我國風力展電技術之評估及建議

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1 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 85 我國風力發電技術之評估及建議 馬小康 * 唐敏 ** 摘 要 隨著平均每人用電量逐年增加, 及化石燃料的日益枯竭, 世界主要國家紛紛著手開發潔淨新能源 再生能源之領域 ; 在各類再生能源所佔百分比中, 以風能 太陽能 氫能等三種最受重視 面對 2005 年 2 月 16 日生效的溫室氣體減量京都議定書, 風力發電明顯已成為未來再生能源中較經濟 使用較廣泛的技術之一 本文以風力發電為主題, 概述其技術上之可行性與目前應用之現況, 並以 3-E (Engineering, Economic, Environment) 評估法及 6-Risk ( 技術風險 商業化風險 產業風險 法規風險 生態風險 健康風險 ) 指標來評估我國風力發電之潛能及障礙, 並提供我國未來風能發展之方向及建議 關鍵字 溫室效應 京都議定書 再生能源 風能 3-E 及 6-Risk * 國立台灣大學機械工程學系暨研究所教授 ** 國立台灣大學機械工程學系暨研究所研究助理

2 86 我國風力發電技術之評估及建議 一 前 言 能源, 可說是經濟發展及社會進步的原動力 然而, 人類的經濟活動大量使用化石燃料, 已造成大氣中二氧化碳等溫室氣體的濃度急速增加, 產生愈來愈明顯的全球增溫 海平面上升及全球氣候變遷加劇的現象, 對環境各層面造成日益明顯的負面衝擊 根據研究, 溫室氣體中的 CO 2 濃度已從工業革命前的 280 ppm 急遽上昇至 1994 年的 359 ppm, 而我國 2002 年溫室氣體排放結構, 總量為 百萬噸 (Mt) 二氧化碳當量 [1], 而情況仍然惡化當中 溫室效應 臭氧層的破壞及酸雨等議題引起世界各國關注, 具有法律效力的溫室氣體減量議定書 京都議定書遂於 2005 年 2 月 16 日生效 京都會議中列入管制目標的溫室氣體包括 CO 2 CH 4 N 2 O PFCs HFC S 及 SF 6 等, 其中以 CO 2 排放量最大, 影響也最為深遠 依世界化石燃料可用年限來看, 煤炭約可使用 230 年, 天然氣為 60 年, 石油僅約 40 年, 且全球人口用電需求量逐年增加 ;1983 年至 2003 年間, 我國每人年平均用電量成長率為 6.6%, 而每人能源消費年平均成長率為 5.1% ( 圖 1) [2] 在化石燃料持續攀升之今日, 世界各國均朝向潔淨新能源之開發與使用技術而努力 : 包括燃料電池 氫能 太陽能 風能 地熱能 生質能等 [2] 圖 1 平均每人能源消費量與用電量變化

3 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 87 據 BCC 公司於 2004 年 8 月公佈報告 World Markets for Renewable Energy Systems: A Business Review 顯示, 由 2003 至 2008 年間, 全球再生能源產值以 9.3% 年成長率, 至 2008 年達 億美金 ( 表 1) [3] 其中, 各類再生能源所佔之百 分比, 以風能 太陽能 氫能此 3 種最多 ( 表 2) [3] 而我國規劃之 2010 年總再生能 源將為 5,140 MW/224 億度 ( 佔總需電量 :10 %), 其中風能將佔再生能源總發電量 之 14.5%, 低於水力及生質能而列居第三位 ( 圖 2) [21] 就短期內的未來而言, 風能 是最具發展前景的再生能源之一 : 風力機的研究在既有的風車基礎上, 再融入近代 科技後, 其性能與效益皆大幅提升 現在風力發電已經是再生能源中較經濟 使用 較廣泛的技術之一, 尤其在歐洲風能已經是目前非常重要的電力來源 [3] 表 1 全球再生能源產値 能源種類 再生能源產値 (US$M) 之 2003 年 2008 年年成長率 (%) 大型風能 9, , 太陽能 7, , 小型氫能 5, , 生物質能 1, , 微型氫能 1, , 地熱能 , 沼氣能 (Biogas) 小型風能 , 海洋能 6.5 1, 合計 26, , 生質能 34.9% 風力 14.5% 太陽光電地熱 4.7% 4% 水力 41.8% 圖 2 我國 2010 年之再生能源發電容量比例 [21]

4 88 我國風力發電技術之評估及建議 [3] 表 2 全球各類再生能源所佔之百分比 能源種類 再生能源所佔百分比 (%) 2003 年 2008 年 大型風能 小型風能 太陽能 小型氫能 微型氫能 生物質能 地熱能 沼氣能 (Biogas) 海洋能 二 風力發電技術及其優缺點 風力發電是輔助性能源, 風能來自大自然, 有時大有時小, 因此風力發電具有輸出不穩定的特性 在台灣地區, 冬季時東北季風強勁, 使得風力發電量甚為可觀, 但夏季缺電時, 卻因為西南季風微弱而發電量有限, 因此風力發電在現階段仍僅能做為輔助性能源, 無法完全取代傳統發電並作為基載之發電 2.1 風力發電基本原理風力發電機主要是藉由空氣的流動來轉動葉片, 把風能轉換成電能 葉輪受風吹而轉動, 因此葉輪氣動性能對風力機輸出效率具有決定性的影響, 近年來由於葉片的設計應用了航太技術, 大大地提高了風力機的輸出效率 但風力機尚無法轉換全部風能, 輸出效率僅介於 20 ~ 45% 間 目前商業化風力機都使用微電腦監控, 可隨風速 風向的變化而自動啟動 關機 迎風轉向, 並具遠距監控及異狀保護功能 正常狀況下可自動運轉, 不需人員操作, 因此有 無人電廠 的稱呼 風吹過地面時, 會因障礙物的影響而減弱, 離地面愈高風速愈大, 因此為擷取更多風能, 除須改進扇葉氣動性能及傳動發電系統效率外, 也要增加塔架高度以提高迎風風速, 或增大葉輪直徑以增加受風面積, 因此風力機乃不斷地朝

5 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 89 大型化發展, 目前大型風力機組之發電能力, 已達 2.5 MW 以上 風力發電設備 1. 設備功能及用途 (1) 整體功能 : 風力發電係利用風力渦輪機技術將風能轉換成機械能並產生電力 (2) 主要用途 : 應用於鄉村 離島以及主要電網未能輸送電力之區域, 可取代燃煤 燃油之電力系統並減少溫室氣體及空氣污染物之排放 2. 設備構造及運轉方式圖 3 [4] 為風力發電基本構造 基本構造包括葉片 渦輪機控制器 發電機 軸承箱及塔柱 葉片一般採用可動葉片 (pitch regulation) 或固定葉片 (stall control) 之方式來調節葉片之氣動性能及葉輪之輸出 葉片的數量亦影響風力發電機的輸出, 一般而言, 多葉片的風車效率較低但機械力矩較高, 適用於汲水等工作 : 少葉片型 (1~3 葉片 ) 效率較高而力矩較低, 其中又以 2 葉型及 3 葉型效率最高 此外, 現在風力發電機的葉片多採機翼翼型, 以便更有效率的擷取風能 [5] 其運轉方式為風吹過轉子葉片產生推動力, 並藉由葉片產生之扭矩 (torque) 帶動軸承箱之轉子旋轉, 藉軸承箱轉子旋轉與發電機聯結產生電力 [4] 圖 3 風力發電基本構造圖

6 90 我國風力發電技術之評估及建議 2.2 優點 1. 風力發電無污染 : 風力發電在操作過程不但不會排放二氧化碳及污染物質, 更沒有放射性物質的困擾, 是非常乾淨的能源 2. 風力發電是自產能源 : 大自然的風是道地的自產能源, 多加利用可減低對進口石油 煤炭等的依賴, 促進能源多元化 3. 風力發電具分散式特性 : 傳統大型 集中式發電機組如核能與燃煤發電在電力輸送過程中會造成電力的損失, 因此分散式發電已成為電力系統發展的新趨勢 風力發電機可分散設置於各地區, 減少輸電損失, 並可滿足區域的尖峰負載, 降低供電成本 2.3 缺點 1. 對環境生態之影響 : 風場之設置可能破壞當地的地面景觀, 影響附近動 植物的生存, 特別是當地的鳥類與候鳥 機組之設立造成防風林區之局部裸露後, 可能會有擴大效應 風力機旋轉之範圍內, 防風林可能會長期受擾流影響而無法維持其生長之正常 2. 發電成本仍高 : 風力發電沒有燃料成本 ( 因風力資源是免費的 ), 其主要的成本為資本設備成本, 約佔總成本的 75%~90%, 其餘為操作與維護費用 依台電公司資料顯示, 在潛能區設置風機每 kw 年發電量大致可達 2,000 kwh 以上, 以 20 年折舊估算, 發電成本約 1.86 元 /kwh 左右, 雖較全公司平均發電成本 1.43 元 /kwh(2004 年資料 ) 為高, 但較天然氣發電成本 3.62 元 /kwh 及燃油 2.26 元 /kwh 便宜 3. 我國之製作技術尚不成熟 : 除土木基礎工程外, 轉子葉片及風力渦輪機等設備於國內尚無相關之生產製作技術 三 風力發電發展現況 3.1 國外發展現況 全球現況 美國風力能源協會與歐洲風力能源協會發表的統計數字顯示,2003 年全球風

