中小型垂直軸風力發電設備產業發展策略之建議

中原大學工業與系統工程學系助理教授 周永燦/中原大學工業與系統工程學系博士研究生 羅見明

壹、前言

  在京都協議正式進入執行階段之際,推廣潔淨能源已成全球共識。潔淨能源中現仍以風力發電與太陽能光電為主。台灣政府近年來亦積極鼓勵發展潔淨能源科技及用途,其中風力發電,現有主流技術為水平軸風力發電機,此技術歐美已屆技術成熟,發電成本已可與傳統火力發電競爭。國際中大型風力發電廠已蔚為風氣,並進而發展至海上風場。然而,水平軸風力發電雖具有成本優勢,因其噪音及受地形風影響等因素,卻不適用於人口稍聚集之城鎮,風力發電逐漸朝向大型集中化電廠於偏遠地區發電。

  而太陽能光電,雖發電成本現仍過高,尚無能力發展成為大型電廠。但因各國政府各種政策支持下,已逐漸發展成為分散性自用型之都會發電及偏遠小型發電用途。有別於風力發電,國際間太陽能光電已發展為小型都會化市電並聯的分散性發電。台灣原已有許多眼光獨具公司投入太陽能光電研發及生產;因此具有本土之太陽能光電技術及產業鏈。而風力發電技術,近期在政府的宣導下,許多大型公司及研究單位陸續投入發展水平軸風力發電研發,或技術引進國際間水平軸風力發電。

  然而,過去政府未充分訂定輔助中小型風力發電政策,而且國內市場又小,不利於中小型風力發電系統廠商之發展。因此,若要發展中小型風力發電系統,廠商則以外銷歐洲為主。其原因在於歐洲居於北半球,日照量不足,適合發展風力發電,而且中小型風力發電系統建置價格昂貴,需政府政策支持才行(如丹麥、德國)。此外;系統廠商卻也必須面對歐洲國家法規要求系統在當地自製百分率之問題(目前制定中),亦即在歐洲當地組裝或轉移部份技術至歐洲工廠。

貳、策略與法令措施

  歐洲能源發展策略可分為兩種策略,一是集中電廠策略,二是分散電廠策略。集中電廠策略是以發展核能與大型風力發電為主軸,以替代火力發電;而分散電廠策略是透過每戶用電者自行發電,輔助或回饋集中電廠,以降低集中電廠的負擔。直至西元2008年止,只有少數北歐國家(如丹麥)訂定法令與政策推展用戶自行發電。另以德國為例,從2006年開始,其大型風力發電之策略目標希望至2008年止完成整個陸地大型風力發電廠,發電量佔德國整體發電量之30%,結果不如預期,因此開始立法追加海上大型風力發電和鼓勵居家能源(自行發電)之發展。

  至2009年為止,各國由於看到德國之狀況,因此也開始重視分散電廠策略,美國歐巴馬政府也同時間跟進德國,訂定相關法令與措施。以美國為例,根據美國風能協會(AWEA) 2009年美國市場報告,美國Federal於2008年10月及2009年2月修法通過小型風電30%補助案-自此與太陽能相同,其小型風電市場金額於2008年成長73%總金額達US$77百萬(累積17MW),預估5年至2013年年銷售增加為20倍達約US$16億(累積1700MW),小型風電標準含噪音規範於2009年6月底公布預計於2012年實施。市電併聯機種似乎成為成長主流尤其是在較大的發電容量,而1~10kW用於居屋發電與21~100kW用於商用發電的市場也於2008年快速成長,圖一為小型風電美國市場成長之統計預測圖。

  以英國為例,根據英國風能協會(BWEA) 2009年英國市場報告,小型風電英國市場自2010年將飛躍成長達2.3倍市場金額將超過6千萬英鎊,圖表一為小型風電英國市場之統計表。

表一:小型風電英國市場統計表

年度

2006

2007

2008

2009

2010

 

成長率

 

