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2015年9月13日 星期日

台灣離岸風電的蘊藏量到底有多少?

作者  | 發布日期 2015 年 03 月 02 日 分類 能源科技 , 風力

台灣離岸風電蘊藏量有多少,各方顯然有許多不同的見解,情況可比近日熱門的電視劇《武媚娘傳奇》還要曲折離奇。美國國家再生能源研究所(NREL, 2012)認為有 652.28GW(1,000 公尺水深以內),熊正揚的台大碩士論文認為有 61.52GW(40 公尺水深以內),工研院綠能所在 2011 年的時候認為台灣可行的容量是 6.2GW(50 公尺水深以內),到了 2013 年綠能所推翻自己的看法,認為台灣的離岸風電可安裝面積達 5,640 平方公里,總裝置容量達 29.37GW。本文嘗試用 2014 年歐洲最新風場規劃技術的角度,來說明台灣離岸風電的蘊藏量。


NREL 估算值樂觀
美國 NREL 把台灣的離岸風電根據三種不同的水深做區分。認為 30 公尺以內 蘊藏44.74GW(年度平均容量因素大於46%),30-60 公尺水深蘊藏 69.06GW(年度平均容量因素大於46%)。合計 60 公尺以內蘊藏量是 113.8GW。水深在 60 公尺以上通常使用浮體式基座(floating foundation),台灣共蘊藏 538.48GW,其中容量因素在 42-46% 的有 39.4GW,容量因素大於 46% 的有 498.9GW。如果在 2030 年以前開發完畢固定式基座的離岸風電,總蘊藏量應該是 113.8GW,潛力十分龐大。


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熊正揚假設使用 4MW 離岸風機,風機間距為 330公尺(3D)乘以660公尺(6D)。扣除不可使用面積之後,水深 20 公尺內離岸風機使用 40% 面積(可用面積 679 平方公里),水深 20-40 公尺離岸風機使用 80% 面積(可用面積 2,670 平方公里),可用總面積約 3,350 平方公里(平均數字18.36MW/Km2)。認為 20 公尺水深可安裝 12.48GW,年發電量 42,741GWh(容量因素 39.10%)。20-40 公尺水深可安裝 49.04GW,年發電量 205,567GWh(容量因素 47.85%)。合計裝置容量 61.52GW,年發電量 248,308GWh(平均容量因素 46.08%)。


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(Source:熊正揚, 2012年, 台灣再生能源動態蘊藏量評估與供電模式分析, 國立臺灣大學工學院應用力學研究所碩士論文)

綠能所前後數據落差大

工研院綠能所的數據變化很大,讓人無所適從,不知道應該相信哪一個版本?在 2011 年的時候,綠能所的數據認為 50 公尺以下的水深,可用面積達 8,326.2 平方公里,裝機潛力達 57GW(平均數字6.85MW/Km2),但很不幸地可行的(feasible)部分僅有 6.2GW(平均數字0.74MW/Km2)。到了 2013 年綠能所推翻自己的看法,認為可行的部分達 29.37GW(平均數字3.53MW/Km2),相差 3.74 倍。


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我們從「台灣 2050 能源供需情境模擬器」的網站上,找到工研院綠能所 2013 年最新的離岸風電潛力預估。綠能所認為最大可安裝面積為 5,640 平方公里,裝置容量29.37GW(平均數字5.21MW/Km2)。


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整理以上各方的估計,可安裝面積有 3,350 平方公里(熊正揚)、5,640 平方公里(ITRI)、8,326 公里(ITRI)。平均每平方公里的裝置容量有 0.74(ITRI, 2011)、3.53(ITRI, 2011)、5.21(ITRI, 2013)、6.85(ITRI, 2011)、18.36(熊正揚, 2012)。數字差異變化很大,宛如羅生門。

風場密度攸關蘊藏量

根據經濟部能源局在 2015 年 2 月 2 日召開的「離岸風電區塊開發公告前過渡期間作法第二次座談會」的資料顯示,研擬推動機制要求每平方公里不得低於 5MW。所以工研院早期提出的數字 0.74MW/Km與 3.53MW/Km都是錯誤的數字,正確數字應該在 5MW/Km以上。
根據荷蘭能源研究中心(Energy Research Centre of the Netherlands, ECN)於 2014 年 6 月發表對於 Borssele 地區離岸風場的效率評估報告,離岸風場的密度約是 6-9MW/Km2。評估模式考慮 Siemens 6MW 與 MHI Vestas 的 8MW 離岸風機,在不同的風場設計(layout)之下,風場密度(Wind Farm Density, MW/Km2)差異竟達到 50%。可見得就算使用高效率且低成本的大型離岸風機,還是要非常重視風場的設計,才能夠達到預期的效果。


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(Source:ECN, 2014, Quick scan wind farm efficiencies of the Borssele location, ECN-E–14-050)

由於熊正揚的 18.36MW/Km與歐洲的 6 – 9MW/Km差距甚大,因此本文後面的估計,排除熊正揚的數字。有關可安裝面積的估計,則使用工研院的數字,因為其半官方的色彩,面積數字已經與其他政府機關討論過,應該與真實情況不會差距太遠。工研院的面積數字,多數位於水深淺處,使用固定基座的離岸風機。美國 NREL 則考慮了深水處(如台灣東方海域)使用浮體式離岸風機的狀況,因此兩者數字差距甚大。


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考慮到目前已經商業化的固定基座離岸風機,以及台灣海峽實際可以安裝的面積,加上歐洲的經驗,估算出來台灣離岸風電蘊藏量約在 33.84~74.93GW 之間。這是在 2030 年以前確實存在的蘊藏量,使用 Siemens 6MW 或 MHI Vestas 8MW 的離岸風機就可以辦到了,台灣只要積極布建離岸風電,不難實現非核家園,時間就在 2030 年。
離岸風場的開發商必須具備風場設計規劃能力,將風場密度提高到 6-9MW/Km2,才會具備成本競爭力。9MW/Km的風場年度發電量會比 6MW/Km的風場還要多出 43%。根據筆者的技術預測顯示,浮體式離岸風機的技術將在 2020 年以後成熟,因此到了 2050 年,技術發展就足以讓台灣東海岸安裝離岸風機,可安裝的裝置容量將輕鬆超越 100GW。同樣是對於 2050 年台灣可安裝離岸風電裝置容量的預測,2050 年模擬器認為僅有 29GW,筆者認為會超過 100GW,預估的數字是工研院綠能所的 3 倍以上。