前言

崑 山 科 技 大 學 電 機 工 程 系 集 風 式 風 力 發 電 指 導 老 師 : 卓 胡 誼 老 師 製 作 學 生 : 蔡 明 峰 4910J039 饒 瑞 軒 4910J127 張 世 宗 4910J142 呂 立 群 4910J159 中 華 民 國 九 十 四 年 十 二 月

目 錄 : 壹 風 的 特 性 與 應 用 1.1 風 的 形 成 1.2 風 能 資 源 的 特 點 1.3 風 能 應 用 1.4 風 能 公 式 1.5 風 能 密 度 的 計 算 1.6 風 力 機 位 置 的 選 擇 1.7 風 機 站 址 選 擇 的 幾 個 基 本 原 則 貳 風 力 發 電 的 探 討 2.1 風 力 發 電 2.2 風 力 發 電 機 原 理 與 結 構 2.3 風 力 發 電 的 優 缺 點 2.4 風 力 發 電 與 貯 能 2.5 風 力 發 電 被 放 棄 的 原 因 2.6 風 能 的 效 益 2.7 台 灣 風 力 發 展 的 條 件 2.8 台 電 風 力 發 電 現 況 與 未 來 計 畫 2.9 台 灣 風 力 發 電 廠 據 點 參 集 風 式 風 力

前 言 再 生 能 源 是 取 之 不 絕 用 之 不 盡, 且 不 需 要 燃 料 沒 有 廢 棄 物 問 題, 不 會 破 壞 自 然 環 境, 其 中 包 括 了 太 陽 能 水 力 地 熱 生 質 能 還 有 最 具 有 開 發 潛 力 的 風 能 近 年 來, 能 源 會 已 開 始 推 廣 風 力 發 電, 首 先 由 台 朔 重 工 在 麥 寮 將 裝 置 四 座 六 四 kw 的 風 力 發 電 廠, 另 外 由 經 濟 部 補 助 在 澎 湖 將 裝 置 四 台 六 kw 的 風 力 發 電 廠 預 計 還 要 補 助 一 萬 三 千 瓩 以 上 的 風 力 發 電 計 畫, 依 台 灣 發 展 潛 能, 未 來 裝 置 空 間 還 很 大 但 風 力 發 電 有 供 應 不 穩 定 之 問 題, 因 此 本 專 題 將 介 紹 風 的 特 性 與 應 用 及 風 力 發 電 外, 並 針 對 如 何 有 效 的 收 集 風 力 作 探 討, 以 提 昇 風 力 之 最 大 效 能 壹 風 的 特 性 與 應 用 1.1 風 的 形 成 氣 壓 就 是 在 單 位 面 積 上 空 氣 的 重 量 這 是 由 該 高 度 到 大 氣 頂 層 的 空 氣 柱 壓 在 單 位 面 積 上 的 重 量 形 成 的 氣 壓 的 單 位 是 毫 巴 (1000 達 因 / 平 方 公 分 ), 通 常 是 用 水 銀 氣 壓 計 空 盒 氣 壓 計 來 測 量 也 有 人 稱 氣 壓 計 為 晴 雨 季, 這 是 因 為 氣 壓 的 高 低 變 化 與 天 氣 的 關 係 密 切 因 此, 氣 壓 高 時 為 天 氣 晴 朗 的 天 氣, 氣 壓 低 為 陰 雨 天 氣 在 天 氣 的 觀 測 中, 氣 壓 占 有 很 重 要 的 地 位 一 般 而 言, 氣 壓 較 高 的 地 方 區 稱 為 高 氣 壓, 較 低 的 地 區 稱 為 低 氣 壓 氣 壓 的 高 低 也 與 空 氣 密 度 有 關, 密 度 越 大, 氣 壓 就 高, 小 則 氣 壓 低 風 與 氣 壓 的 高 低 究 竟 有 何 關 係? 假 設 在 同 一 個 地 區 中,

