楊鏡堂教授/碩一陳怡妏
風的產生是因為空氣的流動，因此可以透過動能的計算，並且考慮風機葉片的掃掠面積，可以得到通過的風蘊含了多少能量，如下圖一。而風機葉片能夠從中擷取的能量其實是有限的，如果風機葉片擷取了風蘊含的所有能量，則表示空氣會在通過葉片以後完全停滯，進而造成後方空氣堵塞，反而不利於發電。經過理論的假設與計算，德國物理學家貝茲計算出風機的最大發電效率約為59%，此即為著名的貝茲定律。配合政府能源轉型與綠能政策的推動，不僅有數家國外離岸風力發電開發商於國內建置離岸風場，如沃旭能源、達德能源、CIP等，也有國內本土之廠家投入離岸風力發電，如台電、上緯、永傳等，共同開發國內良好的風力資源。
█ 圖一、風能計算與風機掃掠面積示意圖
由美國國家可再生能源實驗室（NREL）所提供的固定式離岸風力發電機的均化能源成本（LCOE）顯示，在固定式離岸風力發電的成本中，運維占比最大，其次依序為風力發電機組、子結構與基樁、電力基礎設施，如下圖二所示。而與離岸風力發電不同，陸域風力發電於運維期間不需透過船隻接送運維人員與零組件，因此陸域風力發電成本中，占比最大的部分是風力發電機組，其次才是運維與電力基礎設施，如下圖三所示。值得注意的是，陸域上較少有大型風機，因此圖中資料所使用的是2.6MW陸域風機以及6.1MW固定式離岸風機。
█ 圖二、6.1MW固定式離岸風力發電成本比例
(資料來源：Tyler Stehly, Philipp Beiter, and Patrick Duffy. 2019 Cost of Wind Energy Review, National Renewable Energy Laboratory)
█ 圖三、2.6MW陸域風力發電成本比例
(資料來源：Tyler Stehly, Philipp Beiter, and Patrick Duffy. 2019 Cost of Wind Energy Review, National Renewable Energy Laboratory)
而為了提高風力發電相關零組件的自製率，經濟部劃分先示範獎勵階段、次潛力場址階段以及後區塊開發階段三個階段，逐步開發國內風場場址，並且會在次潛力場址階段逐步自製各項風力機零組件，建置檢測標準實驗室與檢測規範，以確保風力發電機組相關零件之品質。國產化產業分為四大類：(1)運轉維護管理平台建置；(2)海事工程關鍵技術建立，包含工程服務、船舶製造；(3)風力機及組件國產化及測試認證，包含塔架、機艙、發電機等重要零組件及相關檢測規範；(4)水下結構關鍵技術開發，如單樁式、套筒式水下基礎。海纜與風機葉片為風力發電之關鍵零組件，期望兩者在國產化時程表中分別於第一階段與第二階段完成國產化，確保海纜與風機葉片之品質，能夠確保輸配電以及發電機的正常運作。
為將離岸產生之電量傳輸至發電廠以分配使用，海纜扮演如同血管一般之重要運輸角色。國內除本島外之離島有金門、馬祖、澎湖群島等島嶼，這些島嶼將因應綠能發展逐步轉向使用國內本島之供電，以取代原先為主之燃油供電。然而，離島與本島之距離並不長，對海纜之需求里程數並不長，對國內廠家而言，海纜的投資效益並不高，因此，離岸風電發展初期多仰賴國外之海纜產品。但歐美日之海域情況與國內之差異不小，在臺灣周遭海域之海纜需面臨強勁的洋流、地震的危害等問題，且海纜裝設以後若需維修，耗時耗力，因此發展一針對臺灣海象狀況之海纜標準也是重要發展目標。
風機供應商為維護風機之品質，風機葉片需經過詳細且嚴格的檢測，同時，葉片及其樹脂為經濟部工業局離岸風力發電產業關聯執行方案中，第二階段之國產化零組件，因此可預期未來國內對於風機葉片之檢測能量之需求。目前國內葉片製造廠家，天力離岸風電科技公司，已經在2020年11月，於臺中港辦理葉片製造廠的動土儀式，並且預計於2021年6月即可投入風力發電機葉片生產。在葉片製造廠完工後，也期許能夠帶動葉片及樹脂相關產業鏈，如碳纖維、玻璃纖維、塗料等葉片相關材料。
為了獎勵開發商投資開發國內風場，政府推出躉購制度，以保證價格收購再生能源發電。而風力發電部分，根據國內遴選場址的條件並參考國外之案例估算離岸風場之成本，包含期初設置成本、年運轉維護費及年售電量，以訂出合理之躉購電價。除了比較國內與國外之差異，針對遴選場址的海象、風機容量等條件，考量各項離岸風場之成本外，也參考國內示範風場之資料，如年運轉維護費用、年實質發電量等，經過詳細的成本計算後，訂定出離岸、陸域風力發電在不同發電量級距下之躉購費率。其中，前十年高費率，後十年低費率的階梯式躉購費率，能夠確保開發商前期的還款能力，同時也提高金融機構放款的意願。若業者能夠維持二十年風場的良好運作，則長期的躉購電價亦能夠提供平均每年6%的穩定售電獲利。
行政院訂定2025年再生能源發電占比20％政策目標，預計2025年離岸風力裝置容量則達5.7GW以上。因此，風力發電的建置勢必成為綠電重要角色，所需之相關產業國產化、檢測實驗室與檢測標準規範建置亦為不可忽略之重要里程。
本文相關經濟部標檢局相關資料及諮詢由楊鏡堂教授提供、其他資料來源由陳怡妏收集整理。
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