風屬於氣象的一種,氣象可以預測,風力也可以預測。有了預測的數據,就可以規劃電力調度計畫(Power Dispatching Plan),增加電力系統的穩定程度。


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地大物博的美國,各主要區域的風力狀況並不相同。多數地區夏季風力偏低,冬季風力偏高。
但是在西北部與加州地區,反而是夏季風力偏高,冬季偏低。如果用一個全國性的電網把風電連接起來,恰好可以互補。因此風場只要夠分散,數量夠多,理論上可以互相支援,互通有無。隨著風力發電持續快速成長,全球超級電網(Super Grid)的需求也與日俱增,亞洲超級電網很有可能在 2030 年實現。全球國家將合作發展風電與電網,積極減碳。台灣如果因為政治因素而自絕於此趨勢之外,將是重大的損失。


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核能供電穩定度不若想像中高

擁核的朋友一直宣稱核電非常穩定,但根據 EIA 的數據,美國的核電並不穩定。核電的每月容量因素約在 75% 至 97% 之間飄移,變化達 22 個百分點。台灣的核一廠燃料把手鬆脫,迄今停機已經超過 70 天,損失超過 15 億元新台幣。美國都做不到讓核電穩定,台灣怎麼可能做到。無論是統計或實證,核電是一種不穩定的電力來源,無誤。美國的燃煤發電、燃氣發電、風電、水電,每個月的容量因素也是上上下下,但是美國的電網依然穩定供電,可見得管理變化的電力調度計畫確實存在,穩定的核電在真實世界裡面,並不存在。


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再生能源的每月容量因素變異會比較大,但是地熱發電與廢棄物發電例外。根據工研院的研究,台灣的地熱發電蘊藏量達 32GW,但是工研院的「台灣 2050 能源供需模擬器情境模擬器」依然低估數字,認為只能開發 7GW。工研院內部對於數字有很大的歧見,政府與一般民眾更無所適從。
離岸風電的數字羅生門先前已經採討逐一解開,期待「台灣 2050 能源供需模擬器情境模擬器」的團隊能夠把數字改為 50-100GW,這才是合理的預估。


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為了比較美國陸上風電與台灣離岸風電的每月容量因素的差距,資料取得上,筆者盡量使用具公信力的數字。美國的數字來自於 EIA 的 Electric Power Monthly,裡面有 Excel 檔案可以下載,6.7.A 與 6.7.B 說明美國各種發電方式每月的容量因素變化。做統計的時候,因為沒有取得 2014 年 12 月的數據,因此採用 2013 年的(陸上)風電與核能發電數據來做比較。

台灣離岸風電發電恐怕低估

台灣的離岸風電場目前並未實際啟用,但一般認為澎湖的中屯風力發電示範系統數據,很接近台灣離岸風電場的真實數字,因此我們從工研院的「千架海陸風力機風力資訊整合平台」下載數據。完整的統計從 2001 年 7 月統計至 2014 年 4 月。我的研究選用 2003 年到 2004 年的數字。原因是台電的風機管理能力有待加強,當月可用率 / 妥善率在某些年份偏低,也就是說因為維修計畫不夠完善,導致風機停止發電,我選的這兩年,恰好是台電管理績效最好的兩年的數字。降低管理不善影響真實每月容量因素的變異。根據未經證實的業界傳聞,台灣陸上風電公司英華威集團的當月可用率 / 妥善率平均高達 98%,德國外商對於風場的管理能力遠勝於台電。


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2004 年是潤年,所以 2 月份有 29 天。我們統計這兩個月的每月天數、每月小時數、實際發電量、理論發電量,最後計算出來每月的容量因素(Capacity Factor,CF)。從數字來看最低是 11%,最高是 82%,年度平均值為 44%。與歐美離岸風電場的平均年 CF 值相比,差異不大。


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把兩年的發電量、天數、小時數、理論發電量合併計算,可以得到平均的每月容量因素。最小值(14%)出現在 7 月與 8 月,最大值(77%)出現在 1 月。平均數字依然是 44%。


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我們也用同樣的方法,計算出每季平均 CF 值,最小值出現在第三季(夏季),為 20%。最大值為第四季(冬季),為 69%。


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最後,我們把台灣的離岸風電與美國的陸上風電、核電,三者的每月容量因素做一個比較表,如下。


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如果用圖片來呈現,可以發現美國的陸上風電與核能發電的每月容量因素變異很接近,大概都是平均值的上下 10%。美國陸上風電約在 30%±10%,美國的核能發電約在 90%±7%。台灣的離岸風電變異就比較大,約略在 45%±30%。
澎湖中屯的風機是古董機 600KW,新式的(已量產)離岸風機約在 6-8MW。是否新的風機能夠減少變異,有待實證。


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(Source:US EIA,千架海陸風力機風力資訊整合平台,Maxwell 整理,2015)

在產業界與投資界工作,所謂的專業討論,有假設、有模型、有數字,最後的結果可能常常顛覆我們的預期。本文獻給擁核的朋友們,表示筆者對於專業人士的尊敬。以前沒有正面回應,不是筆者逃避,而是資料還沒有收集完整。用不完整的資料硬凹結果,是對專業人士的不尊敬,也污辱了大眾的智慧。
全球超級電網讓風電互相支援,台灣不應該因為政治因素而缺席。工研院的「台灣 2050 能源供需模擬器情境模擬器」有關於離岸風電與地熱發電的數字依然是錯誤的,導致模型的結果也是錯誤的,十分可惜。經過比較分析,每月容量因素的變化,美國陸上風電約在 30%±10%,美國的核能發電約在 90%±7%。台灣的離岸風電約在 45%±30%。是否新的 6-8MW 離岸風機能夠減少變異,有待實證。