從四個關鍵問題讓您秒懂全球風電產業的發展動態

導讀
根據21世紀再生能源政策網(REN21)統計,2018年風力發電占全球再生能源供給比重達5.5%。由於全球減碳意識抬頭,各國將逐步減少對傳統化石能源的倚賴,並擴大開發再生能源的供應來源,主要以太陽光電及風能為主,在此背景下,本文嘗試回答全球風能產業發展過程中的四個關鍵問題,包含:(1) 為何風能在能源轉型中扮演重要角色?(2) 為何風能較其他再生能源增長快且占比高?(3) 未來風能需求會持續增長嗎?發展契機在哪?(4) 台灣如何應對全球風電商機與供應鏈的轉變?這些問題有助於讀者快速對風能產業動態趨勢有更深入的了解。
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一、能源產業綜觀

受到全球經濟增長及許多國家(如美國、中國、印度)因氣候變遷對製冷和取暖的需求提升,導致2018年全球能源需求較2017年增長2.3%,這也是過去10年需求增長最多的一年(IEA, 2019)。根據REN21 (Renewable Energy Policy Network for the 21st Century)於2019年5月發布的「2019全球再生能源狀態報告」(Renewables 2019 Global Status Report),如圖1所示,全球能源整體消費量中,傳統化石燃料占比近八成,其中天然氣需求增長幅度最高,煤則受歐美環保政策影響而持續下降;再生能源占比僅約兩成。

隨著再生能源的技術突破及能效提升,其成長性將逐步提升,REN21預估未來水力發電將是全球再生能源最大供應來源,其次為風力發電及太陽能發電,化石燃料占整體能源供給量將逐步減少。

本文針對未來風力產業之發展提出四個問題,分述如下:

(一)【問題一】為何風能在能源轉型中扮演重要角色?

相較其他再生能源,風能具備低碳排放、開發成本持續下降、全球裝置容量持續增長、可帶動投資及就業機會、投資回收快及產業具經濟規模等六項特點(詳見圖2)。由於風能在發電過程中不消耗任何燃料,且不會產生二氧化碳,屬於極度乾淨的可發電能源。因此,有別於其他再生能源的開發,風能的裝設更容易且可拓展性高,能夠分散設置於面積較大且完整的區塊,可減少輸電損失,滿足區域尖峰負載,同時降低供電成本。

根據國際能源總署(International Energy Agency, IEA)的估算,風能的均化發電成本(Levelised Cost of Electricty, LCOE) 和價值調整後的均化發電成本(Value-Adjusted Levelised Cost of Electricty, VALCE) 2均呈現逐年下降趨勢。以近五年為例,受惠於風電產業供應鏈的成熟與技術進步,讓陸域風電均化發電成本下降9.5%、離岸風電下降13.6%。隨著能源轉型的範疇逐漸擴大,對再生能源的買方與設備擁有者來說,風能屬於可有效產生能源且具備最佳收益的選擇。

(二)【問題二】為何風能相對於其他再生能源增長快且占比高?

根據MAKE Consulting 與 全球風能協會(Global Wind Energy Council)的最新研究顯示,全球風能市場的增長幅度較化石燃料高,且過去5年之間(2014-2018) 每年新增裝置容量達45GW以上,並以2.8%的複合年成長率(Compound annual growth rate, CAGR) 持續增長。2018年整體風電市場新增裝置容量約55 GW,較2017年增加11%,其中陸域新增4,510 MW、離岸新增1,022 MW(詳見圖3),主要新增來源包含中國大陸(約21.2 GW)、部分歐洲國家 (約9 GW)、美國 (約7.6 GW)及新興市場如東南亞、中東、拉丁美洲等地區。

影響風能成長的三大驅動因素分別為:

(1)各國開始推動變動性再生能源整合政策

近年各國政府積極鼓勵能源業者發展並整合變動性再生能源(Variable renewable energy, VRE),以提高風能系統價值,具體措施包含依能源系統條件,鼓勵不同能源部門的整合,例如澳洲Kennnedy 風場共址計畫,整合風能與油電建立共享電網,以達到穩定供電;又或發展整合VRE的適應性技術,例如日本Aguni風場將風能成為微電網的一環,有助彈性供應市場需求。前述做法有助於解決能源供應市場及再生能源設備擁有者在能源調度分配上的歧見,進而維持風能成本競爭力。

(2)能源市場的商業模式逐漸轉換

由於近年風場建置成本下降與惡性競標,導致風電業者改變原有的經營模式,作法包含透過石油業者收購相關能源貿易公司,以及與渦輪機設備製造商進行異業合作,例如投資電動交通設施。風場開發商專注於風場規劃與營運,營造部分委外執行,例如全球最大離岸開發商沃旭能源(Ørsted)與最大風機製造商西門子歌美薩(Siemens Gamesa)合資的離岸風電海事工程公司A2SEA,近年轉售給海事工程廠商GeoSea,沃旭能源則不再涉入風場營造。

(3)全球企業收購風電已漸成熟

截至2018年底,企業對於再生能源購買需求量高達1,500 TWh,且當年度收購與簽訂再生能源購售電契約(Power Purchase Agreement, PPA)增長幅度最大。影響收購需求增長的原因有兩點:第一,受到企業為提升形象與政府對企業設置再生能源目標的影響,促使全球企業採購再生能源需求大幅提升;第二,再生能源價格浮動過大,使得企業轉而尋求採購低固定價格的再生能源,從近年小型企業Vattenfall公用事業部門到大型企業如Facebook、AT&T及Walmart等都有此經驗。

(三)【問題三】展望未來,風能的需求會持續增長嗎?發展契機在哪?

