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2015年9月13日 星期日

台灣離岸風電市場規模到底有多大?

作者  | 發布日期 2015 年 07 月 31 日 分類 能源科技 , 風力

估計市場規模是一門科學,也是一門藝術,原因在於變數太多,變數與變數之間是相依事件(非獨立事件),且每個變數的數值是時間的函數,每一季可能都有變化。但是,前瞻產業未來的發展,卻需要估計市場規模,因此難度很高。本文嘗試在一個封閉的系統裡,來估計台灣離岸風電的市場規模,希望能夠對市場這樣一個開放系統建立基本的感覺,即使無法很精確的預估數字,但其感覺仍具備參考價值。



影響離岸風電場投資金額的重要參數,一般包括了風機種類(4MW 或 8MW)、風場的離岸距離(distance from shore;公里)、水深(Water depth;公尺)、匯率、風場的大小(MW)等。本文使用的假設模型與數字參考 BVG Associates 與 KIC InnoEnergy 兩家公司共同發表的研究報告「Future renewable energy costs: offshore wind – How technology innovation is anticipated to reduce the cost of energy from European offshore wind farms」。本研究報告發表於 2014 年中,嘗試推估 2025 年歐洲的離岸風電投資成本,並且整理出成本下降的因素與大概的數字。

以固定條件估算資本支出

為了避免高估台灣的離岸風電市場規模,本文使用成本最低的 2025 年的估計數字,嘗試估計兩個分別全部使用 4MW 與 8MW 離岸風機的資本支出。假設兩個風場均離岸 40 公里,平均水深 25 公尺,風場規模為 500MW,1 歐元可換 1.083 美元。由於中國的離岸風機未必能夠進口到台灣,因此本文暫時不考慮使用便宜的中國離岸風機的狀況,如果日後有更準確的情報,再來做說明。
在 BVG Associates & KIC InnoEnergy 的研究報告裡,本文選用 4-A-25 與 8-A-25 兩個風場的成本估計數據,作為後面的數字推估基礎。4-A-25 表示在 2025 年時 A 風場使用 4MW 離岸風機,而 8-A-25 表示在 2025 年時 A 風場使用 8MW 離岸風機。假設的 A 風場離岸 40 公里,平均水深 25 公尺,風場規模為 500MW。數字為歐元計價,我們將在後面的推估當中改為美元計價,以及 US$M/GW 作為單位。
D 風場離岸距離 125 公里,水深 35 公尺,與台灣的環境差距甚大,故不予以採用。根據經濟部能源局所公告的「離岸風力發電規劃場址申請作業要點」,36 個場址,面積介於 20.8-131.1 平方公里,水深介於 1-52.8 公尺,離岸最近距離介於 0.2-62.1 公里,單一場址的裝置容量介於 166-1,311MW(使用 8-10MW/Km2 估計)。總面積 3084.5 平方公里,總裝置容量 27.7605GW(以 9MW/Km2 估計)。
此研究將風場的投資成本分類成為風場開發規劃(Development)、離岸風機(Turbine)、固定式基座(Support Structure)、陣列海底電纜(Array Electrical)、建造與海事工程(Construction)、每年的營運與計畫內的維護(Operations & Planned Maintenance)、每年的計畫之外的維護與其他營運支出(Unplanned Service & Other OPEX)、淨容量因素(Net Capacity Factor,已扣除風機與風場自用電)等。