7 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 91 力發電量較 2002 年新增四分之一以上, 主要因為德國與其他歐洲地區的風力發電量大增所致 截至 2004 年 10 月, 有超過 2,700 MW 的風廠裝機容量, 而在 2003 年同一時期則為 2,500 MW 全球風力發電產業在 2004 年所安裝發電容量共增加了 20%, 即 7,976 MW 的總發電量 [6] 截至 2004 年 10 月, 世界風力發電能力達 42,137 MW 風力發電的世界冠軍是德國, 達 15,600 MW, 西班牙第二, 為 7,049 MW, 美國以 6,371 MW 位居第三 ( 表 3) [7] 整個歐洲仍持續主宰 2004 年風力發電的全球市場, 佔新裝設發電容量的 72.4%(5,774 MW) 亞洲則有 15.9% 的市場佔有率 (1,269 MW), 接著是北美洲的 6.4% (512 MW), 以及太平洋地區的 4.1% (3,252 MW) 拉丁美洲 加勒比海地區( 兩區共 49 MW) 以及非洲 (47 MW) 則分別有 0.6% 的市場佔有率 2005 年 3 月, 新成立的 全球風能委員會 (Global Wind Energy Council) 之全球風力發電論壇開議, 結合了風力發電工業及其相關產業 其成員遍及 50 餘國 並有超過 1,500 個硬體製造商 計畫開發 發電廠商 金融及顧問等相關產業, 亦包括了研究人員及學者 主要國家風能設置現況 1. 風力發電量全球居冠之國家 (1) 德國根據德國風力能源協會與官方統計數字, 截至 2004 年 9 月底止, 德國共裝置 16,017 座風力發電機, 風力發電總裝置容量為 15,688 MW, 已經超過水力發電裝置容量 德國的風力發電團體希望在 2010 年時, 風力發電裝置容量 ( 內陸與離岸風力發電 ) 能夠佔全國總發電裝置容量的 10%,2030 年時達到 30% Wybelsumer Polder 的風力公園, 是全歐洲最大的岸邊風力公園, 共有 54 座風力機, 今年 5 月才啟用新的一座風力機, 為全球最大的風力機, 發電量為 4,500 kw 此座全球最大的風力機, 屬 Enercon 公司所有,2000 年時開始規劃, 申請建照 因附近土質較軟,2003 年又開始整建土地 此區域內所有的風力發電機的發電量, 足供 Emden 附近所有的用電量, 甚至包含附近一家福斯公司的工廠用電, 供電量甚大 其發電量分為 660 kw 1,500 kw 及 4,500

8 92 我國風力發電技術之評估及建議 kw 三種, 機型分別有 43 公尺 70 公尺及 120 公尺, 而葉片長度則為 23 公尺 35 公尺及 56 公尺 Holeriem 的風力公園, 屬 E-66 型, 發電量為 150 kw, 可以讓遊客爬上塔頂的暸望台, 眺望附近遼闊的景觀 此座風機塔高 65 公尺, 塔重 127 噸, 機房重 85 噸, 葉片重 4 噸 德國的風力機均設在農林漁牧地, 空曠處降低對人生活的影響 表 3 各國目前風電累積裝置容量 ( 單位 :MW) [7] 歐洲 2004 年初 2004 年 10 月前 亞太地區 2004 年初 2004 年 10 月前 德國 14,609 15,600 印度 2,120 2,169 西班牙 6,202 7,049 日本 丹麥 3,115 3,121 中國 荷蘭 912 1,002 澳大利亞 義大利 紐西蘭 英國 台灣 8 17 奧地利 南韓 8 8 瑞典 斯里蘭卡 3 3 希臘 總計 3,585 3,874 葡萄牙 中東及非洲 2004 年初 2004 年 10 月前 法國 埃及 愛爾蘭 摩洛哥 挪威 突尼西亞 芬蘭 伊朗 比利時 以色列 8 8 波蘭 非洲和維德角 3 3 烏克蘭 南非 2 2 盧森堡 約旦 2 2 土耳其 總計 捷克 拉丁美洲 2004 年初 2004 年 10 月前 俄羅斯 7 7 哥斯大黎加 瑞士 5 5 加勒比海 總計 28,803 31,009 巴西 北美 2004 年初 2004 年 10 月前阿根廷 美國 墨西哥 5 5 加拿大 智利 2 2 總計 6,678 6,812 總計

9 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 93 (2) 美國 美國截至 2004 年 10 月底止, 風力發電總裝置容量為 6,371 MW 加州管理電網的獨立系統營運商 (ISO 公司 ), 宣布將建設一條長約 40 公里的輸電線, 以將 Antelop 峽谷和 Tehachapi 地區的風場電能傳輸至加州各地用戶 ISO 公司證實這條輸電線是為了滿足加州新能源發展總量目標 ( 到 2017 年, 要求有 20% 的新能源比重 ) 而建設的 耗資約 0.94 億, 預計 2006 年開始使用 [7] (3) 西班牙西班牙有使用風力的傳統, 早在 世紀, 西班牙人就利用風力進行提水和磨面 到目前為止, 在西班牙的土地上還可以看到保存完好的舊時代的風車和建築造型為風車的餐廳和酒吧 此外, 西班牙的風力資源豐富, 分別範圍比較廣闊 : 從北部的加里西亞, 阿拉貢, 那瓦勒, 巴斯克地區, 東部的加泰羅尼亞, 中部的卡斯提亞和雷昂和卡斯提亞拉曼切地區, 到南部的安達露西亞地區, 以及加那列群島, 可以說, 幾乎全國各地都有可利用風力資源的地區 西班牙也有建立風場的條件, 現代的風場大部分建在丘陵地區 ( 山頂 ), 但土地貧瘠, 可耕地面積少, 有的地區只能種橄欖樹和放牧, 或者根本不能進行農牧業生產, 建立風場不會對農牧業生產造成影響, 而且, 因為使用了他的土地, 農場主可以得到一定的補償, 所以農場主樂意接受 在西班牙, 截至 2004 年 10 月底止, 風力發電總裝置容量為 7,049 MW 主要安裝在北部加里西亞 阿拉貢和中部的卡斯提亞和雷昂地區 例如, 卡斯提亞和雷昂省 (Castilla Y Leon) 在 2002 年建立了 47 個風場, 裝風機 1,108 台, 總容量為 814 MW, 在全國發展最快 西班牙 EHN(Energia Hidroelectrica de Navarra) 公司在 Navarra 公立大學開發了第一座專為電解水生為氫氣的風力發電裝置 該裝置將為一個 5 kw 的電解裝置供電, 從水中分解出氫氣 EHN 還將開發 1.5 MW 用於此目的的風機 EHN 表示, 此實驗在全球都是一個新穎的嘗試, 是乾淨而具競爭力的能源生產設備, 必將在未來再生能源發展中, 發揮其重要作用

10 94 我國風力發電技術之評估及建議 2. 亞洲國家概況 (1) 中國中國在新疆和廣東南澳等地興建之裝置容量約達 340 MW 的風力電場, 預估 2006 年可達 1,706 MW 中國河北張北滿井風場風能資源良好, 初期將在該地興建 45 MW 的風力發電廠, 計劃安裝 30 台單機容量 1.5 MW 的風力發電機 在張北滿井風力發電廠加速建設的同時, 新疆托里 30 MW 的風電廠也在加緊進行, 總裝機容量達到 100 MW 中國大陸可開發的風能資源居世界前列, 目前已有 40 個風力發電廠, 而 760 MW 的裝機容量, 佔中國大陸發電總裝機容量的 0.2% [5] (2) 日本由於風車發電需要的用地廣闊, 在地型及風力資源較不足的日本目前尚無大規模興建風力發電的計畫, 只有利用小型風車作為照明 取暖和汲水等用途, 為利用西伯利亞吹過日本海的季風發電, 日本東北電力公司轉投資東北自然能源開發會社, 在日本本州西海岸能代, 設置 24 部 600 kw 風力發電機組, 減少 3,300 噸的二氧化碳排放量, 一年發電 3,400 萬度, 只能供應當地一萬用戶使用 儘管日本政府採取措施發展風力能源, 但目前風力發電占日本配比只有 0.12%, 發電量為 677 MW, 日本打算將風力發電逐年提升至 2010 年目標為 3,000 MW( 佔全國的 3% 電力配比 ) 3.2 國外現行政策 措施 再生能源推動制度鑑於再生能源發電之成本仍高於傳統能源, 在傳統發電方式對社會環境影響之外部成本 (external cost) 仍未納入其成本計算時, 再生能源在開放市場之競爭力仍屬有限 為長遠發展再生能源之利用, 除了以計畫方式提供再生能源補助或獎勵外, 部分先進國家已推動制訂推廣 再生能源利用之專法, 或在相關法律中納入再生能源利用之相關推廣規定, 以降低行政規章可隨時變動之不確定因素, 增加政策穩定度, 提昇民間業者投資意願 歸納各國現行再生能源推動制度, 主要可分為 :

