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風(fēng)能容量因子隨著風(fēng)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，正在快速提升，2000 年時(shí)美國風(fēng)力發(fā)電機(jī)平均容量因子（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(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory，NERL）最新資料則以 35% 為目標(biāo)，顯示全美國可達(dá) 35% 容量因子的潛在風(fēng)場(chǎng)高達(dá)總面積近 6 成，而風(fēng)能容量因子最高更可達(dá) 65%以上。
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所謂容量因子，指發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)后的發(fā)電量，除以發(fā)電容量乘上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算出來的理論最大發(fā)電量，所除出來的比率，例如燃?xì)獍l(fā)電廠因?yàn)閼?yīng)變能力佳，往往作為調(diào)控使用，尖峰時(shí)才開啟，離峰時(shí)停機(jī)，由于沒有一年到頭一直啟用，其容量因子大約不到 50%。以風(fēng)能而言，當(dāng)風(fēng)小于風(fēng)機(jī)最適合的風(fēng)速時(shí)，就無法達(dá)到最大發(fā)電能力，過去容量因子大約為 3 成上下。
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早期風(fēng)力發(fā)電機(jī)都以高風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)為目標(biāo)，只有在極少數(shù)特別適合發(fā)電的風(fēng)速下，才能達(dá)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(shì)是越來越重視低風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)的表現(xiàn)，針對(duì)低速風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)，只要一般風(fēng)速就能達(dá)成目標(biāo)，也因此，其容量因子也就相對(duì)提升。2000 年時(shí)美國風(fēng)機(jī)平均容量系數(shù)為 30%，2014 年已經(jīng)提升到 33%，隨著風(fēng)機(jī)越來越高大，技術(shù)越來越進(jìn)步，也越來越針對(duì)低速風(fēng)場(chǎng)研發(fā)，風(fēng)能的容量因子進(jìn)步的速度可望大為加速。
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美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室資料以容量因子 35% 為目標(biāo)檢視美國的風(fēng)能潛力：若使用的是 2008 年技術(shù)、塔高 80 米的風(fēng)機(jī)，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(fēng)場(chǎng)可達(dá)成容量因子 35% 以上；若使用 2014 年技術(shù)、塔高 110 米的風(fēng)機(jī)，則可達(dá)容量因子 35% 以上風(fēng)場(chǎng)面積增加到 408.1 萬平方公里；若使用近未來技術(shù)、塔高 140 米風(fēng)機(jī)，則進(jìn)一步增加到達(dá) 550.9 萬平方公里，占總面積約近 6 成。
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技術(shù)進(jìn)步，讓可用風(fēng)場(chǎng)面積倍增
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48 州總體而言，若使用 2008 年技術(shù)、塔高 80 米的風(fēng)機(jī)，最高容量因子大約為 50%，而 2014 年技術(shù)、塔高 110 米風(fēng)機(jī)，最高容量因子已提升到 55% 以上，近未來技術(shù)、塔高 140 米風(fēng)機(jī)的最高容量因子更可望超過 65%。
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若各州檢視，以風(fēng)能資源相當(dāng)良好的北達(dá)科達(dá)州來說，若使用 2008 年技術(shù)風(fēng)機(jī)，容量因子最高僅能達(dá)到 50%，但 2014 年技術(shù)下，幾乎全數(shù)風(fēng)場(chǎng)容量因子都能超過 50%，分布于 53% 到 60% 之間，若以近未來技術(shù)，則全數(shù)風(fēng)場(chǎng)容量因子都可超過 60%，可見技術(shù)進(jìn)步下，對(duì)容量因子提升的差異之顯著。南達(dá)科他州、內(nèi)布拉斯加州、堪薩斯州的情況也都相當(dāng)類似。
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而風(fēng)能資源較差的加州，若使用 2008 年技術(shù)風(fēng)機(jī)，容量因子 35% 以上風(fēng)場(chǎng)僅有 3,283 平方公里，使用 2014 年技術(shù)，則跳增到 2.6 萬平方公里，容量因子 35% 以上風(fēng)場(chǎng)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，容量因子 35% 以上風(fēng)場(chǎng)面積大增為 17.55 倍。可看出風(fēng)能技術(shù)的進(jìn)步，讓可用風(fēng)場(chǎng)面積倍增再倍增的威力。
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容量因子提升，同樣名目發(fā)電容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可發(fā)出更多電力，相對(duì)的以每度電計(jì)算的均化成本也就降低，風(fēng)場(chǎng)的輸配線路容量以最大發(fā)電能力為準(zhǔn)，當(dāng)容量因子越高，輸配線路的利用率也越高，相對(duì)來說攤提成本也更低，而容量因子越高，也代表風(fēng)能的發(fā)電情況越穩(wěn)定，并且，在不對(duì)外輸出電力的前提下，風(fēng)能可占比率越高。
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一般認(rèn)為，以不對(duì)外輸出電力為前提時(shí)，風(fēng)能占總發(fā)電量最大比率上限，就大約等于其容量因子。舉個(gè)簡化的例子：假設(shè)某國風(fēng)能容量因子平均為 5 成，則風(fēng)能若達(dá)到最大發(fā)電能力時(shí)，發(fā)電量為平均的 2 倍，若以不輸出電力為前提下，風(fēng)能最大建設(shè)上限，就是最大發(fā)電能力時(shí)發(fā)電量不超過全國的電力需求，也就是說，風(fēng)能最高只能達(dá)到 5 成；若是建設(shè)超過此一比率，就會(huì)發(fā)生當(dāng)氣候條件配合，使風(fēng)能達(dá)到最大發(fā)電量時(shí)，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(shí)風(fēng)能可達(dá)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(fèi)掉。
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美國有 6 成國土都能成為容量因子 35% 以上的潛在風(fēng)場(chǎng)，也就表示美國風(fēng)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?xì)獍l(fā)電占 27%，美國風(fēng)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(shí)驗(yàn)室資料可說為美國風(fēng)能發(fā)展點(diǎn)出了光明的前途。
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本文全文授權(quán)轉(zhuǎn)載自《科技新報(bào)》─〈美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室新資料，風(fēng)能容量因子最高可達(dá) 65%〉