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林育立觀點》全世界最優良風場:台灣海峽風機蓄勢待發?

新頭殼newtalk 文/林育立
1970-01-01T00:00:00Z
德國積極投入離岸風電,裝置容量今年可望超越丹麥,排名世界第二。圖為2010年完工的第一座風場alpha ventus。圖:Stiftung Offshore-Windenergie提供   
德國積極投入離岸風電,裝置容量今年可望超越丹麥,排名世界第二。圖為2010年完工的第一座風場alpha ventus。圖:Stiftung Offshore-Windenergie提供   

一塊60多公尺長的風力發電機葉片,橫跨在漢堡國際展覽中心前的人行道上,吸引路過的行人拿起手機拍照。從北海吹來的濕冷海風,一陣又一陣打在臉上,讓我想到台灣北部漫長的冬季,和在經濟部能源局的刊物上讀到的句子:「強勁的東北季風,從漏斗型的臺灣海峽直灌而入,喚起了西部沿岸蓄勢待發的大風車們。」這裡的大風車,指的就是架設在海上的風力發電機。

我所在的地方是德國第一大港漢堡,全球上千家的風力發電業者,每隔兩年就會在這裡舉行的國際風能展(WindEnergy Hamburg)上齊聚一堂,討論產業的最新動態。

漢堡面向的北海,是人類最早利用海風發電的地區,丹麥和英國早從1990年代開始,就先後在近海大規模建設風力發電機。那麼四面環海的台灣,何時才會跟進?

◆風機能耐震和颱風

「台灣西部沿海海水不深,海岸線又長,很多地方適合興建離岸風場,」在德國西門子集團(Siemens)的離岸風電部門負責亞太業務的蓋哈特(Martin Volker Gerhardt)表示。西門子是全球離岸風力發電機的領導者,佔有率達65%,至今已成功架設1300多支風機,目前正積極搶進亞洲市場。

「台灣可以走英國走過的路,先從第一期(Round 1)做起,將風機架設在近海,用鋪設在海底的交流電纜,把發的電直接傳到陸地的變電所,相關技術已經相當成熟,」蓋哈特表示;「接下來,台灣的風機可逐步遠離海岸線,像英國的第二和第三期一樣,向高難度和高成本的深海和高壓直流電(HVDC)電纜挑戰。」

台灣地狹人稠,需要大面積發電的太陽能,難免受到限制,陸域風力的開發也接近飽和,然而海上的風力卻有先天的優勢,能源局因此引述英國的評比,稱台灣西部海域為「全世界最優良的海上風場」。

但是台灣地震和颱風頻繁,而且架設在海上的風機,長期受水汽和鹽分的侵蝕。以西門子最暢銷的3.6MW容量機型為例,塔體加葉片長度就有130公尺,跟台北的台電大樓一樣高,能承受台灣海峽這麼嚴酷的條件嗎?

「我們風機耐風的能力是最高的Class 1a等級,本身就是為惡劣的天候條件而設計,符合台灣海峽的需要,我們不大擔心颱風,」蓋哈特表示。超過一定的風速,風機葉片就會自動鎖住,「北海的平均風速不小於台灣海峽,海風也富含鹽分,對零件是殘酷的考驗,可是風機運轉20多年來,還是一樣可靠。」

他指的是西門子10年前併購的一家丹麥風機公司,1991年在Vindeby興建的世界第一座離岸風場,直到今天,11支風機仍源源不斷在發電。

蓋哈特解釋,「蓋在陸上的風機,車子開過去就可維修和保養;可是蓋在海上,只能依賴特殊的船隻或直升機,費用非常高,加上颱風侵襲時風高浪大,維修人員根本無法靠近。所以,離岸風機必須非常堅固和耐用,風大的時候依然能穩定輸出,連續運轉至少20年。」

那地震呢?「關鍵還是在塔體和基礎結構的設計,不論是塔體或水下的基樁,都必須照各地海床和氣候的條件來調整,」他表示,「比方說澎湖和台灣北部的海域,就會有不一樣的設計,台灣的建築法規對耐震有詳細的規範,我相信技術上一定能克服。」

◆建立在地產業鏈

「因此,在地的開發商,在離岸風電的發展扮演關鍵的角色,因為只有他們才了解當地的情況」,蓋哈特強調。在歐洲,離岸風電的開發商,主要是長年經營火力或核能發電廠、擁有雄厚資本的大型能源集團,像是丹麥的DONG Energy、瑞典的Vattenfall和德國的RWE AG。台灣目前有台電、福海、海洋3家業者,符合能源局的獎勵資格,政府的目標是年底前在西部外海,完成小規模的離岸示範計畫。

蓋哈特分析說,台灣發展離岸風電,還處於起步的階段,除了風機非得從國外進口不可,基樁、陸上的變電站和電纜,都可在本地生產。但在海上施工和維修的海事工程,技術門檻非常高,對台灣來說,恐怕才是真正的挑戰,「台灣造船業的基礎很強,我認為,台灣應該打造自己的海洋工程船隊。」

雖然不是世界上唯一生產Class 1a等級風機的廠商,蓋哈特不忘推銷西門子的技術優勢,強調西門子樂意協助台灣建立在地的產業鏈,為台灣培養施工和維修的團隊,「我們在丹麥、德國和英國的經驗,都可以應用在台灣。」

他指出,風機裝好後,整個生命週期,都必須有人保養和維修,「西門子很樂意為台灣認證和訓練維修風機的人員,讓台灣早一步建立離岸風電的維修能量,將來到日本或韓國服務,亞洲各國目前還沒有這樣的能力。」

