預見2020年風力發電產業動態與發展趨勢

導讀
2018年的風電市場,受到中國大陸棄風狀況下降,外加全球政策引發的裝置潮效應,讓整體風電產業較2017年增長11.2%,產業重心從陸域風電轉向離岸風電,市場主要集中於中國大陸與美國。預見到2020年,全球風電產業將有四大趨勢,包含:1. 全球離岸風電裝置容量呈現高度成長;2.大規模商轉風場開發,促使開發成本大幅下降,提升風能競爭力;3.競標單價下滑,將提高能源目標落實的不確定性;4. 技術優化,浮動式離岸風電初試鋒芒。
文章圖片所有權: https://ppt.cc/f3RO1x ,Created by Buecherwurm_65
著作權聲明: CC0 Public Domain-可以做商業用途-不要求署名

一、產業現況

參採REN 21報告 (REN21, 2018) 觀察全球能源版圖的變化,可得知目前化石燃料提供近八成的全球能源消費量,而再生能源電力比僅占兩成,隨著能源開採技術日新月異及非傳統化石燃料進軍國際能源市場,將以水力發電主導全球再生能源供給結構,其次為風力發電與生質能發電 (如圖1所示)。

受到中國大陸棄風狀況明顯下降,外加政策引發的裝置潮效應,讓2018年整體風電產業較2017年增長11.2%。截至3月底,全球風力發電市場規模約892億美元,前五大市場分別為中國大陸、美國、德國、印度與英國。其中,陸域風電占總裝置容量94.3%,其餘5.7%為離岸風電占比,預期2020年產業重心將從陸域轉向離岸風電,且新增裝置容量占整體風電之比重近15%,累計裝置容量約可達40 GW。

預見2020年全球風電產業動態四大趨勢,分別為:1. 全球離岸風電裝置容量呈現高度成長;2. 大規模商轉風場開發,促使開發成本大幅下降,提升風能競爭力;3. 國際風場競標單價下滑,將提高能源目標落實的不確定性;4. 技術優化,浮動式離岸風電初試鋒芒。

二、國際趨勢

趨勢一:全球離岸風電裝置容量呈現高度成長

展望2017年,英國第三階段 (Round 3) 離岸風電區塊進入商轉,及美國延長風電稅賦補貼產生風電市場的激勵效果,導致 2017年底全球離岸風力發電累計裝置容量共計17,713 MW (占全球風力發電3%),其新增裝置容量為3,329 MW,較2016年2,282 MW成長45.9% (如圖2)。以2018~2021年的預期複合成長率 (CAGR) 來看,離岸風電成長率 (17%) 將遠高於陸域風電成長率 (2.8%),占全球風電市場比例將逐年提高,預測2018年底新增裝置容量約達3,891 MW (GEWC, 2018; MAKE Consulting, 2018; 4C Offshore, 2018)。

預測2020年全球離岸風場開發規劃 (如圖3),全球超過91% (約11,028 MW) 的離岸風電機組將安裝於北歐、英吉利海峽、愛爾蘭海和波羅的海北部,其中可運轉總裝置容量可達20 GW,建置中的裝置容量初估為4,204 MW,主要發展國為英國 (34.7%)、中國 (34.3%)、德國 (27.9%)、越南 (3%) 及台灣 (0.1%) (4C Offshore, 2017; Carbon Trust, 2018)。

展望到2030年,依各國離岸風電發展目標來看(如圖4),屆時將以美國54 GW累計裝置容量最高,其次為中國 (30 GW)、英國 (23 GW)和德國 (17.5 GW)。

趨勢二:大規模商轉風場開發,促使開發成本大幅下降,提升風能競爭力

隨著各國積極落實風電目標,風機裝置容量逐年增加且風場規模逐年變大,以歐洲離岸風場為例,整體裝置容量呈現「先慢後快」的趨勢,從1991年世界首座商轉的丹麥Vindeby風場 (11支風機,總發電為0.45 MW) 規模進展到2011年倫敦陣列London Array離岸風場 (175支風機,總發電為630 MW),未來丹麥離岸風電公司沃旭能源 (Ørsted) 將在英國約克郡外海開發突破1 GW的離岸風場,預期發電量將達1.2 GW (EnergyTrend, 2018),遂見產業成熟度已從示範階段的開發模式提升至大規模的風場開發。

