應用RETScreen軟體平台於石門風力發電站專案分析

©2005 National Kaohsiung University, ISSN 1813-3851 Accepted for Publication: Aug. 4, 2005

應用 RETScreen 軟體平台於石門風力發電站專案分析

林明照*、陳盟仁*、林堉仁**、李松茂*** *國立高雄應用科技大學電機工程系 **義守大學電機系 ***崑山中學電機科 E-mail: [email protected]

摘 要

本論文主要目的是利用RETScreen 軟體平台分析國內的風能發電工程專案。研究對象是 位於台灣北部的石門風力站，該風力站由六部風力機及其它系統組件所組成。研究的程序是 先熟悉RETScreen 軟體平台的適用性如專案系統架構、輸出入資料、人機介面等，接著搜集 風能發電專案資料，最後以實際的專案資料進行測試並分析結果。研究結果顯示，該風力站 約十三年左右可以有正現金流並且每年節省燃油約兩千玖百公秉或煤碳參千柒佰公噸以及減 少二氧化碳排放量約一萬公噸。此研究最大的價值是可以做為風能發電系統規劃、運轉、以 及系統擴充時成本分析的重要參考。 關鍵詞：RETScreen 軟體平台，風能發電專案，風力機，石門風力站。

1. 前 言

世界各國越來越重視燃料能源的消耗以及環保問題，使得再生能源發電方式頗受青睞， 特別是在京都議定書生效之後，這股熱潮勢必更加猛烈。身為地球村的一員，我國也勢必會 受到相當程度的衝擊。 多年來，我國積極推動新能源及淨潔能源的開發利用。根據民國87 年「全國能源會議」 結論，目標是希望到 2020 年時再生能源發電佔發電總裝置容量配比達 10%以上。在 91 年 1 月行政院更推行「再生能源發展方案」加強國內對再生能源的開發，電業也根據此發展方案 於91 年訂定「再生能源發電系統併聯技術要點」，92 年訂定「再生能源電能收購作業要點」， 鼓勵民間發展再生能源[1]。 根據統計，全球在再生能源發電方式中，風能發電及小水力發電的潛力都相當雄厚。在 風能發電方面，根據IEA 的統計，至 2003 年底，全球風能發電裝置容量約為 39,589MW，並

且以每年接近 30%的速度在成長，所發出來的電量足以供應台灣地區三分之一以上的電量需 求，由此可見風能發電受重視的程度[2]。在國內，經濟部為了推動示範推廣 5 年計畫，在 2000 年 3 月 22 日公佈了「風能發電示範系統設置補助辦法」。2000 年 11 月，位於雲林麥寮的台 灣首座風力發電示範系統終於落成啟用，開展台灣風力電廠商轉的先例[3]。2001 年 10 月， 位於澎湖中屯的台電風能發電系統完工啟用。2001 年第二梯次申請，由竹北天隆紙廠之 3.5MW 春風風能示範系統獲選補助。在運轉實例中，台塑重工風能發電示範系統到 2001 年 底商轉滿一年，其年發電量超過八百萬度，換算為年滿載小時發電量已達 3,000 小時，証實 了西海岸有非常好的風力資源。另一個系統，澎湖中屯的風能發電系統累積至2002 年 3 月的 發電量已接近八百萬度，這鼓舞台灣電業積極在澎湖中屯增設風力機組。2004 年，石門風力 發電站也有多部機組加入商轉。未來幾年內，預計會陸續裝設 300 部以上的風能發電機組加 入運轉。 在風能發電相關的文獻方面，除了一些書籍針對風能發電系統的原理及組件有廣泛的介 紹外，許多研究論文也對風能發電系統的各個領域做深入的探討[4-6]。在風能發電系統模擬 方面，Chedid 等人提出利用物件導向軟體建構風能發電系統並且進行模擬的方法；該研究除 了開發系統組件包括機械模組、發電機模組、以及電力傳輸網路模組外，也模擬了一套由 5 台風力機所組成的系統的特性[7]。Arantxa 等人利用物件導向軟體建立風能發電場模型，並且 對10 台風力機分別輸入不同風速，再分析個別發電機組有效功率以及無效功率變化情形[8]。 其次，在風能發電系統的發電機特性研究方面，Slootweg 等人比較鼠龍式感應發電機、雙供 應式感應發電機、以及直接驅動式同步發電機的優缺點[9]。Amenedo 等人研究變速風力發電 機的架構與特性，並且指出使用雙供應式感應發電機時，因為此型發電機可控制輸出的有效 功率及無效功率，使得在輸入風速即使是變動的情況下，仍然能得到穩定的輸出功率[10]。 此外，在風能發電系統控制方式方面，Miranda 等人利用靜態虛功補償器來控制系統虛功率， 使得感應發電機輸出效率提高[11]。Alghuwainem 也提出負載最大利用率的控制方法－電流源 控制法，即利用閘流體來控制補償電容，進而提高功率因數[12]。Amora 等人提出由感應發 電機與同步發電機結合的架構，如此可提供穩定的功率輸出，保持供電的可靠性[13]。除了 上述的研究之外，許多國家如丹麥、英國、挪威、瑞典、日本、韓國等也陸續完成風能發電 專案，並且發表相關文件[14-19]。 本論文主要目的在利用RETScreen 軟體平台分析國內的風能發電工程專案。所選定的研 究對象是位於台灣北部的石門風力站，該風力站由六台風力機及其它系統組件所組成。研究 結果顯示，該風力站約十三年左右可以回收。此研究最大的價值是可以做為風能發電系統規 劃、運轉、以及系統擴充時成本分析的重要參考。

