發佈日期:2017-09-11

全球離岸風力發電產業趨勢與商機

作者: 葉芳瑜

政策評析 再生能源 離岸風力發電 趨勢觀測 Renewable Energy Offshore Wind Energy Trend Observation

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一、前言

根據全球風能協會(Global Wind Energy Council;簡稱GWEC)於2016年2月發布的最新統計,從2004到2014平均這十年間,全球電力市場占有率以燃煤發電(約36.1%)為最主要發電、其次是天然氣發電(約21.4%)、再則即是風力發電(約占15.2%)。其中,全球風力發電能力在2015年底(432.42億瓦;GW)較2014年底增長17%,相當於約60座核電廠,發電能力更是首次超越核電(382.55 GW)!

圖1 全球電力市場占有率
資料來源:GWEC(2016),本研究整理。

與其他再生能源相比,風力發電在製程中相對汙染較低,且運轉後幾乎達到零排碳的狀況,因此風力發電漸取代傳統能源發電,成為國際主流。鑑於全球陸域優良風場已趨飽和,各國正逐步延伸至離岸風場的開發。而相對於陸域風場,離岸風電開發具備「雙高特性」,亦即高成本和高風險。以計劃各階段而言,從風場建置可行性評估、融資保險資金取得到併網商轉、離岸風場運轉維護等步驟,其風險將在安裝過程中達到最高。不僅如此,離岸風力發電產業發展也會受到周遭動態環境的影響,例如政府政策、全球經濟走向、融資議題等,皆是左右離岸風場發展的關鍵因素。

因此,觀測各國重要能源政策與市場和技術趨勢對於正要在離岸風電產業上起步的台灣尤為重要,本文將簡介各國離岸風電市場面、投資面、技術面與政策面之現況與趨勢,並於文末提出台灣現階段面臨的關鍵課題,以供各界進一步參考。

二、全球離岸風電市場現況與趨勢

截至2016年底,全球離岸風力發電累計裝置量達14,384 MW(占全球風電市場3%),其中超過97%的裝置量主要分布於歐洲地區,包括北海(8,454 MW;約69%)、愛爾蘭海 (2,206 MW;約18%)和波羅的海 (1,593 MW;約13%),總計歐洲離岸風力發電累計裝置量達12,631 MW。主要以英國、丹麥與德國為前三大累計裝置量國。

以新增裝置量而言,全球風電市場在歷經 2014~2015年大幅成長後,2016年受到(1)德國取消離岸風電額外的補貼措施;(2)英國離岸風電處於第二輪與第三輪區塊開發的交界期;及(3)中國大陸小幅調降了陸域的風電躉購費率,以至於2016年的全球風電市場之新增裝置量較2015年下滑12.8%,約54,435 MW。其中,陸域風電新增裝置量仍占比較高(97%,約52,633 MW);離岸風電仍處開發階段,僅占比3%(約1,802 MW)(如圖2所示)。

其中,又以德國2016年離岸風電新增裝置量為813 MW(占比51.1%,155台),居全球之首;荷蘭以691 MW(占比 3.6%,177台)暫居第二;英國56 MW(占比3.6%,7台)暫居第三 (歐洲風能協會Wind Europe, 2017)。

圖2 全球風力發電新增裝置量
資料來源: MAKE Consulting (2016),本研究整理。

隨著離岸風機產品逐步進入成熟期、其生產經驗不斷的累積;外加產量的增加,讓生產效率提升,而原材料的採購成本不斷降低,諸多因素讓整體離岸風場的建置成本逐步降低,且離岸風機價格快速下降,有利未來整體離岸風場的規模開發。根據GWEC(2016)預估2016-2020年間全球風電市場將以4.9%~6.3%之年增長率成長,且分別在2017年與2020年新增裝置量約68 GW與79.5 GW。MAKE Consulting 2016的報告中也指出,全球風電市場在2017年底至少有54,988 MW(相當於55 GW)的新增裝置量。其中,因離岸風電的2016年基期較低,所以估計2017年的新增裝置量將大幅成長80%,而陸域風電新增裝置量小幅下滑1.7%。

