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藍色能源區域合作

最後更新日期:2017-07-11

近年來,世界各國環保意識日漸抬頭及溫室效應不斷惡化,加上化石能源資源正面臨枯竭之窘境,故各國皆致力於再生能源開開發與應用。再生能源包含太陽能、海洋能、生質能、地熱能、風能及水利等具有永續利用特性之能源。目前,世界各國除了水力發電及風力發電之發展之外,各國亦積極發展海洋能(又稱為藍色能源),其中又以歐盟藍色能源開發之推動最為積極,為掌握藍色能源開發效益,歐盟於2014年1月提出「藍色能源─於2020年(及以後)發揮歐洲海洋能源潛力之必要行動」。本研究先探討臺灣、中國、日本、韓國及菲律賓五國的能源需求及其使用現況,並藉由歐盟藍色能行動計劃作一參考,由於研究時間上的限制,目前僅以離岸風能進行討論,望未來能建立出一套「東亞五國藍色能源資源分配策略分析」的流程。

一、前言

自十八世紀末工業革命以來,人口快速增長、社會及經濟快速發展等因素,造成人類對於能源的需求及使用大幅增加。近年來,世界各國環保意識日漸抬頭及溫室效應急遽上升,加上化石能源(fossil fuels)資源亦面臨枯竭的窘境,因此各國均積極尋求新能源以替代,故皆致力於再生能源(renewable energy)的開發與應用。再生能源包含太陽能、海洋能、生質能、地熱能、風能及水力等具有永續利用特性之能源。目前,世界各國除了水力發電之外,風力發電之發展技術亦日臻成熟。

近年來,我們瞭解到海洋是一巨大的能源寶庫,對此各國開始朝向海洋能之發展, 而海洋能又被稱為「藍色能源」,藍色能源包含潮汐能、波浪能、海流能、海洋溫差及離岸風能等。目前,就屬歐盟在推動藍色能源開發最為積極,為掌握藍色能源開發效益,歐盟於今年1月提出「藍色能源─於2020年(及以後)發揮歐洲海洋能源潛力之必要行動」,該行動計畫屬「藍色成長」(Blue Growth)策略中的一部分,擬透過海洋能源開發,促進再生能源發展和達到溫室氣體減排的目標,進而帶動經濟成長及創造就業機會等。該行動計畫是一項二階段的策略性發展行動計畫,為進行新能源及新產業之開發,期於第一階段(2014年─2016年)能成立海洋能源論壇,藉由此論壇於2016年完成策略性發展藍圖;並期於第二階段(2017年─2020年)推動大規模歐洲產業計畫,進而制定施行指引。

自1990年瑞典建立了全球首座離岸風力發電試驗案例之後,世界各國便紛紛朝離岸式風力發電發展,據歐洲風能協會(EWEA)於2014年公布的統計資料顯示,歐洲離岸風電在2013年底6.6GW之規模,其中包括英國、丹麥、法國、德國、愛爾蘭、荷蘭及義大利等多個歐洲國家;相較於歐洲地區之發展,亞洲地區離岸風電發展之時期已屬晚,而亞洲地區之發展又以東亞地區日本、韓國、中國及台灣為主要發展離岸風力發電的國家,另外菲律賓已進入環境影響評估的階段。

本計畫之研究目的首先瞭解到目前台灣及東亞地區其他四國能源使用現況,並藉由歐盟「藍色能源─於2020年(及以後)發揮歐洲海洋能源潛力之必要行動」作一參考,進而探討到未來「東亞五國跨區域藍色能源資源分配策略分析」,本研究因時間限制,目前先以離岸風能作為藍色能源資源分配策略分析之主要研究對象,望在後續的研究中能對「東亞五國跨區域藍色能源資源分配策略分析」,建立出一套完整的資源分配策略分析流程。

