專家專欄

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再生能源與公民電廠

吳俊諆 副教授

中央大學機械系


前言
台灣近年來再生能源的建置數量急速上升,其中以太陽光電和風電的最具代表,太陽能板和風力渦輪機的安裝隨處可見,在地面、建物屋頂和海濱,近二年風機更延伸到離岸。在眾多太陽光電和風電,多數是由公家和民營企業所安裝,但自2015年開始,民間團體開始也以「公民電廠」的方式建置太陽光電。一般人對「公民電廠」相當陌生,因此本文簡單討論再生能源與公民電廠的關聯,對再生能源技術以太陽光電和風電為代表,其中對風電的說明只以小風機(容量小於100 kW)為例,這是因為考量公民電廠設立位置多半是在都會區、市郊或農牧場,這些地區不太可能安裝大風機。
 

台灣的公民電廠特性與現況
依照2020年的《能源轉型白皮書》定義:公民電廠依發起單位、民眾主導性高低、所有權分配以及收益規劃可有多元組織型態,惟須符合由民眾參與出資,且收益由參與者分享,或回饋地方公共服務與公益用途。
2015年開始,民間許多團體便開始推動透過共享與合作經濟的創新商業模式打造公民電廠,初始的行動也帶動後續更多公民電廠組織興起。依據網路媒體《上下游》報導1:「由公眾參與的分散式能源—公民電廠,正是一條理想的道路,也是先進國家的主流作法。同樣地狹人稠的日韓,都選擇大力推動公民電廠以求兼顧再生能源發展與社會共好。而能源轉型前段班的德國,更有將近一半的再生能源供應,都是來自公民發電。在台灣,走在公民電廠這條路上的人卻是坎坷而寂寞。公民電廠面臨的種種困難,包含規模太小、融資不易、合法屋頂難尋、政策獨厚商業電廠⋯⋯等等,各種法規和金融上的高牆。」
1 引用自《上下游》報導 https://www.newsmarket.com.tw/blog/151297/

台灣2020公民電廠現況地圖如圖1,來自於綠主張綠電生產合作社提供其所有電廠,以及陽光伏特家提供其公開募資與公益捐贈的電廠以白色圖例代表。目前電廠類型皆為屋頂型太陽光電,總裝置容量近8 MW,相較於2019年全臺光電躉購量3435 MW約佔0.2%。售(用)電方式仍以躉購(併聯型)居多。能源局補助的公民電廠則以黃色圖例顯示,是指2018年公布「推動民間團體於偏遠地區設置綠能發電設備示範補助作業要點」與「原住民地區參與再生能源設置補助作業要點」二個方案補助成立。


圖1 台灣2020公民電廠地圖,資料來源:https://reurl.cc/YXkLql

太陽光電與風電的建置成本與回收年限
為何許多公民電廠的案場都是太陽光電,這與太陽能的資源容易預測加上這幾年太陽光電建置成本快速下降有關。因此以下文章就來比較太陽光電與風電的建置成本與回收年限。
太陽能資源即是太陽輻射量,這樣的資料在全台各縣市容易取得,一般都以日照時數代表,有日照時數就可以估算太陽能板的每日平均發電量,這些資料可以在台電公開的網頁取得,如表1的110年各縣市太陽光電容量因數,以桃園市為例容量因數是0.1325,每瓩的太陽能板全年可發電約是1,161度。依據各縣市的容量因數加上太陽光電安裝成本(每瓩約在6-8萬),以桃園市為例太陽光電回收年限約在9~12年。


表1的110年各縣市太陽光電容量因數,資料來源:台電https://reurl.cc/O4Rd5y

至於預知風能資源與估算風電的成本就複雜多了。有好的風場才能考慮安裝小風機,首先要估算安裝風機基地的風力資源,我們可以利用Global Wind Atlas這個公開的網頁 (https://globalwindatlas.info/),估算不同國家或特定地區的風力資源。圖2顯示即是新北市、桃園市等地區的風場。但是這只能提供粗略的風力資源,不夠精準。風力資源與風機塔架高度、當地地形、季節與基地鄰近建物等有關。小風機塔架高度多在10-20 m以下,易受地形、地面樹林、鄰近建築等影響,導致風速變動大不平順,不只影響風機輸出功率,且預測全年風場資源並不容易。因此對於小風機,無法像太陽光電的應用,並無小風機在各縣市的容量因數的列表可供參考。一般風機的容量因數約為0.3-0.4,都是針對大型陸域風機或離岸風機,要預測風場也須使用高階電腦模擬和實驗設備量測才能掌握變動快速的風力資源。


圖2 以Global Wind Atlas呈現涵蓋新北市、桃園市等地區的風場

由於小風機的公開售價不夠公開,加上廠商的選擇也不多,因此安裝成本也只能粗略估算,價格的上下限差異也很大。最近國外有一個網頁比較太陽光電與小風機,可參考「The Challenges of a Wind Turbine on Your Home」https://reurl.cc/0XaLmb。該網頁比較在美國麻州安裝10 kW的小風機與10 kW的太陽光電在屋頂上。10 kW的小風機價格約為50,000-80,000美金,每1 kW約產生100 W的功率,一年約可發電876度。以在美國的電價和每年發電,他假設小風機的價格是50,000美金,小風機回收的年限長達22年。若以10 kW的太陽光電的價格約為20,500美金,每天1 kW約產生4.2度的電力,一年約可發電1,533度。太陽光電回收的年限長只須7年。
從上述的太陽光電和風電(小風機)比較,我們可以約略了解為何公民電廠的案場選擇都以太陽光電為主,主要考量是太陽光電的安裝成本低且太陽光電的全年發電穩定發電量也優於小風機。若要安裝小風機,先要了解在地風力資源,這包括利用Global Wind Atlas估算安裝風機基地的風場,也需要有求工程顧問公司或小風機廠商協助仔細評估風場。再來是掌握小風機的特性,選擇適當容量(> 10 kW)且可靠的的小風機,和安裝在適當的位置(市郊、農牧場)。有適當容量的小風機安裝在適當的位置,小風機有可能提供合理的容量因數,才可以穩定發電回收售電收益。如果是自發自用(獨立型)並販售綠電憑證獲益,未來加入綠電交易市場也是可能的選項。

 

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