產 業 評 析 全 球 離 岸 風 力 發 電 設 備 技 術 與 供 應 鏈 現 況 金 屬 中 心 產 業 研 究 組 陳 芙 靜 一 離 岸 風 力 發 電 設 備 技 術 發 展 重 點 自 1990 年 瑞 典 設 置 第 一 座 離 岸 式 風 力 機 後,20 年 間 相 關 技 術 便 不 斷 的 進 行 研 發 與 改 良, 然 而 卻 仍 存 在 許 多 困 難 此 乃 因 早 期 離 岸 式 風 力 發 電 並 未 受 到 矚 目, 許 多 企 業 並 未 投 資 開 發 設 備, 造 成 技 術 研 發 上 的 緩 慢, 並 間 接 影 響 了 離 岸 式 風 力 發 電 的 發 展 德 國 近 年 的 離 岸 式 風 力 發 電 計 畫, 多 屬 離 岸 50 公 里 遠 的 遠 岸 式 風 力 發 電 場, 相 關 產 業 技 術 能 量 亦 尚 在 建 置 中 在 超 大 型 離 岸 風 力 機 未 問 市 前, 業 者 僅 能 利 用 現 有 陸 上 2-3 MW 之 風 力 機 進 行 試 驗, 然 而 海 上 因 為 鹽 霧 海 浪 遠 大 於 陸 地 的 強 風 等 嚴 苛 的 條 件, 往 往 造 成 發 電 機 齒 輪 箱 或 變 電 器 的 損 害, 因 此 目 前 有 多 家 風 力 機 製 造 業 者 開 始 投 入 研 發 超 大 型 風 力 機, 其 中 Repower Multibrid Bard 公 司 已 成 功 開 發 5 MW 機 型, 並 陸 續 進 入 量 產 期 由 圖 1 可 知, 離 岸 風 力 發 電 設 備 產 業 主 要 包 括 風 力 機 組 本 身 塔 架 基 座 海 底 電 纜 的 鋪 設 電 力 設 備 及 安 裝 施 工 運 輸 船 等 風 力 機 組 之 基 座 支 撐 結 構 由 塔 架 基 座 及 其 兩 者 連 接 件 構 成, 基 座 與 風 力 機 塔 焊 接 成 一 體, 組 成 固 定 於 海 底 的 風 車 塔 塔 上 部 份 依 次 安 裝 機 艙 輪 轂 葉 片 等 設 備 支 撐 結 構 設 計 時 應 進 行 疲 勞 強 度 驗 算 及 模 擬 分 析, 此 外 還 應 進 行 防 沖 保 護 測 試 圖 2 為 目 前 離 岸 風 力 機 技 術 發 展 重 點, 在 葉 片 方 面, 著 重 在 海 上 颱 風 雷 擊 鹽 害 等 特 殊 環 境 防 禦 能 力, 及 輕 量 化 低 運 輸 成 本 考 量 ; 傳 動 系 統 方 面, 海 上 風 力 機 大 多 避 免 使 用 雙 饋 式 發 電 機, 因 雙 饋 式 發 電 機 運 行 久 了, 就 會 在 滑 環 和 電 刷 間 產 生 碳 粉, 如 果 長 時 間 清 理 的 話, 可 能 引 起 電 機 絕 緣 和 短 路 的 問 題, 因 此 部 份 業 者 採 無 滑 環 和 電 刷 設 計, 甚 至 朝 無 齒 輪 式 方 向 發 展 全 球 排 名 第 二 的 GE 公 司, 原 發 展 3.6MW 雙 饋 式 風 力 機, 但 目 前 已 經 逐 漸 放 棄 該 產 品, 轉 而 通 過 收 購 專 注 於 無 齒 輪 式 (gearless) 海 上 風 力 機 Scanwind 公 司 ; 而 西 門 子 在 2010 年 4 月 首 次 發 表 適 用 於 陸 域 及 離 岸 的 3MW 無 齒 輪 式 風 力 機, 表 1 為 目 前 全 球 主 要 離 岸 風 力 機 供 應 商 葉 片 鼻 罩 電 力 輸 出 基 座 機 艙 蓋 控 制 系 統 發 電 機 齒 輪 箱 主 傳 動 軸 人 員 攀 登 處 塔 架 海 床 地 質 觀 測 船 海 象 觀 測 站 生 態 考 察 船 Helipad 變 壓 器 港 埠 設 施 Cable Plough 