二、研究方法與架構

本研究配合國立成功大學能源科技與策略研究中心「運用再生能源技術於綠能環境之模擬及效益評估」計畫之「國際能源經濟交易及台灣策略」組,而提出「東亞五國藍色能源資源分配策略分析:以離岸風能為例」之研究。
本研究為清楚瞭解台灣、日本、中國、韓國和菲律賓離岸風能資源的利用及分配, 並掌握各國所能提供離岸風能資源產業和非產業技術的發展現況及趨勢,以及跨地區離岸風能資源之利用分配之評估,因此提出三個評估階段依序為初期評估階段、中期評估階段及後期分析階段,最後建立出東亞五國跨區域藍色能源資源分配策略分析流程,本研究目前是以離岸風能作為研究主軸,未來將針對潮汐、海流、波浪等能源資源進行策略分析流程之建構。本研究之分析方法與架構如下所述:

(一)、初期評估階段:本階段首先提出能源潛能、開發海域地形、開發海域板塊構造及專屬經濟區作為前期評估指標,先評估出數個適合東亞五國跨區域開發離岸風能的海域,並利用PESTE分析(Political , Economic , Social , Technological and Environmental Analysis , PESTE分析)作為初期評估階段的分析工具。

(二)、中期評估階段:本將段將利用情境分析(Scenario Analysis)進行評估及分析,此分析法是一個對未來發展提出幾種具可能性的選擇並進行預測,因此本研究於此階段將運用初期評估出的數個適合東亞五國跨區域開發離岸風能的海域,分別進行分析及預測,進而評斷出各海域的優勢及各國產業的優勢。

(三)、後期分析階段:本階段將利用策略分析(Strategic Analysis)進行評估及分析,該方法多為企業管理階層欲創造企業價值之前,針對企業自身的經營績效及財務狀況等進行分析並擬定之行動策略計畫。因此本階段將接續前期與中期做出之評估及分析,以臺灣為主軸進行離岸風能資源的策略分析,進而探討到日本、中國、韓國及菲律賓離岸風能資源分配的策略分析。
上述為本研究之分析方法與架構,期最後建立出一跨區域的資源利用及分配之策略分析流程,本研究架構如圖一。

三、研究成果概述

近年來,由於國際間化石能源面臨枯竭的窘境,加上溫室效應遽增及各國環保意識的抬頭,因此各國便紛紛開始尋找替代性新能源。臺灣自產能源有限、能源進口依存度高,但為了因應國際間發展趨勢,勢必要找到一個能夠長期供應的替代性新能源。臺灣位處於季風氣候區的國家且四面環海,本深蘊涵豐富之風力能源,在有限的陸域面積限制下,如能善加運用及開發臺灣環島離岸海域之風力能源,未來將有助於國內能源及相關產業的發展。由於,本研究報告是針對東亞五國藍色能源資源分配作一策略的分析,因時間限制的關係,本次報成果報告中,將先以東亞五國離岸風力發電發展現況之瞭解,並以臺灣為主進行前期評估指標及初期評估分析,做一整體初期評估階的成果報告。

(一)、東亞五國離岸風力發電發展現況

自1990年瑞典建立了全球首座離岸風力發電試驗案例之後,世界各國便紛紛朝離岸式風力發電發展,其中以歐洲地區國家之發展最為完善;然而,相較於歐洲地區之發展,亞洲地區離岸風電發展之時期已屬晚,而亞洲地區之發展又以東亞地區日本、中國、韓國及台灣為主要發展離岸風力發電的國家,另外菲律賓已進入環境影響評估的階段,以下將針對東亞五國離岸風力發電發展作一現況之探討。

1.日本

日本政府於2010年5月即公布「海洋可再生能源策略」,該策略當中已明確訂定至2020年離岸風機裝置容量超過10GW的目標;然而,2011年3月11日發生大地震之後,日本政府立即修正能源政策,並積極開發再生能源及朝向減核目標努力;進而於2012年10月完成日本首座離岸風力示範風場(即銚子市離岸風力示範風場),由於離岸風力的開發亦帶動了日本國內鋼鐵、機械、造船等產業持續之發展。

