一、前言

能源部門溫室氣體排放量占全球總量的2/3，因此在能源轉型的趨勢下，豐富的海洋資源的離岸再生能源成為各國實現國際承諾與政策目標的關鍵之一。其可透過離岸再生能源-包含離岸風電(固定和浮動基礎、空中)、浮動太陽能、各種形式的新興海洋能源技術-來實現能源部門脫碳。此外，離岸再生能源更可用於各種終端應用，涵蓋航運、冷卻、水產養殖、海水淡化等，以促進藍色經濟發展並創造就業機會及增進當地價值鏈，亦可藉由協同作用提升社會經濟效益。因此該報告綜整目前離岸再生能源的市場、成本及新興技術的未來趨勢，以期加速離岸再生能源的發展。

二、市場趨勢

(一) 離岸風電

離岸發電發展成果斐然，在2020年底全球離岸風電裝機容量已超過34GW，相較於2010年時的近3 GW裝機容量，已不可同日而語，成長幅度高達11倍。目前有超過七成的離岸風電裝機容量都在歐洲，在過去二十年，比利時、丹麥、中國、德國和英國為離岸能源佈局前段班資優生。時至2020年，離岸風電新增裝機容量由中國奪冠（超過3 GW），其次是荷蘭（1.5 GW）、比利時（0.7 GW）與英國（0.4 GW）。在新興技術方面，歐洲國家仍是領頭羊，同時在浮動式離岸風機（Floating Offshore Wind Turbine, FOWT）與高空風力發電機系統（Airborne Wind Energy Systems, AWESs）兩大前瞻技術中取得先機。其他浮動式離岸風機的新興市場則有：法國、日本、西班牙、韓國和美國。

此外，在新冠疫情蔓延期間，整體成本向下調修，政策制定者紛紛為離岸風電部署立下深具雄心的目標，以符合更大格局的氣候願景。例如：歐盟委員會（European Commission）在綠色新政（Green Deal）中研擬了一份新離岸再生能源策略，目標為：到2030年和2050年，離岸風電裝機容量分別達成60 GW和300 GW的成績。而在歐洲以外的地區，日本為重要新興市場，該國到2040年的目標為45 GW；其次是美國，2030年的目標是30 GW。在符合巴黎協定目標的能源轉型情境中，國際再生能源總署（The International Renewable Energy Agency, IRENA）預計2030年全球離岸風電累計裝機容量將可超過380 GW，2050年則超過2000 GW。

(二) 海洋能

截至2020年底，全球累計海洋能裝機容量，包含潮汐能和波浪能（tidal and wave energy）、海洋溫差發電（Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC）和鹽差能發電技術（Salinity Gradient Energy），合計超過515 MW，超過98%的容量已投入營運，其中501.5 MW由兩個大型潮汐堰壩（Tidal Barrage）計劃組成。目前全球約有31個國家正在發展海洋能源計劃，其中又以歐洲國家最為積極（如芬蘭、法國、愛爾蘭、意大利、葡萄牙、西班牙、瑞典和英國），此外還有澳洲、加拿大和美國也持續投入開發。此外，潮汐堰壩部分由法國、韓國、加拿大和英國主導；而波浪能部分則由9個小型計劃組成，全球總容量約為2.3 MW，遍布8國與3大洲，其中夏威夷更是自2020年以來唯一一個超過1MW的波浪能示範計畫。

在技術趨勢上，正在從潮汐堰壩轉向潮汐海流和波浪。在2020年已有12個國家持續投入發展潮汐能和波浪能，例如：英國計劃在2021年至2026年之間啟動6個潮汐海流計劃；加拿大也首次在9 MW潮汐海流併網計劃挹注資金；全球最大容量2 MW潮汐流渦輪機則最近在蘇格蘭奧克尼群島（Orkney）投入營運。整體而言，歐盟委員會規劃到2030年波浪能和潮汐能裝機容量累計至少達到1GW，2050年成長至40GW。而IRENA更預估到2030年全球海洋能源累計裝機容量將超過70 GW，到 2050年則可超過350 GW。

 (三) 浮動式太陽能

截至2020年8月，全球35國338項現行計劃之浮動式太陽能累計裝機容量約為2.6 GW，其中大多主要位於淡水人造水庫，相較於2018年已成長一倍多。前十大規模計劃分別位於中、日、韓三國，最大裝機容量為中國的150 MW；在亞洲其他國家，印度、印尼、新加坡、泰國和越南也積極著手進行浮動式太陽能的開發和部署，例如印度正在規劃1GW項目、韓國規劃在黃海布局2.7GW。此外，歐洲因得益於支持政策與示範計畫的執行，預估在未來也將迎來成長期，如荷蘭預計2023年達2GW、德國於2020年建造1.5MW發電廠。其他有潛力的區域，像是巴西等南美國家，其優勢在於擁有大型水體，減少了水壩中蓄水大量蒸發的風險。島嶼國家也相繼投入開發，像是馬爾地夫、塞席爾共和國（Seychelles）與新加坡，三國分別規劃了5.8MW、11MW和50MW的浮動式太陽能發電陣列（floating solar PV arrays）。

