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NREL 美國風電容量因數(shù)最高達65%

2018-07-03 21:08:41 科技新報   點擊量: 評論 (0)
風能容量因數(shù)隨著風能產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步,正在快速提升,2000年時美國風力發(fā)電機平均容量因數(shù)(Capacity Factor)為30%,2014年已經(jīng)提升到33%,而

風能容量因數(shù)隨著風能產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步,正在快速提升,2000年時美國風力發(fā)電機平均容量因數(shù)(Capacity Factor)為30%,2014年已經(jīng)提升到33%,而隸屬于美國能源部的美國國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory,NERL)最新資料則以35%為目標,顯示全美國可達35%容量因數(shù)的潛在風場高達總面積近6成,而風能容量因數(shù)最高更可達65%以上。

所謂容量因數(shù),指發(fā)電機實際運轉(zhuǎn)后的發(fā)電量,除以發(fā)電容量乘上運轉(zhuǎn)時間計算出來的理論最大發(fā)電量,所除出來的比率,例如燃氣發(fā)電廠因為應(yīng)變能力佳,往往作為調(diào)控使用,尖峰時才開啟,離峰時停機,由于沒有一年到頭一直啟用,其容量因數(shù)大約不到50%。以風能而言,當風小于風機最適合的風速時,就無法達到最大發(fā)電能力,過去容量因數(shù)大約為3成上下。

NREL 美國風電容量因數(shù)最高達65%

早期風力發(fā)電機都以高風速風場為目標,只有在極少數(shù)特別適合發(fā)電的風速下,才能達到名目上的發(fā)電容量,因此容量系數(shù)偏低,近年來的趨勢是越來越重視低風速風場的表現(xiàn),針對低速風場的風機,只要一般風速就能達成目標,也因此,其容量因數(shù)也就相對提升。2000年時美國風機平均容量系數(shù)為30%,2014年已經(jīng)提升到33%,隨著風機越來越高大,技術(shù)越來越進步,也越來越針對低速風場研發(fā),風能的容量因數(shù)進步的速度可望大為加速。

美國國家可再生能源實驗室資料以容量因數(shù)35%為目標檢視美國的風能潛力:若使用的是2008年技術(shù)、塔高80公尺的風機,在美國大陸相連的48州之中,有186.8萬平方公里面積潛在風場可達成容量因數(shù)35%以上;若使用2014年技術(shù)、塔高110公尺的風機,則可達容量因數(shù)35%以上風場面積增加到408.1萬平方公里;若使用近未來技術(shù)、塔高140公尺風機,則進一步增加到達550.9萬平方公里,占總面積約近6成。

48州總體而言,若使用2008年技術(shù)、塔高80公尺的風機,最高容量因數(shù)大約為50%,而2014年技術(shù)、塔高110公尺風機,最高容量因數(shù)已提升到55%以上,近未來技術(shù)、塔高140公尺風機的最高容量因數(shù)更可望超過65%。

若各州檢視,以風能資源相當良好的北達科達州來說,若使用2008年技術(shù)風機,容量因數(shù)最高僅能達到50%,但2014年技術(shù)下,幾乎全數(shù)風場容量因數(shù)都能超過50%,分布于53%到60%之間,若以近未來技術(shù),則全數(shù)風場容量因數(shù)都可超過60%,可見技術(shù)進步下,對容量因數(shù)提升的差異之顯著。南達科他州、內(nèi)布拉斯加州、堪薩斯州的情況也都相當類似。

而風能資源較差的加州,若使用2008年技術(shù)風機,容量因數(shù)35%以上風場僅有3283平方公里,使用2014年技術(shù),則跳增到2.6萬平方公里,容量因數(shù)35%以上風場面積大增為近8倍,若使用近未來技術(shù),則再跳增到5.76萬平方公里,容量因數(shù)35%以上風場面積大增為17.55倍。可看出風能技術(shù)的進步,讓可用風場面積倍增再倍增的威力。

容量因數(shù)提升,同樣名目發(fā)電容量的風力發(fā)電機,可發(fā)出更多電力,相對的以每度電計算的均化成本也就降低,風場的輸配線路容量以最大發(fā)電能力為準,當容量因數(shù)越高,輸配線路的利用率也越高,相對來說攤提成本也更低,而容量因數(shù)越高,也代表風能的發(fā)電情況越穩(wěn)定,并且,在不對外輸出電力的前提下,風能可占比率越高。

一般認為,以不對外輸出電力為前提時,風能占總發(fā)電量最大比率上限,就大約等于其容量因數(shù)。舉個簡化的例子:假設(shè)某國風能容量因數(shù)平均為5成,則風能若達到最大發(fā)電能力時,發(fā)電量為平均的2倍,若以不輸出電力為前提下,風能最大建設(shè)上限,就是最大發(fā)電能力時發(fā)電量不超過全國的電力需求,也就是說,風能最高只能達到5成;若是建設(shè)超過此一比率,就會發(fā)生當氣候條件配合,使風能達到最大發(fā)電量時,發(fā)電量超出全國用電,而必須售電給鄰國的情況,如丹麥有時風能可達全國用電的120%,多出的20%就必須賣給鄰國,否則就只能離線浪費掉。

美國有6成國土都能成為容量因數(shù)35%以上的潛在風場,也就表示美國風能可望發(fā)展到超過35%以上,若是如此,相較于2014年美國燃煤發(fā)電占總發(fā)電量 39%,燃氣發(fā)電占27%,美國風能在近未來有可能超氣趕煤,甚至取代燃煤的地位,美國國家可再生能源實驗室資料可說為美國風能發(fā)展點出了光明的前途。

 

 

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責任編輯:電改觀察員

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