2.中國

自2011年到2015年發展第十二個五年規劃綱要中,針對離岸風力的開發已提出離岸風機裝置容量達5GW的目標;另以訂出在第十三個五年(2016年─2020年)規劃綱要中,也已提出離岸風機裝置容量達30GW的目標。為強化中國中央政府對於離岸風電政策的主導,中國國家能源局與國家海洋局於2011年7月聯合發布「海上風電開發建設管理暫行辦法實施細則」,本實施細則依據「海上風電開發建設管理暫行辦法」。目前,中國已規劃出離岸風力發電開發的區域,主要以山東、江蘇、浙江一帶為潮間帶離岸風電開發區,以及東南沿海的福建、廣東一帶為中、深海域開發區。基於離岸風電的開發,中國政府一開始積極培養系統業者和零組件業者等相關風能產業。

3.韓國

韓國政府於2009年擬定海上風力發電之具體行動方案; 韓國政府於2011年投入五十億韓元進行海上風力發電開發之相關研究,同年斥資四千億韓元於新萬金沿岸地區興建韓國首座100MW級的海上風力發電園區,並明確訂出至2019年離岸風機裝置容量達2.5GW。為使離岸風電可以更順利發展,韓國政府與現代重工公司、斗山重工公司等民間風力機系統商及韓國電力公社等發電業者共同籌組「海上風力發電推動企劃團」,藉此團隊帶動了韓國國內資訊科技、造船、海事工程等產業之發展。

4.臺灣

2011年7月經濟部宣布啟動「千架海陸風力機」計畫,鼓勵業者在西海岸設立離岸風力示範發電廠;經濟部進而於2012年7月公告「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」;經濟部能源局於2013年1月發布「離岸風電示範獎勵之評選結果」。未來希望於2015年底能夠完成國內第一架示範機組之架設且完工商轉,並於2020年底完成示範風場之商轉。

5.菲律賓

由於菲律賓在離岸風力發電之發展較上述四個國家晚,目前才剛開始進行評估的階段。而在風力機的製造部份,由德國西門子取得菲律賓81MW風力機訂購合約,將供應27支SWT-3.0-101風力機,並裝置於菲律賓北部的Caparispisan風場,此次合約亦包括五年維修服務,而菲律賓政府期望至2020年風力發電機組裝置容量可達500MW。
根據以上東亞五國離岸風力發電發展探討,本研究針對產業部分整理、分析出一表,該表將明列東亞五國的產業優劣勢,期在後面的策略分析能將此部分列入參考依據,如表一;另附上東亞五國能源需求分析,如圖二。

(二)、前期評估指標
為能瞭解東亞地區在離岸風力能源資源上的分配,因此本研究於初期評估階段提出四項前期評估指標,藉此四項前期評估指標去規劃東亞五國跨區域離岸風能開發地區,以下將針對四項前期評估指標作一簡述。

1.能源潛能

由NCEP/NCAR Reanalysis所匯出的資料,瞭解到目前東亞地區之平均風速。

2.開發海域地形

以目前發展離岸發電技術而言,機組設計之水深不超過30m為主,因此在選擇地域應將海域地形列入考量。以台灣為中心點探討其四周海域之地形,我們可瞭解到台灣西部海域是平緩的陸棚;北部海域則有沖繩海槽;東部海域有著地形變化很大的海盆、海溝等地形;南部海域地形變化和東部海域相同,均有著很大的落差及變化。

3.開發海域板塊構造

由於東亞地區是一個地震頻繁、板塊運動激烈的地段,因此在設置離岸風場的時候,盡量避免設置在兩個板塊交錯地段,這是由於離岸風機基樁與離岸風機結構應力的關係,若運用地震資料來設計合適的海底基樁強度,仍可有效預防地震所造成的影響。但為了避免有未知的影響,因此設置離岸風場時,盡量避免板塊交錯地段。

4.專屬經濟區

又稱為經濟海域,並非國家領土而是國家主權的延伸。若以台灣為主軸探討專屬經濟區會發現,向西和中國大陸經濟海域重疊;向北和日本經濟海域重疊;向南則和菲律賓經濟海域重疊。由於臺灣主權在國際上未定論的關係,導致向西、北和南與這幾個東亞大國論及海域重疊的議題,仍是困難重重,因此本研究特將專屬經濟區列入前期評估指標中。
在探討東亞五國跨區域能源資源分配時,因其牽涉的問題不僅於能源資源的分配,舉凡生態、經濟、社會等相關議題,均會被列入考量因素,對此本研究特於初期評估階段提出此四項前期評估指標,即能源潛能、開發海域地形、開發海域板塊構造及專屬經濟區。圖三為本研究根據此四項前期評估指標所規劃出適合東亞五國跨區域離岸風能設置的場域。