11 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 固定電價系統 (fixed-price systems): 由政府制訂再生能源優惠收購電價, 而由市場決定數量 2. 固定電量系統 (fixed quantity systems): 又稱再生能源配比系統 (renewable-quota system, 美國稱為 renewable portfolio standard), 由政府規定再生能源發電量, 而由市場決定價格 兩種推動制度之用意為形成保護市場, 透過政府的力量讓再生能源於電力市場上更具投資效益, 而其最終目的為提升技術與降低成本, 以確保再生能源未來能於自由市場中與傳統能源競爭 表 4 [8] 將針對此兩大系統做介紹 : [8] 表 4 再生能源推動制度表 制度分類 系統分類 說 明 固定電價系統 設備補助 (investment subsidies) 固定收購價格 (fixed feed-in tariffs) 由於再生能源發電設備投資龐大, 政府提供一定比例之設備補助 ( 通常為 20~50%), 可有效降低業者初期設置成本 優點 : 可於短期刺激業者投資意願 缺點 : 無法確保設備的品質及有效的運轉與維護, 如印度早期風機的發展 ; 更無法鼓勵技術的研發, 故設備補助僅可做為推動初期之短期獎勵手段 歐洲國家如丹麥 德國及西班牙等在風力發電發展初期, 皆採行設備補助的方式 政府依據再生能源成本等因素, 訂定再生能源固定價格及收購年限, 可提供業者長期而穩定之投資保障 固定優惠價格為目前歐洲最廣泛採用之獎勵機制, 對於德國 丹麥及西班牙等國於風力發電推動上皆有驚人之成效 優點 : 簡單明確 大幅降低業者之投資風險, 並可間接鼓勵技術的提升與有效的管理 缺點 : 缺乏彈性, 如可能由於融資利率的提升而導致經濟效益減少, 降低業者投資意願 固定電價的訂定為一複雜之工作, 應有長期而多量之實際裝設及運轉資料進行分析, 另需考慮補貼再生能源導致電價提升對於整體經濟之影響, 才能決定一合理之價格 過高或過低的收購價格, 對於再生能源整體發展皆有不利之影響

12 96 我國風力發電技術之評估及建議 表 4 再生能源推動制度表 [8] ( 續 ) 制度分類系統分類說明 固定電價系統 固定電量系統 固定補貼價格 (fixed-premium systems) 稅賦抵減 (tax credits) 競比系統 (tendering systems) 可交易綠色憑證系統 (tradable green certificate systems) 固定補貼價格 ( 如環境津貼,environmental premium) 為前項固定收購價格之另一種變化機制, 其主要差異為政府並不固定再生能源收購價格, 而是於市電價格再加上固定的補貼金額 該機制可反映傳統能源之外部成本, 使再生能源於自由市場上能夠公平而有效地競爭 政府提供業者一定比例之稅賦抵減, 以鼓勵再生能源之設置, 以美國為最主要之施行國家 對業者而言只要具投資效益, 固定電價或是稅賦抵減並無太大的差異 ; 但是就政治及社會的角度而言, 固定電價之補貼係由電力用戶支付, 而稅賦抵減卻是由納稅人來承擔, 可能有失使用者付費之原則 由政府公告再生能源容量目標, 開放投資者競標, 由每單位電價低者得標 由於各種再生能源發電成本有所差異, 因此競比的對象為單一再生能源種類, 即風力計畫間相互競爭, 但不與其他來源如生質能競爭 競比系統主要施行的國家包括英國 愛爾蘭及法國等, 而丹麥亦考慮引進該機制進行離岸式風力發電的開發 優點 : 以市場的力量降低再生能源的發電成本, 但實際執行上卻面臨業者低價競標卻不興建之問題 如英國先前實行之 非化石燃料能源購買義務 (Non-Fossil Fuel Obligation;NFFO) 競比機制, 由於設計制度不佳, 造成業者低價搶標以取得配額, 但於期限內延後設置以取得較便宜之設備 ; 再加上缺乏懲罰機制, 導致業者以不合理之價格取得購電合約而不興建, 造成發展目標達成時程不易掌控 政府訂定電業之再生能源配比義務 (renewable-quota obligation), 即電業一定比例之電力需來自再生能源, 可以自產 向再生能源發電業者收購, 或向其他電力公司以綠色憑證 (green certificate) 方式交易 英國由於先前施行之競比系統設計不佳, 導致再生能源發展停滯不前, 因此於 2000 年改採可交易綠色憑證系統 瑞典 比利時 義大利及亞洲的日本亦採用該制度 優點 : 電業為滿足再生能源配比義務, 經由自由交易市場決定再生能源的價格, 可較真實反應再生能源之成本, 並間接鼓勵技術的提升以降低成本增加市場競爭力 缺點 : 此機制頗為複雜, 且價格係由市場短期之供需決定, 對於再生能源業者之投資風險較高, 亦會造成融資上之困難

13 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 各國現行風力相關推動政策以風能設置容量全球前三名的國家 : 德國 美國 西班牙為例, 其中德國使用 再生能源優先法, 配合其他優惠與收購保障措施, 並積極投資經費於研發單位, 成效相當卓越 而美國則使用 生產税抵減法案 (PTC), 以政府提供業者一定比例之稅賦抵減, 以鼓勵再生能源之設置 西班牙是風能使用歷史悠久的國家, 對於風力發電採補貼制度, 保障了風力發電的市場和利潤 在集資方面, 西班牙政府允許發行債券 例 : 加里西亞地方政府 銀行 (Caixa Galicia) 和風力發電開發公司 (Desarrollo Eolicos) 共同發行風力發電債券 (Bonnos Eolicos), 讓民眾和企業參與開發風力發電 亞洲國家方面, 日本經產省於 2004 年提出 2030 年新能源產業藍圖 經產省考慮除了以補貼的方式支援企業設備投資外, 應向加強市場環境建設 提高產業競爭力的方向轉變 而中國早在 80 年代就制定 乘風計畫 和 特許權計畫, 目的為促進風電的開發 其中風能特許權計畫是套過招標方式, 根據政府制定的特定條件選擇投資者 在風場建設和管理過程中引入競爭機制, 透過政府鼓勵和市場機制的結合, 促進再生能源的發展 以上五個國家之風力相關推動政策如表 5 所示 表 5 各國風力相關推動政策表 國 家 風力相關推動政策 德 國 德國 再生能源優先法 自 2000 年 4 月 1 日開始施行, 與風能相關之內容如下 : 立法宗旨為保護氣候與環境, 落實能源之永續供應 明定強制提高再生能源於現有能源組成結構中之佔有比例, 並期望藉由優先法之實施, 達成歐盟與德國所訂定之推動目標 : 於 2010 年達到再生能源發電量佔總體能源結構之比例, 至少提昇兩倍以上之目標 適用對象係指 : 利用水力 風能 太陽能 地熱 沼氣 污泥及有機廢棄物所產生氣體能源 1 生質能等再生能源來發電者 德國藉由再生能源法之法制奠基, 推出許多優惠及收購保障措施, 已導引許多投資業者及相關資金積極投入, 相關研發能量亦呈現持續突飛猛進之勢, 此法案所設定的 2010 年達到再生能源發電量佔總體能源消耗之比例至少提昇兩倍以上之推動目標 採用固定電價收購, 由政府按最終用戶電價的 90 % 收購業者所發電力