氣 壓 有 高 低 之 差, 就 會 產 生 一 股 力 量, 由 氣 壓 高 的 地 方 推 向 氣 壓 低 的 地 區, 此 種 力 量 造 成 的 空 氣 流 動 就 是 風 因 此, 氣 壓 相 差 越 大, 風 速 就 越 大 在 氣 象 報 告 上 經 常 會 提 到 風 向 與 風 速 所 謂 的 風 向, 就 是 指 風 的 來 向, 也 就 是 風 從 何 處 吹 來 的, 共 可 將 之 區 分 為 十 六 個 方 位 : 東 南 西 北 東 南 東 北 西 北 西 南 東 南 東 南 南 東 南 南 西 西 南 西 西 北 西 北 北 西 北 北 東 東 北 東 所 謂 風 速 是 指 空 氣 流 動 的 速 度, 常 用 風 速 的 單 位 有 下 列 幾 種 : 每 秒 公 尺 (m/s), 每 小 時 公 里 (km/hr), 每 小 時 哩 (mph), 每 小 時 浬 (knots) 或 稱 節, 其 換 算 關 係 如 下 : 1 公 尺 / 秒 =3.60 公 里 / 時 =2.24 哩 / 時 =1.94 浬 / 時 1.2 風 能 資 源 的 特 點 1. 潛 能 巨 大, 取 之 不 盡, 用 之 不 竭 : 據 估 計, 全 球 邊 界 屋 內 的 總 能 量 可 達 130 兆 千 瓦, 一 年 中 約 為 1140 兆 度 電 力 的 能 量, 相 當 於 目 前 全 世 界 每 年 所 燃 燒 的 能 量 的 3000 倍 左 右 2. 就 地 可 取, 無 須 長 途 運 輸 : 此 項 優 越 性, 對 邊 遠 高 山 孤 島 高 原 和 草 原 無 電 缺 能 地 區, 是 一 項 福 因

3. 分 不 廣 泛, 利 用 方 便 : 如 果 將 10 米 高 處 的 風 能 密 度 大 於 150-200 米 /m3 作 為 有 利 用 價 值 的 地 區, 則 全 世 界 約 有 三 分 之 二 的 地 區 可 達 此 一 標 準 4 不 污 染 環 境, 不 破 壞 生 態, 為 一 清 潔 安 全 的 能 源 5. 週 而 復 始, 可 以 再 生 : 風 力 在 自 然 界 中 可 以 不 斷 生 成 並 有 規 律 的 得 到 補 充 6. 不 穩 定 性 : 風 的 瞬 時 脈 動 日 變 化, 季 節 變 化 以 至 年 變 化 都 十 分 明 顯, 此 為 其 利 用 上 的 不 利 因 素 7. 受 地 形 影 響 大, 地 區 差 異 顯 著 : 風 力 的 局 部 地 形 差 異 明 顯, 即 使 在 同 一 地 區, 有 地 形 下 的 風 力 往 往 優 於 不 利 地 形 故 風 力 機 位 置 選 擇 時 必 須 充 份 考 慮 到 地 形 作 用 1.3 風 能 應 用 1. 風 力 提 水 : 廣 泛 用 於 農 田 灌 溉 海 水 製 鹽 海 水 養 殖 人 畜 飲 水, 草 場 改 良 等 提 水 作 業, 獲 致 較 好 的 經 濟 效 益 2. 風 力 發 電 : 此 為 風 能 發 電 的 主 要 形 式, 而 風 力 田 ( 風 電 場 ) 是 風 能 利 用 進 入 實 用 階 段 的 重 要 標 誌

3. 風 帆 助 航 : 從 70 年 代 起 許 多 國 家 相 繼 進 行 現 代 化 帆 船 的 研 究, 目 前 國 際 商 用 船 以 從 千 噸 級 發 展 到 萬 噸 級, 省 油 指 標 為 20-30%, 但 造 價 僅 與 普 通 船 舶 相 當 4. 風 力 致 熱 : 將 風 輪 輸 出 軸 的 機 械 能 直 接 轉 換 成 熱 能, 其 轉 換 效 率 高, 可 用 於 溫 室 供 熱, 水 產 養 殖 和 作 用 乾 燥 等 5. 其 它 : 風 能 利 用 還 可 廣 泛 應 用 於 其 他 方 面, 例 如 海 水 淡 化 糧 食 加 工 等 各 方 面 都 已 顯 示 出 良 好 的 效 果 和 潛 力 1.4 風 能 公 式 氣 流 和 任 何 運 動 的 物 體 依 樣 具 有 動 能 一 塊 質 量 為 m 流 速 為 v 的 空 氣 塊, 其 動 能 為 : w=1/2mv^2 (1) 風 能 使 風 能 轉 動, 將 風 能 轉 變 為 機 械 能 在 七 秒 鐘 內, 穿 過 風 輪 的 風 總 功 能 為 : w=1/2ρ t Fv^3 (2) 可 見, 單 位 時 間 內 風 能 穿 過 面 積 為 F 風 能 總 動 能, 即 風 能 的 功 率 : w=1/2ρ Fv^3 (3) 其 中 ρ 為 空 氣 密 度,F 事 葉 翼 旋 轉 一 圈 所 檔 過 的 面 積,v 是 風 速 由