參酌圖5所示,風場規模化與技術創新的優勢促使整體離岸風電均化成本大幅降低(包含融資及運維成本、施工成本及水下結構成本),如美國第一座Block Island (30 MW) 其建置成本約台幣3.7億元/ MW,而歐洲目前均價成本約為新台幣1.3億元/ MWh (Carbon Trust, 2018)。根據英國最終投資決定 (Final Investment Decision, FID) 預測,以2011年為基期,2020年整體建置成本將下降39%,其中風力發電機成本下降最多17%、其次為前置活動5%、生產成本4%、安裝成本3%及支援結構成本3%等。

該趨勢對產業的影響,隱含業者逐漸不再需要政府補助即可自力完成離岸風場建置,但另一方面也潛藏其成本緩衝空間相當有限,稍有意外將造成整體專案虧損。預見到2020年,風能與太陽能一樣具備產業競爭力 (IRENA, 2018),而風場營運模式將從躉購費率轉變為大規模商轉風場的競爭性招標,市場將由買家主導整個開發進度,領導廠商紛紛以購併方式來壯大產業版圖,並採取合作、聯盟來分攤開發風險及投入資源,形成少數大廠競爭的局面。

趨勢三:國際風場競標單價下滑,將提高能源目標落實的不確定性

受到鋼鐵價格持續下跌和歐洲風電服務業供給過剩,導致近期風場招標單價屢創新低。觀察國際動態,推動中的國家會視各國本身成本條件及再生能源的可用性,逐步將風電推動政策從收購電價 (Feed-in Tariff, FIT)、綠色憑證 (Green Certificate, GC)、競標 (Tender) 調整至最終的零補貼,如以德國與荷蘭為例。

根據Agora (2017) 統計,低違約金的機制設計吸引業者競相搶標,導致德國、丹麥與荷蘭在近兩年的競標價格明顯下滑,每度電約在新台幣1.8元至2.62元之間 (不含併網成本) (如圖6),然而影響風場成本的最大因素在於風機容量大小與耐用年限,因此當政府採取零補貼政策時,業者將直接面臨以市價作為售價的困境,當售價不敷成本投入時,則業者容易選擇支付低額的違約金而放棄實際開發,亦增加政府能否達成再生能源發展目標規劃的不確定性。

趨勢四:技術優化,浮動式離岸風電初試鋒芒

隨著風場水深越深和離岸距離越大,對於風機的功率與規格要求也越來越高,MAKE公司預測至2024年離岸風機功率將翻倍達到 12 MW 左右,而這股成長動能將從 2020 年開始,如三菱重工 (MVOW)已投入9.5 MW風機研發、西門子 (Siemens) 與奇異 (GE) 也分別投入10 MW以上風機開發。

受到開發成本下降的驅動力讓技術提早優化,從一般目的之工作船將進化至特別訂製的工作船,固定式基座進階到浮動式離岸風機承載平台,初估未來全球約有30個團隊投入技術開發,主要發展國為日本、蘇格蘭、愛爾蘭等國家,如圖7可知浮動式離岸風電平台專案發展狀況。全球第一座浮動式離岸風場正式於2017年10月完成運轉,代表該項技術從實機示範 (TRL7) 進展至小規模商業運轉 (TRL8),其中又以半潛式 (Semi-submersible) 和浮筒式 (Spar Buoy) 平台較具有競爭優勢 (Wind Europe, 2018)。

該趨勢對產業的影響,業者將著眼於降低成本與技術的穩定性,以水深50公尺的海域作開發,並提前卡位浮動式平台開發,加速50公尺以上的海域規劃。對浮動式平台來說,水深增加其平台結構都不需要變更,主要改變的只有增加錨鍊長度,故成本增加相對有限,將是一大優勢。

三、結論與建議

鑒於全球風電市場規模至2020年將突破1,000億美元,其中又以離岸風電為各國發展主軸,因此建議我國政府可持續推動風電產業發展。相對於歐洲國家,台灣在離岸風電發展起步較晚,為加速達到風電裝置容量目標,本文提出以下幾點建議:

1.以產業鏈為主體結合商業生態系統概念,創造出具台灣特色的風電產業鏈。

面對國際化的發展且台灣有限的資源下,應打破過去產業的界線,不再只是依賴單一組織或單一產業,而是透過跨領域的協同合作來強化台灣風電產業鏈能量 (如圖8) 。讓政府、企業、乃至顧客之間相互連結,共同創造價值與分享價值,由政策引導來創造國內市場,用市場引進相關技術務實推動產業發展。

2.重新審思我國再生能源發電設備電能躉購費率政策

根據行政院公報第23卷指出,我國在離岸風力發電設備電能躉購費率機制可分兩種,第一種為固定20年的躉購費率者,其躉購費率為5.8141元/度;第二種為階梯式躉購費率,則前10年適用費率為7.0622元/度,後10年起適用費率為3.5685元/度。然而國內價格均明顯高於目前歐洲平均履約價格(2.15元/度),因此適度彈性調整國內再生能源電能躉購費率將有其必要性。鑒於落實政府再生能源政策之穩定性,且評估我國離岸風場正在起步階段,而離岸風場開發自規劃到商轉約需7~9年間,建議參酌歐洲的補貼政策措施、競標制度的設計、投標者的資格審查、融資模式等方式,在商轉之前可維持較高躉購費率以補貼業者期初設置成本,在此之後機制應適度檢討與修正。

3.鎖定零組件、水下基礎結構及海事工程作為發展重點產業。

除開發先進技術以有效降低成本,並激勵國內外企業可依技術、權利、資金的不同進行國際間的合作,積極對接專業人才,從中培養具產業深度的環境與在地化技術。如:借助國際大廠的資源和經驗,並運用我國中小企業的在地優勢、彈性的應變能力、專精與創新的特性,針對風場運維領域培育足量適格的運維人員,運用既有陸域風場之輸電設備維修技術,精進海工技術與監診技術,進而群聚產業人才。

4.學習歐洲國家「先慢後快」的步調,建議政府單位優先強化法規明確性,讓風場開發遴選過程客觀公正。

再則,加速基礎設施與應用環境建置速度,促進我國能源轉型與電業改革之發展環境,打造具國際競爭力之風場規格。

5.在我國政府大力推動綠色能源目標同時,亦應掌握國際組織與各國政府在能源效率管理與再生能源技術發展趨勢,藉此從趨勢發展上思考必要的因應之道。

參考文獻
  • 行政院公報(2017)。財政經濟篇,第023卷,第192期。
  • 綠能趨勢網(2018)。世界最大的離岸風電廠於英國動工,發電量手突破1GW。上網日期:2018年3月31日,取自:https://www.energytrend.com.tw/news/20180201-14308880.html
  • 4C Offshore (2018). http://www.4coffshore.com/
  • Agora Energiewende (2017). The Cost of Renewable Energy: A Critical Assessment of the Impact Assessments Underlying the Clean Energy for All Europeans-Package.
  • Carbon Trust (2018). Offshore Wind Innovation & Cost Reduction. Retrieved Mar. 2, 2018 from: https://www.carbontrust.com/offshore-wind/
  • GEWC (2018). Market Forecast for 2017-2021. Retrieved Mar. 15, 2018 from: http://gwec.net/global-figures/market-forecast-2012-2016/
  • IRENA (2018). Onshore Wind Power Now as Affordable as Any Other Source, Solar to Halve by 2020. Retrieved Jan. 13, 2018 from: http://www.irena.org/newsroom/pressreleases/2018/Jan/Onshore-Wind-Power-Now-as-Affordable-as-Any-Other-Source
  • MAKE Consulting (2018). Global Offshore Wind Power Project Database. Retrieved Mar. 1, 2018 from: http://www.consultmake.com/advisory/offshore-wind
  • REN21 (2017). Renewables 2017 Global Status Report.
  • Wind Europe (2018). Retrieved Feb. 10, 2018 from: https://windeurope.org/
延伸閱讀