2. 風能發電系統

2.1 系統組件 典型的風能發電系統組件包括風力機、三相變壓器、功因補償電容器組、靜態負載、以 及其他附屬裝置等。 2.1.1 風力機 風力機主要是藉著空氣流動（即風）轉動葉片以擷取風的動能，進而轉換成有用的機 械能及電能。葉片轉子之所以會轉動，主要是由於空氣動力（Aerodynamic force）的作用， 亦即浮力與拉力；根據Betz 定律，風力機無法利用全部的風能，葉片氣動轉換的極限效率 為59.3%，而且大多數葉片的轉換效率約在 30%~45%，經由機電轉換之後，風力機的輸出 效率約在20%~40%。 目 前 世 界 風 力 機 製 造 廠 ， 產 品 佔 有 率 排 前 四 名 的 品 牌 依 次 分 別 為 丹 麥 的 Vestas （23.9%）、NEGMicon（12.7%）、德國的 Enercon（15.0%）、與美國的 Enron（12.6%）。風 力機的種類相當多，依結構樣式可分類為水平軸式（Horizontal axis）與垂直軸式（Vertical axis）、迎風式（Upwind）與背風式（Downwind）、浮力型（Lift）與拉力型（Drag）等。 風力機主要架構包括葉片轉子、低速轉軸、高速轉軸、齒輪箱、煞車系統、控制箱、發電 機、迎風馬達、機艙、塔架、感測器系統，電力箱等。 1. 葉片（Blade） 風力機有二片或三片葉片，以三葉片設計較多。風經過葉片，引起上下流動壓力不同 而產生浮力，使得葉片轉子旋轉。由於旋轉力和連續的振動會造成機械疲勞，使得葉片成 為風力機系統中最脆弱機械連結。在暴風下的機械壓力造成葉片的影響需有合理限制值， 以保護整個葉片轉子並避免過載或過熱導致發電機受損。為了控制此速度在限制值內，經 常用減速控制。此時風力流動不再平滑而是分散，葉片的旋角較高，產生高的阻力以降低 輸出功率，但此時間不得太長，以避免高的震盪和機械傷害。目前葉片轉子的設計目標為 高發電係數、使用年限長、低噪音、低應力負載、使用材料少。

