直式風機一線生機,瑞典廠商押注浮式基礎離岸風能發展

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 22 日 8:00 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 風力 follow us in feedly


直式風機由於造型與概念新穎,在風力發電技術發展初期曾經一度受到期待,如今卻已經完全淡出產業焦點,因為直式風機的經濟效益就是遠遠低於主流的扇葉式風機。就在直式風機可能就要從此被塵封的時候,由於離岸風能的發展,突然有了一線生機。

美國桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories2018 年時曾發表進行 5 年、耗資 410 萬美元的研究,發現直式風機可能應用於浮式基礎離岸風能時,有潛力能節省成本,原因在於浮式基礎的特性,若是有重物在越高處,浮式基礎就要增加越多配重與之平衡,結果需要更多浮力支撐,整體結構將變得更大,成本也就如滾雪球般暴增。很不幸的是,主流扇葉型風機的重量,都集中在機艙與扇葉,也就是塔頂,且隨著風機規模增大,塔身還越來越高。

相對而言,直式風機的特性是,機組等較重的配置都在底座附近,這讓直式風機搭配浮式基礎時有天然的穩定性,浮式基礎的規模與成本也可望大幅下降。雖然直式風機本身的經濟效益比主流扇葉式風機差,但離岸風機的成本主要在於基礎,所以基礎成本下降更多,讓直式風機比主流扇葉式風機有經濟價值。

另一方面,直式風機可輕鬆應對不同高度的風向轉變,風向怎麼轉都可發電,但扇葉式風機得盡量面對風向較麻煩。此外,主流扇葉式風機若是太靠近,會產生尾流效應(wake effect)導致發電效果較低,為了避免此狀況,以奇異(GE12 百萬瓦(megawatt)風機而言,扇葉直徑達 220 公尺,若要避免尾流效應,得要分開 1.5 公里遠,這將使纜線成本大增。相對的,直式風機的特性,兩座相鄰時還可提升發電效率,直式風機尾流效應不同的特性,分布可較密集,甚至可能安裝在較狹小的水域。

當主流扇葉式風機越高大,對浮式基礎越不利的同時,直式風機卻沒有這個問題,可擴大規模提升發電效率,因此在陸上的不利局面獲得平衡。桑迪亞國家實驗室認為,直式風機應用在浮式基礎離岸風能,可望將均化成本降到每度電 0.11 美元,也就是約新台幣 3.45 元。

呼應桑迪亞國家實驗室的研究發現,瑞典新創風能公司 SeaTwirl 積極投入直式風機的離岸應用,於 2019 5 月取得中國申請專利通過,2019 4 月時,宣布取得離岸物流公司 NorSea 及比利時通路集團 Colruyt Group 支持,將進行預算 7,000 萬瑞典克朗的測試計畫,興建一座 1 百萬瓦發電容量的浮式基礎離岸直式風機原型機,計劃在 2020 年興建完成,地點預定在挪威。

不過,產業界對直式風機仍抱持懷疑,因為過去直式風機表現總不如主流的扇葉式風機,因此也從未採納為大規模計畫的風機技術,缺乏規模化應用經驗,讓直式風機規模化的風險增加,也不易找到融資方。產業界預期直式風機可能要花上數十年,以及數十億美元的經費,才能達到一座風機 12~15 百萬瓦等級。另一方面,主流的扇葉式風機現在就已挑戰這個等級,且產業界營運經驗豐富,在量產與規模化之下越來越有經濟效益,直式風機恐怕還是很難追趕上扇葉式風機領先的落差。

(首圖來源:SeaTwirl