14 98 我國風力發電技術之評估及建議 表 5 各國風力相關推動政策表 ( 續 ) 國 家 風力相關推動政策 美 國 美國市場的成長率如預期般緩慢, 因為聯邦風力發電 生產稅抵減法案 (PTC) 已在 2003 年 12 月終止, 之後又展延到 2004 年 10 月, 新的展延計畫則延宕許久尚未定案 新的展延計畫現在正提送快速審查流程中, 美國風力能源協會 (AWEA) 預期在 2005 年, 全美新裝設的風力發電容量將達 2,000 MW 以上 政府提供業者一定比例之稅賦抵減, 以鼓勵再生能源之設置, 以美國為最主要之施行國家 根據美國風能協會預計, 在 2004 年 7 月有超過 20 億美元的風能交易, 總容量超過 2,000 MW 專案的開發, 正在等待 生產税減免法案 (PTC) 的通過 PTC 作為能源政策法的一部分, 於 1992 年生效, 並持續更新 然而在 2003 年年底包含 PTC 的能源法案到期, 也就意味著 PTC 制度的終止 根據 PTC 條例, 風能公司依據其發電量獲得稅收減免優惠 西班牙政府在 1997 年 11 月 27 日頒佈了有關電力工作的 54 號法, 對利用可再生能源發電建廠做出了有利的規定 1998 年 12 月 23 日發佈了 2828 號有關使用可再生能源和廢棄物發電, 和合併發電的法令 : 對利用可再生能源所發出的電, 電力公司必須收購的強行規定 對於利用可再生能源發出的電的價格也做出了有關規定 規定了其售價是市場價 + 補貼 ( 補貼可達到發電成本的 50 % 左右 ) 另外, 如果發電廠認為合適, 還可按政府規定的固定價格 ( 保護價格 ) 銷售給電力公司 1999 年 12 月 30 日西班牙部長聯席會議通過的 西班牙促進可再生能源發展計畫 ( Plan de Fomento de Las Energias Renobables en Espana), 對發展風能的規劃比較具體 目標為 : 到 2010 年西班牙各項可再生能源發電量要達到全國總發電量的 12 % 以上 此發展計畫對發展風能的技術 對環境的影響 投資成本的計算 障礙 鼓勵措施 市場預測等都做了詳細的分析, 實行性強 歐盟對西班牙的補貼方面, 歐洲地區開發基金會 (Fondo Europeo de 西班牙 2 Desarrollo Regional, 簡稱 Feder) 對西班牙的衛生及科技都提供補貼 使其 可用於研發機構 醫院 大學 技術中心等等 西班牙中央政府和地方政府對風力發電亦有財政補貼, 在規劃發電廠, 提出 專案申請時, 就得到優先照顧 而且國家法令規定可再生能源發出的電電力 公司必須收購 在工廠正常運行後, 中央政府也根據發電量來進行補貼 ( 每發一度電, 補貼 多少金額 ) 和實行價格保護 年 12 月 27 日有發佈了關於調正 2003 年電力價格的第 1436 號法令, 規 定了 2003 年的電價 對風力發電發出的電, 每度的補貼是 歐元, 政府規定的固定價是 歐元, 保障了風力發電的市場和利潤 據瞭解, 投資風力發電一般可以在 8-10 年內收回投資, 由於現在的風機壽 命一般要超過 20 年, 故之後的 年可說盡是利潤 在集資方面, 政府允許發行債券 例 : 加里西亞地方政府 銀行 (Caixa Galicia) 和風力發電開發公司 (Desarrollo Eolicos) 共同發行風力發電債券 (Bonnos Eolicos), 讓民眾和企業參與開發風力發電

15 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 99 表 5 各國風力關推動政策表 ( 續 ) 國家風力相關推動政策 日 本 日本政府是在 1997 年通過 新能源法 中, 對發展再生能源提供補助 對於發展風力, 日本政府不提供保證收購價格, 而是針對風力事業的發電設備, 中央政府對民間業者補助三分之一, 對地方政府設置風力電廠則補助二分之一 日本經產省 2004 年為鼓勵利用太陽能和風力發電等新能源產業發展, 提出 2030 年新能源產業藍圖 過去, 經產省主考慮以補貼的方式支援企業設備投資, 但當前能源 石油等領域世界性競爭加劇, 認為除補貼之外還應向加強市場環境建設 提高產業競爭力的方向轉變, 例如 : (1) 強調加強生質能發電 (biomass) 和燃料電池 (fuel cell) 等的利用, 並形成網路, 作為穩定的電源加以利用 (2) 對新型清潔能源考慮發放 清潔證書, 提高品牌形象, 制定相關制度, 並考慮進行稅制改革, 降低新企業參與門檻, 同時加強人才培養 (3) 希望通過出口相關技術及設備等, 領先世界市場, 為世界能源革命做出貢獻 據推算, 上述政策實施後, 日本太陽能 風力 生物三種新能源的市場規模將從 2003 年的 4,500 億日元擴大到 2030 年的 6 倍以上, 達 3 萬億日元 中 國 中國風能工業協會 歐盟風能協會及綠色和平組織宣布, 將協助中國實現其在德國波昂昭開的 國際新能源大會 上宣佈新的目標 中國政府表示, 到 2020 年, 中國將有 12 % 的能源來自新能源, 而且正在草擬促進風能發展的市場架構法案 中國早在 80 年代就制定 農村能源建設專案, 為偏遠地區提供基本電力需求 : 農村電氣化計畫 主要是小型水電站 光明計畫 和 鄉鎮電氣化計畫 則為偏遠地區提供基本電力供應 乘風計畫 和 特許權計畫 則促進風電的開發 目前風能特許權計畫是透過招標方式, 根據政府制定的特定條件選擇投資者 在風場建設和管理過程中引入競爭機制, 透過政府鼓勵和市場機制的結合, 促進再生能源的發展 1.gasfromsanitarylandfills, sewagetreatmentplants, and mines 2. 對於西班牙相對發達的地區, 如巴斯克地區, 馬德里地區, 加泰羅尼亞地區等, 補貼標準是專案經費的 50%; 對落後地區, 如加里西亞, 卡斯提亞和雷昂, 安 達路西亞, 艾斯特萊馬度拉等地區, 補貼標準為專案費用的 70% 2003 年歐盟 給西班牙的補貼將達 1 億 6 千萬歐元 開發風力發電也可以申請得到補貼 3. 在西班牙發電廠獨立經營核算, 它發出的電賣給電力公司, 電力公司通過它的 輸變電系統, 再賣給用戶 3.3 國內現況 台灣風力資源之發展台灣位於最大陸塊與最大海洋交界處, 明顯的東北季風與西南季風季節交替, 具有豐富的天氣變化 加上台灣海峽兩側山脈形成 狹管 的地形效應, 季風

16 100 我國風力發電技術之評估及建議 吹過時受到擠壓而加速, 因此冬季風力相當強勁 依據工研院能資所與中央大學大氣物理所共同研究完成的風能分布圖顯示 ( 圖 4) [9], 台灣地區風力資源相當豐富, 主要分布在台灣海峽 西部沿海與澎湖離島等地區, 多數地區年平均風速可達 5~6 m/s 以上, 風能密度達 250 W/m 2 以上, 甚具開發潛力, 初估陸上型風機發電潛力約 100 MW 主要的風能蘊藏區域包括 : 北部從桃園的大園到新屋沿海, 新竹的新豐到香山一帶, 苗栗的後龍至苑裡沿海一帶 ; 整個中部沿海, 自通宵 大甲 經梧棲 大肚, 一直到彰濱及麥寮沿海一帶 ; 南部的嘉南沿海及屏東墾丁等地也富風力潛能 由於西部沿海大多是農田 漁塭及防風林, 地區廣闊可與農漁業共生利用, 非常適合大規模風力發電的開發 國內風能研發應用在 1961 年就已開始, 台電公司曾在澎湖白沙鄉設置一台 50 kw 級風力發電機進行試驗 而工研院能資所也在 1982 年至 1990 年間進行長期而系統性的風能研究, 除了分區完成台灣地區的風能潛力評估, 並在新竹湖口風力試驗場陸續完成 4 kw 40 kw 150 kw 三型風力發電機的開發 可惜因當時油電價格偏低且風力發電成本仍高, 缺乏市場機緣而中止研發, 國內風能應用因此未能有進一步的發展 澎湖地區海岸線總長度達 320 公里, 年平均風速在 7 m/s 以上, 發展風力潛能優越 秋末初冬的東北季風通過管狀的台灣海峽時加速形成特殊之風能發展條件, 風向多為北北東, 加上缺乏地形的屏蔽, 使得澎湖地區冬天風速相當大, 自 10 月後至翌年 1 月風速多維持在 6 m/s 以上, 平均風速約相當於 4 級風 ; 當有結構完整之大陸冷氣團南下時, 風速常常達到 8 級以上, 陣風亦達 12 級以上 在海面上, 風速比陸地上更為強勁 夏天時, 亞洲的季風改由太平洋吹向亞洲大陸, 澎湖的風向也因而改變轉為南風, 風速較為和緩, 平均風速在 3.5 m/s 左右, 相當於 3 級風 澎湖風速季節變化大, 冬季 10 月至翌年 3 月風速超過 10 m/s 的出現率為 56%, 夏季 4 至 9 月僅 7.5%; 風速低於 5 m/s 的出現率冬季僅佔 15%, 夏季則約為 54% 澎湖縣是全國第一個利用風力發電轉換成民生用電的地方, 為利用澎湖優越的風力資源, 台電公司自 2000 年 7 月起於澎湖白沙鄉中屯村設置 4 部風力發電機組, 每部機組裝置容量 600 kw, 總計 2,400 kw, 於 2001 年 9 月正式商轉 該機組為無齒輪式設計, 啟動風速低 (2.5 m/s), 機組塔架高 46 公尺, 葉輪直徑約 43 公

