2016年9月2日 星期五

7 張圖表了解風力發電趨勢

7 Charts That Show Wind Power Is Surging in the US and Abroad
As offshore wind steps into the spotlight.

by Julia Pyper
August 24, 2016


風車用來發電已經早早在 1880 年代就發明了,但是直到近幾十年中,美國的風能產業才真正迅速發展。最近刊出的兩份報告就講明這在美國和全球蓬勃發展產業的趨勢。

根據美國能源局和 Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) 的年度 Wind Technologies Market Report,2015 年的風力發電突然驟升 12% 發電容量 8598MW(megawatts),帶給全美 73,992 MW 的發電容量。這數據的成長伴隨著去年 145 億美元的投資,讓自從 1980 年累積的風能投資來到 1500 億美金。

原因有近期來風能的成本效益比提升;對風能要求漸高;再生能源比例標準(renewable portfolio standards)的建立,這些都使得風能那部分占比變高。另一個重要關鍵是風能生產稅抵減法案(wind production tax credit, PTC)。在 2013 年時,產業發展有減緩因為該法案的失效,然而,最近,更新的法案出現後就注入產業新的動能。去年 12 月,國會通過延長稅務減免五年的時效,預估會增加更多的風力發電容量

圖 1-每年及累進之美國風能發電容量

風力發電不只打破自己的紀錄,他更傲視其他的能源。在 2015 年,風力發電在所有發電容量增長佔了 41%,為最高的能源。在過去十年的增長幅度也佔所有發電容量增長幅度的 33%。

成本的減少可成為風力發電成長最大的主因,LBNL 發現從 2008 年到現在,風力發電的成本少了 2-4 成,這也會造成電力採購協議價格的下降。協議價個的下降會反應在渦輪價格、組裝價格、運作及維修的成本...等。在 387 項購電協議(佔有34558MW)中,他們發現,從 2009 年,合約價格明顯下降,尤其是美中的部分,例如風力能源最旺上的德州


從 2009 年的 70 美金每百萬瓦小時到現今的 20 美金每百萬瓦小時。學者發現主要的下降都來自於內陸,風力成本最低的地方。少了那些誘因,價格可能每百萬瓦小時就要多 15 美金。

但是,風力發電比天然氣和燃煤發電的價格低是不爭的事實,而且越來越多的國家有如此的趨勢。固定的和長期購電協議給風力發電天然氣沒有的價格穩定性

圖 2-風能平準單位電價,對於時間及地點

風能技術的進步幫忙拉低價格。葉片性能、風車高度、旋轉半徑都有顯著幅度的上升,這可以增加產能及開發未開發的風力資源。根據美國能源局的數據,如果風力發電機高達 110 公尺,則美國潛力風力發電區增加 54%;如果可以建到 140公尺,潛力風力發電區則增加 67%。

日漸成長的科技可以增加風能的容量因子 -- 就是汲取風能的實際效率。LBNL 的報告指出從 1998-2003 的 25.8% 到 2004-2011 的31.2% 直到 2014 年高達 41.2% 的汲取效率。

圖 3-至 2015 年風力發電的容量因子

當陸上風力發電席捲全美時,離岸風力發電卻被擱置著。但是這開始改變了。在這個禮拜,可供電 30 MW 的 Block Island Wind Farm 終於完工,這是全美第一個離岸風力發電。這項耗資 2.9 億美元的計畫預估可以供應 18000 戶家庭,可以取代柴油能源成為島上主要能源。根據開發商 Deepwater Wind 預估這項風力發電計畫可以在 11 月啟用。

高成本及麻煩的核准程序增加離岸風力發電的難度。在麻省、新澤西州、維吉尼亞州及俄勒岡的離岸風力發電都遇到重重難關。但是改變即將開始。LBNL 的報告提及,在 2015 年時,聯邦政府開始做出一系列的改變,包括由美國內政部核准離岸風力租賃,美國能源局負責資助計畫。時至今日,有 23 個離岸風力發電專案(16 GW) 在建造當中。儘管有很多難處,但是離岸風力發電在全球有著巨大的潛能。

圖 4-正在建造中的離岸風力發電廠

另一個報告來自 Planet OS(一個能源數據公司),內容指出,在 2015 年,離岸風力發電的發電容量增加 3.4GW,歐洲佔了將近 90%。在 2016 的上半年度,已接上電纜的離岸風力發電機提供將近 12.7 GW,在 18 個月內上線的將可提供額外的 5 GW。

Planet OS 的總監 Greg Kleiman 說道,離岸風發的市場目前比其他再生能源小,但是它正在快速成長並比其他的更有效率,不斷的降低成本可以加速離岸風發的發展,更數據驅動也是重要的關鍵之一。它表示,他的地球科學數據情報可以幫助公司增加三成產能並減少成本,目前客戶有 RWE,Bravante 和 NASA。

英國有最大的市場,將近 40% 的運作中離岸風發都在那邊。德國有 27% 位居第二,荷蘭以 10.5% 位居第三。中國是最大的非歐洲國家市場,有 8.4%。但是預估中國會有大幅度的提昇,因為較低的政府電力收購制度將被汰換成新的。

圖 5-全球離岸風力發電容量

離岸風力的能源潛力市很龐大的。在歐洲,預估還有 73GW 的風力可開發而未被開發,那些可以被設在離人口進的地方,而且可以規模更大更優秀的容量因子,因為海上的風速比較快而穩定。

根據 National Renewable Energy Laboratory,美國還有 4200GW 的可開發離岸風力,但是 Planet OS 指出,如果新政府對他的援助減少的話,這將會是一大阻礙


在 2015 年,美國不管是在離岸或陸上累積風力發電的電力增加都是在第二名,輸給中國恐怖的 140,053MW,雖然發電容量少了些,但是就風力發電產業,美國可以領導者。

但是美國使用風力發電的比例卻輸給其他國家。丹麥使用將近 40%,葡萄牙、愛爾蘭及西班牙都有 20-30% 不等的比例。反觀美國卻只有 5.6%。


圖 6-概估的風能佔比

讓我們繼續看下去,生產稅抵減法案將會使得風能研發持續到 2020 年,近期的發展也會受益於成本效益比的提昇。

對於 2021 和 2023 的預測則有點差池。LBNL 指出會因為 PTC 的失效而有延緩成長的趨勢。低價的天然氣,電力需求持平,再生能源配額標準,基礎設施不足及和太陽能競爭,種種因素造成成長的不樂觀。不過這些情況漸漸在改變,我們也可以指望環保署的 Clean Power Plan。

圖 7-美國的每年風能增加發電容量