(三)、PESTE分析

本分析法是源於「PESTEL分析」,是分析大環境的有效分析工具,其可分析外部環境因素,是一項調查組織外部影響因素的方法,每一個字母代表一個因素,分別為Political(政治因素,P)、Economic(經濟因素,E)、Social(社會因素,S)、Technological(技術因素,T)、Environmental(環境因素,E)及Legal(法律因素,L)六大因素。本研究團隊將此六大因素中的法律因素納入政治因素中一起討論,因此融合為PESTE分析,本研究目前先針對臺灣離岸風電PESTE分析中的五大因素作一分析(表二),之後會陸續將日本、中國、韓國及菲律賓之分析結果顯示出來,作為中期評估階段情境分析及後期分析階段策略分析的評估、分析因子。

1.政治因素

本研究團隊根據資料及數據分析,進而將評估項目分為再生能源政策及政府預算規模兩者於政治因素之下進行討論。

(1)再生能源政策:為配合政府推動「節能減碳」的政策,根據2009年經濟部能源局通過的「再生能源發展條例」第6條第1項規定之下,建立臺灣再生能源電能躉購費率的制度,並於2011年完成「再生能源電能躉購費率及其計算公式」,由經濟部能源局的統計資料顯示,除太陽光電與地熱能因設置投資成本下降致躉購費率有所調降外,其餘陸域風力、離岸風力、水力、生質能與廢棄物之躉購費率均優於99年水準,其中離岸風力發電、廢棄物之躉購費率成長率更分別較99年度提高32%與28%。表三為臺灣歷年離岸風力發電躉購費率。

(2)政府預算規模:為使再生能源(又稱為綠色能源)推動有更具體的明確目標,經濟部於2009年宣布「綠色能源產業旭昇方案」行動計畫,目標以打造台灣成為能源技術與生產大國,並成為全球前三大太陽電池生產大國、全球最大LED光源及模組供應國以及全球風力發電系統供應商之一。根據行政院主計總處每年總預算案之分析,自2012年起政府每年均有編列綠色能源產業預算,而風能產業預算亦編列於其中,可見臺灣政府對於綠色能源產業日益重視。圖四為臺灣歷年綠色能源產業預算編列。

2.經濟因素

本研究團隊根據資料及數據分析,進而將評估項目分為綠色能源需求、匯率及國內生產總值三者於經濟因素之下進行討論。

(1)綠色能源需求:從過去到現在,臺灣電力能源來源主要為火力發電及核能發電,然而取得能源的過程中往往會造成溫室效應漸增及化石能源枯竭的窘境。在面臨這些問題時,世界各國已陸續尋求替代性新能源,其中風能開發更是備受重視。根據經濟部能源局的統計數據,臺灣能源需求逐年攀升, 1998年起綠色能源(即再生能源)的需求也隨之上升,2004年國人對於太陽能及風能之需求更是瞬間攀升。圖五為臺灣歷年綠色能源需求之趨勢。

(2)匯率:經濟學角度解釋為兩國之間貨幣兌換的比例,同時也能從匯率的變化瞭解到一個國家的經濟狀況。由於能源資源的生產與消費對於世界經濟非常重要,而一地區的任何經濟活動都需要能源資源。根據行政院主計總處之匯率變化顯示,臺灣的經濟成長雖有向下走的趨勢,但相較於過往經濟仍是處於正成長狀態。因此,本研究期望藉由匯率此評估項目瞭解到臺灣近年來的經濟狀況,進而看到對能源資源的需求。圖六為臺灣歷年匯率變化趨勢。

(3)國內生產總值:同為經濟學研究核心課題之一,為核算國民經濟的核心指標,也是衡量一個國家或地區經濟狀況和發展水準的重要指標。我們瞭解到經濟活動成長,能源需求亦伴隨著上升。根據行政院主計總處之國內生產總值變化顯示,自1980年過後經濟即快速攀升,可見臺灣經濟是呈現正成長。因此,本研究期望藉由國內生產總值之變化,探討到臺灣近年來的經濟狀況,進而看到其對能源資源的需求。圖七為臺灣歷年國內生產總值變化趨勢。

