風力發電產業:台灣缺失的環節

沈榮欽、莊皓鈞
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圖片來源:翻攝自華視新聞YouTube頻道

在一項不知名的調查中,顧問公司4C Offshore曾經估計全球20大風場中,台灣便佔了16座,聽來台灣似乎十分適合發展風力發電,而受到廣泛宣傳。但事實上,台灣發展風電相當晚,因為能源政策一直由政府主導,政府過度著重於為社會提供穩定且便宜的電力供應,而忽略風能除了是替代能源之外,也能成為一個新興產業的可能性,以至於在風電發展政策上一直躊躇不前,而錯過最佳的發展時機。

早期台電於澎湖曾導入風力發電

早期台灣雖然未能大力發展,但也未完全忽略風電。台灣離島有火力發電廠,但離島缺乏石化產業,柴油燃料成本昂貴,台電需補貼高額電費以平準電價,便想到導入風力發電可降低離島發電成本。從1950年代開始,就有澎湖當地工廠技師成功自製風力發電機的報導,但直到1961年,台電派員參加聯合國新能源會議,至丹麥考察風力發電蒐集相關技術資料後,才正式提出台灣風力(澎湖)發電發展計劃,並由台電修理廠技術人員仿造丹麥設計自行製造。台灣風電從一開始便是向丹麥學習。

1965年,台灣首座50 kW風力發電機由台電於澎湖後寮完成設置並成功併入電網,此風機已具備自動控制功能,機身可因應風向改變或強弱變動自動調整方向,以最佳地利用風力,但由於風機葉片材料應力不足及缺少旋角控制(Pitch control)功能,容易因強風而損壞,常常需要維修。即使技術仍不夠成熟,這一座實驗型風力發電機仍持續運作了8年,可說是台灣後續發展風力發電的基礎。

1970年代發生兩次石油危機,為了降低對石化燃料的依賴,台灣和各國都積極開發替代能源,風力發電計畫因而得以重啟。1980年起由能源局前身經濟部能源委員會委託工研院分區評估台灣風能潛力以及研發風力發電機技術,至1986年,工研院於新竹縣湖口鄉風力試驗場陸續完成4kW、40kW、150kW等三型風力發電機的開發與運轉試驗,其零件自製率可達80%。但不久後能源危機解除,考量國際能源價格偏低且風力發電成本仍高,缺乏經濟效益,工研院完成階段性任務後便停止風機研發工作。

1980年代台電本身亦投入風電規畫

同一時期,台電本身也有風電規畫。台電先於1982年委託慶齡工業發展基金會與臺灣大學合設的工業研究中心設置風能風速觀測站,進行一年的風速資料統計及風能評估研究,然後在1987年提出「七美先導型風力發電計劃」。此計畫由美商USWINDPOWER公司得標,建置2部100瓩的先導型風力機組,並於1990年完成裝機併入當地電網。但運轉一年後發現,由於地形造成不可預期的風向變化大,導致運轉不順,加上風電供電比例過高不利於維持電力系統的穩定度,試辦兩年後即終止運作,台灣正式告別風電規劃。

回顧台灣能源政策,因為能源自給率低,高度仰賴化石燃料,所以對於全球能源供給十分敏感,能源政策的制定與修訂,幾乎都是因應外界能源環境的變化而來。1973年發生第一次石油危機,台灣才首次制定能源政策,1979年於第二次石油危機後首次修正。第三次修正則是因為1990年爆發波斯灣戰爭,影響全球石油供應。第四次修正則是因應WTO成立。1998年在《京都議定書》通過後,因應全球減碳趨勢,首次召開全國能源會議。在此之間,台灣能源規劃基本上忽略風電等再生能源。

台灣忽視再生能源直到2020年後才有所改變。如果和同為島國的英國與日本比較,直到2020年時,英國再生能源佔17%,日本7%,台灣僅有1%。台灣之後才快速發展再生能源,三(2023)年之後,再生能源比例已經高達9.5%。英國再生能源增加3%達到20%,日本增加0.6%為7.6%,台灣則大幅增加8.5%達到9.5%,是三國之中再生能源比例增長最快者。

