在科技能力執(zhí)世界牛耳的美國(guó)本土也采用了不少風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，且陸上與離岸的系統(tǒng)兼?zhèn)?，整體風(fēng)力發(fā)電達(dá)到 14,800GW，于 2013 年時(shí)為世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電量之首。雖然美國(guó)采用陸上風(fēng)電比重較高，不過(guò)離岸風(fēng)電配置仍達(dá)到三成，仍有諸多可供參考之處，本文嘗試比較美國(guó)陸上風(fēng)電與臺(tái)灣離岸風(fēng)電每月容量因素的變化，來(lái)探索新趨勢(shì)。
風(fēng)力發(fā)電的容量因素（Capacity Factor，CF）是實(shí)際的發(fā)電量除以理論的發(fā)電量，數(shù)值位于 0 到 100%間，數(shù)字越大表示風(fēng)電的發(fā)電效率越好。不同月份的風(fēng)力有大有小，雖然不穩(wěn)定，但是可以預(yù)測(cè)，也可以被管理。一般而言，離岸風(fēng)電的容量因素會(huì)高于陸上風(fēng)電。
陸上風(fēng)電以中部各州居冠
美國(guó)的陸上風(fēng)電以中部州（Interior）的平均風(fēng)速最高，海拔 80 公尺高度的地方，平均風(fēng)速多數(shù)在 8 m/s 以上，大部分地區(qū)可達(dá) 9-9.5 m/s，少數(shù)地區(qū)超過(guò) 10 m/s。其次是五大湖區(qū)（Great Lakes），約在 6.5-7.5 m/s 之間。東北部的風(fēng)力資源又比西北部更好一點(diǎn)，但兩者都遠(yuǎn)遜于中部地區(qū)與五大湖區(qū)。
根據(jù) NREL 在不同時(shí)期與假設(shè)不同的風(fēng)機(jī)輪谷高度所做的預(yù)測(cè)，美國(guó)的陸上風(fēng)電設(shè)備容量潛力達(dá) 7,834~10,362GW，離岸風(fēng)電為 4,150~4,438GW。美國(guó)總風(fēng)力發(fā)電設(shè)備容量約 11,984~14,800GW?？偘l(fā)電量 NREL 與哈佛大學(xué)認(rèn)為介于 14,000~17,200 TWh（十億度電）之間。
根據(jù)國(guó)際再生能源署（International Renewable Energy Agency，IRENA，2015）最近的研究顯示，美國(guó)的風(fēng)力發(fā)電，預(yù)估總設(shè)備容量達(dá) 15,179GW，其中陸上風(fēng)電占10,955GW，離岸風(fēng)電占 4,224GW。每年總發(fā)電量達(dá) 49,760TWh，其中陸上風(fēng)電占 32,784 TWh（容量因素34.16%），離岸風(fēng)電占 16,976 TWh（容量因素 45.88%）。
由于 IRENA 的數(shù)據(jù)比較新，且考慮到新風(fēng)機(jī)與新技術(shù)的發(fā)展，用容量因素來(lái)做驗(yàn)證，我們認(rèn)為 IRENA 的資料比較可以作為實(shí)際投資評(píng)估時(shí)的依據(jù)。
離岸風(fēng)電以大西洋沿岸最佳
更深入分析美國(guó)離岸風(fēng)電的潛力，當(dāng)總蘊(yùn)藏量為 4,150GW 的情況下，美國(guó)東北部（大西洋沿岸）蘊(yùn)藏量最高（1,256GW），其次是美國(guó)西岸太平洋地區(qū)（930GW）、五大湖區(qū)（734GW）、夏威夷區(qū)（637GW）、墨西哥灣沿岸（594GW）。
由于墨西哥灣沿岸與大西洋沿岸的南部位置容易出現(xiàn)颶風(fēng)（Hurricane），所以美國(guó)目前實(shí)際開(kāi)發(fā)離岸風(fēng)電較積極的區(qū)域在大西洋沿岸的中北部位置。分析美國(guó)離岸風(fēng)電未來(lái)可能發(fā)展比較好的州，依序是Virginia（2,012MW）、Massachusetts（968MW）、New Jersey（705MW）、Rhode Island（530MW）、Delaware（450MW）、Texas（150MW）。
最近美國(guó) Rhode Island 南方海域的 Block Island 離岸風(fēng)場(chǎng)將設(shè)置 30MW，作為先期示范計(jì)劃。使用Alstom（2015 年被 GE 合并）的 6MW 離岸風(fēng)機(jī)，容量因素預(yù)估達(dá) 47.56%，年發(fā)電量 125,000 MWh，預(yù)計(jì)在 2016 年底完成營(yíng)運(yùn)。
風(fēng)電成本低廉
美國(guó)的陸上風(fēng)電成本非常低廉，全國(guó)平均的電力采購(gòu)協(xié)議 / 購(gòu)電協(xié)議（Power Purchase Agreement，PPA）價(jià)格約在 US$26/MWh（1MWh=1,000 度電、1KWh=1 度電、約 NT$0.82/KWh）。PPA 價(jià)格為風(fēng)力發(fā)電業(yè)者出售電力的價(jià)格。五大湖地區(qū)的成本稍高，達(dá) US$44/MWh（NT$1.39/KWh）。東北部地區(qū)與西部地區(qū)的 PPA 價(jià)格分別是 US$53/MWh（NT$1.67/KWh）與 US$60/MWh（NT$1.89/KWh）。
