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焦點專欄

2017年度全球再生能源發電成本分析-太陽能與風力篇(二)

  • 發佈日期:2018/3/9
  • 資料來源:本站
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2017年度全球再生能源發電成本分析-太陽能與風力篇(二)

太陽能發電及風力發電以成為全球最主要的再生能源應用類型,而兩者也是近十年間成長最迅速、成本降幅最顯著的再生能源類型。因此本研究摘錄IRENA於2018年1月發表「Renewable Power Generation Costsin 2017」[連結1],有關太陽能及風力能等再生能源類型之成本分析。

◆太陽能發電成本分析

在太陽能部分,近十年間太陽光電成長迅速,自2006至2016年間,太陽光電從6.1GW成長至291GW。並於2010年起太陽光電迅速成長,每年(2010年至2016年)新增率達到28%[圖1]。檢視2010至2016年間太陽光電技術與生產概況[圖2],在2016年時全球約有94%的太陽光電晶片為晶矽類,而在十年間太陽光電板發電平均效率由12%提升至17-17.5%間,且市售最好的太陽光電板能量轉換效率可達24.4%。亞洲為全球太陽光電的主要產地,其中70%全球太陽光電模組來自於中國與日本(2015至2016年間),預估未來亞太及中亞地區仍是全球太陽光電主要生產地區。全球太陽光電模組的價格,在2010到2017年第一季間價格降幅達到83%,其中日本太陽光電模組價格由0.74美元/W下滑至0.59美元/W,而在中國及印度地區太陽光電模組價格更從0.55-0.53美元/W下滑至0.45美元/W以下,加州為2016年底全球太陽光電模組價格最昂貴的地區,該地區模組價格為0.61美元/W[圖3]。各國模組價格差異,主因貿易糾紛導致,如美國針對中國產製的太陽光電模組出口給予反傾銷制裁並制定高額進口關稅,導致當地太陽光電模組價格較其他地區高。除前述原因外,也會因為市場規模、勞動力成本、製造成本不同、獎勵政策差異,導致各國建置成本有所差異。檢視全球公用事業部門所設置大型太陽光電案場,在2010至2017年間平均成本降幅達到68%[圖4],除美國以外的國家平均降幅均超過70%,義大利降幅更達到79%,至2017年全球太陽光電設置成本普遍低於2,000美元/kW。在住宅部門方面,太陽光電系統建置成本也從6至7千美元/kW,降至1,000美元/kW出頭[圖5]。

[圖1]2006至2016年間太陽光電設置概況(詳細說明如上述內容)

[圖2]2010至2016年間太陽光電生產概況(詳細說明如上述內容)

[圖3]2016年間太陽光電模組價格曲線(詳細說明如上述內容)

[圖4]2010至2017年主要國家公用事業太陽光電案場平均成本降幅曲線(詳細說明如上述內容)

[圖5]2013至2017年住宅部門太陽光電系統平均成本降幅曲線(詳細說明如上述內容)

除太陽光電外,Concentrating solar power (CSP)也是各國發展的重點,CSP主要是利用鏡子集中太陽光線來產生高熱蒸氣,並以蒸汽推動發電機產生電力。2006至2016年間全球CSP系統共成長了10倍,主要設置國家為美國及西班牙,前述兩國CSP累計設置量約占全球80%,而全球總累計設置量約5GW[圖6]。目前CSP安裝成本方面,設有熱能存儲設備的系統較無熱能存儲設備系統高出許多,如無熱能存儲系統的成本約在2,550至11,265美元/kW左右,但若設置4小時到8小時熱能存儲設備之系統,成本區間約落在6,050至13,150美元/kW[圖7]。而依據報告數據發現,在50MW以上的CSP系統並搭配儲熱4小時的設備,系統設置成本約落在3,500至9,000美元/kW之間;若搭配儲熱4-8小時的設備,系統設置成本落在6,000至12,600美元/kW之間;若儲熱時間大於8小時以上的設備,系統設置成本落在7,300至11,300美元/kW之間。因儲熱系統的成本並非線性成長,故2015年至2017間新建的案場大都為可儲熱7.6小時(平均儲熱時間)以上的CSP系統。回顧CSP的均化成本分析[圖8],2014至2016年間,CSP成本約在0.14至0.35美元/度,但在2017年度於杜拜CSP案場(700MW)其電廠均化成本約為0.073美元/度,而在澳大利亞的奧古斯塔之CSP案場則為0.06美元/度,經研究報告推算2020至2022年CSP電廠發電成本將低於傳統化石燃料成本,CSP未來有望成為日照充足且腹地遼闊之地區的電力供應來源。

[圖6]2006至2016年CSP設置累計量及分布(詳細說明如上述內容)

[圖7]CSP設置成本分布(詳細說明如上述內容)

[圖8]2010至2022年間CSP均化成本分析與預測(詳細說明如上述內容)

◆風力能發電成本分析

於1979年由丹麥及德國的風機製造商推出現代化的風力發電機組,並開啟了風力發電的發展期。早期陸域風力發電機組容量普遍為10-30kW,但隨著技術成熟,目前陸域風電機組容量大都超過2MW以上,於2000至2016年間,全球風力發電裝置年成長率約為15%,截止2016年底累計裝置容量達到467GW(陸域累計裝置容量為454GW),設置地區分布於中國(32%)、美國(17%)、德國(11%)、印度(6%)、西班牙(5%),而在2016年度新增加量中,以中國最多,約占全球新增量的38%,其次分別為美國(17%)、德國(10%)、印度(7%)、巴西(4%)、法國(3%),預估未來3-5年間風力發電以40-50GW/年的速度增加,而未來主要新增國家應為中國、美國、德國、印度及法國等。