17 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 101 尺, 最大可耐風速為 65 m/s 澎湖中屯風力發電示範系統由經濟部能源會補助部分設置成本, 至 94 年 4 月底之累計發電量為 1,628 萬度, 約佔澎湖用電量的 2% 台電預估將規畫開發 5 億瓦的離岸型風力發電廠, 設置每部風力機組裝置容量為 2 MW, 共計架設 250 部風力發電風車, 再逐步規畫陸域風力園區, 總開發目標 10 GW [10] 海上風力優於陸域, 國外已逐漸朝向於海域設置離岸式風力發電場 (offshore wind farm), 丹麥 瑞典 英國 荷蘭均已有設置實例 ( 表 6), 多國並規劃於其海域內大規模開發離岸式風力發電, 澎湖離島地區亦具有發展潛力 然而海洋生態環境脆弱, 澎湖海域是否適宜大規模設置風力發電設施仍有待釐清, 況且國內尚未有離岸式風電開發案例, 風險仍高 為瞭解台灣地區風力潛能, 工研院能資所自 2000 年度起執行經濟部能源會委辦之 風力示範推廣計畫, 與中央大學合作利用 1996~2000 年 5 年風力資料進行模擬分析, 所得之 50 公尺高度風速與風能密度分佈圖如圖 4 澎湖離島地區 50 m 高度年平均風速達 7m/s 以上, 風能密度則達 600W/m 2 以上, 甚具開發潛力 [11] 圖 4 台灣地區 50m 高平均基本風速 ( m/sec) 與風能密度 ( 100 W/m 2 ) 分佈圖 我國繼 2004 年 綠色能源開發應用論壇會議 後, 屏東縣政府決定同時開發 [9]

18 102 我國風力發電技術之評估及建議 風力 太陽光能和生質能三項綠色能源 目前積極已在開發的是風力發電, 屏東縣政府將把恆春半島規劃為風力發電專區 從民國 2002 年開始, 由日本企業所組成的屏東風力發電公司開始在屏東縣車城鄉海口村小尖山附近, 利用恆春半島每年 10 月至次年 3 月的落山風, 開發風力發電, 屏東縣環保局預計 2008 年讓風力發電上路 屏東縣是全台第 2 個正在進行風力發電計畫的縣市, 故可以設置離岸式的風力發電機, 成為國內第一個風力發電的示範展示中心 地點 / 國家 表 6 全球已設立離岸式風力發電場之海工規格概況表 啟用年代 裝置容量 (MW) 風機數量 排列方式 離岸距離 (km) 水深 (m) 軸承高 (m) Nogersund/ 瑞典 點 三腳式 Vindeby/ 丹麥 列 1.5 ~ ~ 水泥沉箱 Lely Ijsselmeer/ 荷蘭 Tunφ Knob/ 丹麥 Irene Vorrink/ 荷蘭 Bockstigen/ 瑞典 Utgrunden/ 瑞典 列 ~ 5 39 基座 單樁式 ( 打樁 ) 列 6 3 ~ 水泥沉箱 列 ~ 群 群 12 7 ~ 10 Blyth/ 英國 點 Middelgrunden / 丹麥 Yttre Strngrund/ 瑞典 弧列 單樁式 ( 打樁 ) 單樁式 ( 鑽鑿 ) 單樁式 ( 打樁 ) 單樁式 ( 鑽鑿 ) 2 ~ 3 2 ~ 6 60 水泥沉箱 列 單樁式 ( 鑽鑿 ) 國內風力設置之現況行政院在 挑戰 2008: 國家發展重點計畫 中納入再生能源之推動 目前在台灣已設置台塑麥寮 (2,640 kw) 石門鄉 澎湖中屯(2,400 kw) 天隆造紙廠(3,500 kw) 在竹北工廠區設置 2 台丹麥 Vestas 風力機組, 總發電量達到 3,500 kw, 於 2002 年 10 月完工運轉, 總裝置容量達到 8,540 kw 1. 麥寮風力發電示範系統

19 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 103 麥寮風力發電示範系統 是國內第一座商業化運轉之新式風力發電場, 也是經濟部自 2000 年 3 月 22 日頒布 風力發電示範系統設置補助辦法 後第一個接受補助設置之風力發電示範系統 該示範系統共獲得補助款新台幣 3,800 萬元, 於 2000 年 11 月底設置完成, 並於 2000 年 12 月 27 日啟用 麥寮風力發電示範系統 位於雲林縣麥寮鄉台塑六輕工業區東緣之綠帶 該示範系統採用 4 部丹麥 Vestas V kw 風力機組, 總裝置容量共 2,640 kw, 產出之電力併入六輕工業區之電力網系統, 主要提供台朔重工機械廠自用 圖 5 為麥寮風力發電示範系統發電量與風速圖 圖 5 麥寮風力發電示範系統發電量與風速圖 麥寮風力發電示範系統 的所有發電相關設備除風力發電機及控制系統直接自丹麥進口外, 其餘均由國內廠商自製 : 塔架在台朔重工麥寮廠區直接生產, 基礎 電纜線埋設等亦由台朔重工自行設計施工, 其餘零組件由其他國內廠商供應 此示範系統之設置除了宣示我國政府及民間對風力發電等綠色淨潔能源之重視外, 亦對我國建立本土風力發電零組件工業具起頭效應 目前台朔重工已與丹麥 Vestas 簽訂製造增速齒輪箱之合作契約, 若能合作成功可激勵國內業界投入風力發電工業之信心 ; 藉由示範系統之設置創造國內風力發電市場, 亦為國內業者營造投資風力發電工業之環境 2. 台電風力發展現況

20 104 我國風力發電技術之評估及建議 台電公司已規劃中之風力發電計畫, 包括澎湖中屯風力 ( 擴充 ) 風力發電第一期計畫 ( 核一廠 核三廠 台中電廠 大潭電廠 桃園大園觀音 新竹香山 台中港 ) 及風力發電第二期計畫 ( 彰工 雲林 ), 裝置容量達 227,360 kw 其中核能一廠風力發電計畫係屬台電公司 風力發電第一期計畫 之子計畫, 投資金額達 2.2 億元, 共設置 6 部 660 kw 風力發電機組, 總裝置容量為 3,960 kw 2005 年初, 已在核一廠區內正式啟動 經濟部能源局計劃除了現有的陸上及離岸地點外, 也考慮要將丘陵 國營事業土地等陸域, 適合架設風扇或風力發電機組的地段, 全面開放鼓勵風力發電 還將陸續興建在台中 桃園 新竹的風力發電站 未來, 台電還會在彰濱工業區, 雲林海濱再興建 60 幾部風力發電機組, 繼續擴增風力發電容量 12 萬千瓦 台電公司擬定的 風力發電十年發展計畫, 規劃於台灣西部沿海風能資源豐富地區優先辦理, 未來十年內以設置 200 台風力發電機或總裝置容量 300 MW 以上為目標 此外, 風力發電十年發展計畫, 規劃在民國 2011 前設置至少 200 部風力機組, 總裝置容量達 300 MW 以上 台電第一期計畫將裝設 60 部共 100 MW 的風力發電機組, 預計在 2005 年底可全部完工商轉 3. 彰化濱海工業區之風力發電系統 ( 英華威公司 ) 預計設置 47 部發電機組 ( 包括線西區佈設 15 部機組, 崙尾區佈設 10 部機組, 鹿港區佈設 22 部機組 ), 每座機組容量約 2,000 kw~3,000 kw, 總裝置容量合計 94,000 kw~114,000 kw 之間 [12] 本計劃預估年發電總量為 MW( 264,375 MWh/A = MW ), 而彰濱工業區在 93 年度最大負載量為 = MVA( 約 360 MW ), 所以本計劃風力發電約佔彰濱工業區用電量之 8.38%; 且依據台電公司預估 94 年彰濱工業區之最大負載量將上升至 = 372 MVA( 約 372 MW ), 屆時本計劃風力發電量約佔彰濱工業區用電量之 8.11% [12] 4. 其他規劃目前民間業者已規劃風力發電計畫達 421,300 kw, 包括英華威風力發電公司 ( 苗栗竹南 苗栗大鵬 桃園觀音 桃園新屋 苗栗通霄 / 苑裡 彰濱工業區 台中縣林地 新竹竹北 ) 台灣輸送機械公司( 新竹新豐 桃園新屋 屏東車城 ) 台朔重工 ( 麥寮二期 ) 等, 其中英華威竹南風力電廠 (7,800 kw) 英華威大鵬風力電廠

