簡介2011年美國風力發電趨勢

簡介2011年美國風力發電趨勢

一、前言
二、美國風機裝置容量趨勢
三、風電業界趨勢
四、風電成本趨勢
五、風電績效趨勢
六、風電價格趨勢
七、風電政策與市場驅動者
八、風電未來展望
參考資料
 

一、前言

2012年8月7日美國風能協會(AWEA: American Wind Energy Association)執行長丹尼斯波德(Denise Bode),在拉斯維加斯由內華達州選出的美國參議院多數黨領袖哈利雷德(Harry Reid)所主持之「全國清潔能源高峰會」上,宣布美國風力發電裝置容量吹破5000萬瓩(50GW)大關。這臨門一腳剛好是由內華達州第一座風力發電場春谷風力(Spring Valley Wind)的15.18萬瓩所打破,也讓內華達州加入美國風力發電俱樂部,成為第40個州成員。

美國風力發電發展較歐洲晚,在1980年初開始到2003年,花了23年才破500萬瓩(5GW)紀錄,過3年,2006年成長一倍達1000萬瓩,2008年才2年破2500萬瓩,沒想到過4年又快速Double破5000萬瓩。

美國風力近幾年的快速成長,主要歸功於政府租稅減免獎勵,尤其2005年布希總統任內,延長生產稅賦抵免(PTC: Production Tax Credit),但將在今(2012)年底截止。因此,風能破50GW的宣布時機,不無趁機向與會民意代表請託再延長PTC,讓美國風力發電榮景繼續的重大意義。

緊接著過一星期,在2003年814美加大停電9周年的8月14日,美國能源部委託勞倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL: Lawrence Berkeley National Laboratory)研究的「2011年風力技術市場報告(2011 Wind Technologies Market Report)」也發表,該報告內容除了陳述美國風電的威脅,間接呼籲PTC延長外,對美國2011年風力發電裝置容量、風電製造業、成本、績效、售價、政策推動及未來展望都有詳細敘述,對風力起步更晚的台灣,或許有借鏡的價值。因此,特將重要內容摘要與同好們分享。

二、美國風機裝置容量趨勢

美國風電業正面臨不確定的時代。2011年風電裝置容量比2010年基準增加不少,展望2012年將可進一步大幅遞增,表面上,有理由感到樂觀。

但驅使2011年成長的主要因素,包括各州與聯邦繼續對風能的獎勵、最近風力技術績效與成本的改進、以及為了符合第1603節國庫補助計畫要求的開工截止期限年度即將到期。同時,目前聯邦關鍵風能稅率獎勵預計在2012年底到期,加上天然氣價繼續低迷與電力需求和緩,威脅2013年風機新建,將會明顯的減少。

2.1 美國2011年風力增加大約680萬瓩的新容量,及140億美元的投資。2011年新增容量高於2010年的31%,累積總風力裝置容量高達4700萬 瓩,成長率約16%。1998-2011年歷年新增與累積風機容量詳如圖1所示,2005-2011年新增小型風機容量(100KW以下)、台數、售收入 詳見圖2。

圖1 1998-2011年度新增及累積風力發電機組容量[未扣除退休機組](資料來源:DOE-EERE網站)

圖2 2005-2011年度新增小型風力發電機組容量[100KW以下]、數量、銷售收入圖(資料來源:DOE-EERE網站)

 2.2 2011年新增風力佔全美新增發電機組容量的32%,高於2010年的25%,但低於2008及2009年42-43%的歷史紀錄。風力成為美國第二大新增電源,僅低於燃氣機組,詳如圖3。

 圖3 2000-2011年度新增發電機組容量[燃料別]及風力容量佔比(資料來源:DOE-EERE網站)

 2.3 美國保住全球新增風機年度與累積裝置容量第二大市場(圖4、圖5),僅次於中國。但風力發電量佔全國發電量比例3.3%(圖6)卻遠落其他領先國家,諸如丹麥29%、葡萄牙及西班牙的19%、愛爾蘭18%、及德國的11%。