2. 低速轉軸（Low speed shaft）

低速轉軸的前端直接連接至葉片，後端連接至齒輪箱，因為轉軸的直徑較粗，所以轉 速較慢。

3. 高速轉軸（High speed shaft）

高速轉軸的前端連接至齒輪箱，後端直接帶動發電機，因為轉軸的直徑較細，所以轉 速相對較快。

4. 變速箱（Gearbox）

至1800 轉。 5. 煞車系統（Brake） 煞車系統包括兩部分，一為機械煞車，結合機械、電動、油壓性的控制來進行緊急性 剎車。另一部份為氣動煞車，此煞車系統乃用旋角驅動器，在幾秒內調整葉片角度使風能 完全排除，降低轉速至安全範圍內。 6. 控制箱（Controller） 決定風力機起動、跳機以免發電機過載過熱造成繞線受損。另外，控制箱也收集各測 量值以便維持轉子速度或從葉片獲取最大功率。 7. 發電機（Generator） 目前最常使用感應發電機及同步發電機。由於感應發電機在風力機所處環境中有較低 維護成本，因此已安裝的機組中仍以感應發電機較多。 8. 機艙（Nacelle） 在塔架上方，包含齒輪箱、低速及高速轉軸、發電機、控制箱、迎風馬達和其他輔助 設備，機艙保護內部設備但會影響風流動效率。 9. 塔架（Tower） 支撐整個風力機和機艙，材質由鋼構或混凝土製作，鋼構塔架經常被使用以避免振動 和機械疲勞。對於中型和大型風力機，塔架高度比轉子直徑高，小型風力機的塔架則比轉 子直徑大好幾倍，否則它將經常承受不良風速。 10. 感測器系統（Sensor） 監控系統，主要是確保風能發電機運轉安全，所有與安全相關的設備功能，除以電子 式感測器監視外，另以機械式感測器做輔助，若有感測器失效，則風力機馬上停機。 2.1.2 三相感應發電機 利用風能轉換成電能的方法，一般多為永磁式發電機、同步式發電機及感應發電機。 最常應用在風力發電的發電機型式為感應發電機。感應發電機最大的好處就是結構簡單， 一部感應發電機不需要獨立的磁場電路，也不必連續驅動於一固定轉速。只要電動機的轉 速稍微大於其所接電力系統的同步速度，其功用就是發電機。加到其轉軸的轉矩越大，所 產生的輸出功率越大。基於不需要特殊技巧調整的事實，使得此發電機對風力發電系統而 言，是一種良好的選擇。一部感應電動機當作發電機來使用也有先天上的限制，因為它缺 乏一個獨立的磁場電路，所以感應發電機無法產生虛功率。事實上，它會消耗虛功率，所 以必須一直連接額外的虛功率電源，以維持其定子磁場。 2.1.3 三相變壓器 變壓器的主要目的是在一相同頻率下，將電能從一個電壓準位轉換至另一個電壓準 位。在功率不變的情況下，如果變壓器的電壓昇高，其電流必須減少。

2.1.4 功因補償電容 在風能發電的應用中，可以由功因補償電容器提供虛功率來提高系統的功率因數。 2.2 風能估算 2.2.1 風速分佈 1. Rayleigh 分佈曲線 使用Rayleigh 函數來表示風速的分佈情形是最簡單的方式，因為只要知道平均風速就 可以了。風速的Rayleigh 或然率密度函數可以表示成

( )

2 2 av av U U p U exp 2 U 4 U π ⎛ ⎞ ⎡ π ⎛ ⎞ ⎤ ⎢ ⎥ = _{⎜ ⎟} − _{⎜ ⎟} ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ _⎣ ⎝ ⎠ _{⎦ (1)} 累積分佈函數可以表示成

( )

2 av U F U 1 exp 4 U π ⎡ _{⎛ ⎞} ⎤ ⎢ ⎥ = − _{− ⎜ ⎟} ⎢ ⎝ ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ ₍₂₎ 其中U 為風速，Uav 為平均風速。圖 1 為一個表示各種不同平均風速的 Rayleigh 或然率密 度函數，平均風速較大的曲線，較大風速出現的或然率較高[5]。 圖1 不同平均風速的 Rayleigh 或然率密度函數 2. Weibull 分佈曲線 Weibull 或然率密度函數需要兩個參數：形狀因數 k 和刻度因數 c，這兩個參數都是平 均風速和標準差的函數。風速的Weibull 或然率密度函數可以表示成

( )

k U k 1 U k p U exp c c c − _{⎡ ⎤} ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞ =_{⎜ ⎟⎜ ⎟} ⎢−_{⎜ ⎟} ⎥ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎢_⎣ ⎝ ⎠ ⎥_{⎦ (3)}

累積分佈函數可以表示成

( )

U k F U 1 exp c ⎡ _{⎛ ⎞} ⎤ = − ⎢−_{⎜ ⎟} ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎣ _{⎦ (4)} 其中U 為風速。圖 2 為平均風速 8m/s 時不同 k 值的 Weibull 或然率密度函數，當 k 值增加 時，曲線的峰值較高，這意味著風速變化較小[5]。 圖2 平均風速 8m/s 時不同 k 值的 Weibull 或然率密度函數 2.2.2 風能估算 1. 使用 Rayleigh 函數估算 一部已知轉子直徑的風力機可能產生的最大平均功率可由風力機模型及Rayleigh 函數 估算出來。此時，風力機的平均功率可以表示成

