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台湾离岸风电供电稳定度不佳?与美国陆上风电与核电比比看吧

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-01  浏览次数:173

  从2013年6月起,笔者接受台湾最强大也最专业的拥核团体“核能流言终结者”的专业指导,帮助理解电力系统的专业知识,也促成我去定义智能电力系统(Smart Power System)。在此,深表感谢。学电子工程的悲哀就是对于超过 110 伏特的世界,一片空白。而电力系统现在已经高达 1,100KV。为了表示对于专业人士的尊敬,这篇文章说明风力发电的每月容量因素变化,回应核能流言终结者的疑虑。笔者的能力只能够取得每月的数字,更短时间的数字已非能力所及,请读者多多包涵。

  容量因素为评估发电稳定参考值

  所谓的容量因素一般用来评估发电机每年可启动发电的时数,其计算方式为:

  [ 电厂实际总发电量/(电厂额定功率×总小时)] ×100%=容量因素 %

  因此数值愈高表示电厂的全年供电愈稳定,在本文中就以美国稳定度不错的陆上风电,来对比台湾适合发展的离岸风电,再加上美国的核电,看看容量因素的差异有多少。

  美国 EIA 统计 2001 年到 2013 年的数字,平均下来,陆上风电每月容量因素约在 20-40% 附近飘移。平均值约在 31.5% 左右。风属于气象的一种,气象可以预测,风力也可以预测。有了预测的数据,就可以规划电力调度计划(Power Dispatching Plan),增加电力系统的稳定程度。

  地大物博的美国,各主要区域的风力状况并不相同。多数地区夏季风力偏低,冬季风力偏高。

  但是在西北部与加州地区,反而是夏季风力偏高,冬季偏低。如果用一个全国性的电网把风电连接起来,恰好可以互补。因此风场只要够分散,数量够多,理论上可以互相支持,互通有无。随着风力发电持续快速成长,全球超级电网(Super Grid)的需求也与日俱增,亚洲超级电网很有可能在 2030 年实现。全球国家将合作发展风电与电网,积极减碳。台湾如果因为政治因素而自绝于此趋势之外,将是重大的损失。

  核能供电稳定度不若想像中高

  拥核的朋友一直宣称核电非常稳定,但根据 EIA 的数据,美国的核电并不稳定。核电的每月容量因素约在 75% 至 97% 之间飘移,变化达 22 个百分点。台湾的核一厂燃料把手松脱,迄今停机已经超过 70 天,损失超过 15 亿元新台币。美国都做不到让核电稳定,台湾怎么可能做到。无论是统计或实证,核电是一种不稳定的电力来源,无误。美国的燃煤发电、燃气发电、风电、水电,每个月的容量因素也是上上下下,但是美国的电网依然稳定供电,可见得管理变化的电力调度计划确实存在,稳定的核电在真实世界里面,并不存在。

  再生能源的每月容量因素变异会比较大,但是地热发电与废弃物发电例外。根据工研院的研究,台湾的地热发电蕴藏量达 32GW,但是工研院的“台湾 2050 能源供需模拟器情境模拟器”依然低估数字,认为只能开发 7GW。工研院内部对于数字有很大的歧见,政府与一般民众更无所适从。

  离岸风电的数字罗生门先前已经采讨逐一解开,期待“台湾 2050 能源供需模拟器情境模拟器”的团队能够把数字改为 50-100GW,这才是合理的预估。

  为了比较美国陆上风电与台湾离岸风电的每月容量因素的差距,资料取得上,笔者尽量使用具公信力的数字。美国的数字来自于 EIA 的 Electric Power Monthly,里面有 Excel 档案可以下载,6.7.A 与 6.7.B 说明美国各种发电方式每月的容量因素变化。做统计的时候,因为没有取得 2014 年 12 月的数据,因此采用 2013 年的(陆上)风电与核能发电数据来做比较。

  台湾离岸风电发电恐怕低估

  台湾的离岸风电场目前并未实际启用,但一般认为澎湖的中屯风力发电示范系统数据,很接近台湾离岸风电场的真实数字,因此我们从工研院的“千架海陆风力机风力资讯整合平台”下载数据。完整的统计从 2001 年 7 月统计至 2014 年 4 月。我的研究选用 2003 年到 2004 年的数字。原因是台电的风机管理能力有待加强,当月可用率 / 妥善率在某些年份偏低,也就是说因为维修计划不够完善,导致风机停止发电,我选的这两年,恰好是台电管理绩效最好的两年的数字。降低管理不善影响真实每月容量因素的变异。根据未经证实的业界传闻,台湾陆上风电公司英华威集团的当月可用率 / 妥善率平均高达 98%,德国外商对于风场的管理能力远胜于台电。

  2004 年是润年,所以 2 月份有 29 天。我们统计这两个月的每月天数、每月小时数、实际发电量、理论发电量,最后计算出来每月的容量因素(Capacity Factor,CF)。从数字来看最低是 11%,最高是 82%,年度平均值为 44%。与欧美离岸风电场的平均年 CF 值相比,差异不大。

  把两年的发电量、天数、小时数、理论发电量合并计算,可以得到平均的每月容量因素。最小值(14%)出现在 7 月与 8 月,最大值(77%)出现在 1 月。平均数字依然是 44%。

  我们也用同样的方法,计算出每季平均 CF 值,最小值出现在第三季(夏季),为 20%。最大值为第四季(冬季),为 69%。

  最后,我们把台湾的离岸风电与美国的陆上风电、核电,三者的每月容量因素做一个比较表,如下。

  如果用图片来呈现,可以发现美国的陆上风电与核能发电的每月容量因素变异很接近,大概都是平均值的上下 10%。美国陆上风电约在 30%±10%,美国的核能发电约在 90%±7%。台湾的离岸风电变异就比较大,约略在 45%±30%。

  澎湖中屯的风机是古董机 600KW,新式的(已量产)离岸风机约在 6-8MW。是否新的风机能够减少变异,有待实证。

  在产业界与投资界工作,所谓的专业讨论,有假设、有模型、有数字,最后的结果可能常常颠覆我们的预期。本文献给拥核的朋友们,表示笔者对于专业人士的尊敬。以前没有正面回应,不是笔者逃避,而是资料还没有收集完整。用不完整的资料硬凹结果,是对专业人士的不尊敬,也污辱了大众的智能。

  全球超级电网让风电互相支持,台湾不应该因为政治因素而缺席。工研院的“台湾 2050 能源供需模拟器情境模拟器”有关于离岸风电与地热发电的数字依然是错误的,导致模型的结果也是错误的,十分可惜。经过比较分析,每月容量因素的变化,美国陆上风电约在 30%±10%,美国的核能发电约在 90%±7%。台湾的离岸风电约在 45%±30%。是否新的 6-8MW 离岸风机能够减少变异,有待实证。

 
 
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