圖4 2011年度全球新增風力發電機組容量前10大排名(資料來源:DOE-EERE網站)

 圖5 2011年止全球累積風力發電機組容量前10大排名(資料來源:DOE-EERE網站)

圖6 2006-2011年度全球風力發電量佔全國總發電量比例(%)前20大排名(資料來源:DOE-EERE網站)

 2.4  2011年加州新增921MW風力發電容量高於美國其他任何一州,打破德州六連霸的地位,其他超過500MW的分別為伊利諾、愛荷華、明尼蘇達、奧克拉荷馬、科羅拉多等五州,德州落到第九名(圖7)。2011年度累積風力裝置容量德州10394MW仍保持第一,依次10名內為愛荷華、加州、伊利諾、明尼蘇達、華盛頓、奧勒岡、奧克拉荷馬、南達科塔、懷俄明等州(圖8)。有六州風力發電量佔該州總發電量10%以上,其中南達科塔與愛荷華分別為22%、20%,其餘明尼蘇達、北達科塔、科羅拉多、俄勒岡等四州估計超過10%(圖9)。

圖7 2011年度美國新增風力發電裝置容量前20州排名(資料來源:DOE-EERE網站)

圖8 2011年度美國50州累積風力發電裝置容量排名(資料來源:DOE-EERE網站)

圖9 2011年度美國風力發電量佔各州總發電量比例(%)前20州排名(資料來源:DOE-EERE網站)

  2.5 2011年美國沒有離岸風機商轉,但離岸計劃與政策發展仍舊繼續執行。全球2011年新增離岸風機粗略估計約4000MW,大部分在歐洲。

2.6 從電力調度中心與電力公司待審互聯案件資料顯示,有21900萬瓩鉅額風力發電容量正在考量中。大部分計畫在中西部、PJM互聯系統、德州、山區、西北、西南電力池及加州等地區(圖10)。

圖10 2011年美國各類發電機組申請互聯檢討容量 (資料來源:DOE-EERE網站)

三、      風電業界趨勢

3.1 雖然新廠雨後春筍不斷加入風機市場,但2009年以來老三大風機供應商仍穩控美國市場佔有率,其中奇異(GE)、維斯塔斯(Vestas)粗略各佔29%,接著西門子(Siemens)18%第三,其餘蘇司蘭(Suzlon)、三菱(Mitsubishi)各5%,恩德(Nordex)、克利波(Clipper)各4%,Repower之3%,歌美沙(Gamesa)的2%(圖11)。

  圖11 2005-2011年年度美國風機製造廠家別容量圖 (資料來源:DOE-EERE網站)

3.2美國國內風機與零件製造廠產能增加,但未來需求的不確定,讓風機供應鏈承受莫大壓力。

3.3近年美國風力發電計畫使用的風機設備逐漸國產化。雖然進口比例仍高,但粗估風機費用支付國內廠商從2005-2006年的35%,增至2011年之67%。出口金額也從2007年1.5千萬美元增高為2011年的1億5千萬美元(圖12)。

 圖12 2005-2011年美國風機進口國家別容量及2011年風機鐵塔輸入國佔比圖 (資料來源:DOE-EERE網站)

 3.4 風機的平均銘牌容量(Nameplate Capacity)、高度及轉動葉片直徑都有增加。2011年美國風機平均銘牌容量1.97MW高於2010年之1.8MW,平均風機高度及轉動葉片直徑增至81-89公尺(圖13、圖14)。

圖13 1998-2011年美國風機高度與轉子直徑演變圖 (資料來源:DOE-EERE網站)

 圖14 1998-2011年美國風機容量大小與佔比圖 (資料來源:DOE-EERE網站)

 3.5 2011年風力計劃融資喜憂參半,債務項目惡化,但租稅維持平穩。2011年主要受到希臘與歐洲債務風暴影響,縮短銀行借貸期限。第1603節稅賦減免繼續,至2012年才截止,租稅維持平穩。