式 中 可 看 出, 風 能 與 風 速 立 方 和 風 輪 面 積 成 正 比 該 式 的 幾 個 參 數 的 確 定 至 為 重 要, 因 風 速 的 較 小 誤 差 即 能 引 起 風 能 的 較 大 誤 差 ρ 和 v 是 隨 地 理 位 置 海 拔 高 度 地 形 天 氣 氣 候 等 因 素 而 改 變 的 數 值 關 於 空 氣 密 度 方 面, 不 同 高 度 的 空 氣 密 度 差 異 大, 會 直 接 影 響 到 能 量 的 計 算, 由 風 能 公 式 可 知, 在 風 速 相 同 的 條 件 下, 不 同 高 度 的 風 能 之 比 等 於 空 氣 密 度 之 比 通 過 風 輪 的 氣 流 不 能 全 部 沖 貫 在 葉 翼 上, 總 有 一 部 分 從 葉 翼 間 流 過, 其 動 能 沒 有 利 用 沖 灌 到 葉 翼 的 氣 流, 其 動 能 不 是 全 部 傳 給 了 葉 翼, 氣 流 在 葉 翼 周 圍 ( 特 別 是 風 輪 背 風 面 ) 會 產 生 旋 渦, 使 葉 翼 的 運 動 受 阻 所 以 能 夠 變 成 風 力 機 械 能 的 風 動 能, 只 是 一 部 分, 風 輪 的 效 率 總 是 小 於 1 的 1.5 風 能 密 度 的 計 算 風 能 密 度 是 估 計 一 地 風 能 潛 力 的 一 個 重 要 指 標, 其 定 義 為 垂 直 於 氣 流 的 單 位 截 面 積 上 風 的 功 率, 將 公 式 (3) 中 的 F 取 作 1, 即 得 到 風 能 密 度 公 式 : w=1/2 ρ V^3( 瓦 /m2) (4)

1.6 風 力 機 位 置 的 選 擇 當 利 用 風 能 的 可 能 性 確 定 下 來 以 後, 就 必 須 具 體 地 選 擇 一 個 安 置 風 力 機 的 最 佳 位 置 因 為 風 能 密 度 與 風 速 三 次 方 成 正 比, 風 力 機 發 電 的 性 能 和 經 濟 效 果 就 依 賴 於 具 體 安 裝 場 地 的 風 速, 應 使 風 力 機 儘 量 地 得 到 地 形 所 加 強 的 局 地 風 速 根 據 斯 威 迪 希 (Swe-dish) 的 研 究, 他 認 為 高 山 和 沿 海 安 裝 風 力 發 電 機 最 適 宜 選 址 問 題 包 括 社 會 經 濟 技 術 和 環 境 等 方 面, 但 在 選 址 中 需 考 慮 的 氣 象 問 題 大 致 可 以 包 括 如 下 四 個 方 面 : (1) 地 形 對 風 的 影 響 風 能 與 風 的 立 方 成 正 比, 當 風 速 為 原 來 的 兩 倍 時, 則 功 率 為 原 來 的 八 倍 由 於 風 的 局 地 性 相 當 大, 這 就 愈 來 愈 需 要 氣 象 學 家, 為 風 力 發 電 機 所 要 選 的 位 置, 提 供 中 小 尺 度 的 氣 候 分 析 運 用 氣 象 規 律 認 真 選 好 站 址, 對 推 廣 風 能 利 用 所 產 生 的 經 濟 效 果 是 非 常 顯 著 的 小 地 形 的 影 響 也 是 不 能 忽 視 的, 所 以 一 旦 利 用 風 能 的 地 區 確 定 後, 就 必 需 對 當 地 的 局 地 小 氣 候 進 行 分 析, 將 風 機 位 置 安 裝 在 受 地 形 影 響 風 速 增 強 的 地 點 地 形 會 造 成 風 速 差 異, 不 同 地 形 的 風 速 和 空 曠 平 地 的 風 速 比 值 ( 如 下 表 ) 可 以 推 算 相 似 地 形 下 的 風 速

不 同 地 形 下 風 速 與 平 坦 地 面 風 速 比 值 表 平 地 平 均 風 速 地 3~5 米 / 秒 6~8 米 / 秒 比 值 形 山 間 盆 地 0.95~0.85 0.85~0.75 彎 曲 河 谷 地 0.80~0.70 0.70~0.60 山 瘠 背 風 坡 0.90~0.80 0.80~0.70 山 瘠 迎 風 坡 1.10~1.20 1.10 表 中 所 示 僅 是 一 些 典 型 情 況, 山 口 風 速 增 大 多 少, 還 因 風 向 與 山 口 軸 線 的 夾 角 以 及 峽 谷 前 的 障 礙 而 不 同 一 般 的 說, 風 向 與 山 口 平 行 時 增 速 最 大, 隨 著 交 角 變 大, 增 速 逐 漸 減 小, 當 風 向 與 山 谷 垂 直 時, 增 速 作 用 幾 乎 消 失 河 谷 風 速 大 小 與 谷 底 閉 塞 程 度 有 關, 若 非 常 閉 塞, 其 風 速 比 值 還 要 小 事 實 上, 地 形 特 徵 是 很 複 雜 的, 往 往 地 形 和 高 度 的 影 響 綜 合 複 雜 世 界 氣 象 組 織 推 薦 一 個 風 力 發 電 機 的 安 裝 位 置 選 擇 框 圖, 如 下 :

