離岸風電場配置規劃學問大，強韌法規成後盾

作者 Maxwell Chen | 發布日期 2015 年 04 月 09 日 | 分類 能源科技 , 風力

離岸風場除了建置時除了建置地點需考慮到風力因素外，還需要把國防、航道以及自然生態等多項因素考慮進，除此之外，為了有效達到經濟規模，降低個別單位建造時間，這都是需要一個全面且詳實完整的規格，本文就近一步針這些方面來進行探討。

政府法令支援與規劃

離岸風電在電力市場扮演越來越重要的角色，先進國家都有所謂的「國家級水域計畫（National Water Plan）」，規範離岸風電場、航道、油氣採掘、國防、漁業、生態環境、港口使用等用途。這是一個非常複雜的規畫，需要跨部會的通力合作，才有可能得到高分。

（Source：The Ministry of Economic Affairs & The Ministry of Infrastructure and the Environment, Netherland, September 2014, “White Paper on Offshore Energy, Partial Review of the National Water Plan-Holland Coast and area north of the Wadden Islands”）

強韌的法規環境永遠是發展離岸風電產業最重要的成功因素，也是最難達到高分的因素。荷蘭的作法分成五個步驟：

1. 制訂國家級水域使用計畫
2. 規劃未來 5 年的 roadmap
3. 政府做好先期的風場調查計畫，提供業者參考（台灣目前沒有此制度）
4. 電網公司規劃海底電纜
5. 風場讓民間業者競標

離岸距離攸關使用技術

在風力發電機改朝換代的初期，離岸風力機的發電效率並不會有明顯的改善，因為還需要針對實際環境做許多調整。由於風力發電場本身也要用電，以及海底電纜的損耗等因素，離岸風機的毛發電量通常比淨發電量（扣除用電、耗損與其他因素）高出許多。平均來說，德國風場的淨容量因素（Net Capacity Factor）約在 45-48% 之間。淨發電量通常是毛發電量的 75-78%。我們一般計算風力發電成本的時候，使用淨發電量來估計。

德國規定離岸風電場必須至少離岸 40 公里，所以成本偏高。台灣據說最近的地方（已經避開白海豚棲息地），僅有 3 公里。多數台灣的風場應該離岸 5.5 公里以外，避開白海豚的棲息地。考慮台灣海峽的寬度、海峽中線距離、發電成本、生態保育等種種因素，台灣多數的離岸風場將離岸 6-50 公里之間。

這樣的考量之下，多數的台灣離岸風電場將使用 HVAC 技術，介於 22-150KV 之間。有別於歐洲普遍使用的 HVDC 技術。HVAC 技術的線路損耗會比 HVDC 高出許多，但總體建置成本比較低。

風機數量、配置有玄機

根據研究，固定式離岸風機的經濟規模是 100 支，這樣單位建造時間約可以降低到 5 天左右。台灣目前三家離岸風電業者的平均數字是 36 支，單位建造時間約在 13-26 天，缺少經濟規模，造成台灣離岸風電成本居高不下。

如果台灣的離岸風場規劃均以小風場為主（低於 100 支以下），這個產業大概也是做不起來。英國的 Dogger Bank 離岸風場，規劃 7.2GW，即使分期建置，將來的發電成本將非常低廉。成本低廉的綠色電價，成敗繫於政府的前瞻規劃。

使用同樣的離岸風機，類似的風場設計（layout），年發電量差距達 36.76-38.47%。風場開發商有其 knowhow，後面將說明原因。

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

正確的觀念是最大化風場發電量（GWh/year）與風場密度（Wind Farm Density, MW/Km2），而不是最大化風機的容量因素（Capacity Factor）。高容量因素的風場未必是好事。我們可以看到這四種風場設計，以 Design 1 & Design 2 的年度發電量較高，但其容量因素反而較低。Design 1 與 Design 3 使用同樣的風機，不同的風場密度。Design 2 與 Design 4 亦同。

如果風機比較密集配置，風場密度會比較高，風場的年度發電量也會比較高。但因為風機比較密集，所以單支風機的容量因素會下降，有些風能被前面的風機拿去了，後面的風機自然發電效率較差。

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

從實際的數字來分析，Design 2 使用大風機（8MW）、高風場密度（9MW/Km2），所以其單位投資成本的發電量是最高的，達 22.0（GWh/y 除以百萬歐元）。其次是 6MW 風機，9MW/Km2，其單位投資成本的發電量是 20.9。

強韌的法規環境永遠是發展離岸風電產業最重要的成功因素。荷蘭的作法分成五個步驟，非常值得台灣參考，特別是政府做好先期的風場調查計畫，提供業者參考，台灣目前並沒有此制度。正確的觀念是最大化風場發電量（GWh/year）與風場密度（Wind Farm Density，MW/Km2），而不是最大化風機的容量因素（Capacity Factor）。從數字上來看，使用 6-8MW 離岸風機，9MW/Km2 風場密度的投資效益最好。