3.社會因素

本研究團隊根據資料及數據分析,進而將評估項目分為人口變化、勞動人口結構及人均收入三者於社會因素之下進行探討。

(1)人口變化:人口成長將會是能源趨勢的主要推動力,因為人口成長會直接影響能源需求程度與種類,並間接影響經濟成長與發展。從國際能源署的統計資料顯示,由於全球人口快速的增長,使得都市化的速度相對上升,進而對能源需求也隨之增高。根據行政院主計總處之人口總數變化顯示,臺灣人口總數呈現正成長狀態。因此,本研究期望藉由人口總數變化,探討到國內對於能源資源需求的多寡。圖八為臺灣歷年人口總數變化。

(2)勞動人口結構:經濟學之解釋為能夠被僱傭潛力之社會人群。瞭解到人口成長會直接影響能源需求程度與種類,並間接影響經濟成長與發展,由於經濟成長將使國內勞動人口亦相對增加。自2009年經濟部宣布「綠色能源產業旭昇方案」行動計畫,訂定綠色能源產業的發展目標,並期望創造11萬個就業機會。因此,本研究期望藉由就業人口總數變化,探討國內經濟成長現況,進而探討到對於能源資源之需求。圖九為臺灣歷年就業人口數變化。

(3)人均收入:藉此反映了一個國家公民的平均收入,由此可瞭解一個國家的經濟實力和需求。一個國家之經濟如為正成長,則其國民平均收入亦相對上升。由上述的分析,我們得知經濟成長和能源需求是相互影響的。因此,本研究期望藉由國民平均月收入之變化,探討國內經濟成長現況,進而探討到國民對能源資源之需求。圖十為國民平均月收入變化趨勢。

4.技術因素

本研究團隊根據資料及數據分析,進而將評估項目分為海事工程技術及製造技術兩者於技術因素之下進行探討。

(1)海事工程技術:由於臺灣離岸風電發展才剛起步,關於海事工程技術往往較為不足。探究歐洲國家已商轉之離岸風電場已有於水深20m,而風機高度及直徑約100公尺之大型風機之實例。依據目前風機型式分類及地質狀態進行規劃,臺灣風場選址可能位於水深20m以上、離岸距離較遠之處。風機型式為重力基礎主要利用較大底部的平版基礎,不需打樁成本較低,適合近岸水淺之海域;單基樁則直接打入海床,適合水深20-30公尺之海域;三基樁基礎適用離岸40公里。因此,本研究將運用風機型式評估我國在海事工程技術的能力。圖十一為目前主要風機型式。

(2)製造技術:根據工研院綠能所2012年的資料顯示,臺灣風能產業具備之能力有風電設備業(包含原材料、零組件/次系統、風力機系統)、風電服務業及風電發電業,且均有公司有能力製造各項設備。因此,本研究將以此探討我國在風機製造技術能力的評估,並探討到國內所缺乏的製造及組裝能力,進而擬出未來離岸風電開發因應的對策。圖十二為臺灣風能產業製造能力。

5.環境因素

本研究團隊根據資料及數據分析,進而將評估項目分為離岸風電產業規模及環境風險兩者於環境因素之下進行討論。

(1)離岸風電產業規模:以經濟學的角度進行探討,往往在探討產業規模會以規模經濟作為評估的方法,「規模經濟」指當生產規模擴大將會引起經濟效益增加的現象,往往會反映出生產要素的集中程度與經濟效益之間的關係。因此,本研究欲藉由規模經濟探討臺灣現階段風電相關產業與經濟效益之間的關係,進而預估未來發展離岸風電,其產業規模為何。圖十三為規模經濟。

(2)環境風險:通常為人類活動引起,有時為人類活動與自然界運動過程共同作用造成,並通過環境進行散佈,將對人類社會及其賴以生存、發展之環境產生破壞、毀損,甚至毀滅等不利後果之發生。該評估項目,經本研究團隊研究探討之後,將以風險值進行未來量化的依據,「風險值(VaR)」指在一指定的信賴水準下,在某一固定期間內,投資可能產生的最大損失。因此,本研究期望藉由風險值探討臺灣在離岸風電開發的過程中,將產生最大的環境風險。