我在展場上,還順道參觀了幾家專門訓練風機維修人員的學校,了解風機人才的養成和認證過程,原來如此嚴謹,台灣顯然還落後歐洲一大截。

◆有基載電力潛力

歐洲是離岸風力的先驅,到去年底為止投入的已經有11個國家,總計完成74座風場和近2500台風機。其中,與台灣一樣四面環海的英國,積極打造環島的離岸風電網,目前已完成4GW的發電容量,可滿足320萬戶家庭的電力需求。

後起直追的德國,今年在北海和波羅的海,也可望有2GW的容量商轉,增加近100億度的發電量,正好彌補Grafenrheinfeld核電廠年底除役後的缺口。

離岸風電不需要佔用土地,不像陸地風機有噪音的問題,荷蘭和德國的實證研究顯示,對海洋生態的影響也有限。離海平面的高度愈高,風速就越大,因此在漢堡的展場上,各大廠紛紛推出容量6MW、高150公尺的巨型機種,希望擷取高空的強勁風力;日本三菱重工與丹麥維斯塔斯(Vestas)合資的公司,甚至推出8MW、近200公尺高的巨無霸機種。

在所有參展國家當中,英國和丹麥的攤位規模數一數二,可見這兩國在風力發電、尤其是離岸風電的領先地位,和政府推動的決心。

在海上發電雖然還是靠天吃飯,本質上屬間歇性能源,但海上的風比陸地還大,而且持續不斷的吹拂,比起陸域的風力或太陽能發電,輸出的電力更穩定,也更容易做精準的氣象預測。根據德國弗勞恩霍夫風能與能源系統技術研究所(Fraunhofer IWES),分析北海alpha ventus風場運轉數據後所得到的結果,風機每年的運轉天數可達340天,而且有7成以上的時間,電力輸出每一小時與每一小時之間的變化,都小於10%。

也就是說,當規模大到一定程度,而且設置的地點夠分散的話,離岸風電的確有相當潛力,在未來的電力系統成為基載電力。從德國預計在2050年前,將再生能源佔發電比率提高到8成的情境來看,提高離岸風電的比重,將可大幅減少儲電和升降載等等、為了維持電網供需平衡所必須額外付出的成本。

7年前,筆者第一次走訪北海岸的小鎮胡蘇姆(Husum),採訪當時還沒被漢堡取代、仍是世界上最大的風力發電展時,離岸風電還有技術還沒完全成熟的缺點,官員和業界多抱持觀望的心態。但隨著各國競相投入,投資風險大幅降低,離岸風電的成本,近年來已相當具有競爭力。

以德國立法規定的再生能源收購價為例,離岸風電每度目前是15.4歐分,相當於台幣5.1元,扣除廠商的利潤和保險支出後,實際的發電成本顯然還要更低。西門子風電部門總裁塔克(Markus Tacke),去年才自信滿滿說,在2020年前,離岸風電的成本可望降到每度10歐分,也就是台幣3.3元,與國際顧問公司Prognos日前預測,2023年前的每度9.6歐分相當。

◆離岸搭配太陽能

台灣才剛剛起步,德國的經驗值和成本估算,當然不適用在台灣,卻能給台灣不少啟發。事實上,根據工研院綠能所的模擬,台灣海峽風能的開發潛力可達30GW,如果用區塊式的方式大規模開發,將可相當程度滿足台灣的用電需求。

每年的10月到3月,正是台灣東北季風最強勁的季節,「東北季風是老天爺對臺灣的厚愛,」能源局如此稱讚離岸風力的潛力。如果在這半年能充分利用海上的發電,到了夏季高溫的時候,又能靠太陽能發電來補足尖峰的空調用電,將兩者做有效率的調度和配置,未嘗不是因地制宜的能源選項。

既然廢核是台灣民意的共同心聲,台灣又有得天獨厚的條件,政府有沒有可能像英國、丹麥、和德國一樣,加快開發的速度,讓台灣的離岸風力發電,有朝一日真如能源局所宣稱,在亞洲「具有舉足輕重的地位?」

作者:林育立(現居柏林的資深媒體人)

(編按,旅居德國多年的作者林育立在新頭殼網站推出【德國能源轉型系列報導】,此篇為系列的第四篇。)

架設在海床的風機,需要穩固的基樁,才能挺住大風大浪,台灣目前還沒有施工所需的碼頭、工作船、和海事工程的經驗。圖:Stiftung Offshore-Windenergie提供   
架設在海床的風機,需要穩固的基樁,才能挺住大風大浪,台灣目前還沒有施工所需的碼頭、工作船、和海事工程的經驗。圖:Stiftung Offshore-Windenergie提供   
漢堡的國際風能展是全世界規模最大的風力發電商展。圖:WindEnergy Hamburg提供   
漢堡的國際風能展是全世界規模最大的風力發電商展。圖:WindEnergy Hamburg提供   
位於英格蘭東岸的倫敦陣列(London Array),是目前世界上最大的離岸風場,175台風機全部由西門子打造。圖:西門子提供   
位於英格蘭東岸的倫敦陣列(London Array),是目前世界上最大的離岸風場,175台風機全部由西門子打造。圖:西門子提供   
與台灣一樣四面環海的英國,投入離岸風力發電10餘年,目前可滿足320萬戶家庭的用電需求。圖:Crown Estate提供   
與台灣一樣四面環海的英國,投入離岸風力發電10餘年,目前可滿足320萬戶家庭的用電需求。圖:Crown Estate提供   
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