基 座 施 工 船 電 纜 施 工 船 Work class ROV Reactors Switchgear 技 術 員 及 設 備 輸 送 船 海 上 變 電 站 變 電 站 座 安 裝 船 風 力 機 安 裝 船 Water Tanks 進 出 平 台 電 纜 支 撐 架 Structure Switchgear Crane -1- 備 用 發 電 機 Accommodation 圖 1 離 岸 風 力 發 電 設 備 產 業 範 圍 資 料 來 源 : 英 國 皇 家 財 產 局 / 金 屬 中 心 ITIS 計 畫 控 制 室 ITIS 智 網 http://www.itis.org.tw 經 濟 部 技 術 處 ITIS 計 畫 成 果, 未 經 同 意 不 得 轉 載
圖 2 離 岸 風 力 發 電 設 備 技 術 發 展 重 點 資 料 來 源 : 金 屬 中 心 ITIS 計 畫 表 1 全 球 主 要 離 岸 型 風 力 機 供 應 商 風 力 機 供 應 商 國 家 海 上 風 力 機 組 3MW 4MW 5MW 6MW 10MW Repower 德 國 5MW 6MW Multibrid 法 國 5MW Bard 德 國 5.2MW 6.5MW ( 研 發 中 ) GE wind( 購 併 Scanwind) 美 國 4MW Clipper 美 國 10MW (2012) Vestas 丹 麥 3MW 4.5MW 6MW ( 研 發 中 ) Gamesa 西 班 牙 4.5MW 5MW(2015) Siemens 德 國 3.6MW 6MW ( 研 發 中 ) Acciona 西 班 牙 3MW 三 菱 重 工 日 本 6MW ( 研 發 中 ) 湘 電 ( 購 併 Darwind) 中 國 上 電 中 國 3.6MW(2010.6) 5MW(2010.6)
產 業 評 析 東 汽 中 國 5MW(2012) 華 銳 中 國 3MW 5MW(2010.6) Hyosung 韓 國 5MW(2012) 現 代 重 工 韓 國 5MW(2011) 三 星 重 工 韓 國 3MW 5MW (2012) 斗 山 重 工 韓 國 3MW 5MW ( 研 發 中 ) 大 宇 造 船 韓 國 3MW ( 研 發 中 ) 5MW ( 研 發 中 ) 資 料 來 源 : 各 業 者 / 金 屬 中 心 ITIS 計 畫 整 理 二 全 球 離 岸 風 力 發 電 設 備 供 應 鏈 現 況 圖 3 為 全 球 主 要 離 岸 風 力 發 電 設 備 供 應 商, 以 下 就 關 鍵 零 組 件 葉 片 齒 輪 箱 發 電 機 及 軸 承 作 介 紹 葉 片 LM(5MW) SGL(6MW) Euros(5MW) 中 複 連 眾 (3MW) 上 玻 鋼 (3MW) 惠 騰 保 定 (3MW) 發 電 機 Ingeteam(6MW) ABB(5MW) VEM(5.4MW) Elin(3MW) Converteam(3.6MW) 大 連 天 元 (3MW) 軸 承 SKF(5MW) FAG(5MW) Timken(5MW) NTN(3.6MW) NSK(3MW) Koyo(4.5MW) 洛 陽 軸 承 (3MW) 瓦 軸 (3MW) 變 壓 器 ABB Siemens Areva T&D 變 頻 器 ABB Converteam Winergy KK Electronic Windtec Winergy(6MW) RENK AG(5MW) Hansen(4.5MW) Bosch Rex(4MW) Eickhoff(3.6MW) Moventas(3MW) Wikov MGI(3MW) 大 連 重 工 (3MW) 齒 輪 箱 塔 架 Ambau(5MW) KGW(5MW) Win&P(5MW) 韓 南 通 虹 波 (3MW) 基 座 Aker ( 鼎 狀 ) Sif Smulders( 單 樁 ) Burntisland Fabrication( 套 筒 式 ) 鑄 件 Heavycast Karlstad (3.6MW) Eisengiesserei CHL(5MW) Friedrich (5MW) 吉 鑫 機 械 (3MW) 寧 波 永 祥 (5MW) 華 銳 鑄 鋼 (3MW) 鍛 件 Skoda Kovarny Plzen(3.5MW) Forgiatura Mame S.p.A(5MW) 太 熊 (3.5MW) 韓 PSM(3MW) 韓 華 銳 鑄 鋼 (3MW) 無 鍚 派 克 鑄 鍛 (3MW) 施 工 船 A2SEA( 自 航 自 升 平 台 ) SeaJacks ( 自 航 自 升 平 台 ) Bard Engineering ( 自 升 平 台 ) Ballast Nedam( 起 重 機 船 ) 圖 3 全 球 主 要 離 岸 風 力 發 電 設 備 供 應 商 資 料 來 源 : 金 屬 中 心 ITIS 計 畫 ( 一 ) 葉 片 目 前 全 球 主 要 有 7 家 獨 立 製 造 商 可 供 應 離 岸 型 葉 片, 只 有 歐 洲 業 者 可 提 供 5MW 以 上 產 品 中 國 大 陸 供 應 商 自 2009 年 下 半 年 開 始 供 應 離 岸 型 葉 片 給 中 國 大 陸 第 一 座 離 岸 示 範 風 場 之 華 銳 3MW 風 力 機, 參 見 表 1 表 1 離 岸 風 力 機 葉 片 供 應 商 -3- ITIS 智 網 http://www.itis.org.tw 經 濟 部 技 術 處 ITIS 計 畫 成 果, 未 經 同 意 不 得 轉 載
製 造 商 國 家 產 品 尺 寸 說 明 LM Glasfiber 丹 麥 5MW 已 應 用 於 Repower 機 型 SGL Rotec 德 國 6MW 已 應 用 於 Repower 機 型 SINOI Ltd 德 國 3MW 技 轉 給 中 複 連 眾 Euros 德 國 5MW 已 應 用 於 Bard 機 型 中 複 連 眾 中 國 3MW 已 應 用 於 華 銳 機 型 上 海 玻 璃 鋼 研 究 院 中 國 3MW 已 應 用 於 華 銳 機 型 惠 騰 保 定 中 國 3MW 已 應 用 於 華 銳 機 型 ( 二 ) 齒 輪 箱 由 表 2 可 知, 目 前 全 球 主 要 有 9 家 獨 立 製 造 商 可 供 應 離 岸 型 齒 輪 箱, 除 了 大 連 重 工 集 團 供 應 產 品 給 其 子 集 團 華 銳 3MW 風 力 機 外, 其 他 供 應 商 皆 為 歐 洲 業 者, 尤 其 集 中 在 德 國 目 前 尚 未 有 離 岸 型 風 力 機 系 統 商 正 式 公 開 發 表 採 用 無 齒 輪 式 設 計, 然 而 GE 購 併 Scanwind 公 司 獲 取 無 齒 輪 式 風 力 機 技 術, 及 西 門 子 雖 然 具 備 3.6MW 機 型 有 齒 輪 式 良 好 離 岸 風 場 運 轉 實 績,2010 年 仍 推 出 無 齒 輪 式 3MW 離 岸 型 風 力 機, 以 上 顯 示 無 齒 輪 式 設 計 在 離 岸 風 場 逐 漸 具 發 展 潛 力 表 2 離 岸 風 力 機 齒 輪 箱 供 應 商 製 造 商 國 家 產 品 尺 寸 說 明 Winergy 德 國 6MW 1. 2008 年 已 可 生 產 6MW 齒 輪 箱 樣 機 Hansen Transmissions 2. 目 前 已 應 用 於 歐 洲 主 要 業 者, 如 Vestas Siemens 及 Bard 比 利 時 4.5MW 1. 目 前 已 應 用 於 Vestas4.5MW 機 型 2. 正 在 發 展 6MW 齒 輪 箱 Bosch Rexroth 德 國 4MW 1. 2011 年 可 應 用 於 Vestas 3MW 機 型 2. 正 在 發 展 4MW 齒 輪 箱