從上述可瞭解到目前我國政府對於永續能源及離岸風電之執行是不遺餘力的,但在考量、評估離岸風電發展的過程中,若僅考量單一因素是不夠的,應將各項因素納入評估,未來才能朝向永續且長效的能源分配,進而發展出東亞地區跨地區藍色能源資源分配策略。

四、後續研究規劃
由於本研究此次時間有限,因此尚未將日本、中國、韓國及菲律賓的離岸風電非產業評估指標及項目進行評估及分析,未來將持續進行此項研究,中期評估階段及後期分析階段;另現階段是以離岸風能作為研究主軸,未來將針對潮汐、海流、波浪等能源資源進行策略分析流程之建構,期最後建立出一套「東亞五國跨區域藍色能源資源分配策略分析流程」,圖十四為未來計畫研究時程。

五、參考文獻

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六、圖表

圖一 研究架構

圖二 東亞五國能源需求分析

研究區域

研究區域

A

B

風勢潛能

+

+

海域地形

+

-

海域板塊結構

+

-

專屬經濟區

-

-

圖三 前期指標規劃之適合跨區域開發離岸風場區域

圖四 臺灣歷年綠色能源及風能產業預算編列

圖五 臺灣歷年綠色能源及太陽能、風能需求量變化

圖六 臺灣歷年匯率變化趨勢

圖七 臺灣歷年國內生產總值變化趨勢

圖八 臺灣歷年人口總數變化趨勢

圖九 臺灣歷年就業人口數變化趨勢

圖十 臺灣國民平均月收入變化趨勢

圖十一 目前主要風機型式

圖十二 臺灣風能產業製造能力

圖十三 規模經濟

圖十四 本計畫研究時程表

 

表一 東亞五國離岸風電產業分析(資料來源:本研究整理)

國家

台灣

日本

中國

韓國

菲律賓

產業優勢

1.資訊電子業重鎮

2.明確離岸風場收購價格

1.深海風資源領域研究強

2.長期風力機產業經驗

1.低成本

2.離岸風場規模大

3.具離岸風場自主實績

1.資訊科技優勢

2.造船海事工程高品質產品與經驗

離岸風場規模大

產業劣勢

1.風力機產業經驗有限

2.缺乏實績

3.地震/颱風風險較高

因漁業權及環評問題,對風力機產業推展緩慢

1.風力機產業經驗不足

2.地震/颱風風險較高

3.品質與國際業者仍有落差

風力機產業經驗有限

1.離岸風電發展剛起步,對於風力機產業並無經驗

2.地震/颱風風險較高

 

表二 臺灣離岸風電非產業評估指標及項目(資料來源:本研究分析)

主要評估指標

(Index)

評估項目

(Items)

評估方式

(Approach)

質化/量化

資料來源

政治

(Politics)

再生能源政策

離岸風電躉購費率

量化

經濟部能源局

政府預算規模

綠色能源產業預算規模

量化

行政院主計處

經濟

(Economic)

綠色能源需求

綠色能源需求量

量化

經濟部能源局

匯率

匯率

量化

行政院主計處

國內生產總值

國內生產毛額(GDP)

量化

行政院主計處

社會

(Society)

人口變化

總人口數

量化

行政院主計處

勞動人口結構

就業人口數

量化

行政院主計處

人均收入

國民平均月收入

量化

行政院主計處

技術

(Technology)

海事工程技術

風機型式

量化

能源國家型科技計畫期中報告

製造技術

風機製造能力(自製/組裝能力)

量化

工研院綠能所

環境

(Environment)

離岸風電產業規模

規模經濟*

量化

 

環境風險

風險值*

量化

 

 

表三 臺灣歷年離岸風力發電躉購費率

能源類別

分類

裝置容量級距

年份

躉購費率(元/度)

風力

離岸

無區分

2010

4.1982

2011

5.5626

2012

5.5626

2013

5.5626

2014

5.6076