困難:風電是一場早熟的邂逅,缺乏經濟效益的支撐

和很多國家一樣,台灣面對石油危機時想到風電,但是很快就發現風電成本居高不下,於是當石油危機解除時,便對風電喪失興趣,國家與台電的研發也難以持續。從這個角度而言,台灣並不特殊,風電是一場早熟的邂逅,缺乏經濟效益的支撐。但是在另一方面,如果和同為小國的丹麥比較,我們就會看到完全不同的風景。當台灣告別風電時,丹麥的首座離岸風電站Vindeby才剛剛運轉一年,正遭受漁民抗議。即使台灣今日發展風電已經略具雛形,丹麥發展風電產業經驗,仍非常值得對比。

台灣發展風電始自發展技術,對技術開發而言,要投入多少資源始終是個難題。太少怕缺乏成果,太多怕缺乏市場無法回收。回顧台灣對於本土風機技術的開發,不論是1960年代台電在澎湖的試驗,或是1980年代工研院的風機開發與運轉計畫,都為台灣奠定了發展風能技術的基礎,但在缺乏應用場域與市場誘因的情況下,風電發展僅侷限於少數零星的示範計畫,不論在產業應用或是能源轉型上,都沒有帶來具體的效益。

但是風電技術之所以發展緩慢,不純粹是技術問題,台灣的能源政策或許扮演更重要的角色。由於台灣長久以來,視能源政策為基礎建設的一環,政府不僅有義務提供良好的電力供應,還希望電力作為基礎設施的一環,能夠維持台灣總體環境穩定與促進產業發展。政府為了維持物價以及發展出口型製造業所採取的低電價政策,使得台灣工業用電的電價不但低於民生用電電價,甚至低於發電成本,等於政府用全民預算補貼工業用戶與出口業者。這種政策雖然有重分配的效果,但是只要在政治上不激起反彈,補貼政策就能夠一直維持下去,而缺乏市場力量制衡。這讓台灣一直無法擺脫對核能及石化燃料的依賴;不論對政府或企業都缺乏開發新能源技術的誘因。

除了政府之外,因為台電獨家經營台灣電力,所以也對台灣風電的發展影響巨大。在風能崛起的1980年代,已確定丹麥模式設計的實用性,透過增加掃掠面積、改善比功率,也可大幅降低風力發電的成本。不過風能技術的進步(包括系統開發與營運)需要長時間的試驗與學習,包括在地地理氣候的評估與技術調適等,台灣政府把技術開發的任務交給工研院,但當時台灣電業仍屬特許行業,發電、輸電、配電、售電仍掌握在台電手上,工研院無法像協助半導體產業一樣透過新技術的開發協助風電產業發展,而對台電而言,在國家政策忽略下,即使在離島等偏遠地區發展風電有其利基,同樣對風電興趣缺缺。

為因應溫室效應,政府與民間都投入風電創發

石油危機之後,溫室效應成為全球另一波發展風電的契機,台灣因此重啟風電。和上次不同,這次不僅政府與台電推動,民間企業也共同參與,促成首度風電商業化。

1997年於京都召開的第七次締約國大會(COP 7),通過《京都議定書》,明確規範已開發國家至2012年時應減少的溫室氣體排放量,達成減碳需求。雖然碳排放最大的中國不包含在內,美國並因此退出,但減碳已經成為全球趨勢。台灣在隔(1998)年舉辦第一次全國能源會議,研訂溫室氣體減量措施。2002年1月行政院核定「再生能源發展方案」推動《再生能源發展條例草案》立法。

《再生能源發展條例》內容與各國推動再生能源政策類似,包括:電業須負併聯及收購義務、新技術示範案補助、台電收購再生能源電能的固定費率、放寬土地使用限制、化石能源及核能發電業者須繳交基金做為再生能源獎勵財源等。但此法案經過多年審議修正,直到2009年才正式立法通過。

雖然法案直到2009年才通過,不過2000年經濟部能源會推動的「再生能源示範推廣五年計畫」,就已經讓台灣重拾風電計畫。此計畫除了委託工研院能資所發展風場評估模式,完成臺灣地區風力潛能分布圖,進行陸域及海域可用風力發電場址評選規劃,配合2000年頒布的《風力發電示範系統設置補助辦法》(於2003年提早廢止並由《風力發電示範系統設置補助要點》取代之),技術輔導私人企業設置風力發電系統。