此外,根據市場研究機構Markets and Markets(2017)預測,2017年的全球離岸風電市場約270.2億美元,預計期間以15.32%的複合年增長率成長,估計到2022年增長到551.1億美元。而未來的風電市場將以亞洲為主、其次為歐洲與北美。預估將有28個超過1,000 MW的風電市場及9個超過10,000 MW的新興市場正準備崛起,如拉丁美洲、中東、非洲等地(GWEC, 2016)(圖3)。

圖3 2016-2020主要風電市場分布圖
資料來源:本研究整理。

三、全球離岸風電市場投資趨勢

根據21世紀再生能源政策網(Renewable Energy Policy Network for the 21st Century, REN21)公布,2016年的全球再生能源新增投資總額為2,860億美元,相較於2015年的2730億美元增加了4.76%,其中主要投資重點將著重在太陽光電(增加約12%)及風能發電(增加約4%)。

資金來源主要來自中國、印度及其他開發中國家投資(約67%),而已開發國家投資成長呈現趨緩狀況(約43%) (此現象從2011年開始)。綜觀過去五年,德國與英國仍為主要的兩大投資國,以歐洲離岸風電產業的投資年均增長率30%來看,其中英國在2016年投資達到105億歐元,更從2010年來吸引了近313億歐元投資金額,成為最大離岸風力發電市場。

2016年底,英國、德國、荷蘭和比利時決定了11項的最終投資決策(Final Investment Decision, FID),金額估計達182億歐元,相較2015年增長39%,預期將帶動歐洲離岸風電新增裝置量約4,948 MW;並至2020年新增裝置量將高達24.6 GW。

受到國家再生能源行動計畫(National Renewable Energy Action Plan, NREAP)影響,Wind Europe 2017年7月27日於布魯塞爾公布之數據,歐洲在2017年上半年裝置6.1 GW的風力發電,其中陸域與離岸風電分別各占4.8 GW和1.3 GW;在投資方面,2017上半年新增資產融資達到83億歐元,其中陸域風電為54億歐元,離岸風電為29億歐元,遠低於2016年同期的140億歐元紀錄。英國再生能源行動法案將導致德國、西班牙與法國的市場集中度更高,顯示產業需要明確2020年之後的數量規劃,以維持目前降低成本的趨勢。

四、全球離岸風電技術趨勢

全球離岸風機與風場正朝向大型化及規模化發展,且成本逐年降低中。以歐洲風場為例,2016年風場平均規模為379.5 MW(較2015年增加12.3%),且平均水深從2015年的27.2 m增加至2016年的29.2 m,平均距離為43.5km(較2015年增加了0.2 km)。

就風力渦輪機來看,4.8 MW級以上的風機為歐洲現階段的主流(較2015增加15.4%),而亞洲地區風機主流仍介於3~4 MW。以市場占有率來看,西門子依舊為市場領頭羊(337台、1511 MW、產能占96.4%),其次為三菱重工Vestas (7台、56 MW、產能占3.6%)為主。

依據EWEA(2016)統計,風機基座以單樁型式(Monopile)為主(佔歐洲市場97%),其次為套筒型式(Jacket)基座(3%),前三大主要供應商分別為SIF(32.5%)、EEW(28.2%)及Steelwind Nordenham (14.8%)。前三大內陣列海纜供應商分別為NSW(43.6%)、Nexans(30.2%)及JDR Cables(17.2%);前三大輸出電纜供應商則為Prysmian(52.2%)、NSW(17.4%)及ABB(17.4%) 。

