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英國2050年要達到淨零排放,浮體式離岸風力發電將成為重要關鍵技術

摘要

英國是全球第一個設定2050年淨零排放目標的主要經濟體,為了達成目標,離岸風電產業需要政府支援,以確保未來投資穩定。

透過產業化、創新以及採用更大的渦輪機,風電成本正在下降。2010年價格為每千度140英鎊 (5.5新台幣元/度)。2020年2月離岸風電主導了英國第三次差價合約(Contracts for Difference ,CfD)拍賣,成為全球能源焦點,5.5 GW的離岸風電標價降至為每千度39.65英鎊 (1.6新台幣元/度),該價格低於英國目前的躉售電價,並且使2017年差價合約價格進一步降低了30%。

英國占歐洲風電發電容量的44%,擁有10,000多台風力渦輪機,其中有2,000台在外海。英國是目前離岸風電市場影響者,隨著海上風電市場的大型參與者如中國大陸、美國、德國、台灣、荷蘭和法國的崛起,有助於推動全球離岸風電專業知識擴散,進一步肯定離岸風電是可靠能源。

隨著新的離岸風電發展,2020年美國通用電氣公司(GE)的Haliade-X是全球最大的12 MW渦輪機原型,經過測試和安裝後,從渦輪機底座到葉片頂端的高度為260 m。更大的渦輪機帶來了新的挑戰,不僅限於高度,還包括承載其重量所需的結構,以及將這種結構承載安裝到海上的船隻。

迄今為止,離岸風電的開發主要集中在淺水沿海地區(通常深度達60 m),其中傳統的基樁式結構(單樁和夾套)占主導地位。外海更深水域的風速更高,對傳統的基樁式結構而言太深了,因此,浮體式離岸風電場(Floating Offshore Windfarms, FOW)開闢了新的市場。近年來,歐洲基樁式離岸風電的成本下跌,儘管FOW的成本目前很高,但隨著全面商業化的發展,預計未來FOW成本會大幅降低。

英國2050年若要達到淨零排放目標,浮體式離岸風電是必要的,估計可提供75GW的離岸風電,並且建立更多的供應鏈,創造更多就業機會及跨行業技能。


評析

歐盟執委會於2020年3月4日公布氣候法草案[3],設定歐盟將於2050年前達到淨零碳排放(與1990年相比),由於其為整體性的歐盟目標,並未限定各國均須達到,而英國是全球第一個設定2050年淨零排放目標的主要經濟體,顯示英國對抗氣候變遷的企圖心。

英國擁有世界上最大的離岸風場,預計2030年離岸風電容量將達到30GW,滿足英國1/3以上的電力需求[2]。因此,為了持續維持離岸風電的技術與市場優勢及達成淨零排放目標,需要積極往規模更大更深的海域發展。

浮體式離岸風電適用於水深50~150公尺(或延伸至200公尺)之離岸風電技術,目前主流技術有三種:深水浮筒式(Spar-buoy)、張力腿平台(Tension Leg Platform)及半潛式平台(Semi-submersible Platform)(如附圖一),各有其優劣勢,短期內尚無法論定何種技術可勝出[4]。

浮動式離岸風機適用於較深的海域,將成為未來技術趨勢。

浮體式基礎離岸風電的概念與浮體式基礎海上鑽油平台有些類似,都是在較遠、較深的外海運作,傳統油氣大廠很容易將海上鑽油平台開發的經驗轉用過來,因此平挪(Equinor,前身為挪威國營石油公司)2020年2月發表年報看重浮體式離岸風能發展,建立早期領先優勢。平挪數年前完成產業界第一個浮體式離岸風場(30百萬瓦)的高風蘇格蘭計畫(Hywind Scotland),預計2022年在挪威外海將完成88百萬瓦的高風繩端計畫(Hywind Tampen)。平挪本身參與南韓東海一號( Donghae 1)200 百萬瓦的浮體式基礎離岸風能開發計畫,預定 2024 年完工上線。[5]

浮體式離岸風電由於可以部署在水深更深的外海風場,可享有更高容量因數的優勢,相對而言成本攤提也就越便宜。之前產業界認為浮體式基礎離岸風電的均化成本高達每度電 0.25 美元,相當於新台幣 7.52 元,平挪預期可在 2030 年透過規模化降低成本至每度電 0.04~0.06 歐元,約為新台幣 1.32 ~ 1.97 元。[5]

德國RWE AG與西班牙Saitec Offshore Technologies合作開發建造一台渦輪機位於一對浮置的鋼筋混凝土船體的頂部,加速風力渦輪機漂浮在深水中的新興業務,這項技術發展對於法國、韓國和日本等市場可能至關重要[8]。由此可看出全球浮動風電場的巨大潛力,特別是在沿海水域較深的國家,開闢了離岸風電機會。

日本基樁式離岸風電將從2020年開始引入招標制度,浮動式離岸風場2019年的併網電價維持在36日元/度(NT$9.7/度)[6]。

根據研究顯示,台灣適合開發的離岸風電區塊場址不同水深的開發潛能分別為:5~20公尺約有1.2GW;20~50公尺約有5GW;50~100公尺約有9GW[7]。

台灣離岸風電開發分三階段:「先示範、次潛力、後區塊」。目前已完成第二階段推動目標招標程序,預計2025年完成5.7GW的離岸風電。隨著第二階段國產化目標達成,我國離岸風電產業鏈也逐漸成熟,未來進行第三階段的區塊開發將面臨外海更深水域的水下基礎工程挑戰。

從前述評析資訊可知,浮體式離岸風電技術是未來擴大離岸風電開發的重要技術,目前國際已積極投入相關技術能力建立,南韓預計在2024年完成浮體式離岸風電技術佈署,日本已將浮體式離岸風電納入電力躉購費率(FIT)機制中,我國應即早投入相關技術研發,才能在未來第三階段更大規模的外海深水海域區塊開發上取得產業供應鏈的先機。


參考資料

[1] Winds of change: Key insights gleaned from clean power projects, https://www.tdworld.com/renewables/article/21123083/winds-of-change-key-insights-gleaned-from-clean-power-projects

[2]歐洲海上風電研究,東方財富證券研究所,2019.01.21。 http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201901221287517826_1.pdf

[3]Committing to climate-neutrality by 2050: Commission proposes European Climate Law and consults on the European Climate Pact , 2020.03.04。https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/ip_20_335

[4]前進深海,不用打樁的浮動式離岸風機有機會在競標中勝出嗎?環境資訊中心,2019.12.04。https://e-info.org.tw/node/221560

[5]挪威Equinor認定浮式基礎離岸風能,將是油氣巨擘轉型綠能最佳選擇,科技新報,2020.02.18. https://technews.tw/2020/02/18/equinor-floating-wind-farms-a-natural-fit-for-oil-and-gas-companies/

[6]日本擴大太陽能招標目標並引入風電招標制度,2020.02.20。http://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=219744

[7]呂學德等,台灣離岸風力能與優選離岸區塊場址研究,中華民國第36屆電力工程研討會,2015年12月12-13日。

[8]RWE Backs New Design in Race for Future of Floating Wind Parks, 2020.03.02.https://www.tdworld.com/renewables/article/21125233/rwe-backs-new-design-in-race-for-future-of-floating-wind-parks

[9]周承志,深海區之風力發電技術-浮動式風力發電介紹,工研院再生能源評析,2018.10。