該辦法提供每kW裝置容量新臺幣1萬6千元的補助,以及最高為計畫系統設置成本50%之補助,同時根據《促進產業升級條例》及其細則規定,給予購置風力發電設備者投資抵減營利事業所得稅10-20%、加速折舊及低利融資等相關獎勵優惠,鼓勵廠商建置風力發電系統,此計畫最終完成三座風力發電示範系統。

本次台灣重啟風電計畫,和之前不同的是,民間也認為時機成熟,和政府同步開展風電計畫,甚至開始推動風電商業化。2000年,台塑重工在雲林麥寮建置並完成全台首座商業化的風場,此案場採用丹麥Vestas 660kW風機及控制系統,總裝置容量為2.64MW,系統整合工作,包括塔架、風機基礎及電纜線埋設由台朔重工自行設計施工,其餘零件則是由國內供應商提供,產出的電力直接併入六輕工業區電網使用。

除此之外,台電也開始計劃擴大風電規模,從離島走向本島。台電一開始持續在澎湖地區發展風電。台電建置的中屯風力發電示範系統採用德國Enercon 600kW風機,由中興電工負責施工,風場總裝置容量為2.4MW,年發電量達700萬度以上,其所發出之電力併入在地尖山電廠調配使用,約可供給澎湖2%的電力,此案場之建置除了具有減碳效益,也降低台電的發電成本。依此經驗,台電於2002年初擬訂「風力發電十年發展計畫」,規劃於十年內在本島及離島分期設置200部或總容量30萬kW以上之風力機組。

商業化是生產風電出售,另一面則是民間企業建立風電自用

商業化是生產風電出售,另一面則是民間企業建立風電自用。正隆公司因台電供電不足,位於新竹竹北的關係企業天隆造紙廠有60%的用電必須依賴自建的柴油發電機供應,於是決定自行建置風力發電系統,做為工廠輔助電力,與自設之柴油發電機電力以及台電電力並聯使用。正隆採用當時亞洲最大的丹麥Vestas 1.75MW風力機組兩架,風場總裝置容量為3.5MW,媒體報導兩支風力發電機平均發電成本每度電僅0.77元,遠低於柴油發電成本或台電電費。

正隆的做法具有開創性,值得很多後來的半導體公司借鏡。2010年後,台灣半導體製造市場佔有率大增,用電量也隨之暴增,對台灣供電產生很大的壓力。之後在全球減碳的趨勢下,加入RE100的國際大廠越來越多,大幅增加供應鏈對綠電的需求。從理論角度而言,當組織大幅依賴外部關鍵資源,而這些資源具有稀缺性,難以完全由市場滿足時,大型企業應該考慮自製等方式加以管理,以降低依賴獲致更高的自主性,而非完全仰賴政府。

正巧台灣電業在這個時期也開始走向民營化,而有利於民間參與風力發電產業的發展。早期,台灣電業屬於特許行業,所有的發電、輸電和配電工作皆是由國營企業台電負責,直至1990年代初期,台電開發電廠受阻,導致1990-1995年連續六年,台電電力系統的夏季供電備用容量率降至5%左右(合理水準為15%),並在1989-1995年七年內發生50次限電,由於政府徵收土地不但往往曠日廢時,成本也較企業高,開放企業開發電廠,不論在取得土地或營運上都更有效率,政府於1995年決定開放民營電廠(Independent Power Producer,IPP),由私人企業經營發電業,但電能仍由台電進行收購及銷售。

但即使電業民營化政策已就緒,在政策推動緩慢,公民團體抗議、缺乏市場誘因等多重因素的影響下,私人企業中只有英華威(InfraVest)較為積極,而且並未發展自有的風機技術。自2000年政府頒布《風力發電示範系統設置補助辦法》推動風力發電後二十年,除了台電,民營風力發電業者共計17家,包括英華威(InfraVest)、東和鋼鐵、中國鋼鐵結構、台灣水泥…等,但至2021年初,幾乎所有的民營風電場都是英華威所建置。其中,台電的案場總裝置容量約為 312.4MW,約占全國風力發電比例36%,英華威風場總裝置容量也超過300 MW,但所有風場使用的風機皆為進口,台電使用的風機系統分別由丹麥Vestas、荷蘭 Zephyros、德國Enercon、丹麥Siemens Gamesa等系統廠提供,其中最多的是單座風機容量2 MW的風機,而英華威長期與德國Enercon合作,採用最多的是2.3 MW風機以及少數2 MW風機。

