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台灣風力發電現況與關鍵零組件技術發展趨勢分析
2019.06.13∣瀏覽數:164

台灣目前正處在能源轉型的關鍵時刻,在 電力需求安全不斷增加的情形下,亦步亦趨 的發展綠色低碳能源,而其中風力發電的發 展將扮演極為重要的角色,而風力發電的發 展不只是推動解決綠色能源發展與用電的問 題,更進一步也扮演經濟成長力的關鍵角色 之一,也會為國內經濟成長與產業升級轉 型,帶來驅動經濟的新契機。臺灣自有能源 匱乏,百分之九十以上能源依賴進口,化石 能源的依存度偏高,也因化石能源造成環境 污染的問題時時刻刻困擾著各電廠所在地 的地方政府,在核能電廠停機期間,更是 成為全國空污討論議題,然而面對 2015年 立法院通過「溫室氣體減量及管理法」與 因應聯合國氣候變化綱要公約第21次締約 方大會(COP21)通過之「巴黎協定」(Paris Agreement)等溫室氣體減量相關規範,我國 身為高科技發展國家地球村的一員,對於溫 室氣體減量是無法置身事外的,因此發展再 生能源,尤其是減碳效益極大的風力發展是 刻不容緩。而我國能源政策的核心價值目前 朝向能源安全、綠色經濟、環境永續及社會 公平等四大面向均衡並進,以促進台灣能源 永續發展。
文 ◆ 金屬工業研究發展中心 張瑞模

台灣風力發電發展現況
目前我們能源政策重要指標為2025年期盼 能達到非核家園目標,2025年再生能源發 電比例能佔全國總發電量的20%以上,而再 生能源發電以太陽能發電與風力發電裝置效 益較具經濟規模,而太陽能發電面臨發電效 率與用地取得困難及躉購電價調降等問題, 目前建置需求已漸漸趨緩,而風力發電因離 岸風力發電裝置等議題,逐漸成為發展再生 能源的重要選項,隨著國際大廠如西門子、 GE、Vestas等風機大廠搶進台灣離岸風電 市場,使台灣成為亞洲發展離岸風電的焦 點。

依據MAKE Consulting資料顯示,2017年 全球風力發電新增裝置量約為49,219MW, 較2016年52,414MW下降 6.1%,2018年 全球風力發電新增置量則約為54,751MW, 較2017年成長11.2%,而至2019年以後全 球風力發電整體市場大致維持平穩發展的趨勢。

2016年由上緯公司,完成我國首座離岸 風電示範機組,如圖1所示,使我國正式邁 向離岸風電發展的國家之列,而台灣長程發展風力發電目標需於2025年累計安裝600架 離岸風力機、容量3GW風力機,及陸域450 架1.2GW風力機,合計共需設置超過1,000 架風力機,總裝置容量達4.2GW,而2018 年辦理之遴選與競標作業合計規模則達到 5.5GW,這代表2025年離岸風電需求目標 調高變更為5.5GW,使得台灣離岸風力機的 裝置需求變得炙手可熱。圖2所示為6MW之 Enercon風力機。

離岸風力發電的優缺點特性與分析
風力發電機組目前主要可分為陸域型與離 岸型風力機,陸域型風力機主要建置在陸地 上,台灣目前建置的陸域型風力機則集中在 桃園、台中、彰化等地區;離岸型風力機, 主要是利用海上具有一定的風場優勢的特殊 性,因此離岸風力發電設備安裝的功率或機 型,較陸域風力機要大,同時對產品的使用 可靠度和技術質量的要求相對更高,而離岸 風力機裝置,主要包括近岸(Near Shore)、 離岸(Off Shore)及遠岸(Remote Offshore), 其中的區分以離岸距離、海床深度等來劃 分。例如以水深5m以內稱為近岸,5~20m 為離岸,20m以上為遠岸,而水深也將影響 機組的規劃、機座選型、船隻維修、運轉可 靠度及投資報酬率等因素,未來台灣離岸型 風力機將會集中在彰濱外海及澎湖等海域附 近,主要是取決於風力強度海象條件等風場優勢。

風力發電關鍵零組件發展技術與分析
離岸風力發電優點:
1.具開發經濟規模: 離岸風力發電可使用較 大面積且完整區塊進行開發規劃,具有一 定的開發經濟規模足以吸引風場開發商來 投資開發,另一方面,海上具有高風速、 低風切變的優點,由於海水面十分光滑, 摩擦力較小,高塔架的風力機可以取得較 大的風速,風速穩定,風向的變化較小, 風剪效應(即風速隨高度的變化)也同樣愈 小,因此在取得開發離岸風機點位不易的情況下,愈高瓦數的風力機組,不但可以 獲得較大的發電量,同時可降低風電機組 成本,更具開發見建置效益。

2.風電量高投資回收快: 離岸風力機具有低 擾流的特性,對於海上風擾流強度小, 具有穩定的主導風向,機組承受的疲勞 負荷較低,風機壽命更長。同時海上 風電場可能允許單機容量更大的風機存 在,裝置單一機組可達5~10MW,由於 對噪音要求較低,透過更高的轉動速度 及電壓匹配,可獲取更高的能量產出, 投資回收也較快。

離岸風力發電缺點:
1.初期建置成本高: 離岸風力機須要打樁建 立海中基礎,施工技術難度高,由於機組達5~10MW以上,單機造價昂貴,使用海底電纜連接,佈線施工及材料費用也較陸域施工高。因此若無岸邊較大電網相配合,須要額外增加線路及輸變電設施上的投資,會增加不少施工建置成本。海上風場一般平均風速較高,可以施工、吊裝的時間受限,工期長、難度高且風險較大。

2.維護成本高: 由於離岸風力機設置場址往 往距離陸地有一段距離,人員接近困難,往往需要直升機、船隻交通工具及專業維護工程師等進行維運保養,維護成本相對較高,若無直升機或船隻及人員等技術支援,萬一離岸風力機故障或無法定期維修,導致停機,修復時間難以掌握,可能使停電時間過長,降低可利用率。因此維護成本高,每月需動用船舶或直升機等交通工具,所費不貲。​​​​​​​
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