( )

3 2 av ₀ P 2 C C 1 2U U P C U exp dU 2ρΑη λ U U ∞ ⎧⎪ ⎡ ⎛ ⎞ ⎤⎫⎪ ⎢ ⎥ = _⎨ −_{⎜ ⎟ ⎬} ⎢ _{⎝ ⎠} ⎥ ⎪ _{⎣ ⎦}⎪ ⎩ ⎭

∫

(5) 其中 U 為風速，Uc 為特徵風速，A 是葉片掃過的面積，η 是風力機的效率，Cp 為功率係 數，ρ 是空氣密度，在 15℃時為 1.225kg/m3。因此，一部已知轉子直徑的風力機可能產生 的最大平均功率可表示成 3 2 3 max c p ,Betz ₀ c c c C 1 U 2U U P U C exp dU / U 2ρΑ U U U ∞⎛ ⎞ ⎧⎪ ⎡ ⎛ ⎞ ⎤⎫⎪ ⎢ ⎥ = _{⎜ ⎟ ⎨} −_{⎜ ⎟ ⎬} ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎪_{⎩ ⎣} ⎝ ⎠ _⎦⎪_⎭

∫

(6) 2. 使用 Weibull 函數估算

一部已知轉子直徑的風力機可能產生的最大平均功率可由風力機模型及 Weibull 函數 估算出來。此時，風力機的平均功率可以表示成

( ) ( )

av ₀ w P =

∫

∞P U p U dU (7) 上式可使用累積分佈函數表示成

( ) ( )

av ₀ w P =

∫

∞P U dF U (8) 在Weibull 分佈中，F(U)可以表示成

( )

U k F U 1 exp c ⎡ _{⎛ ⎞} ⎤ = − ⎢−_{⎜ ⎟} ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎣ _{⎦ (9)} 將(7)的積分項以總和的方式替代，可以重寫成 B k k N j 1 j j 1 j av w j 1 U U U U P exp exp P c c 2 − − = ⎧ ⎡ _{⎛ ⎞} ⎤ ⎡ _{⎛ ⎞} ⎤⎫ _{⎛ + ⎞} ⎪ _{⎢ ⎥ ⎢ ⎥}⎪ = _⎨ −_{⎜ ⎟} − −_{⎜ ⎟ ⎬ ⎜ ⎟} ⎢ ⎝ ⎠ ⎥ ⎢ ⎝ ⎠ ⎥ ⎝ ⎠ ⎪ _{⎣ ⎦ ⎣ ⎦}⎪ ⎩ ⎭

∑

(10)

3. RETScreen 軟體平台

3.1 整體介紹 RETScreen International 潔淨能源應用中心旨在提高規劃人員、決策人員、以及工業界實 施再生能源和節約能源的能力。該中心透過幾種方式實現目標－開發降低可行性研究成本的 決策工具如RETScreen 軟體、普及做出更好決策的知識、以及培訓專案技術和財務分析人才。 RETScreen International 潔淨能源專案分析軟體可用來評估各種節約能源方式和再生能源 技術方案的各項指標如能源產量、使用期間的成本、以及溫室氣體減少量等。該軟體的所有 能源技術模型都包括完整的產品資料庫、成本資料庫、氣象資料庫、以及用戶線上使用手冊。 該軟體還包括其他工具如以案例分析為主的大學培訓課程、電子版教材等。此外，該軟體是 免費的，並且支援英文和法文兩種版本，部分工具還支援其他語言版本[20]。 3.2 風能發電專案分析軟體 風能發電分析軟體主要包括能量模型（Energy Model）、設備資料（Equipment）、成本分

析（Cost Analysis）、溫室氣體減少量分析（Greenhouse Gas Reduction Analysis）、財務摘要 （Financial Summary）等五個模組。