21 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 105 (42,000 kw) 及新豐風力電廠 (20,000 kw) 已獲經濟部核准籌設 3.4 我國政策與經濟效益評估因應高能源價格時代來臨, 並早日達成非核家園的目標, 行政院鼓勵民間發展再生能源,2004 年 7 月正式要求台電進一步擴大每度 2 元收購再生能源的額度, 由原本的 30 kw 提升至 600 MW, 同時保證購買期限也延長至 15 年 政府公布概估我國 2003 年風力發電系統的發電成本約為每度 1.25 元至 1.64 元 (20 年折舊 ) 或是每度 1.78 元至 2.34 元 (10 年折舊 ), 故以 20 年折舊的平均成本, 只略高於我國平均發電成本的每度 1.30 元 ( 表 7) [13] ; 但是 10 年折舊的平均成本, 就高出我國平均發電成本每度 1.3 元約二成多到四成多 然而, 目前風力發電成本已可控制在每度 2 元以下, 比燒天然氣及水力便宜, 維持穩定供電為技術上的關鍵 表 7 各類發電成本分析 [13,15] 發電系統別 2003 年度 2004 年度 台電全公司 天然氣 燃油 燃煤 核能 慣常水力 抽蓄水力 風力 單元 : 元 / 度 (10 年折舊 ) 2.06 (20 年折舊 ) 1.86 表 8 顯示我國再生能源發展所需投入之設置成本及產出能源之估算, 預估自 2004 年至 2010 年, 需另投入新台幣 660 億元, 而自 2010 年到 2020 年則須再投入 2,567 億元之設置成本, 屆時之累積發電度可望達到 250 億度 回顧我國政府之風力相關推動政策, 於 2002 年提出之 再生能源發展方案, 不僅立法制定 再生能源發展條例, 並研訂 台灣電力公司收購再生能源電能辦

22 106 我國風力發電技術之評估及建議 法 與 台灣電力公司再生能源發電併聯技術要點, 也獎勵企業購置利用再生能源設備或技術, 輔導再生能源產業發展 此外,2005 年修訂的 挑戰 2008: 國家發展重點計畫 中對於 2002 年至 2007 年之間, 再生能源項目也提出主要之發展目標 而過去五年內所提出之 再生能源 5 年示範推廣計畫 風力發電示範系統設置補助辦法 促進產業升級條例 及 風力發電十年發展計畫 等也有較具體的執行辦法 ( 表 9) [14] 表 8 我國再生能源發展所需投入設置成本及產出能源估算 期程 短期 中期 長期 項目 ( 至 2004 年 ) ( 至 2010 年 ) ( 至 2020 年 ) 累計投入設置成本 ( 新台幣 : 億元 ) ,446 累計年產量 ( 萬公秉油當量 ) 累計裝置容量 ( 萬瓩, MW) 累計發電量 ( 億度 ) 表 9 我國風力相關政策與計畫 我國風力相關政策與計畫 挑戰 2008: 國家發展重點計畫 ( ) 再生能源發展方案 制定日期 2002/05/31 (2003/01/ /01/31 修訂 ) 2002/1/17 內容與實例 有關水與綠建設計畫中, 除積極推動再生能源立法, 進行再生能源研發與推廣應用外, 並規劃風力電場 (Wind Farm) 示範推廣計畫 經濟部能源委員會經參考國外成功案例, 並彙集國內各界專家意見, 以兼顧環境保護 能源安全 經濟發展之三贏策略, 期藉由建立穩定獎勵措施, 充分反映此綠色能源整體效益, 以期使再生能源具投資效益, 加速再生能源開發利用 有關風力之重要措施包括下列重點 : (1) 立法制定 再生能源發展條例 (2) 研訂 台灣電力公司收購再生能源電能辦法 與 台灣電力公司再生能源發電併聯技術要點 (3) 企業購置利用再生能源設備或技術給予財稅獎勵, 並研議擴及自然人 非企業法人 機構及團體亦給予投資減免所得稅及低利貸款之可行性 (4) 加強再生能源利用示範及宣導, 研訂再生能源利用示範補助辦法, 以獎勵各界設置 (5) 建立再生能源資料庫, 並持續研發高效率 低成本量產技術及穩定供電技術 (6) 研議一定規模以上再生能源發電系統及其併聯線路用地取得及使用變更之可行作法, 檢討修訂相關法規或明定申請及審核作業程序及期限 (7) 輔導再生能源產業發展, 並獎勵協助相關業者開發低成本量產技術及產品

23 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 107 我國風力相關政策與計畫 風力發電十年發展計畫 再生能源 5 年示範推廣計畫 風力發電示範系統設置補助辦法 促進產業升級條例 第五條 第六條 第八條 第二十一條 2001 制定日期 2000/3/22 ( 實施至 2004 年底 ) 1999/12/31 修正公布 依據方案內容, 各級政府機關 學校及公營事業應率先評估規劃設置再生能源利用設備之可行性, 並編列預算逐步設置, 俾經由政府單位之帶頭示範作用, 以激勵民間跟進投入設置 經濟部亦將主動規劃幾個重點示範計畫, 配合地方政府整體觀光遊憩規劃, 在新竹或澎湖地區建立風力發電示範系統 表 9 我國風力相關政策與計畫 ( 續 ) 內容與實例 規劃在民國 2011 前設置至少 200 部風力機組, 總裝置容量達 30 萬瓩以上 已完成 風力發電第一期計畫可行性研究, 並於 2002 年 7 月由行政院核定實施, 將於 2001 年 2006 年間, 於台電公司現有電廠及彰濱工業區 台中港 新竹 桃園海濱等地興建 60 部風力發電機組, 總裝置容量為 萬瓩 多家民間廠商亦積極規劃在桃竹苗 中彰 雲嘉南及屏東濱海地區大規模開發 補助民間設置 1.8 萬瓩以上之風力發電示範系統實例 : (1) 第一座 萬瓩的麥寮風力發電示範系統, 總經費約 9 千萬元, 補助 3,800 萬元 ( 補助比例 42.2%) (2) 第二座 0.24 萬瓩的澎湖中屯風力發電示範系統, 總經費約 1 億 4,800 萬元, 補助 3,450 萬元 ( 補助比例 23.3%) (3) 第三座 0.35 萬瓩的竹北春風風力發電示範系統, 總經費約 1 億 1,500 萬元, 補助 5,600 萬元 ( 補助比率 48.7%) 此三座風力示範系統總容量為 8,540 瓩, 估計共可供應近 3,000 戶住家的用電 在公司購置節約能源或利用新及淨潔能源之機器設備, 得按 2 年加速折舊, 但在縮短後之耐用年數內, 如未折舊足額, 得在所得稅法規定之耐用年數內 1 年或分年繼續折舊, 至折足為止 在公司投資於利用風力發電等新及淨潔能源之設備或技術時, 得在支出金額 5% 至 20% 限度內, 抵減當年度應納營利事業所得稅, 當年度不足抵減, 得在以後 4 年度內抵減 為鼓勵風力發電等策略性產業 1,2, 營利事業或個人原始認股或應募屬該新興重要策略性產業之公司發行之記名股票, 持有時間達 3 年以上者, 得依下列規定抵減其當年度應納之營利事業所得稅額或綜合所得稅額, 當年度不足抵減時, 得在以後 4 年度內抵減之 : 營利事業以其取得該股票之價款 20% 限度內, 抵減應納之營利事業所得稅額 個人以其取得該股票之價款 10% 限度內, 抵減應納之綜合所得稅額, 其每年度之抵減金額, 以不超過該個人當年度應納綜合所得稅額 50% 為限, 但最後年度抵減金額, 不在此限 第 2 款之抵減率, 自 2000 年 1 月 1 日起每隔 2 年降低 1% 規劃辦理融資貸款輔導產業, 僅包括從事清潔生產 節約能源及降低溫室效應等有關之計畫, 其設置之開發基金目前只辦理 購置節約能源設備優惠貸款, 尚未包括風力等新及淨潔能源部分 1. 關於製造業者, 投資計畫之實收資本額或增加實收資本額應在新臺幣 5,000 萬元以上, 公司於投資計畫完成年度及其前 後 1 年度之 3 年期間內, 研究與發展支出達新臺幣 2,000 萬元符合中小企業認定標準規定之公司於投資計畫完成年度及其前 後 1 年度之 3 年期間內, 新投資創立者, 於該期間內之研究與發展支出占投資計畫實收資本額之比率, 應達 10%; 增資擴充者, 於該期間內之研究與發展支出占投資計畫增加實收資本額之比率, 應達 10%

