產業技術評析

一、浮體式離岸風電發展現況
 

由於50m水深以內區塊尚有充沛開發空間，目前離岸風場以固定式風力機為主流應用技術，而適用於50m水深以上的浮體式離岸風力機自2010年開始獲得關注。根據調查機構MAKE(2018)之評估報告，目前共有近60種浮體式離岸風機的概念被提出，但其中只有7種進展至1:1原型示範階段。
 

短中期內浮體式離岸風電技術僅見於小規模示範計畫，若要推進商業化進程，除技術可行性外，仍有諸多要素需克服，以下針對其發展之推力與阻力進行探討。
 

二、浮體式離岸風電發展之推力
 

（一）各國積極應用離岸風電技術
 

2010年後離岸風電之應用開始蓬勃發展，歸因於歐洲北海周遭各國政策推動力道加強，帶動整體產業鏈建置。在離岸風電成本下滑快速的趨勢下，致力於減碳且離岸風力資源豐沛的國家紛紛設置積極離岸風電裝置容量目標；雖在推動上必然先以較成熟的固定式技術為主，但隨著近海地區逐漸發展完畢，固定式離岸風力機對於生態、漁業、航運等干擾較大，給予可攫取更佳風況且裝設位置離岸相對較遠的浮體式離岸風電進一步的發展契機。
 

（二）沿岸用電集中區域緊鄰海床陡峭海域
 

一般而言，人口密集區較不適宜裝設傳統發電設備，因此需透過建置高壓電網傳輸設備滿足電力需求；而離岸風電正好提供了人口集中的沿岸城市一個新興用電選項。但並非所有沿岸海域皆有寬廣的大陸棚可用於裝設固定式離岸風電，如英國(蘇格蘭區域)、法國、日本、挪威、葡萄牙與美國加州等地區，雖離岸風況良好，但出海後海床深度劇增，能設置固定式風力機區域相當有限，因此相對積極投入浮體式離岸風電的技術研發與場域示範。
 

（三）多元化應用場域
 

依據過往油氣平台的建置經驗，目前最深裝設深度高達2.9km(MAKE, 2018)，這暗喻了承襲同類技術的浮體式離岸風電能較不受限於海床深度，增廣其使用範疇，較特殊之應用場域包含與海上油氣產業之結合及對於孤島電網之助益。
 

挪威油氣開發商Equinor提出以浮體式離岸風電供應油氣平台之構想，計畫將以88MW發電容量的Hywind Tampen離岸風場供給Snorre 與Gullfaks海上油田每年35%之電力需求，Hywind Tampen離岸風場與油氣平台結合示意圖如圖1。
 

資料來源：Equinor。
圖1 Hywind Tampen離岸風場供電示意圖。
 

美國夏威夷之電力系統為相當知名的孤島電網，並計畫於2045年實現用電100%來自再生能源。為了達成RPS目標，太陽光電、風力發電、地熱、生質能均是可能的再生能源選項；惟太陽光電與陸域風電受限於土地面積無法進行大規模開發，可預期地熱、生質能與離岸風電將成為夏威夷發展再生能源之主力。而受限於海域水深較深，浮體式離岸風電將是主要應用技術。
 

三、浮體式離岸風電發展之阻力
 

（一）缺少長期政府政策支持
 

浮體式離岸風電發展進程與政府支持程度強烈相關，但綜觀當前全球政府政策，顯少見到專為推動浮體式離岸風電之長期規劃，多為一次性示範補助性質，或需與其他新興再生能源技術共同競爭資源，往大規模應用的路途尚欠明確方針。
 

以過往推動較積極的英國(蘇格蘭)、法國、日本為例：英國(蘇格蘭)於再生能源義務制度下提供浮體式離岸風電較佳待遇，惟此制度已被差價合約制度取代；法國則是依個別標案與開發商簽訂躉購費率，但近期未有提出新招標案之規劃；日本則是不分固定式或浮體式技術，均以相同費率收購。
 

（二）發電成本仍遠高於固定式離岸風電
 

浮體式離岸風電未有大規模建置經驗，以示範計畫與商業化的固定式離岸風電相比，每MW之資本投入至少是2倍以上，部分示範計畫甚至高達3至4倍(MAKE, 2015)；在均化發電成本(Levelized Cost of Energy , LCOE)指標上，依照Carbon Trust(2015)之評估為£177/MWh，遠高於BNEF(2018)提出之固定式離岸風電成本區間$75-146/MWh。
 

雖各單位對於浮體式離岸風電技術商業化後之資本投入和LCOE之降幅均相當有信心，但在浮體式離岸風電發電成本甚高，且固定式離岸風力機尚有許多開發空間的狀況下，短期內難以獲得各國政府充沛的資源投入，商業化進程與成本下滑速度將相互拖延。
 

（三）產業供應鏈成熟度低
 

固定式離岸風電供應鏈同樣承襲油氣產業的經驗，但將各式構件設計改良至合宜風力機使用，並轉為批量製造模式，花費了不下數十年時間。浮體式離岸風電雖有部分可受益於固定式離岸風電的發展，但在水下基礎、海底電纜、海事工程安裝上均有相當大的不同；其餘如風力機系統、港口地勤等項目變動相對較小，可仍需要配合浮體式技術進行調整。浮體式離岸風電三種主流水下基礎類型示意圖如圖2。
 

資料來源：NREL、工研院產科國際所ITIS研究團隊整理(2018/12)。
圖2 浮體式離岸風電主流水下基礎技術示意圖。
 

四、浮體式離岸風電全球市場展望
 

至2021年前，將陸續有不同類型的浮體式離岸風電技術進行實地驗證，設置地點分布於法國、日本、英國、美國、葡萄牙等地；設置規模也較以往擴大，一項計畫大多會包含3-4隻離岸風力機，其中英國的Kincardine計畫之總發電容量為50MW，超越英國蘇格蘭Hywind規模，2020年建成時將成為全球發電容量最大的浮體式離岸風場。
 

Carbon Trust(2018)指出，第一座大規模商業化浮體式離岸風場可能於2025年建成，但整體發展前景仍不甚明朗；雖產業界紛紛提出極具野心的建置計畫，但在缺少政府政策推動的狀況下，達成的可能性相當低。至2030年前不同機構評估之全球浮體式離岸風電累積裝置量預期如圖3。
 

資料來源：Carbon Trust(2018)、Equinor、MAKE(2018)、工研院產科國際所ITIS研究團隊整理(2018/12)。
圖3 2030年預期全球浮體式離岸風電累積裝置量。
 

五、IEKView
 

浮體式離岸風電乘著全球離岸風電應用快速擴張的聲勢，且較不受海床深度限制，可應用場域廣泛，前景看似十分遼闊；而主流技術尚未定於一山，吸引眾多單位投入，希望能搶得先機。但浮體式離岸風電要推進至商業化應用仍有相當一段距離，需由政府提高長期支援力道，擘劃出明確市場需求，才能誘使進一步研發投入，以利發電成本下滑及提升產業供應鏈成熟度。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)