風電產業能彌補台灣的能源危機嗎?葉片、銅原料等關鍵零組件受矚目

風電產業能彌補台灣的能源危機嗎?葉片、銅原料等關鍵零組件受矚目
Photo Credit: 中央社

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夏季用電高峰將來臨,再生能源成為台灣發展重心。但在太陽能進入「用地不足」瓶頸後,風力發電成為著重發展的項目之一,政府計劃未來能成為亞洲風電能源領航者。如果要投資風電產業,主要零組件風力機的「葉片」和避免雷擊的「銅原料」,就成為必須要了解的關鍵。

夏季即將來臨,台灣能源問題屢受矚目,再生能源從2016年來快速發展。但自從太陽能面臨用地不足瓶頸後,風力發電成為著重發展的項目之一,經濟部表示,2025年離岸風電將有5.7GW併網發電,未來計劃成為亞洲風電能源領航者。其中關鍵零組件風力機的「葉片」和避免雷擊的「銅原料」,將是台灣風電產業不可或缺的一部分。

今(5)日立法院財委會民進黨立法委員陳秀寳指出,政府大力發展再生能源,設置再生能源基金用於補貼再生能源電價、設備,但審計處資料顯示再生能源裝置容量卻不如預期,如何面對夏季電量高峰?經濟部次長曾文生回應因契約有展延時間,確實行政合約和跟實際狀況有差異,主要是因疫情關係,導致再生能源機組裝設造成延誤,未來將做更細緻計算與溝通,可望大幅度裝機動工。

台灣再生能源發電狀況

日前,經濟部次長曾文生表示,2020年的再生能源總發電度數為151億度,較2015年成長44%,顯見過去5年再生能源的發展速度非常快速,尤其是太陽光電,他進一步指出,太陽光電在2020年發電度已逾60億度,較2015年的8.5億度成長快7倍。

前瞻基礎建設計畫中明確指出,綠能建設為主要政策之一,分別編列:第1期80億元、第2期114億元以及第3期78億元,著重在太陽能、風電及沙崙綠能科學城等相關研發和長期發展基地建置。

希望未來在能源轉型效益上,強化能源安全、創新綠色經濟。企圖從台灣出發,打造為亞洲綠能產業發展的重要據點,並於5至10年內全球綠能產業中使台灣占有一席之地。

能源資訊平台研究員黃郁青指出,雖太陽能成為發展最快能源,但是能源局針對太陽能盤點出二點五萬公頃土地,實際可以興建的場址相當不足,究其原因,因太陽光電建置完成後必須併網,現有的饋線容量並不足以應付,因此必須在用地上進行擴建。

因爲太陽能在用地遇到瓶頸,經濟部盼離岸風電也陸續加入電網,預計將在2025年併網發電,每年發電量將超過200億度,曾文生表示,台積電已宣示採用綠電,並要求供應鏈在2030年前要減碳排放20%,半導體公司的聲明對全世界節能產業有極大幫助。

另一方面,國發會今天發布110-112年重點產業人才供需調查及推估,針對21項產業中進行評估,其中人工智慧應用服務、離岸風力發電及IC設計等產業最缺人才。其中,過去不曾出現的離岸風電項目最受矚目,顯示風電產業正蓬勃發展,可望在台灣茁壯,發展到亞洲各國。

風力發電產業的關鍵零組件與原料:葉片、銅

根據能源資訊平台研究員林曉琪指出,「葉片」是風力機最主要的零組件之一,相較於其他風力機的組件,對於風力機葉片的測試或認證的規範,可稱得上最嚴格,不同歐洲風場在冬日葉片可能結凍而無法轉動,台灣風場則是在夏日颱風肆虐時,葉片可能轉動過快而造成熱損傷。

MHI Vestas 9.5 MW風力機葉片實體圖
林曉琪/能源資訊平台

林曉琪說明,早期Siemens Gamesa的3.6MW與MHI Vestas 的3MW風力機為例,葉片長度已超過50公尺,而至今不論是Siemens Gamesa的8MW或MHI Vestas 的9.5MW風力機,葉片長度均已超過80公尺。

隨著技術升級與風力機單機裝置容量增加,葉片逐漸變得更長。由於目前風電產業受到丹麥、美國、德國以及西班牙等國支援,國內技術尚未成熟。

政府為了扶植綠能產業,經濟部要求外商將供應鏈國產化,世紀鋼、上緯控股成為受惠者。外界傳聞尚有一家台灣本土的離岸風電設備廠天力離岸風電科技受到關注,因為它是亞洲中較為擅長專業風力發電葉片的廠商,獲得歐洲的三菱重工維特斯(MHI Vestas)授權生產,將在台中港成立廠房,預計今年7月出廠第一支葉片。

另一方面,市場預估在再生能源持續發展的趨勢下,市場對銅的需求暴增攀高,幾年後對銅的需求將成長近10倍。由於金屬銅的特性,和風力發電有密切相關,一般來說「銅」具高延展性、導熱性與傳導性,價格成本效益比又遠高於同特性的黃金與銀,因此被大量用於發電機、海纜線與葉片。

海纜構造圖
台灣電力公司/離岸風力發電第二期計畫可行性研究

當風力轉動子葉片收集動能後,發電機中的銅將風產生的動能轉化為電力,電力從機艙基座透過銅纜線經過開關裝置到達集電器,最後再透過場內纜線輸出到海上變電站。

除此之外,根據台電報告指出,銅還有另一個重要輔助作用,讓風機和葉片免遭雷擊,由於風場通常位於開闊的地域,風電設施容易遭受暴雨襲擊,雷擊事件屢見不鮮。旋轉中的轉子葉片容易聚集靜電,而葉片中的銅線則有助於消除該能量,降低雷擊機率。

風力發電機組雷擊雷電流路徑圖

台灣電力公司/離岸風力發電第二期計畫可行性研究

風力發電機組雷擊損害部位統計圖
台灣電力公司/離岸風力發電第二期計畫可行性研究

最後,風力機的葉片以及銅原料不僅在離岸風製材上有著關鍵作用外。更重要的是銅本身也是葉片的材料之一,其除高傳導性外更可以循環利用並無損其性能,在永續產業中銅的地位日益變高,銅有一大部分就是來自於產品回收,重複使用的特性讓銅有效減少溫室氣體排放,是建構未來再生能源世界的重要基石。

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核稿編輯:翁世航


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