由於離岸的技術複雜度較高,產品品質要求度也相較於陸域風電嚴苛,導致2016年開始風電市場上出現領導大廠併購風潮,以合作、聯盟等不同型態來分攤開發成本與風險,例如:2016年1月丹麥Vastas公司以8800歐元併購了德國的Availon公司,2016年6月德國的Siemens風力事業部與西班牙Gamesa合併,合併後的效益在於擴大了市場占有率(以跟丹麥Vastas可以相當)。2016年GE公司用16.5億美元併購全球風力機葉片領導廠商丹麥LM Blade。整體而言,除了中國大陸與印度外,拉丁美洲、中東、非洲、東南亞、東歐等新興市場仍是已歐美三大巨頭(Vestas(含MHI Vestas)、Siemens(含Gamesa)及美國GE)為主導。

五、主要離岸風電國家之重要政策與議題觀測

綜觀國際主要離岸風電國家,如英國、德國、丹麥及其中國均設定離岸風電累計裝置目標在2020年超越10 GW,主要使用的政策工具包含電價獎勵、融資補助、租稅優惠,以及建立自主離岸風力機產業。以下將分別觀測英國、德國與丹麥之離岸風電發展的最新發展趨勢與重要能源政策。

(一)英國

英國政府積極實行再生能源義務憑證制度(Renewable Obligation Certificate,ROC)與差價合約躉購電價制度(Contract for Difference Strike Price, CfD),讓風電業者得以用固定價格(履約價)售出電力,並以衍生性的金融商品在金融市場流通以吸引更多的資金投入,透過政策引導讓英國一舉成為全球最大離岸風電市場。

展望未來,英國風電市場仍持續看漲,除優惠電價的補貼政策外,同時採用大規模的使用區塊開發方式(如英國皇家財產局(Crown Estate)主導的Round 2與Round 3風場開發),將有助於離岸風電裝置的快速推展,預期目標在2020年總裝置量達40 GW。此外,為了吸引國際大廠進駐英國,同時扶植當地產業加速發展,英國政府積極成立離岸風電測試中心,該中心功能為發展新世代離岸風力機組技術、提供技術示範和設備、建立離岸風電設備供應鏈等,預計創造約7萬份的就業機會,產值逾3,733億元新台幣。政府並推出離岸風場零件技術獎勵機制,提供1,000萬英磅經費給合適之研發專案,而篩選標準將以降低發電成本以及建置可行性評估為主。

(二)德國

受到再生能源法(Renewable Energy Act;EEG)的影響,導致德國近年面臨三大挑戰,第一、再生能源發展的資金成本完全轉嫁於電價上,造成電價大幅上漲(如以2000年為基期,2014年的工業用電與住宅用電分別上漲1.33倍和1.04倍);第二、電力成本的增加,讓國內業者紛紛出走;第三、再生能源占比過高,電力穩定供應面臨挑戰。為了避免德國電價持續飆漲,德國聯邦政府決定將行之多年的固定收購電價制度(Feed-in Tariff, FIT)在2017年底結束,改採離岸風電的補貼競標機制。

透過調降再生能源補貼價格(如2018年小幅調降躉購費率,一般模式前12年每度調降0.01歐元,加速模式前8年調降0.005歐元),並控制每年新增裝置量在一定範圍之內,將原2030年裝置量目標從25 GW調降到15 GW。預期德國離岸風電市場在2017年底裝置量會有另一波小高峰,後續則持平發展。

值得一提,根據Hertie School of Governance(2015)報告顯示,正式營運的8座離岸風場平均工程延宕時程13個月,其中尚有5座建置花費平均高於原先經費預算20%。為避免風場持續延宕與超支,德國聯邦政府今年起將改善風場申設之行政程序及時程、強化計畫投資環境的穩定性,同時加強受監管系統運營商(TSOs)、私營開發商與產業供應鏈相關業者之間的統籌協調。