預估在2030年之前,「人口老化」、「科技創新」與「商業模式的改變」將導致全球能源需求增長幅度降至1%以下,且2030~2050年的年均增長幅度降至0.5%左右(DNV GL, 2019);同時受到車輛電動化逐步取代傳統化石燃料、創新技術提高製程設備的能源使用效率、循環經濟與共享經濟的商業模式興起等因素影響,皆會降低整體能源需求。

在此背景下, MAKE Consulting預測2019~2022年間,由於先進國家開發技術純熟且陸域風電市場趨近飽和,全球風電市場(含陸域與離岸)新增總裝置容量的複合年成長率(CAGR)為-1.7%,開始出現負成長的趨勢,詳見圖3;同時,預估2020~2021年時,全球風能新興市場以韓國、日本及美國為主,累計裝置量可達100MW。

那麼未來的風能發展契機將在哪?我們預期「離岸風電」將是風電產業持續發展的關鍵契機,同時,有三項驅動因素將擴大離岸風電市場需求,包含:

(1)政策引發的裝置潮效應,且自製率政策對短期需求影響有限,促使歐洲供應鏈轉向全球化佈局,並激勵新供應商加入,預估未來10年內,全球離岸風電需求成長6倍,且有18個國家將進入商業化發展階段。

(2)技術創新有助於抵消「補貼減少」的狀況,包含平均渦輪機功率將在2027年翻倍成長、更大容量的風力發電機組與創新葉片設計有助於降低能源均化成本(LCoE)。

(3)歐洲離岸風電之均化成本(LCoE)將從2018年至2027年時減少50%,2018年歐洲離岸能源均化成本(LCoE)相當於3643 台幣/MWh,預估開發商將透過技術創新及組織變革等方式,讓整體營運成本和資本性支出(CAPEX)在2027年時分別下降55%與36%,同時讓能源均化成本在2023年可減少37%,預估約為1,825台幣/ MWh。

展望未來,MAKE Consulting及Wood Mackenzie等研究機構預估,離岸風電在2018-2027年間,全球將會以15%的複合年成長率正成長,預計新增101GW裝置容量,主要新興市場將集中在亞太(約43.4GW)、歐洲(約47.4GW)及美國(約9.69GW)等地區(詳見圖4)。未來,影響離岸風場開發的不確定因素在於亞太地區、中國大陸及美國將朝向深水區域進行開發,以至於海底結構和海事工程船的設計將更為複雜,開發商將增加資本支出(CAPEX),對風能產業發展將是一大挑戰。

(四)【問題四】台灣如何應對全球風電商機與供應鏈的轉變?

全球風電供應鏈未來將面臨六大挑戰,包含:需求增長且擴散速度快、自製率政策更為普及、風場區域特徵更具挑戰性、組裝的零件與設備尺寸變大、渦輪機的功率變大、風力發電價格受到擠壓。為因應供應鏈的轉變,並配合全球勞動力成本的增加,全球風電業者將專注於產量最大化,例如渦輪機製造商將轉向擁有更低廉勞動成本及能夠供應原料的國家發展,從長遠來看,將透過創新技術迎合2階零組件廠商與3階最上游的原物料供應商之需求,並追求全球最高投資報酬率及提升新興市場的產量(如墨西哥、加拿大與澳大利亞等)。

相較陸域風電,離岸風電市場發展速度更快,且新產品發布數量更創歷年新高,放眼未來,離岸風電技術發展將以基礎科學、漂浮式風機、系統整合、運轉維運、支援系統等項目為主(詳見圖5),同時,離岸風電亦將以破壞式創新與智能化發展為主軸,不僅著重於產業標準化發展,並強調與其他再生能源的連結,同時導入無人載具應用及數位監控等智能化技術。台灣風電發展的起步較晚,且風場條件與資源投入與歐美不同,但致力降低能源均化成本是各國的目標。相較於國際經驗,我國能源自製率政策對我國產業帶動效果影響較大,因此建議我國研發團隊可與歐美技術團隊接軌,並從我國產業價值鏈之優勢切入,探索產業界未來十年至二十年的技術困境,例如數值模擬與物理模擬、創新材料優化結構研發、機械與電力設計狀態研發等議題,以培育海工技術人才,擴大產業結盟並期接軌國際。再者,隨時關注國際風電之技術發展趨勢,將有助於國內風場導入國外最新技術應用,以降低能源均化成本,致力提升產業規模經濟效益。

參考文獻
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