佔比率

0~1.5kW

1,943

3,147

2,796

3,335

19.3%

9,770

80.6%

1.5~10kW

269

601

575

939

63.3%

1,980

16.3%

10~20kW

15

20

65

175

169%

325

2.7%

20~50kW

5

19

17

38

123%

50

0.4%

總計

2,232

3,787

3,453

4,487

30%

12,125

100%

HAWT

2,224

3,747

3,355

4,194

25.0%

10,635

87.7%

VAWT

8

40

98

293

199%

1,490

12.3%

千英鎊

0~1.5kW

2,426

3,713

3,033

4,825

59%

17,526

28.3%

1.5~10kW

3,093

7,663

8,001

13,329

66.6%

30,271

48.9%

10~20kW

261

399

1,515

5,239

246%

10,285

16.6%

20~50kW

292

1,920

1,200

2,925

144%

3,800

22.5%

總計

6,071

13,695

19,124

26,818

40.2%

61,882

100%

成長率 (%)

157%

125%

39.6%

40.2%

 

131%

 

  以法令措施而言,可分為兩種政策,一、是強制要求,二、是緩和獎勵措施。前者以北歐丹麥為例,要求每戶人家自發電70%以上,否則罰款或高額電費支出;後者以德國為例,若每戶人家自行發電時,則補助每度電30%,或者美國補助裝機者50%等。這些足以顯示過去集中電廠策略不足之處,正朝向分散電廠策略之發展趨勢。

  就現行居家能源而言,主要以太陽能與中小型風力發電為主。太陽能1度電發電量需成本15~16元新台幣;中小型風力發電1度電發電量成本僅需3~5元。從發電時間而言,太陽能只能每日短暫2~3小時之日中時間發電; 中小型風力發電則可以全天候發電。從上述來看足以顯示中小型風力發電之潛力。

  經濟部為補助設置風力發電示範系統,以加速推動風能利用,增加再生能源供應,已頒布執行風力發電示範系統設置補助要點,根據經濟部能源會公佈的研究資料台灣地區的實測風能為全球最佳區域之一。自2000年起台灣政府積極推動並補助潔淨能源之設置; 許多政府機關及教育單位已陸續裝設小型太陽能與風力發電,但是至今所有風力發電之設備仍然100%依賴進口。

  就台灣發展產業來看,政府於民國八十七年召開「全國能源會議」,會議結論設立再生能源發展目標,為至二O二O年佔總能源供應比重1%~3%、占電力總裝置容量1%~3%。在風力發電發展的目標設定上,九十一年十一月,經濟部能源委員會所草擬「我國再生能源發展目標規劃(配合「挑戰2008:國家發展重點計畫」修正)」中,政府規劃我國風力發電發展目標為150萬瓩台灣的機電、電控與精密加工獨步全球,完全符合中小型垂直軸風力發電系統所需之技術。

叁、結論與建議

  過去政府對中小型風力發電政策並未訂定輔助政策或鼓勵措施,就國內中小型風力發電市場而言,由於國內電費相對較低,導致市場無法推展,此需要政府政策大量支持才會有利國內市場拓展。國內廠商由於過去未能針對未來市場需求進行預測、產能所需規模、標準技術可量產化或自動化程度、以及如何面對未來技術移轉、提升研發能量等問題進行著墨而造成策略與績效無法相結合之障礙。

  如今國內許多廠商積極於產業發展之佈局,準備量產進入市場,政府應更積極於擬定發展策略與廠商之系統整合,協助廠商完成如下目標:

  1. 市場與設備產業發展策略之規劃。
  2. 取得國際最新測試系統趨勢統計和整合各國規格標準。
  3. 與國際認證公司合作擬訂國家標準量測系統分析(measurement system analysis, MSA) 。
  4. 專有技術與專業人員鑑別與標準化量測系統分析(MSA)專業人員訓練與認可。
  5. 中小型風力發電對ISO9001、ISO14001、18001之國際客戶、法規特殊要求之訂定。

  如此,政府相關單位對台灣中小型垂直軸風力發電之市場與設備產業發展策略之制定乃有所依據,進而擬定國家標準草案,期望能繼續原有半導體、面板業之第三個群聚產業,成為全世界排名前幾名之淨化能源之輸出國家。