3.6 獨立發電業(IPP)繼續擁有大宗73%風力發電計畫,累積裝置容量82%,但2011年傳統電業也增加可觀的20%,大部分由一家美中能源(MidAmerican Energy)電力公司獨家擁有600MW(圖15)。

 圖15 1998-2011年美國風機擁有者分類(萬瓩)與佔比(%)圖 (資料來源:DOE-EERE網站)

 3.7 長期合約出售風能給電力公司,仍舊是最通用的風力發電買賣方式,但缺乏購售電合約(PPA)及迫在眉睫租稅優惠的截止,迫使風力繼續往商業化發展。

四、  風電成本趨勢

4.1 2011年風機製造廠家競爭增加,風機價格繼續下滑。自2000-2002年風機價格大約700美元/KW創新低後,2008年平均價格回升至800美元/KW,並繼續攀至1500美元/KW以上之後,儘管技術繼續提升讓風機高度增高,尤其轉動葉片直徑變長,但價格仍舊回跌。2011年價格落在1150-1350美元/KW之間,最近交易報價據報視技術分類落在900-1270美元/KW之間(圖16)。

圖16 1995-2011年美國風機交易價格演變(美元/KW:換算至2011年價格)圖 (資料來源:DOE-EERE網站)

 4.2 雖然緩慢反應風機價格下降,但2011年通報裝機計畫成本,終於轉危為安。2011年容量加權平均裝機計畫成本將近2100美元/KW,較2009及2010年低約100美元/KW,2012年可能會更低。

4.3 裝機計畫成本差異,跟計畫大小、風機大小、及地區有相當關係。發現德州為最低成本地區,加州與新英格蘭地區則是最高成本的地方。

4.4 較新計畫顯示運轉與維護成本改進。

五、  風電績效趨勢

5.1 採樣範圍風力計畫容量因數(Capacity Factor),普遍改善。CF提高主要由於風機高度增高與直徑變大(相對容量增大),逐漸由1999年的25%,演進到2008年之34%,但2009-2010年卻降到30%,2011再回到33%(圖17)。

圖17 1999-2011年美國風機抽樣容量因數推移圖 (資料來源:DOE-EERE網站)

 5.2 風力計畫容量因數改善一些停滯不前,在2006至2010年所興建的計畫中至為明顯,主要係因風力計畫位於風能較弱地區所致。

5.3 區域性容量因數變動,反應風場之強度。根據2004年至2010年打造的風力計畫資料,2011年最高容量加權平均容量因數落在美國中心地區37%、洛磯山區36%居次,最低則為東區25%,新英格蘭的29%。此現象並不讓人驚訝,這些地區排名跟該地區風場強度高低順序大略都一致(圖18、19)。

圖18 1999-2011年美國風機區域別抽樣容量因數(資料來源:DOE-EERE網站)

 圖19 2011年美國風機區域劃分圖與80公尺高空風速分布圖 (資料來源:DOE-EERE網站)

六、  風電價格趨勢

6.1 不同於風機價格與裝置計畫成本及累積成本,2011年風力發電售電價格繼續升高。風電售價在2005年下滑後,平均售價穩定上升,諸如2011年累積271個計畫取樣,從1998年到2011年建造總容量20189MW之平均售價為每千度54美元。

6.2 按風力計畫年代分級之風力發電售價,也無法顯示售價翻轉。2011年容量加權平均售價,根據取樣2011年建造計畫大略在每千度74美元,跟2010年建造的差不多,但大約為2002與2003年低點建造的每千度32美元的兩倍。

6.3 按風力計畫PPA執行日期分級之風力發電售價,顯示售價陡降。當PPA簽定與計畫建造日期有異常落差時,肇使2011年價格無法翻轉,不管用日曆年度或計畫年代來檢視結論都一樣。2011年簽訂PPA取樣計畫容量加權平均PPA價格為每千度35美元,較2010年簽PPA的59美元/MWH、及2009年簽PPA之72美元/MWH,PPA價格一路下滑。