24 108 我國風力發電技術之評估及建議 2. 關於工程技術服務業者, 投資計畫之實收資本額或增加實收資本額應在新臺幣 5,000 萬元以上, 公司於投資計畫完成年度及其前 後 1 年度之 3 年期間內, 研究與發展支出達新臺幣 1,500 萬元, 符合中小企業認定標準規定之公司於投資計畫完成年度及其前 後 1 年度之 3 年期間內, 新投資創立者, 於該期間內之研究與發展支出占投資計畫實收資本額之比率, 應達 10%; 增資擴充者, 於該期間內之研究與發展支出占投資計畫增加實收資本額之比率, 應達 10%, 且公司至少要有 10 人以上專職大專相關科系畢業或具 3 年以上專業經驗之人力之創立或擴充 四 風力發電之評估及二氧化碳減量效益 風能為乾淨之再生能源, 源源不絕不虞匱乏, 利用風能發電時因不會排放二氧化碳 硫氧化物等污染物質, 加上設置成本較一般再生能源低, 安裝工期亦短, 近十年來成為國外成長最快速之再生能源, 於 1998 年至 2002 年五年間全球累計裝置容量平均年成長率達 33.2%, 迄 2002 年底已超過 32,000 MW, 預估年發電量可達 620 億度 由於風力之發電效益受設置地點之風力資源良窳影響甚劇, 風力條件優秀處所 ( 如澎湖 ) 每 kw 裝置容量每年可產出超過 3,000 度電, 但在風力條件差之地點每 kw 每年僅可產出 2,000 度或更少之電力 麥寮與澎湖中屯示範系統均屬風力資源較佳處, 至 2003 年 7 月底止, 總發電量分別為 1,948 萬度及 1,763 萬度 ; 在其 20 年運轉壽齡內, 估計分別共可產出 14,256 萬度及 15,360 萬度電 在 CO 2 減量效益方面, 依據台灣綜合研究院執行之 再生能源分期推廣目標及獎勵法之研訂 計畫, 以 2001 年我國燃煤 燃油 燃氣及汽電共生發電使用之燃料量與發電量, 加上不同燃料種類每度電排放之 CO 2 量, 計算出我國每年每度電平均 CO 2 排放約介於 560~620 公克 由於風力機於發電時並未排放任何 CO 2, 亦即風力機每產生 1 度電即可減少 560~620 公克之 CO 2, 據此可計算出麥寮及澎湖中屯風電示範系統在其壽齡內分別共可貢獻 7.98~8.84 萬噸及 8.60~9.52 萬噸之 CO 2 減量效益 配合行政院 挑戰 2008: 國家發展重點計畫 加強推廣再生能源之政策, 經濟部能源局於 2002 年 6 月初步設定我國風力發電之長程推廣目標為於 2020 年總開發容量達 1,500 MW, 其中陸域為 1,000 MW, 海域為 500 MW 則在總裝置量達 1,500 MW 時, 依我國整體風力資源情況取每 kw 裝置容量每年平均可產出 2,500 度電估計, 每年約可產出 37.5 億度電, 可減少 210~232.5 萬噸 CO 2 之排放量 ; 在 20 年內共可產出 750 億度電,CO 2 減量效益則累積為 4,200~4,650 萬噸 [16] 然而, 風力發電易受氣候與短期天氣之影響, 而使其發電出力不穩定, 無法

25 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 109 成為基載電源 ; 加上我國特性為冬季風強而夏季風弱, 在缺電之炎夏無法有效供應尖峰用電, 故現階段仍僅能做為輔助能源, 無法替代傳統能源 [16,17] 以 2004 年夏季尖峰日為例, 我國遭海上封鎖假定下, 預估各類發電佔比例如表 10 [20], 表中顯示核能 水力及再生能源成為僅有之發電方式, 其中再生能源仍可於封鎖一季至一年間保持 4.5 % 之一定比例, 比燃煤 燃油 燃燒天然氣之零發電量更具優勢 以我國 2004 年之電力系統結構觀之 ( 圖 6) [20], 風力雖僅佔 0.01%, 但以表 11 計算出來之績效表現, 風力為 1.00, 僅次於核能 1.40 與燃煤 1.38 而位居第三位 [20] 表 10 我國遭海上封鎖假定下預估各類發電比例表 比 發電佔 封鎖一週封鎖一個月封鎖一季封鎖半年封鎖一年 燃料 燃煤 57.2 % 57.2 % 0.0 % 0.0 % 0.0 % 燃油 12.9 % 12.9 % 0.0 % 0.0 % 0.0 % 天然氣 0.0 % 0.0 % 0.0 % 0.0 % 0.0 % 核能 24.4 % 24.4 % 81.7 % 81.7 % 81.7 % 水力 4.1 % 4.1 % 13.8 % 13.8 % 13.8 % 再生能源 1.3 % 1.3 % 4.5 % 4.5 % 4.5 % 合計 % % % % % 缺電量 ( 億度 )

26 110 我國風力發電技術之評估及建議 天然氣 17.60% 民營電廠 20.90% 天然氣 11.29% 汽電共生 7.17% 民營電廠 18.70% 核能 14.90% 百萬千瓦 (GW) 核能 20.93% 億度 水力 13.00% 燃油 10.20% 風力 0.01% 燃煤 23.40% 水力 3.60% 燃油 6% 風力 0.01% 燃煤 32.30% (a) (b) 圖 年台灣電力系統結構 (a) 裝置容量 (b) 發購電量 [20] [20] 表 年台灣電力系統之績效指標 發購電量 (%) / 裝置容量 (%) = 績效指標 核能 / = 1.40 燃煤 / = 1.38 風力 0.01 / 0.01 = 1.00 民營電廠 / = 0.89 天然氣 / = 0.64 燃油 6.00 / = 0.59 水力 3.60 / = 0.28 根據目前所蒐集的風力相關資料, 初步以 3-E 及 6-Risk 之評估方法, 針對風力發電技術在 工程 經濟及法規 環境 三項指標中之風險來做評分 ( 表 12), 總分為 45 分 ( 滿分為 100, 分數越高, 表示風險越高 ), 由表中觀察得知, 於 工程 和 經濟及法規 表現上, 普遍呈現中 高等級之風險 ; 而於 環境 指標中則為低風險 其中, 產業風險 和 技術風險 為風險最高之項目, 分別為

27 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 分及 11 分, 歸咎其主要原因不外乎是我國之本土技術欠佳, 對於國外之商品缺乏競爭力所致 圖 7 為以 3-E 及 6-Risk 指標之評估結果分析 綜上所述, 大量設置風力機於發電運轉時仍會對環境及景觀帶來環境生態之衝擊, 此外, 在 產業風險 和 技術風險 風險性仍高, 在考量促進自產能源改善環境品質之設置系統之發電量效益與本土化技術之考量上, 未來仍宜視階段成效逐步開發

28 112 我國風力發電技術之評估及建議 表 12 風力發電技術 3-E 與 6-Risk 評估表 評估因子 一 工程 (Engineering) 30 分 二 經濟與法規 (Economy and Regulation) 40 分 評分 評分對應等級 評估指標極低 低 中 高 1. 技術風險 (15 分 ) 11 (1) 關鍵技術突破之困難度 (2) 本土之技術能力配合程度 (3) 材料與零組件供應能力 (4) 技術整合困難度 (5) 可預見的技術進展進度 商業化風險 (15 分 ) 6.5 (1) 周邊環境與基礎設施之配合程度 (2) 資金需求量與取得困難度 (3) 達到商業化所需之製造技術與 / 或 0.20 時間 2.5 (4) 原料與零組件取得之困難度 (5) 使用之操作 維護與訓練之困難度 產業風險 (20 分 ) 12 (1) 與國內外相關產品之競爭力 (2) 產品使用之經濟效益 (3) 對能源貢獻 ( 供應或節約 ) 之潛力 (4) 帶動內需產業之潛力 (5) 民眾對新技術使用之接受度 法規風險 (20 分 ) 9 (1) 推廣時新法規之需求度 極高 (2) 修訂現有法規之困難度 (3) 新法規產生之效益 三 環境 (Environment) 30 分 (4) 政府執行能力 生態風險 (15 分 ) 4.5 (1) 溫室效應影響 (2) 污染排放量 (3) 對水土與環境資源影響 (4) 對動植物生態影響 (5) 環境時間與空間影響 ( 污染之持續時間與擴散範圍 ) 健康風險 (15 分 ) 2 (1) 毒性 / 有害物質 (2) 安全衛生 (3) 職業災害 (4) 民眾之環保與健康意識 總分 / 總計 ( 分級依據 0%~20%: 極低,20%~40%: 低,40%~60%: 中,60%~80%: 高,80%~100%: 極高 )

