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    全球凈零碳排風潮催動2021離岸風電商機

    2021-09-10 14:30:10 來源:
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    導讀:

    依據全球風能理事會(GlobalWindEnergyCouncil,GWEC)統計,截至2020年底全球離岸風電累積裝置容量為35.3GW,前五大設置國家為英國、中國、德國。

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    單看2020年,總新增裝置容量為6.1GW,設置區域同樣以中國及歐洲為主,另于韓國、葡萄牙及美國有少量裝置并網。中國新增裝置量超過3GW,創下歷史新高,因2022年起并網離岸風場不再享有中央政府補貼,帶動一波搶裝潮。歐洲主要貢獻市場依次為荷蘭、比利時、英國及德國,前兩者有大型風場并網,即占去歐洲超過七成并網容量。


    在離岸風力機系統供應方面,2020年前五大廠商為Siemens Gamesa、上海電氣、明陽風電、遠景能源以及金風科技。

    SiemensGamesa長期為離岸風電系統龍頭廠,歐洲并網風場多采用其產品,2020年總設置裝置容量近2GW。第二至第五位均為中國系統商,因內需市場需求擴大,市占率較過往有顯著提升。


    2020年底全球離岸風電累積裝置容量各國家占比


    未來十年離岸風電新興市場美國、日本、韓國、歐洲及中國為離岸風電應用區域,數十年的發展替技術及產業鏈扎穩根基;而隨著離岸風電技術成熟度提高,應用范圍向外擴張,美國及東亞等新興市場加入開發行列,為未來十年離岸風電設置增添大幅成長動能。以下簡介美國、日本及韓國重點新興市場發展狀況。


    美國:拜登政府宣示2030年離岸風電30GW目標2021年3月29日美國白宮發布聲明,立下2030年設置30GW離岸風電的目標,將帶動120億美元投資額、44000個直接、33000間接工作機會、減少7800萬噸CO2排放量;為打造符合離岸風場運用的港口,升級投資額達5億美元,并增設離岸風電制造及組裝廠如機艙、葉片、塔架、水下基礎、海纜等,可望帶來就業機會。此外,美國離岸風場將衍生累計700萬噸鋼鐵需求,并需要4~6艘特制本土安裝船,可活化既有的鋼鐵及造船產業。


    美國東北各州離岸風電采購目標

    拜登政府提出2030年30GW的離岸風電目標須由各州政府依需求提出采購容量才得以達成,聯邦政府則扮演輔助角色,如辦理海域租賃招標、減輕州政府財政負擔、提供港口基礎建設基金、投入研發提高產業技術能量等。美國東北區域因風況良好且海床深度小于50m區域廣,成為首波開發焦點,各州紛紛設置離岸風電采購目標,2035年前累計達30.5GW。美國東北各州離岸風電采購目標請參考表1。


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    日本:未來10年每年指定可開發1GW之海域區塊日本于2018年7月公布第五次能源基本計劃,設定2030及2050年中長期能源發展規劃;而為減少對核電依賴及達成減碳目標,計劃提出“將再生能源主力電源化”、的概念。成本競爭力及穩定供電為主力電源化的兩大條件,離岸風電具備達成條件的可能性,且日本當前核能發電規劃達成可能性低,離岸風電將有機會填補核電無法達標造成的電力缺口。


    日本一般海域由再生能源海域利用法管理,該法于2019年4月正式施行。


    2020年6月公告之長崎縣五島市標案為一般海域第一次公開招募,指定使用浮體式水下基礎技術;后續于2020年11月公告三處固定式離岸風場標案,單一案場最大開發規模達730MW。除陸續公告指定開發海域外,日本政府正希望于2021~2031年間每年指定3~4塊海域,帶動每年1GW、十年共10GW之開發容量。2020年日本離岸風電公開招募標案比較如表2。


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    韓國:2030年12GW離岸風電設置目標2020年12月底,韓國政府公告第九次長期電力供需計劃,其中規劃風力發電2030年設置目標容量為18GW,離岸風電占12GW。