三、成本競爭優勢

均化成本（levelized cost of energy, LCOE）不僅反映了發電廠生命周期內每單位電力輸出之平均成本，更是評估技術競爭力與商業成熟度的重要指標。據IRENA評估，到2023年固定式離岸風電的LCOE將下修至 0.05-0.08美元/ kWh；相較於2020年的0.084美元/ kWh，調降幅度最多可達到近50%，離岸風電的均化成本達到新低。而其他類別的離岸再生能源成本如浮動式離岸風電預計到2024年將達到0.13美元/ kW，已低於相對應固定式的LCOE；浮動式太陽能與陸地上太陽能則預計到 2030 年兩者的價格將更加接近；潮汐能預計至2022-2030年代初將達到0.11美元/ kWh；而波浪能成本可能會在2025年達到0.22美元/ kWh，到2030年達到0.165美元/ kWh。

四、新興技術趨勢

(一) 離岸風電

隨著渦輪機的創新技術發展和全球浮動式風力發電的部署，離岸風力發電裝機容量預計將以比過去二十年更快的速度增長。其新興技術趨勢如下：

1.渦輪機尺寸大型化：2018年平均容量因子為43%，因此渦輪機尺寸大型化的趨勢下，預估2030年可提高至36%~58%，而2050年則可至43%~60%。

案例：丹麥Vestas公司近期開發15 MW的離岸風力渦輪機，預計於2024年開始量產，並已著手17MW渦輪機之研究。

2.浮動式平台：將離岸風力發電安裝在更深更遠的海域，以利獲取優質風力資源，進而生產更多能源。

案例：挪威 Hywind Tampen公司將浮動式風力發電安裝於距離海岸140公里、深度在260m~300m之間的位置。

3.多功能的基礎與結構：隨著渦輪機尺寸及浮動式風力發電的發展，多功能及可調節的浮動平台成為研發趨勢。

案例：義大利Saipem公司採用混凝土浮動平台，以調整擺錘尺寸即可適用於不同尺寸的渦輪機。

4.創建聯合技術發電廠：結合離岸風電與其他離岸再生能源技術，以增加能源產量及降低成本。

案例：鹿特丹Maasvlakte 2 計畫為離岸風電結合浮動式太陽能；離岸風電的浮動發電廠及點吸收式波浪能轉換器計畫則是離岸風電結合海洋能。

5.創建離岸能源中心：礙於可利用之土地資源有限，且較高的風能資源多位於離岸，因此利用人工島開發風能。

案例：丹麥正在開發2個人工風能島嶼。

6.促進藍色經濟：針對不同的藍色經濟活動，可利用離岸風電提供直接或間接的電氣化。

案例：丹麥西岸的埃斯比約港(Esbjerg)從岸邊到船廠，為停靠的船舶提供離岸風力發電產生的電力，而非使用才由發電機。

7.藉由不同的離岸再生能源結合生產綠氫：透過離岸風電與其他離岸再生能源結合，並利用電解槽生產綠氫，以降低成本及可為不同活動提供潔淨能源的潛力。

案例：鹿特丹Maasvlakte 2計畫預計2023年將結合浮動式太陽能、離岸風力發電、電池，並結合電解槽系統以生產綠氫。

8.高空風力發電系統(Airborne Wind Energy Systems, AWES)：目前國際上正在研究中，並且展開許多示範或試點計畫。

案例：2020年德國Skysails 公司的Skypower 100計畫，在德國北部開發額定容量100kW的AWES。

五、結論與建議

離岸再生能源發電技術具有以下四項主要貢獻

（一）扶植藍色經濟

（二）為島嶼或小島型開發中國家（small island developing states, SIDS）供應電力

（三）保護海岸社區

（四）電力系統脫碳。

近年來臺灣大力發展離岸風力發電並建立本土的離岸風電產業鏈，企圖藉此帶動綠色經濟的發展。此外，蔡總統在世界地球日(110年4月22日)提出2050年達淨零排放目標，因此四面環海的臺灣深具發展離岸再生能源的潛力，可有助於臺灣實現國際承諾與政策目標，並促進藍色經濟發展。