6.4 區域別的風力PPA售價變化相當大。德州、美國心臟地區、山區等地是最低價格地區,加州為最高價格地區(圖20)。

圖20 2011年美國風力發電區域別抽樣容量加權平均售電價格(資料來源:DOE-EERE網站)

6.5 低躉售電價繼續挑戰風力發電的相對經濟性。2003年至2008年平均風電價格較平均躉售電價低,2009年開始,風電價格增加,加上低天然氣所驅使躉售電價陡降,致使風能價格高於躉售電價。

七、  風電政策與市場驅動者

7.1  2012年以後聯邦獎勵風能政策的不確定性。復甦法案(Recovery Act)讓2012年以前的風力計畫選擇30%投資稅賦抵免(ITC: investment tax credit)代替生產稅賦抵免(PTC: production tax credit)。

7.2 各州政策在風力發展的地點指定、與數量,扮演重要角色,但目前政策不能繼續支持最近幾年風力的成長。從1999年至2011年為止,美國風力發電容量都建在有再生能源配額標準(RPS: renewables portfolio standards)的各州,2011年比例高達78%。2012年7月止,美國共有29州及華盛頓DC有強制RPS。

圖21美國各州再生能源配額標準(RPS)圖(資料來源:DOE-EERE網站)

7.3 雖然在克服輸電障礙有進展,但限制仍存在。最近幾年輸電發展繼續獲得牽引,在2011年底新增約3900回線公里,正在興建中,到2015年有另外增加30000回線公里的計畫。風電業確認近程輸電計畫,若全部完工,將可輸送4500萬瓩風力發電容量。2011年7月聯邦能源管理委員會(FERC)發布命令,要求公用輸電業改進輸電規劃程序,並確定新輸電設施之成本分配方法。

7.4 整合風能進入電力系統是可行的,但並不是免成本的,電力調度中心隨著風力發電佔比的增加,進行因應處置方法。最近檢討報告顯示在風力發電容量佔比超過系統尖峰負載40%之風力發電整合成本低於每千度12美元,而且經常低於5美元/MWH。

7.5 隨著風力佔比增加,平衡備轉容量也增加,大部份低於風機銘牌容量的15%,特別是用在小時內排程。此外,許多策略可以協助緩和風能增加數量之整合進入系統,包括使用較大平衡地區、風力預測的使用、小時內發電排程等,都是美國境內許多電網調度中心所處理的策略。

八、風電未來展望

至於聯邦風能稅賦獎勵預計到2012年底終止,風電業者趕在失效日前完工,預期2012年新增風力將超過2011年水準,甚至2009年最高紀錄。同時,不管風能成本、效率、價格改進與政策不確定性,加上天然氣價格繼續低迷、用電成長和緩、前述既有各州政策鬆散等因素,威脅2013年以後新建風機戲劇性下降。預測2013年之後因而跨越特別寬廣範圍,很大程度取決於假設聯邦獎勵措施延展的可能性。

圖22美國能源部(DOE)2030年風力供電20%情境風力發電裝置容量成長預測曲線(資料來源:DOE-EERE網站)

 

九、後語

再生能源為在地的永續能源,尤其近月來中油油價、氣價漲不停,更讓人感到發展自主的再生能源的可貴,尤其是比較容易發展的風力發電。

看到美國風力裝置容量破5000萬瓩(50GW),比台電目前發電機組總裝置容量4150萬瓩高出850萬瓩,發現美國如此快速成長主因,係政府稅賦獎勵使然,PTC高達30%。除此之外,在能源部下設能源效率與再生能源室(EERE: Office of Energy Efficiency and Renewable Energy )推動再生能源與能源效率、減少石油進口、強化經濟與環保等工作,提供許多再生能源資訊,像本文介紹的「2011 Wind Technologies Market Report」,每年都有出版該年度報告,讓外界了解再生能源中的風力發展與趨勢。除了政府大力推動外,民間的美國風能協會(AWEA: American Wind Energy Association)也功不可沒,PTC即將截止,AWEA大力遊說參眾議員,甚至總統大選的好時機也不錯過,看樣子PTC還會繼續延長下去的。這些或許有值得台灣借鏡之處。