    2020年日本離岸風電

    中央及地方政府為韓國推動離岸風電的主要動力,在2021上半年政府聯合產業界宣布兩起大型離岸復合能源投資案,一為全羅南道新安郡8.2GW離岸風力復合設施,總投資金額達48.5

    兆韓元,有33間私人企業共同參與;另一項目為蔚山廣域市6GW浮體式離岸風場,而第一階段政府將投入1.4兆韓元開發200MW離岸風電,并與100MW電解制氫設備連結,主要參與企業有韓國國家石油公司、韓國東西電力及挪威開發商Equinor。以上兩案合計開發規模達14.2GW,均預計于2030年完成并網。


    韓國以再生能源配比制度推動再生能源發展,規范電力業者除自行建置再生能源發電設備外,可透過向再生能源發電業者購買綠電憑證,從而達到配比目標。而不同的再生能源發電技術每MWh可獲得的再生能源憑證張數不同,政府視技術發展狀況不定期進行調整,其中離岸風電可獲得張數依風場總海纜長度增加,若能與儲能設備結合則可獲得更多張數。


    解析離岸風電重點產業動態降低發電成本為關鍵

    可商用最大型離岸風力機系統單機發電容量達15MW降低發電成本為各類發電技術最重要的目標,而在風電領域,風力機系統的技術發展對于發電成本的影響最為重大。離岸風場的設置地點與人類活動重迭較少,風力機的尺寸因而較不受到限制,以提高單機發電容量的策略降低發電成本。


    首先提出單機發電容量超過10MW的設計者為GE,于2018年公開12MWHaliade-X離岸風力機系統,預計可用于2022年并網風場,后續又基于相同技術平臺開發出13及14MW系統,跟進其他競爭者之產品策略。


    離岸風力機系統領導廠商Siemens Gamesa則于2020年中推出新型離岸風力機直驅式系統SG14-222DD,單機發電容量達14MW,并可透過功率提升(Power Boost)功能達到15MW,預計2024年可用于商轉風場。


    2021年初,Vestas宣布開發V236-15.0MW離岸風力機系統,與其現有可商用9.5MW機型相比可提高年發電量65%,規劃2024年開始批量生產。以上三家公司將瓜分未來離岸風電系統市場,或將改變由SiemensGamesa長期獨大的狀態。風力機系統商調整組織架構及產品服務因應市場變化統商出現財務危機,領先者則調整組織架構以因應市場變化。


    2019年初,德國風力機系統商SenvionCEO宣布從30個市場退出,以減少產品線多樣性;4月則遞出破產申請,稍后宣布取得1億歐元貸款暫時解除危機,但須積極找尋旗下業務可能的買家。Senvion面臨的財務困境反映出產品研發及市場開拓須同時兼顧的龐大競爭壓力,若產品不能達到規模經濟,則難以在價格競爭越趨激烈的風力機系統市場生存。


    2019年5月,西門子宣布風力機系統制造部門Siemens Gamesa將同旗下天然氣及電力部門切割為獨立公司,并由后者持有前者所有股權,于2020年9月開始獨立運行。西門子此次決策為獨立獲利狀況較差的傳統重電事業,而自2017年西門子風在風力機系統采購成本持續降低及產品更迭速度加快的狀況下,可獲利的市場規模門坎顯著提升,市占率靠后的風力機系力部門與Gamesa合并為Siemens Gamesa后,未能在陸域風電取得良好成果,而原本獨占優勢的離岸領域也面臨Vestas及GE的挑戰,因而成為切割標的。


    在風力機系統制造業務成本壓力日益增加的狀況下,風力機系統維護服務仍維持不錯的獲利率,系統商開始逐步擴張服務業務的版圖以及加值服務。在擴張版圖方面,Vestas除提供自家產品維護服務外,更積極搶拿其他品牌風力機系統的業務,據稱已取得超過10GW他牌系統維運合約。在加值服務面,風力機系統商看準風場營運商需有效控制相關維修成本,以降低發電成本實現獲利,系統商透過數據分析平臺診斷及預測風力機運行狀況,施行更有效率的維運策略,加強整體風場營運績效。

