离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

离岸风场除了建置时除了建置地点需考虑到风力因素外,还需要把国防、航道以及自然生态等多项因素考虑进,除此之外,为了有效达到经济规模,降低个别单位建造时间,这都是需要一个全面且详实完整的规格,本文就近一步针这些方面来进行探讨。

政府法令支援与规划

离岸风电在电力市场扮演越来越重要的角色,先进国家都有所谓的「国家级水域计画(National Water Plan)」,规範离岸风电场、航道、油气採掘、国防、渔业、生态环境、港口使用等用途。这是一个非常複杂的规画,需要跨部会的通力合作,才有可能得到高分。

离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

强韧的法规环境永远是发展离岸风电产业最重要的成功因素,也是最难达到高分的因素。荷兰的作法分成五个步骤:

    制订国家级水域使用计画规划未来 5 年的 roadmap政府做好先期的风场调查计画,提供业者参考(台湾目前没有此制度)电网公司规划海底电缆风场让民间业者竞标
离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

离岸距离攸关使用技术

在风力发电机改朝换代的初期,离岸风力机的发电效率并不会有明显的改善,因为还需要针对实际环境做许多调整。由于风力发电场本身也要用电,以及海底电缆的损耗等因素,离岸风机的毛发电量通常比净发电量(扣除用电、耗损与其他因素)高出许多。平均来说,德国风场的净容量因素(Net Capacity Factor)约在 45-48% 之间。净发电量通常是毛发电量的 75-78%。我们一般计算风力发电成本的时候,使用净发电量来估计。

离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

德国规定离岸风电场必须至少离岸 40 公里,所以成本偏高。台湾据说最近的地方(已经避开白海豚栖息地),仅有 3 公里。多数台湾的风场应该离岸 5.5 公里以外,避开白海豚的栖息地。考虑台湾海峡的宽度、海峡中线距离、发电成本、生态保育等种种因素,台湾多数的离岸风场将离岸 6-50 公里之间。

这样的考量之下,多数的台湾离岸风电场将使用 HVAC 技术,介于 22-150KV 之间。有别于欧洲普遍使用的 HVDC 技术。HVAC 技术的线路损耗会比 HVDC 高出许多,但总体建置成本比较低。

离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

风机数量、配置有玄机

根据研究,固定式离岸风机的经济规模是 100 支,这样单位建造时间约可以降低到 5 天左右。台湾目前三家离岸风电业者的平均数字是 36 支,单位建造时间约在 13-26 天,缺少经济规模,造成台湾离岸风电成本居高不下。

如果台湾的离岸风场规划均以小风场为主(低于 100 支以下),这个产业大概也是做不起来。英国的 Dogger Bank 离岸风场,规划 7.2GW,即使分期建置,将来的发电成本将非常低廉。成本低廉的绿色电价,成败繫于政府的前瞻规划。

离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

使用同样的离岸风机,类似的风场设计(layout),年发电量差距达 36.76-38.47%。风场开发商有其 knowhow,后面将说明原因。

离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

正确的观念是最大化风场发电量(GWh/year)与风场密度(Wind Farm Density, MW/Km2),而不是最大化风机的容量因素(Capacity Factor)。高容量因素的风场未必是好事。我们可以看到这四种风场设计,以 Design 1 & Design 2 的年度发电量较高,但其容量因素反而较低。Design 1 与 Design 3 使用同样的风机,不同的风场密度。Design 2 与 Design 4 亦同。

如果风机比较密集配置,风场密度会比较高,风场的年度发电量也会比较高。但因为风机比较密集,所以单支风机的容量因素会下降,有些风能被前面的风机拿去了,后面的风机自然发电效率较差。

离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

从实际的数字来分析,Design 2 使用大风机(8MW)、高风场密度(9MW/Km2),所以其单位投资成本的发电量是最高的,达 22.0(GWh/y 除以百万欧元)。其次是 6MW 风机,9MW/Km2,其单位投资成本的发电量是 20.9。

离岸风电场配置规划学问大,强韧法规成后盾

强韧的法规环境永远是发展离岸风电产业最重要的成功因素。荷兰的作法分成五个步骤,非常值得台湾参考,特别是政府做好先期的风场调查计画,提供业者参考,台湾目前并没有此制度。正确的观念是最大化风场发电量(GWh/year)与风场密度(Wind Farm Density,MW/Km2),而不是最大化风机的容量因素(Capacity Factor)。从数字上来看,使用 6-8MW 离岸风机,9MW/Km2 风场密度的投资效益最好。