離岸風機能源與資本資出

離岸風機有許多電子設備需要用電,海上變電所也需要用電、海底電纜(Array Cable & Export Cable)有線路耗損,因此我們會扣除離岸風場的自用電來計算容量因素,這樣的數值稱為淨容量因素。不只是離岸風場,全部的發電廠都有內部用電,這個數字最高可能達 15% 發電量,所以使用毛容量因素(Gross Capacity Factor)對於電網公司來說比較不客觀,也容易讓電力調度產生誤判。
一般來說,離岸風場的投資分成資本支出(CAPEX)與營運支出(OPEX)。資本支出是一次性的支出,風場的壽命平均約 20-25 年,善於管理風機的風場開發商也許還可以增加 3-5 年的壽命,如果不會用的,可能會折壽 7 年。一來一往相差 10-12 年的使用壽命,對於發電成本(Levelized Cost of Electricity,LCoE)產生巨大的影響。財務上,離岸風機的折舊因為各國稅法不同,通常折舊時間介於 10-20 年之間(20-25 年設計壽命估計)。
OPEX 通常用每年來估計,4MW 離岸風機的設計 / 使用壽命為 20 年,8MW 離岸風機的設計 / 使用壽命為 25 年。因此我們估計總投資金額的時候,4MW 風機的 OPEX 會乘以 20 年,8MW 風機則會乘以 25 年。4MW 離岸風機使用 Gearbox 技術,其故障率較高,且維修成本較貴,8MW 則使用先進的 Direct-Drive 技術,所以 8MW 離岸風機的單位 OPEX 會低於 4MW。


BVG Associates, KIC InnoEnergy 01

(Source:BVG Associates, KIC InnoEnergy,2014)

4MW 風機成本估算

如果使用美元計價,4MW 的 A 位置風場,成本如下:
  1. 風場開發規劃 US$109K/MW
  2. 離岸風機 US$1,343K/MW
  3. 固定式基座 US$631K/MW
  4. 陣列海底電纜 US$80K/MW
  5. 建造與海事工程 US$485K/MW
  6. 營運與計畫內的維護 US$32K/MW-y
  7. 計畫之外的維護與其他營運支出 US$60K/MW-y


4A25-1

我們假設台灣在 15 年之內將 27.7605GW 的離岸風電建造完畢,則使用 4MW 風機在 A 風場的狀況下,平均每年的市場規模如下:
  1. 風場開發規劃 US$202M
  2. 離岸風機 US$2,485M
  3. 固定式基座 US$1,169M
  4. 陣列海底電纜 US$148M
  5. 建造與海事工程 US$898M
  6. 營運與計畫內的維護 US$902M
  7. 計畫之外的維護與其他營運支出 US$1,654M


4A25-2

如果用 20 年風場壽命來估計各成本的百分比,則總市場規模達 US$124,648M,其中 OPEX 合計佔 41%,離岸風機佔比 30%,第三名是固定式基座佔 14%,第四名才是安裝時的海事工程佔 11%。


4A25-3


8MW 風機成本估算

如果使用美元計價,8MW 的 A 位置風場,成本如下:
  1. 風場開發規劃 US$99K/MW
  2. 離岸風機 US$1,545K/MW
  3. 固定式基座 US$640K/MW
  4. 陣列海底電纜 US$74K/MW
  5. 建造與海事工程 US$284K/MW
  6. 營運與計畫內的維護 US$25K/MW-y
  7. 計畫之外的維護與其他營運支出 US$40K/MW-y。


8A25-1

我們假設台灣在 15 年之內將 27.7605GW 的離岸風電建造完畢,則使用 8MW 風機在 A 風場的狀況下,平均每年的市場規模如下:
  1. 風場開發規劃 US$182M
  2. 離岸風機 US$2,860M
  3. 固定式基座 US$1,185M
  4. 陣列海底電纜 US$136M
  5. 建造與海事工程 US$525M
  6. 營運與計畫內的維護 US$691M
  7. 計畫之外的維護與其他營運支出 US$1,112M


8A25-2

如果用 25 年風場壽命來估計各成本的百分比,則總市場規模達美金 118,425M,其中 OPEX 合計佔 38%,離岸風機佔比 36%,第三名是固定式基座佔 15%,第四名才是安裝時的海事工程佔 7%。


8A25-3


市場規模逼近 4 兆

在 1:31 的匯率狀況之下,台灣離岸風電的市場規模介於新台幣 3.67-3.86 兆元之間。各項成本的佔比如下:
  1. 風場開發規劃 2%
  2. 離岸風機 30-36%
  3. 固定式基座 14-15%
  4. 陣列海底電纜 2%
  5. 建造與海事工程 7-11%
  6. 營運與計畫內的維護 14-15%
  7. 計畫之外的維護與其他營運支出 23-27%
這麼大的市場規模,將吸引國內外產業界的一軍投入相關產業的發展,單位發電成本也將快速下降,長期來看會比核電還要便宜。