(三)丹麥

丹麥政府分別就陸域與離岸風電收購方式不同,以離岸來說,主要採取固定收購電價制度(Feed-in Tariff, FIT)和特許權標案方式,政府根據廠商投標的電價,給予風場開始營運後前五萬小時固定收購電價,之後轉由Nord Pool Spot平台進行交易。同時,對於風電開發事業採單一服務窗口,以加速廠商申請流程。

近年受到風場競標價格屢破新低,如2016年9月丹麥的Vesterhav Nearchore離岸風場開標價格僅每度電0.475丹麥克朗(約新台幣2.14元);2016年11月丹麥的Kriegers Flak離岸風場開標價為每度電0.372丹麥克朗(約新台幣1.68元),上述這些價格都比2013年的丹麥Anholt風場競標價格還低(4.74丹麥克朗)。這個趨勢雖有利於丹麥政府減少補貼金額,但卻不利於得標業者開發獲利,以至於放緩離岸風場開發進度,甚至最終選擇不開發。

六、結語

隨著我國正式在2016年10月竹南外海完成首座離岸風力發電示範機組架設,這不僅是台灣風力發電的創舉,更是我國再生能源發展的里程碑!當問及在我國政府大力主導支持下,如何讓離岸風電持續發展下去,綜整上述所提及各國趨勢與挑戰,可歸納出以下幾點發展重點與契機,以供各界參考。

第一、離岸風機世代交替,間接解決我國海事工程不足之困境。隨著國際風電大廠的併購潮,預估在2020年之前,歐美風電市場的主流機種為7~8 MW離岸風機(如英國的Buro Bank 2就預計在2017年商轉 MHI Vestas 8MW),而亞洲市場主流產品將轉為5-6 MW,因此歐洲的離岸風電施工業者將逐步淘汰現有舊施工船隻,將原本堪用的安裝船轉移至亞洲地區使用。外加因為鋼鐵成本的降低,讓近年風電標案價格屢創新低,衍生歐洲風電服務供過於求,未來商機將包含施工船隻與機具的租賃與買賣、專業風電人員訓練及顧問服務等,將間接解決台灣發展離岸風電過程中常面臨大型海事工程船隻與機具不足之困境。

第二、風機發展邁向成熟期,減稅政策將取代補貼政策。大規模的風場開發,加上大型化的風機發展模式,透過學習曲線即可發現風機建置逐步進入成熟期,整體風場建置成本顯著降低,因此,站在政府的角度,可以用較少的補貼金額,發展更多元化的再生能源電力。再則,從實證也發現固定收購的電價制度(FIT)已在英德充分反映出對產業與民生的衝擊,為了讓資源能夠集中在新能源技術研發,政府將減少固定式的補貼性支出,取而代之是透過減稅政策來鼓勵民間企業共同投入,進而帶動更多就業機會與內需市場。

第三、環境評估對離岸風電發展影響甚鉅,政府應主動建立整合性資訊平台。綜觀國際離岸風電開發計畫執行前都會率先進行環境影響評估作業,因此,政府須協助業者共同發展離岸風場相關之技術(風力機、基座、電纜、變電站等)及蒐集離岸風電開發對於漁業、航運、候鳥及海洋生態環境影響之環境資訊,以回應利害關係組織如漁會、縣政府、第二河川局等作為防災預警、海岸環境營造與海岸管理決策等整合運用,有效落實離岸風電發展與社區共榮的敦親睦鄰政策。

參考文獻

  1. European Commission (2009), National Renewable Energy Action Plan (NREAPs).
  2. MAKE Consulting (2016), Annual Report, from: http://www.consultmake.com/.
  3. MarketsandMarkets(2017), Annual Report, from:https://www.marketresearch.com/MarketsandMarkets-v3719/.
  4. REN21 (2017), Annual Report, from: http://www.ren21.net/.
  5. The Global Wind Energy Council (2016), The Global Wind Energy Outlook 2016.
  6. Wind Europe (2017), The European offshore wind industry: Key trends and statistics 2016.