參考資料:

http://www.windpoweringamerica.gov/pdfs/2011_annual_wind_market_report.pdf

http://energy.gov/articles/banner-year-us-wind-industry

http://www1.eere.energy.gov/wind/docs/2011_data_file.xls

http://www.awea.org/

廣告

About gordoncheng

我在含飴弄孫閒暇之餘,經常瀏覽到新聞、雜誌及媒體有關電業的報導,原來只PO在我的臉書上,跟老朋友分享!最近在我的部落格「Gordoncheng’s Blog』發現對電業有興趣同好還滿多的,但因本人孫女還小空閒時間不多,無法一一翻譯消化另寫文章,只好另闢專門PO電業新聞報導原文連結之「Gordoncheng’s 2nd Blog』,跟更多朋友分享!
本篇發表於 再生能源。將永久鏈結加入書籤。

4 Responses to 簡介2011年美國風力發電趨勢

  1. luomein 說道:

    鄭處長您好

    謝謝您把這些數據整理出來,很有參考價值。
    文中提到「輸電規劃程序」因應再生能源而需調整,請問國內是否有類似這樣的因應計畫?
    我也看過丹麥以燃氣發電因應風力發電的不穩定性,因為燃氣發電可迅速反應(當然還有其他一些配套措施)。
    只是不知道國內電網是如何規劃以便接受更多的再生能源。
    又是如何確保這些風力發電、太陽能發電是真正用在電網上,而沒有浪費掉的呢?

  2. gordoncheng 說道:

    因台灣風場集中在西部海濱,台電系統也密集在西部,不像美國許多風場在地廣人稀,輸配電系統薄弱的地區,而且風力裝置容量頗大,相對於台灣風場容量不大,所以目前有關「輸電規劃程序」尚未有類似美國之因應計畫。倒是澎湖引接到雲林的海底電纜,也可以說一石多鳥的個案因應計畫。
    目前台電複循環燃氣機組裝置容量高達1415.2萬瓩,又還有水力電廠,應付只有約60萬瓩的風力綽綽有餘。此外,台電系統設有260萬瓩的抽蓄水力電廠,且基載機組不足,風力發電離峰棄載機會不大,可再努力推廣風力、太陽能再生能源。

  3. Frank5566 說道:

    您好,有個問題想請教一下:

    目前看到鼓吹各是綠能發電的都是提供「裝置容量」,但實際能拿來讓您我使用的卻是「發電度數」。
    如不對此點加以考慮,對國家電力體系的傷害恐怕難以回復?

    • Gordoncheng 說道:

      綠能發電都是自產能源,且對環境汙染較少,例如風力、太陽、水力等不用白不用,就隨風而去、日落西山、流入大海滿可惜的!雖然這些綠能不能像燃煤、燃油、燃氣火力電廠穩定出力,但在台灣占綠能比例甚高的風力的價格比燃油、燃氣都來得便宜,只是它的出力變化讓電力公司我的調度部門老同事們辛苦不已,一般民眾是感覺不到的。電源開發部門把風力裝置容量的6%當作淨尖峰能力來計算備用容量,滿保守的。目前台電規模對綠能還可以應付得過去。

發表迴響

在下方填入你的資料或按右方圖示以社群網站登入:

WordPress.com Logo

您的留言將使用 WordPress.com 帳號。 登出 / 變更 )

Twitter picture

您的留言將使用 Twitter 帳號。 登出 / 變更 )

Facebook照片

您的留言將使用 Facebook 帳號。 登出 / 變更 )

Google+ photo

您的留言將使用 Google+ 帳號。 登出 / 變更 )

連結到 %s