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    聚焦前瞻離岸風電重點技術擴張使用情境

    浮體式離岸風電:潛力龐大但前景尚不明朗。當前離岸風場開發海床深度多落在60m水深以內,運用固定式水下基礎即可將風力機系統支撐于海平面上;但近十年來近岸海域開發略顯飽和,且大型風力機造成的景觀破壞也引起部分居民不滿,開發海域往外海擴張已是趨勢。當海床深度超過60m后,技術上仍可運用固定式水下基礎,但制造成本將大幅上升,不符合經濟效益,產業界因此開始探討大規模運用浮體式水下基礎技術的可行性。


    據Carbon Trust)匯整,全球浮體式離岸風電技術可開發潛能近7000GW,且隨風力發電機系統技術進步,仍有上調空間。若論實際設置裝置容量,大多數開發計劃仍處于計劃驗證或前商業段階段,尚難推斷第一座大規模(>200MW)浮體式離岸風場將于何時建成,整體發展前景仍不甚明朗。大體而言,依照產業能量與政府推動力道評估,與固定式離岸風電相同,優先應用浮體式技術的領導市場仍為歐洲,亞洲與美國隨后加入應用行列。


    從技術類別來看,半潛式(Semi-submer-sible)的設計型態最多元化,而其原理與船體較為相似,在制造以及維護上相對容易,吸引許多船舶專業者投入開發。浮筒式(Spar-buoy)和張力腳式(Tension Leg)過去主要應用在油氣產業中,前者以挪威油氣公司Equinor的發展進程最快,預期在2022年完成建置88MW的Hywind Tampen計劃;后者則因安裝技術難度較高,開發進程僅至完成水槽試驗,尚未有MW等級以上的系統完成設置。


    離岸風電電解制氫:氫能經濟原動力

    在各式PowertoX概念中,目前最受矚目者為離岸風電搭配電解制氫的模式,也是普遍被認為是最具發展性的方案。因離岸風電多為大規模開發型態,帶來較高的棄風機率,且易造成電力價格不穩定,對發電業者來說是潛在的風險,與電解制氫配合可舒緩供電過剩問題;此外,隨風場離岸距離增加,電網設置成本也將提高,若減少部分電網投資規模,減少的費用可移用于建置氫能轉換及運輸的相關設備。


    風電產業鏈巨頭已開始布局


    PowertoX技術或業務,其中以丹麥開發商Orsted最為積極,除參與歐洲多項再生能源制氫生態計劃外,也將在2021年完成H2RES示范計劃,將是全球第一項正式運轉的離岸風電制氫計劃。而風力機系統商也有所動作,Siemens Gamesa和Siemens Energy于2021年1月宣布共同開發離岸風電轉氫能解決方案,將電解系統與SiemensGamesa最大型14MW離岸風力機系統進行整合;另一家領導系統商Vestas透過收購開發商股權(2020年12月收購CIP25%股權)發掘相關機會,隨后在2021年CIP即宣布規畫于丹麥埃斯比約建置離岸風電轉換綠氨(Green Ammonia)電廠,將有1GW電解能量,可用做農業肥料及船舶燃料,并將余熱供應當地家戶使用。


    積極發展能源轉型迎向凈零未來

    2020年凈零碳排風潮席卷全球,發展再生能源的重要性再度提升,而離岸風電的龐大潛能吸引目光,帶動新興應用市場設定積極目標;在風力機系統單機裝置容量持續增長、浮體式系統技術開發深海區潛能、離岸風電結合制氫等趨勢下,可帶給離岸風電成本競爭力及應用范疇擴張等優勢,未來十年的發展精彩可期。





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