【能源思考題】 (三十四)風力發電,如果回到2009

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先前說過,這個系列由於主題是談論分散式能源的趨勢,所以很少提到風能,因為風能在利用的方式上,目前還是比較偏向集中式應用,不過,這並不是絕對,前幾回我們已經提到,奇異已經供應車載式風力發電系統給奈及利亞。

無論如何,風力發電是一種相當重要的能源,也不好一直不談,最近恰好美國能源部發表了《2013年風能技術市場報告》,不妨就藉此機會,來看看風力發電近年來的發展趨勢。

一樣,咱們還是先從銅臭味重的部分開始說起。

我們先前提到過很多次,美國總統歐巴馬不只是為環保而綠能,還把綠能當成產業回流、增加就業的重要手段,歐巴馬在演講中曾特別指出,美國家家戶戶安裝的屋頂分散式太陽能電池面板,都是由美國本土勞工安裝上去的,藉此強調綠能與分散式能源對本國經濟的重要性,太陽能如此,那風能呢?

當然也一樣。據美國能源部統計,2013年,在全球風能大廠中,排名才只到第5名的美國綜合工業大廠奇異,在美國市場,卻囊括了90%的市佔率,真是太過分的「主場優勢」,而美國市場的老二,德廠西門子,只佔8%美國市佔,其他人就更不用說了,幾乎可略。所以,歐巴馬想的一點都沒錯,發展風能,也一樣是「肥水不落外人田」。

過去美國曾有人試著「去中國化」,也就是說想試看看生活中能不能盡可能不要用中國製造的產品,結果很快就放棄了,可知中國製造滲透美國經濟有多深,要擺脫中國的確不容易,不過,在風能領域,可就並非如此,2013年,在美國,中國廠商只有三一重工安裝了8百萬瓦的風力發電機組,在總共1087百萬瓦的總安裝容量中,可說少到可略。

但那不代表中國風機廠商就吃癟,事實上,在2013年全球排名前15強中,中國廠商佔了8名,因為雖然中國廠商吃不到美國市場,但中國市場卻幾乎都由中國廠商霸佔。不論在中國還是美國,風能產業都的的確確是「肥水不落外人田」的產業。

為何如此?稍後再述。接下來談大家最關心的電價。

美國能源部的報告表示,2009年時,美國風力發電採購合約價格平均為每百萬瓦小時70美元,也就是說,每度電為7美分,換算新台幣約每度電2.1塊錢,但是,才過了4年,2013年時,美國風力發電採購合約價格平均已經落到25美元,也就是說,每度電為2.5美分,換算新台幣約每度電7毛5,連1塊錢都不到

從2009到2013年,4年之內,價格掉到剩三分之一多,這就是整個風能產業的大趨勢,技術正在引起成本上的大跳樓。

很多盲反份子常說,美國有PTC,美國有有利的風場,台灣風能不可能一樣便宜云云,就算假設台灣的容量係數只有20%,美國算作是不合理的40%好了(美國實際上風力發電的容量係數在26%到38%之間),那也就是台灣相對來說風力發電價格比美國貴一倍,以技術提升導致成本下降的速度,不過3年就能吃掉這個差距。

而且風能成本下降的趨勢才正開始而已。

其中一個技術發展趨勢,就是風機越來越大,2013年,美國新裝機的風力發電機,平均塔高80公尺,比1998-1999年提升45%,平均扇葉直徑達97公尺,比1998年倍增,增加103%,平均發電容量為1.87百萬瓦,比1998-1999年增加162%。在2012年,美國有一半以上的新裝機風力發電機扇葉直徑超過100公尺,到2013年,有75%都超過100公尺。

風機越大,工程設計、材料科技等方面,自然都要求更高,這部分談起來說不完,且先略過不提,但變大的結果則比較容易理解:越高、越大的風機,扇葉就越長,捕捉風能的效果就越好。

除了風機本身的因素外,只要放過風箏的人都知道,低空的風箏很不穩定,但放到越高,風箏就越穩,這是因為低空的風受到地面環境影響,月到高空,氣流就越穩定,也越適於發電,所以很容易理解,當風機越高越大以後,發電效果越好,所以相對來說每度電發電成本也就降低。

越大的風機,還能在低速風場有更好的表現,加上前述高度的因素,所以過去許多風速低,亂流太多,不適合風力發電的風場,在風機增大後,也全都成為適宜的風場,美國過去的良好風場往往位於人煙稀少的中西部,發了電還得建設漫長輸配網路拉到主要用電的東西兩岸,現在許多過去認為條件不好的地點也都可以選擇,就近設置,省去輸配線路建設成本,更進一步降低風力發電成本。

甚至,許多主流大廠都在發展的特高風塔,在不遠的未來,還能讓風力發電機設置在森林之中,怎麼辦到的?就是把風塔做到高出樹冠層超過一個扇葉長的距離就行了。

風力發電機的強度也快速提升,幾年前的機種就已經能抵擋強烈颱風的風速,這個趨勢再發展下去,許多過去認為不適合設置風力發電場的場址,都成為可行的地點。

技術的進步,甚至讓風能連最大罩門都可克服。過去認為:風機越大、規模越大,只會離分散式能源越來越遠,但是,風機的技術發展也不只有增大,因應分散式能源的未來,各種分散式風能技術也積極發展,2013年美國已經有7.2萬具分散式風力發電機,有842百萬瓦的分散式風力發電容量,真是「只要有心,無處不能風力發電」。

當然,風機增大也正是「肥水不落外人田」的主因之一,考慮到一片扇葉長達50公尺,運送可是非常不便,一般標準海運貨櫃也不過約12公尺長,又不能把扇葉切斷,所以當然就只能本國製造,丹麥的維斯塔斯得在美國設廠並雇用美國勞工,而西門子為了要銷售風機給美國,不僅要雇用美國人,還要出錢投資,真是「好人做到底」。

如果你時空旅行,回到僅僅5年前,告訴當年的產業專家,說2013年的採購價格是這樣,他們鐵定會說:你搞錯了吧,乘三倍還差不多吧!你又說森林也可以當風場,他們再度指著你的鼻子大笑,說:你有沒有基本常識啊!接下來你又說,風能也可以發展為有效的分散式能源,這下他們確定了你一定是個大外行。

但是不用到5年後的現在,2011年時,風能產業界的領袖之一,奇異的執行長,就已經公開表示風能讓核能失去經濟上的存在價值,他在當時就已經看到趨勢。現在已經2014年,如果想法還跟2009年一樣,那恐怕才是個超級大外行,更別說是停留在2000年以前了。

今天的能源思考題,要請大家帶回去思考的就是:4年的時間,就可以讓專家變得比外行還外行,各能源產業技術都正在高速進步的現代,若還以5年前、10年前,甚至20年前的觀念想事情,其結果會如何呢?

作者