29 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 113 技術風險 商業化風險 產業風險 (1) 關鍵技術突破之困難度 (2) 材料與零組件供應能力 (3) 可預見的技術進展進度 (1) 達到商業化所需之製造技術 與 / 或時間 (2) 原料與零組件取得之困難度 (1) 與國內外相關產品之競爭力 (2) 產品使用之經濟效益 (3) 帶動內需產業之潛力 法規風險 生態風險 健康風險 (1) 推廣時新法規之需求度 (1) 對水土與環境資源影響 (1) 安全衛生 (2) 政府執行能力 (2) 對動植物生態影響 (2) 職業災害 圖 7 風力發電之 6-Risk 指標評估結果 五 我國再生能源發展目標及面臨之關鍵問題 我國政府於 1998 年召開 全國能源會議, 會議結論為至 2020 年, 再生能源應佔總能源供應比重之 1 % ~ 3 %, 並佔電力總裝置容量 1 % ~ 3 %, 預估 2020 年電力總裝置容量 71,200 MW 計算, 該目標相當於再生能源裝置容量應介於 710 MW 至 2,140 MW 若以 2002 年 7 月經濟部能源委員會 再生能源發展條例 ( 草案 ) 中預估 2020 年電力總裝置容量約 61,900 MW 計算, 則該目標相當於 620 MW 至 1,860 MW 之再生能源裝置容量 ; 以 2002 年 11 月經濟部能源委員會 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 ) 中預估 2020 年電力總裝置容量約 57,460 MW 計算, 推動目標則相當於 570 MW 與 1,720 MW 之間 在風力發電發展的目標設定上, 政府規劃我國風力發電發展目標為 1,500 MW ( 表 13), 其中我國陸域規劃開發 1,000 MW, 而海域開發 500 MW 則我國陸域設置開

30 114 我國風力發電技術之評估及建議 發密度將達每平方公里 84 kw, 較陸域風能高度開發的丹麥之每平方公里 59 kw 及 德國的每平方公里 25 kw 高出許多 [18] 推廣項目 表 13 我國再生能源發展目標規劃表 ( 與日本 德國比較 ) 我國中長期 2001 年我國實績日本 / 德國中長期發展目標發展目標 10 MW / 億度 10 MW / 億度日本 10 MW / 億度德國 10 MW / 億度 慣常水力 182 / / 115 2,000 / / 200 風 力 0.5 / / / 55 1,600-2,000 / 地 熱 - 15 / / 41 - 太陽光電 0.03 / / / / (2000 年為 334 萬 m 2 ) 太陽熱能 (103 萬 m 2 /8.6 萬 KLOE) (600 萬 m 2 /50 萬 KLOE) (5,600 萬 m 2 /450 萬 KLOE) 生質能 40.3 / / / 138 合 計 223 / / 275 3,292 / 1,208 2,820 / 760 預估總容量 / 總需電 3,964 / 1,679 5,746 / 2,504 28,500 / 11,170 - / 6,090 量 佔總容量 / 總需電量支配比 (%) 5.62 / / / / 12.5 預估 2020 年再生能源發展達成初步規劃目標時, 當年再生能源之年貢獻度約可達 505 萬公秉油當量 ( 含大水力則約為 748 萬公秉油當量 ), 每年可節省進口能源支出約新台幣 182 億元 ( 含大水力則約為 270 億元, 以 2000 年進口能源平均為 3,600 元 /KLOE 作估算 ), 二氧化碳排放年減量約為 1,430 萬噸 ( 含大水力則約為 2,118 萬噸 ), 全國累計投資再生能源設備約達新台幣 2,667 億元 ( 含大水力則約為 3,446 億元 ), 積極帶動我國再生能源產業發展 [19] 由於再生能源具有能源密度低 供應不穩定 成本仍較高之特性, 在實際開發利用時, 應考量是否有足夠發展之土地 ( 土地開發密度 ) 再生能源電力供應較不穩定之特性及其成本較高之事實, 爰其經營管理有異於傳統能源, 現階段僅能作為輔助性能源 歸納台灣地區推廣風力發電仍存在下列問題 :(1) 離島與離岸式風力發電之差異分析,(2) 風力發電對現有電網衝擊評估,(3) 風力發電場場址及土地使

31 工業污染防治第 94 期 (Apr. 2005) 115 用相關問題,(4) 環保與建管法令對再生能源設置與營運許可之規範更明確化, 並簡化相關行政程序,(5) 本土化關鍵技術之突破,(6) 再生能源分配比例之調整,(7) 審慎評估我國風力發電發展之經濟誘因及補貼方式 綜上所述, 為因應聯合國氣候變化綱要公約降低溫室氣體排放,1998 年 全國能源會議 全國經濟發展會議 及 經濟發展諮詢會議 在考量其再生能源發展目標均不盡相同, 經濟部能源局宜於 2005 年 6 月之 全國能源會議 作確認 六 結論與建議 1. 考量國家安全及降低燃料進口依存度 : 核能 水力及再生能源係必須考量之發電方式, 其分配比例, 宜再適當之調整 2. 風力電價之補貼方式 : 目前風力發電之平均發電成本約為 1.86 元 / 度, 仍較平均發電成本 1.43 元為高 因此, 風力電價之補貼是採設備補助 固定收購價格 固定補貼價格稅賦抵減或其他方式? 宜進一步分析並朝向提升國內自製風力發電之方向, 以避免政府的補貼造成均為補貼國外廠商 3. 風力發電關鍵技術之自製率之提升 : 除了土木工程及一些資訊軟體外, 宜進一步界定我國可以自行製作之關鍵零組件 4. 考量風力發電設置場所之適當性 : 宜考慮運用風力發電機分散性特性, 並結合區域電廠直接提供附近區域用戶使用, 減少輸送至高壓電網之電力調度方式 5. 風力發電之環境評估 : 本島應訂定土地開發密度, 避免破壞防風林及鳥類生態之影響 6. 風力發電已成為 CO 2 減量成效之主要方式, 但仍宜考量在工程 經濟與法規及環境風險下之評估方法, 審慎推動並提出階段性之發展目標 七 參考文獻 1. 呂鴻光, 行政院環境保護署 空氣品質保護及噪音管制處,2004

32 116 我國風力發電技術之評估及建議 2. 能源統計手冊, 經濟部能源局, Michael Kujawa, M-002 World Markets for Renewable Energy Systems: A Business Review,Business Communications Company, Inc.,2004/ 呂威賢, 風的故事 從風車到風力機, 科學發展月刊, 第 383 期,p.9,2001/11 5. 郭誌原, 風力發電與電力系統併聯影響研究,p.12,2004/07 6.Global Wind Energy Council, 7.InfraVest 刊物,2004/07 8. 呂威賢 呂錫民, 先進國家再生能源推動制度介紹, 工研院能資所, 2005/03 9. 呂威賢, 台灣風力發電史, 工研院能資所,2004/ 李欣哲, 再生能源在澎湖的展望, 工研院能源與資源研究所,2003/ 經濟部能源委員會, 台灣與澎湖間舖設海底輸電線路及應用再生能源以解決澎湖用電成長之可行性計畫執行報告, 執行單位 : 工業技術研究院, 2002/ / 經濟部工業局 英華威風力發電股份有限公司, 彰濱工業區設置風力發電機開發計劃環境影響說明書暨彰化濱海工業區開發計劃部分防風林設置風力發電機土地利用變更環境影響差異分析報告,2005/ 行政院全國非核家園推動委員會, 全國非核家園會議北區座談會,2003/ 經濟部能源委員會, 能源政策白皮書,2002/ 核二廠九十三年度核安文化執行成果報告, 台灣電力公司, 李欣哲 呂威賢, 我國風力發電之二氧化碳減量效益評估, 環保訓練園地第 76 期 17. 台灣綜合研究院, 再生能源分期推廣目標及獎勵辦法之研訂, 經濟部能源局委託工研院材料所分包計畫,2003/ 郭博堯, 我國天然環境限制風力發電發展,2003/ 經濟部能源委員會, 再生能源發展方案,2002/ 台灣電力公司, 核能發電處簡報資料,2005/ 第二十五屆科技顧問會議, 行政院,2005/04