3.2.1 能量模型模組

能 量 模 型 模 組 包 括 工 地 狀 況 模 組 （Site Conditions ）、 系 統 特 性 模 組 （ System Characteristics）、以及年發電量模組（Annual Energy Production）。表1 為工地狀況模組，主 要的資料包括專案名稱（Project name）、專案地點（Project location）、最接近地點的氣象資 料（Nearest location for weather data）、年平均風速（Annual average wind speed）、風速量測 的高度（Height of wind measurement）、風切指數（Wind shear measurement）、10m 高度的 風速（Wind speed at 10m height）、平均氣壓（Average atmospheric pressure）、以及年平均溫 度（Annual average temperature）等。

表1 工地狀況模組

表2 為系統特性模組，主要的資料包括系統類型（Grid type）、風力機額定功率（Wind turbine rated power）、風力機數量（Number of turbines）、風力站容量（Wind plant capacity）、 轉子中心位置的高度（Hub height）、轉子中心位置風速（Wind speed at hub height）、陣列損 失（Array losses）、風翼損失（Airfoil soiling and/or icing losses）、停機損失（Other downtime losses）、雜散損失（Miscellaneous losses）等。

表3 為年發電量模組，主要的輸出資料包括風力站容量（Wind plant）、未調整的發電 量（Unadjusted energy production）、未考慮損失的發電量（Gross energy production）、單位 面積的發電量（Specific yield）、風力站容量因數（Wind plant capacity factor）、再生能源發 電量（Renewable energy delivered）。

表3 年發電量模組

3.2.2 設備資料模組

設備資料模組包括風力機特性模組（Wind Turbine Characteristics）與風力機發電量模 組（Wind Turbine Production Data）。表 4 為風力機特性模組，主要的資料包括風力機額定 功率（Wind turbine rated power）、轉子中心位置的高度（Hub height）、轉子直徑（Rotor diameter）、轉子掃過的面積（Swept area）、風力機製造商（Wind turbine manufacturer）、風 力機型號（Wind turbine model）、能量曲線資料（Energy data source）。表 5 為風力機發電 量模組，此例中的風力機型號是Vestas V47/660。

表4 風力機特性模組

3.2.3 成本分析模組

成本分析模組包括初始成本模組（Initial Costs）、年成本模組（Annual Costs）、以及週 期成本模組（Period Costs）。表6 為初始成本模組，主要資料包括可行性分析成本（Feasibility

study cost）、開發成本（Development cost）、工程成本（Engineering cost）、發電設備成本 （Renewable energy equipment cost）、系統其它設備成本（Balance of system cost）、雜項支 出（Miscellaneous cost）等。

表6 初始成本模組

表 7 為年成本模組，主要是提供運轉與維修成本，資料包括土地租金（Land lease）、

財產稅（Property taxes）、保險費（Insurance premium）、輸電線路維修費（Transmission line maintenance）、零件與工資（Parts and labor）、社區回饋金（Community benefits）、差旅費 （Travel and accommodation ）、 行 政 費 用 （ General and administrative ）、 緊 急 支 出 （Contingencies）等。

表7 年成本模組

3.2.4 溫室氣體減少量分析模組

溫室氣體減少量分析模組包括背景資料模組（Background information）、參考的發電方 式（Base case electricity system）、建議的發電方式（Proposed case electricity system）、溫室 氣體減少量（GHG emission reduction）。表8 為背景資料模組，目的是顯示專案資訊如專案 名稱（Project name）與專案地點（Project location）以及全球 GHG 指標（Global warming potential of GHG）。表 9 為參考的發電方式模組，在此例中以氣輪發電為參考系統。表 10

表8 背景資料模組

表9 參考的發電方式模組

表10 建議的發電方式模組

表11 溫室氣體減少量模組

3.2.5 財務摘要模組

財務摘要模組包括年能量供應量模組（Annual Energy Balance）、財務參數模組 （Financial Parameter）、專案成本與節餘模組（Project Costs and Saving）、以及財務可行性 模組（Financial Feasibility）。表 12 為年能量供應量模組，主要資料包括專案名稱（Project name）、專案地點（Project location）、再生能源發電量（Renewable energy delivered）、其它

可利用的再生能源發電量（Excess RE available）、穩定的再生能源容量（Firm RE capacity）、 系統型式（Grid type）等。

表12 年能量供應量模組

表13 為財務參數模組，主要資料包括減少的能源成本（Avoided cost of energy）、再生 能源發電收入（RE production credit）、溫室效應減少成本（GHG emission reduction credit）、 能源成本增加率（Energy cost escalation rate）、通貨膨脹率（Inflation）、貼現率（Discount rate）、專案壽命（Project life）、負債率（Debt ratio）、負債利息（Debt interest rate）、負債 期限（Debt term）、所得稅分析（Income tax analysis）、所得稅率（Effective income tax rate）、 損失累進（Loss carryforward）、折舊方式（Depreciation method）、折舊稅基底（Depreciation tax basis）、折舊率（Depreciation rate）、是否有免稅期（Tax holiday available）等。