產 業 評 析 Moventas 芬 蘭 3MW 已 應 用 於 Vestas 3MW 機 型 RENK AG 德 國 5MW 已 應 用 於 Multibrid 及 REpower 機 型 Eickhoff 德 國 3.6MW 已 應 用 於 GE 3.6MW 機 型 Jahnel Kestermann 德 國 6.5MW 2009.11 已 完 成 6.5MW 產 品 設 計 Wikov MGI a.s. 捷 克 3MW 已 應 用 於 Scanwind 3.4MW 及 華 銳 3MW 機 型 大 連 重 工 中 國 3MW 藉 由 與 Romax 技 術 合 作, 目 前 已 應 用 在 華 銳 3MW 機 型 ( 三 ) 發 電 機 與 齒 輪 箱 一 樣, 目 前 全 球 大 部 份 離 岸 風 力 機 之 發 電 機 供 應 商 主 要 來 自 歐 洲, 只 有 1 家 為 中 國 大 陸 業 者, 如 表 3 所 示 但 隨 著 離 岸 風 力 發 電 市 場 前 景 看 好, 預 計 短 期 內 將 有 更 多 亞 洲 製 造 商 投 入 離 岸 發 電 機 生 產 表 3 離 岸 風 力 機 發 電 機 供 應 商 製 造 商 國 家 產 品 尺 寸 Ingeteam 西 班 牙 6MW ABB 芬 蘭 5MW The Switch 芬 蘭 6MW Winergy(Loher) 德 國 3.6MW/5MW/6MW VEM 德 國 5.4MW Elin 奧 地 利 3MW Leroy Somer(Emerson) 法 國 3MW Converteam 法 國 3.6MW 大 連 天 元 中 國 3MW -5- ITIS 智 網 http://www.itis.org.tw 經 濟 部 技 術 處 ITIS 計 畫 成 果, 未 經 同 意 不 得 轉 載
( 四 ) 軸 承 表 4 顯 示 大 部 份 安 裝 在 離 岸 風 力 機 之 軸 承 主 要 由 現 有 具 多 年 經 驗 之 全 球 大 廠 供 應 華 銳 風 電 3MW 機 型 之 轉 盤 軸 承 (Slewing Bearings) 由 中 國 大 陸 當 地 製 造 商 所 提 供, 但 關 鍵 零 件 如 葉 片 齒 輪 箱 之 軸 承 仍 採 用 國 外 業 者 產 品 表 4 離 岸 風 力 機 軸 承 供 應 商 製 造 商 國 家 產 品 尺 寸 說 明 SKF 瑞 典 5MW 以 上 全 方 位 離 岸 風 力 機 用 軸 承 FAG 德 國 5MW 以 上 全 方 位 離 岸 風 力 機 用 軸 承 Rothe Erde 德 國 5MW 離 岸 風 力 機 用 葉 輪 轉 軸 偏 航 / 轉 向 用 等 軸 承 Liebherr 德 國 5MW 離 岸 風 力 機 用 大 型 轉 盤 軸 承 IMO 德 國 5MW 以 上 離 岸 風 力 機 用 葉 片 偏 航 / 轉 向 用 等 軸 承 Rollix 法 國 5MW 離 岸 風 力 機 用 大 型 轉 盤 軸 承 Keydon 美 國 5MW 離 岸 風 力 機 用 發 電 機 偏 航 / 轉 向 用 等 軸 承 Timken 美 國 5MW 全 方 位 離 岸 風 力 機 用 軸 承 NTN 日 本 3.6MW 全 方 位 離 岸 風 力 機 用 軸 承 NSK 日 本 3MW 全 方 位 離 岸 風 力 機 用 軸 承 KOYO 日 本 4.5MW 全 方 位 離 岸 風 力 機 用 軸 承 洛 陽 軸 承 中 國 3MW 轉 盤 軸 承 已 應 用 於 華 銳 3MW 機 型 瓦 軸 中 國 3MW 轉 盤 軸 承 已 應 用 於 華 銳 3MW 機 型