與傳統認知上新興產業的發展路徑不同,台灣風電產業發展至陸域風電,會由國營事業台電及德商英華威取得大部分的市場的主要原因,並非是由技術優勢、學習速度、政府保護、資本或產業吸引力所決定,反而是由政府主導、類BOT模式的公私協力關係(Public-Private Partnership)所發展出來的結果。

公委協力應以私人為主,政府從旁輔助

公私協力的出現,主要是為了減緩政府財務負擔,同時,借助私人企業的管理效率創造公共價值。公共事業即為一種典型的公私協力。理論上來說,當公私協力事業的採購單位為政府,缺乏市場機制,技術及市場不確定性高,且涉及重大公共福祉時,如台灣政府早期將電力供應視為社會及經濟發展的基礎,應採用像國營企業(如台電)這樣的整合模式,才能確保外部性最大化。

相對來說,當公私協力事業必須直接面對市場機制,私人企業具備的無形資源價值(如營運能力或專屬技術)越高,且運用公共專有資產(如良好的風場)的能力越好時,會採取獨立營運模式,這也有助於擺脫政治不確定性的干擾。雖然台灣開放電業,並有意發展風能產業,但私人風電廠並無售電的權利,而必須透過台電收購,躉購費用也是由政府而非市場所決定,在法令的限制下,電力無法自由交易,政府只是將電力事業中的發電事業外包給私人企業,對開發商而言,無法發揮獨立營運模式的優勢。

最初,英華威投資台灣,是著眼於陳水扁政府宣布停建核四以及《再生能源發展條例》的提出,所可望帶來的能源轉型商機。但由於該條例仍未通過,英華威最初以一度2元先跟台電簽約,原本英華威冀望條例通過後價格能有所調整,但2011年向英華威採購的風電一度電平均也只有2.07元,相比之下,台電自已的風力發電成本為2.42元,向九家民營電廠購買燃煤、天然氣的價格,則分別為每度電2.21及3.96元,實質上等同於台電以英華威的風電來補貼其發電成本。最終,台灣政府雖然借助國際的技術能量建立了基本的再生能源基礎,但包括電網接入的限制、躉購費率的調整、國產化的規定,造成市場誘因不足、政府的機會主義及政治不確定性等相關問題,在後續離岸風電的推動上,也陸續浮現,並阻礙了既有開發商進一步投資的意願。

台灣在發展風電產業過程中,除了忽略發展公共事業與發展產業兩者本質上有所不同之外,更關鍵的一點在於忽略公民所有權的重要性。丹麥風電早期即為合作社所發起,到1980年代,為了避免電費補貼流向了大型投資者,還頒布「地域歸屬」規範,要求投資者必須居住在風力發電機半徑10公里內或在同一城鎮,甚至要求預計年產量不得超過其預計年用電量。到2009年,由於風場規模越來越大,已非一般民眾或合作社所能承擔,丹麥政府調整規定,要求風電開發商將20%以上的所有權轉讓給居住在風力發電機半徑4.5公里內的當地居民。這些規範對丹麥風能產業能順遂發展有著實質的影響。

傳統的國家/市場二元理論認為,發展一個產業的困難在於產業早期通常各種條件並不成熟,市場規模狹小,不足以支撐專業供應商,所以廠商不僅必須負擔高昂的研發費用,而且採用不具規模經濟且成本較高的生產方式,加上不確定是否真能開創市場獲得回報,因此對開創新產業躊躇不前。當企業家精神不足時,應該由國家來彌補,進行先進研究與試驗,承擔早期風險。

如同馬祖卡托(Mariana Mazzucato)在《打造創業型國家》一書,主張政府應該主動承擔風險,去創造新科技、新產業和新市場,才能為人民帶來新財富。等到市場不確定性降低,國家逐漸從主導角色淡出,由企業承接,彼此在自由市場競爭,國家則扮演補充、支持市場的角色。