表13 財務參數模組

表14 為專案成本與節餘模組，主要的顯示資料包括初始成本（Initial costs）、週期成本 （Periodic costs）、年成本與負債（Annual costs and debt）、以及年節餘與收入（Annual saving or income）等。

表15 為財務可行性模組，主要的顯示資料包括稅前內部回收率與投資報酬率（Pre-tax

IRR and ROI）、稅後內部回收率與投資報酬率（After-tax IRR and ROI）、回收年限（Simple payback）、達到正現金流的年時間（Year-to-positive cast flow）、淨現值（Net present value-

NPV）、年生命週期節餘（Annual life cycle savings）、獲利率指標（Profitability index- PI）、 專案資產淨值（Project equity）、專案負債（Project debt）、負債償還（Debt payments）、負 債服務準備金（Debt service coverage）等。

表14 專案成本與節餘模組 表15 財務可行性模組

4. 專案分析

4.1 專案內容 核能一廠位於台灣北端基隆與淡水海岸線之間，距台北東北方約28 公里，基隆西北方約 30 公里，棣屬於台北縣石門鄉乾華村。石門風力站位於核能一廠西側之山嶺上，機組沿著瀕 臨海岸之稜線及略呈南北方向稜線的頂部佈置。風力站的地質情況是地表 33-35 公尺為紅土 層，以下 25-35 公尺深為安山岩質集塊岩，其中上部 10-20 公尺厚為風化集塊岩，再下方為 大埔層之砂頁岩。風力站裝設地區没有斷層通過，距離最近之斷層為東邊 7 公里左右之金山 斷層，地下水位大致會在風化集塊岩與新鮮集塊岩接觸面上下浮動，對風力機組的基礎工程 影響不大。此外，風力站附近的氣象，年平均氣溫為21.8℃，相對濕度為 82%，風速為 7.2m/s，

最常見的風向在北北東。 石門風力站，由6 部 660kW、690V 風力機組組成，每一部風力機組經由 ACB、變壓器 組、以及VCB 併接於 4 號風力機旁的電氣室，電氣室連接至核一廠臨時變電所，其併接點為 核一廠臨時變電所11.4kV 配電系統的風力專線，其單線圖如圖 3 所示。 圖3 石門風力站系統架構圖 4.2 專案資料 本專案的資料如表16~21 所示。 表16a 石門風力站能量模組輸入資料－工地狀況 工地狀況(Site condition) 專案名稱(Project name) 石門風力站

最接近地點的氣象資料(Nearest location for weather data) Taipei

年平均風速(Annual average wind speed) 7.2 m/s

風速量測的高度(Heiht of wind measurement) 40.0 m

風切指數(Wind shear measurement) 0.10

10m 高度的風速(Wind speed at 10m height) 6.3 m/s

表16b 石門風力站能量模組輸入資料－系統特性

系統特性(System characteristic)

系統類型(Grid type) Central-grid

風力機額定功率(Wind turbine rated power) 660 kW

風力機的數量(Number of turbines) 6

風力站的容量(Wind plant capacity) 3960 kW

轉子中心位置的高度(Hub height) 40.0 m

轉子中心位置風速(Wind speed at hub height) 7.2 m/s

陣列損失(Array losses) 0

風翼損失(Airfoil soiling and/or icing losses) 1%

停機損失(Other downtime losses) 5%

雜項損失(Miscellaneous losses) 2%

表17 石門風力站設備資料模組輸入資料

風力機特性(Wind turbine characteristics)

風力機額定功率(Wind turbine rated power) 660 kW

轉子中心位置的高度(Hub height) 40.0 m

轉子直徑(Rotor diameter) 47 m

轉子掃過的面積(Swept area) 1735

風力機製造商(Wind turbine manufacturer) Vestas Wind Systems

風力機型號(Wind turbine model) VESTAS V47/660KW

表18 石門風力站成本分析模組輸入資料

系統初始成本(Initial costs)

