風(fēng)能容量因數(shù)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)平均容量因數(shù)(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%容量因數(shù)的潛在風(fēng)場高達(dá)總面積近6成,而風(fēng)能容量因數(shù)最高更可達(dá)65%以上。
所謂容量因數(shù),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,其容量因數(shù)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,過去容量因數(shù)大約為3成上下。
早期風(fēng)力發(fā)電機(jī)都以高風(fēng)速風(fēng)場為目標(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,近年來的趨勢是越來越重視低風(fēng)速風(fēng)場的表現(xiàn),針對低速風(fēng)場的風(fēng)機(jī),只要一般風(fēng)速就能達(dá)成目標(biāo),也因此,其容量因數(shù)也就相對提升。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,也越來越針對低速風(fēng)場研發(fā),風(fēng)能的容量因數(shù)進(jìn)步的速度可望大為加速。
美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室資料以容量因數(shù)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公尺的風(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)場可達(dá)成容量因數(shù)35%以上;若使用2014年技術(shù)、塔高110公尺的風(fēng)機(jī),則可達(dá)容量因數(shù)35%以上風(fēng)場面積增加到408.1萬平方公里;若使用近未來技術(shù)、塔高140公尺風(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。
48州總體而言,若使用2008年技術(shù)、塔高80公尺的風(fēng)機(jī),最高容量因數(shù)大約為50%,而2014年技術(shù)、塔高110公尺風(fēng)機(jī),最高容量因數(shù)已提升到55%以上,近未來技術(shù)、塔高140公尺風(fēng)機(jī)的最高容量因數(shù)更可望超過65%。
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),容量因數(shù)最高僅能達(dá)到50%,但2014年技術(shù)下,幾乎全數(shù)風(fēng)場容量因數(shù)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)場容量因數(shù)都可超過60%,可見技術(shù)進(jìn)步下,對容量因數(shù)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。
而風(fēng)能資源較差的加州,若使用2008年技術(shù)風(fēng)機(jī),容量因數(shù)35%以上風(fēng)場僅有3283平方公里,使用2014年技術(shù),則跳增到2.6萬平方公里,容量因數(shù)35%以上風(fēng)場面積大增為近8倍,若使用近未來技術(shù),則再跳增到5.76萬平方公里,容量因數(shù)35%以上風(fēng)場面積大增為17.55倍??煽闯鲲L(fēng)能技術(shù)的進(jìn)步,讓可用風(fēng)場面積倍增再倍增的威力。
容量因數(shù)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,相對的以每度電計(jì)算的均化成本也就降低,風(fēng)場的輸配線路容量以最大發(fā)電能力為準(zhǔn),當(dāng)容量因數(shù)越高,輸配線路的利用率也越高,相對來說攤提成本也更低,而容量因數(shù)越高,也代表風(fēng)能的發(fā)電情況越穩(wěn)定,并且,在不對外輸出電力的前提下,風(fēng)能可占比率越高。
一般認(rèn)為,以不對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數(shù)。舉個(gè)簡化的例子:假設(shè)某國風(fēng)能容量因數(shù)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。
美國有6成國土都能成為容量因數(shù)35%以上的潛在風(fēng)場,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。