美國(guó)的風(fēng)電補(bǔ)助主要分成三個(gè)部分：
- 聯(lián)邦補(bǔ)助：生產(chǎn)稅收抵免（Production Tax Credit，PTC）或投資稅收抵免（Investment Tax Credit，ITC)；
- 加速折舊，折舊期縮短至 5-6 年；
- 可再生能源配額制度（Renewable Portfolio Standard，RPS）。風(fēng)力發(fā)電業(yè)者可以在 PTC 與 ITC 擇一使用。如果選 PTC，則可以在前十年或得 US$23/MWh 的補(bǔ)助；如果選 ITC 則可以得到投資金額的 30% 作為聯(lián)邦企業(yè)所得稅抵免。
一般陸上風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)壽命達(dá) 20 年，折舊年限是 10 年，加速折舊讓初期的成本增加，減少企業(yè)繳稅的金額，效果相當(dāng)于無(wú)息貸款（稅盾）。多數(shù)美國(guó)的州立法要求電力公司必須出售一定比例的再生電力給用戶，如果達(dá)不到要求，電力公司必須購(gòu)買(mǎi)配額，此為 RPS 制度。RPS 的配額風(fēng)電價(jià)格各州差異很大，約在 US$5-50/MWh 之間。如果我們還原 PTC 的補(bǔ)助，將其視為風(fēng)電的成本之一，則還原之后美國(guó)風(fēng)電的成本約在 NT$1.54-2.61/KWh 之間。
美國(guó)風(fēng)電便宜的原因有：
- 優(yōu)越的地理?xiàng)l件
- 便宜的風(fēng)機(jī)價(jià)格
- 便宜的風(fēng)場(chǎng)投資成本
- 超低棄風(fēng)率
2014 年美國(guó)平均風(fēng)力機(jī)售價(jià)，如果是大于 100MW 風(fēng)場(chǎng)的情況下，風(fēng)機(jī)價(jià)格低于 US$1M/MW。如果低于 100MW，則接近 US$1.2M/MW，平均數(shù)字約在 US$1M/MW 左右?？墒窃?2012 年美國(guó)風(fēng)機(jī)的平均價(jià)格約 US$1.14M/MW，風(fēng)場(chǎng)的投資金額約 US$1.94M/MW。如果我們假設(shè)風(fēng)機(jī)占風(fēng)場(chǎng)投資的比例不變，則 2014 年預(yù)估風(fēng)場(chǎng)的投資金額約在 US$1.7M/MW，約比 2012 年下降 12.37%。
美國(guó)風(fēng)電棄風(fēng)率非常非常低，2012 年平均棄風(fēng)率僅有 2.7%。當(dāng)年度中國(guó)棄風(fēng)率達(dá) 17.12%，損失了 20.82TWh 的電力。2013 年中國(guó)依然棄風(fēng) 10.74%，直到 2014 年棄風(fēng)率才降低到 8%。2012 年德國(guó)的棄風(fēng)率約在 10% 左右。
由于以上種種原因，美國(guó)在 2013 的風(fēng)電發(fā)電量居全球首位，達(dá)168TWh（61.11GW，CF(含棄風(fēng))=31.38%），中國(guó)居次，達(dá) 136TWh（91.424GW，CF(含棄風(fēng))=16.98%），第三名是西班牙，達(dá)56TWh（22.959GW，CF(含棄風(fēng))=27.84%），第四名是德國(guó)，達(dá) 52TWh（34.25GW，CF(含棄風(fēng))=17.33%）。
隨著 GE 成功合并 Alstom，取得 6MW 離岸風(fēng)機(jī)的技術(shù)，有助于加速 GE 自己的 10MW 離岸風(fēng)機(jī)開(kāi)發(fā)。美國(guó)也開(kāi)始在較少颶風(fēng)的大西洋東北部海岸進(jìn)行小規(guī)模的離岸風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)計(jì)劃。目前看起來(lái)容量因素超過(guò) 47%，成效應(yīng)該相當(dāng)不錯(cuò)，2016 年底我們就可以看到實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)了。
對(duì)于美國(guó)而言，陸上風(fēng)電才是真正的主力部隊(duì)，挾低成本的優(yōu)勢(shì)，加上 PTC、加速折舊與綠電配額的政策，加速風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。即使取消 PTC 的補(bǔ)助，美國(guó)風(fēng)電的成本約為每度電新臺(tái)幣 1.54 元，全國(guó)的最低價(jià)與最高價(jià)分別是每度電 1.42 與 2.61 元新臺(tái)幣。2.7% 的棄風(fēng)率，讓美國(guó)的風(fēng)電發(fā)電量穩(wěn)居世界第一位，其智能電網(wǎng)技術(shù)值得臺(tái)灣好好學(xué)習(xí)。