風力發電廠最主要的成本為風力機組,風力發電成本組成分別為風力發電機(葉片、齒輪箱、發電機、機艙、電力轉換器、變壓器及塔架等)、土地與基礎建設(風機土地租賃、基礎土木工程、電網線路、變壓站等)、專案服務(風場設計與規劃、行政作業支出及專案管理等),陸域風力發電廠之風力機組成本約為64%-84%;海域風力發電廠之風力機組成本約為30%-50%。經過多年發展,風力發電機組產品選擇相當多元,粗估每個一系列的風機約有20幾個不同的型號,但各系列的風機渦輪機零件約50%以上是可共用的,也因為零件共通性高使零件的開發成本大幅降低。在風力機組部分,其價格主要隨需求及供給波動,也會因為原物料價格變化而變動。全球風力機組在2000至2002年間跌至最低點,以美國平均風力機組價格為例,在此期間最低達800美元/kW,但在2008年時風力機組價格卻達到2,000至2,100美元/kW,而歐洲在2008-2009年間風力機組合約價格也高達1,900美元/kW,全球風力機組價格在2007至2010年間達到歷史高峰,評估其原因分別為,在2009年金融危機前,全球原物料及建築成本均在上漲,另外當時各國紛紛施行有利於風力發電發展的政策,讓風力機組的需求遠大於供給,導致風力機組售價攀升。但因為市場需求減緩及技術提升,風力機製造商推出容量更大更高的機組,大幅提高了風力機組產電效能,降低風力發電的均化成本。依據彭博(BNEF)的調查報告,在2009至2017年間,葉輪直徑小於95米以下的風力機組單位成本降幅達到53%、葉輪直徑大於95米的風力機組單位成本降幅達到41%,而指標性風機廠商(Vestas)的風機價格降幅也約在48%左右,推測應風力機組技術提升,而風機容量也相對增加的關係。截止2017年底,全球大多數的風力機組成本平均約在1000美元/kW,2017年價格區間與2002年度相當,但2002年時風力機組平均容量為750-1,000kW,但2017年間機組平均容量為2,400至2,800kW之間,可知近十年間風力機組正朝大型化發展。

在陸域風力發電安裝成本部分,依據IRENA的風力發電成本資料庫指出,於1983至2016年間陸域風力發電成本約下降了70%[圖9],其全球均化成本約由4,880美元/kW下降至1,477美元/kW,比較各國成本下降趨勢,以美國的安裝成本降幅最多(68%),其次為印度(67%)、中國(56%)、丹麥(53%)等國家,在2016年度全球陸域風力發電安裝成本出現在中國及印度,其安裝成本分別為1,245美元/kW及1,121美元/kW。分析中國、印度、德國及其他國家的建置成本分布[圖10],風力機成本在2010年時約占總成本84%,但到了2014年風力機成本僅占總成本72%,另外電網及相關土建成本各國有所不同,如中國約占5-23%、印度約占8-12%、其他地區約占8-10%。

[圖9]1983至2016年間陸域風力發電均化成本曲線(詳細說明如上述內容)

[圖10]中國、印度、德國及其他地區國家之陸域風力發電廠建置成本占比(詳細說明如上述內容)

在離岸風力發電安裝成本部分,因離岸風場開發較陸域複雜且困難,而風機設置在海上需要更高的電纜連接與電網建置成本,因此離岸風力機組的成本僅占總開發成本的30-50%。雖離岸風電建置與維運成本遠高於陸域風電,但因為海上風能資源較佳,風況也較穩定,對於風力發電業者而言仍有開發價值。據統計2016年底全球離岸風力發電累計裝置容量達到14GW,約占全球風力發電總裝置容量3%,而在2013至2016年間,離岸風電新增量主要來自於歐洲,以每年2GW的速度成長。隨著離岸風電技術逐漸成熟,離岸風場的設置地點也朝水深距岸遠的地方設置,自2009年後的風場大都為水深15米以上,且距最近港口20-80公里以上的位置,如2016年歐洲完工併網的離岸風電容量達到380MW,其風場平均水深29米,距最近港口達44公里以上。2001至2010年間,離岸風力機組規模約在2-3.6MW,但自2011年後因技術的提升,因此機組規模提升至3.6-6.15MW。而歐洲開發商為追求規模經濟,並抵銷離岸開發所產生的成本,在2011年間歐洲地區離岸風場平均規模約略小於200MW,但因為開發經驗豐富,且開發場址水深加大且距岸更遠,2016年度離岸風場平均規模達到380MW,也因為風場大型化的關係,帶來更顯著的規模經濟,讓近年離岸風場開發成本大幅降低。依據IRENA的統計資料,在2010至2016年間,全球離岸風電均化成本約在4,430-4,487美元/kW,但在歐洲地區2016年度離岸風電均化成本約為4,697美元/kW,約較全球平均高出4%,其原因主要是風場朝大水深距岸遠的位置開發,旦當地開發環境海況較為惡劣,導致開發成本略高於全球平均值。

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資料來源:
[連結1] Renewable Power Generation Costs in 2017,IRENA

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