如果從這個傳統理論角度而言,台灣和丹麥的風電發展模式並無二致。當民間企業認為無利可圖而信心不足時,兩國都由政府出資研發、制定風電規劃,電力公司參與研發、規劃與試驗,等到民間企業認為時機成熟後介入,並由政府扶持建立產業鏈。但是細究就會發現以上述傳統理論解釋台灣風電產業發展時,缺失了一個重要的環節:公民社會。

20世紀80年代,丹麥的環保意識和反核主張日益高漲。雖然台灣同樣出現反核團體,但是丹麥在反核的同時,積極推動包括風能和太陽能在內的再生能源作為在地使用的綠色能源,並得到了當地社區的廣泛支持以及永續資源。而國家能源計畫的支持,家庭在鄰近社區發電可以免稅,為風能發展創造了更有利的環境。到1990年代末,「風能合作社」數量已超過2,100家,其中涵蓋超過10萬個家庭,他們擁有全國6,300台在運風力渦輪機中近90%的份額。強大的社區自主權及其帶來的效益,促進了公眾對風能的大力支持,並促成了國家設定相關扶持政策。

以離岸風電站為例,1991年丹麥的首座離岸風電站Vindeby啟用時,因為影響附近漁民而遭到抗議。但是2000年當丹麥開始建造全球最大離岸風電站Middelgrunden時,不僅沒有人抗議,反而在受到熱烈歡迎。這是因為早在1993年提出該計畫時,同步啟動與居民的磋商。最終,超過5萬名當地居民參與其中,參與制定了從渦輪機安裝位置到合約起草等所有項目。

等到計畫完成後,開發商便邀請社區居民參與投資。透過購買「Middelgrunden能源合作社」(Middelgrunden energy cooperative)的股份,約8,500名丹麥公民投資了2,300萬歐元(佔計畫總成本的一半),並因此成為新風電場的平等合作夥伴,只要風電站營運,他們就可以獲得50%的利潤。合作社主席表示,他們不僅回收所有投資的資金,每年還可獲得相當於7%的「利息」,不僅高於銀行利率,還可貢獻環境保護,讓居民十分滿意。

丹麥的社區意識與其歷史有關。丹麥合作社的傳統可以追溯到十八世紀晚期,農民為了有效合併利用各自零星農地而興起的合作運動。合作運動導致丹麥農村有很強的社區意識,並發展出合作社,以分攤成本與風險,並且共享利潤,發展為不同於英美個人資本主義的一種運動。合作運動對丹麥農業、畜牧業、食品業或甚至工業都產生很大的影響。正是因為丹麥有很強大的公民社會,社區之間存在高度信任,這種社會資本不僅用來增進共識,更和經濟發展緊密相關。

產業發展應成為國家─市場─社會三足鼎立的三元論

準此而言,或許回顧台灣發展風電產業歷程,最重要的啟示在於產業發展應該擺脫傳統的國家/市場二元論,而成為國家─市場─社會三足鼎立的三元論。

台灣知識圈自1980年代開始談論公民社會,原意是希望自主的社會能夠掙脫威權國家的控制,從彼時孱弱的公民社會到今日的強大,至今外媒仍認為每當台灣發生民主危機時,公民社會就會挺身而出捍衛民主。台灣近年發展的社區再生運動,也和公民社會是一體兩面。但是丹麥的經驗告訴我們,公民社會可以做得更多,不僅捍衛民主,還能夠促進新產業、協助新創企業,有助於經濟發展。

包括台灣在內,世界各國政府思考產業發展時,往往陷入國家/市場二元論,以靜態的觀點條列發展新產業所需要的條件,設法一一滿足。這種作法最大的盲點在於忽略社會扮演的角色,只有用國家─市場─社會三元論的角度,超脫滿足條列式要素的靜態做法,設計制度鼓勵三者之間的動態互動,才更有助於新產業的形成。

沈榮欽,作家。法國INSEAD博士,對市場與企業組織感興趣。
莊皓鈞,政治大學科技管理博士,對創業議題有濃厚興趣,本來想進學術圈,卻意外地踏入不同產業新創公司,但仍持續做研究,希望能將個人的學術素養及科學精神推廣至產業。

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