可行性分析成本(Feasibility study cost) 1,663,000 TWD

開發成本(Development cost) 12,216,000 TWD

工程成本(Engineering cost) 14,227,000 TWD

發電設備成本(Renewable energy equipment cost) 108,797,384 TWD

系統其它設備成本(Balance of system cost) 34,226,000 TWD

雜項支出(Miscellaneous cost) 6,040.,867 TWD

表19 石門風力站財務摘要模組輸入資料

財務參數(Financial parameters)

減少的能源成本(Avoided cost of energy) 2.0TWD/kWh

能源成本增加率(Energy cost escalation rate) 0

通貨膨脹率(Inflation) 0.5%

專案壽命(Project life) 20 yr

負債率(Debt ratio) 70%

負債利息(Debt interest rate) 6%

負債期間(Debt term) 10

所得稅分析(Income tax analysis) no

4.4 專案分析結果與評論 石門風力站的專案分析結果如表 20、表 21、以及圖 4 所示。在收入方面，年平均風速 7.2m/s 的情況下，每年可供應 10,860MWh 的電量。若每 kWh 以 2 元台幣計價，每年可收入 約21,720,000 元。其次，在成本方面，工程費約需 177,170,000 元，自有資金三成約 53,151,000 元，七成貸款約124,019,000 元，年利率 6%計算，分十年攤還，每年約需償還 16,850,000 元， 再加上每年運轉維護費約4,290,000 元以及部份設備零件更新費用 20 年約需 15,000,000 元。 以每年通貨膨脹率 0.5%計算，本專案的投資應可於 13.1 年回收，回收率約為 7.7%。若運轉 20 年可淨賺約 106,145,000 元，平均每年可賺約為 5,307,000 元。此外，本專案每年風力總發 電量10,860 MWh，相當於節省燃油 2,897 公秉或煤碳 3,700 公噸，減少二氧化碳排放量 9,743 或10,676 公噸。 本研究中所使用的年平均風速是以台北氣象資料為參考。然而，風力站所裝設位置的年 平均風速應該較高，這會使發電量增加。再者，每年的風速狀況可能都會有某種程度的變化， 這也會造成年發電量的變動，影響專案分析的準確性。此外，本研究所採用的一些財務參數 如通貨膨脹率等都可能受到經濟因素而改變，影響專案分析的準確性。因此，本研究的結果 仍需要時間加以印證。

表20 石門風力站系統能源模型模組輸出資料

年發電量(Annual energy production)

風力站容量(Wind plant) 3,960 kW

未調整的發電量(Unadjusted energy production) 11,905 MWh

未考慮損失的發電量(Gross energy production) 11,783 MWh

單位面積的發電量(Specific yield) 1043 kWh/m2

風力站容量因數(Wind plant capacity factor) 31%

再生能源供電量(Renewable energy delivered) 10,860 MWh

表21 石門風力站財務摘要模組輸出資料

專案成本與節餘(Project costs and savings)

初始成本(Initial costs) 177,170,251 TWD

週期成本(Periodic costs) 10,000,000 TWD

年成本與負債(Annual costs and debt) 21,140,232 TWD

年節餘與收入(Annual saving or income) 21,720,902 TWD

財務可行性模組(Financial feasibility)

稅前內部回收率與投資報酬率(Pre-tax IRR and ROI) 7.7%

稅後內部回收率與投資報酬率(After-tax IRR and ROI) 7.7%

回收年限(Simple payback) 10.2 yr

達到正現金流的年時間(Year-to-positive cast flow) 13.1 yr

淨現值(Net present value- NPV) 106,145,636 TWD

年生命週期節餘(Annual life cycle savings) 5,307,282 TWD

專案資產淨值(Project equity) 53,151,075 TWD

專案負債(Project debt) 124,019,176 TWD

負債償還(Debt payments) 16,850,232 TWD

圖4 石門風力站現金流變化情形

5. 結 論

本論文利用了RETScreen 軟體平台分析位於台灣北部的石門風力發電工程專案。研究結 果顯示，該風力站在設定的參數情況下約十三年左右可以回收並且每年節省燃油約兩千玖百 公秉或煤碳參千柒佰公噸，並且減少二氧化碳排放量約一萬公噸。此研究最大的價值是可以 做為風能發電系統規劃、運轉、以及系統擴充時成本分析的重要參考。

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