根 據 地 形 分 類 安 裝 風 力 機 對 策 框 圖 ( 二 ) 海 陸 的 影 響 海 面 比 起 伏 不 平 的 陸 地 表 面 摩 擦 阻 力 小, 所 以 在 氣 壓 梯 度 力 相 同 的 條 件 下, 海 面 風 力 速 比 陸 地 上 風 速 要 大 現 在 國 際 選 擇 風 力 機 位 置 有 兩 種 傾 向, 一 是 選 擇 在 較 高 的 山 脊, 一 是 選 在 海 灘 上 一 方 面 可 不 佔 用 良 好 的 土 地 另 一 方 也 是 主 要 原 因 - 這 些 地 風 力 較 大

( 三 ) 風 速 隨 高 度 變 化 的 影 響 風 力 發 電 機 最 好 安 裝 在 地 面 較 平 滑, 障 礙 最 小 和 最 少 的 地 方 若 因 條 件 所 限 不 得 不 設 現 在 粗 糙 的 地 面 上, 則 發 電 機 的 設 置 高 度 就 應 比 光 滑 地 表 上 高 度 要 高 此 外 假 設 若 要 使 給 定 的 風 力 機 達 到 最 大 的 出 力, 唯 一 的 辦 法 是 增 加 塔 架 高 度, 所 以 有 人 說 增 加 風 機 動 力 輸 出 最 廉 價 的 方 法 就 是 增 加 更 高 的 塔 架 ( 四 ) 風 車 間 的 距 離 發 展 風 力 機 群 ( 風 車 田 ) 必 須 研 究 風 車 之 間 的 最 小 距 離, 即 考 慮 風 經 過 風 車 後, 在 多 遠 之 後 才 恢 復 到 原 來 的 速 度, 以 防 止 各 個 風 車 的 相 互 影 響 各 風 車 的 間 隔 至 少 應 有 六 倍 葉 輪 直 徑 長 度 的 距 離, 而 以 6-8 倍 葉 輪 直 徑 之 長 度 的 距 離 時 最 為 理 想 此 外, 大 氣 湍 流 造 成 風 的 陣 性 也 應 考 慮, 這 對 水 平 軸 風 車 有 損 壞 作 用 1.7 風 機 站 址 選 擇 的 幾 個 基 本 原 則

1. 站 點 的 可 行 性 判 斷 確 定 能 否 滿 足 預 期 的 要 求, 根 據 當 地 能 源 短 缺 情 況 的 調 查, 對 照 站 點 的 功 率 輸 出 評 估, 進 行 經 濟. 技 術. 環 境. 交 通. 生 活 以 及 距 離 用 戶 和 輸 電 遠 近 等 因 素 加 以 分 析 評 定 2. 選 擇 在 風 能 豐 富 區 3. 要 求 有 儘 量 穩 定 的 盛 行 風 向 4. 風 速 的 日 變 化 和 季 節 變 化 要 小 5. 風 機 範 圍 內 風 的 垂 直 切 變 要 小 6. 湍 流 強 度 要 小 7. 盡 量 避 開 災 害 性 天 氣 頻 繁 地 帶 災 害 性 天 氣 包 括 強 風 暴 ( 如 強 颱 風 龍 捲 風 等 ) 雷 電 電 線 結 冰 沙 暴 大 雪 鹽 霧 等 在 不 可 避 免 要 裝 風 機 安 裝 在 上 述 地 區 時, 設 計 與 使 用 必 須 考 慮 對 風 機 的 防 護 貳 風 力 發 電 的 探 討 2.1 風 力 發 電

風 力 發 電 是 直 接 利 用 風 力 推 動 發 電 機 中 的 導 線 線 圈 來 發 電, 其 最 大 特 色 即 為 荷 蘭 的 標 記 ~ 風 車 台 灣 澎 湖 的 七 美 也 有 座 風 力 發 電 廠, 其 發 電 量 約 比 核 四 核 廠 小 了 一 百 萬 倍, 可 知 欲 發 展 這 種 電 廠 也 需 有 大 量 的 土 地, 而 穩 定 且 強 勁 的 風 力 也 是 不 可 或 缺 的 條 件 風 力 發 電 主 要 是 使 用 螺 旋 槳 型 風 車, 有 時 亦 採 用 錐 形 或 新 式 多 翼 型 等 風 力 發 電 的 優 點 是 不 會 造 成 公 害, 而 且 取 用 不 盡 但 風 力 發 電 也 有 困 難, 就 是 風 向 和 風 力 時 常 改 變, 且 無 法 將 能 量 集 中 為 了 解 決 這 些 問 題, 所 以 需 組 合 特 殊 裝 置 目 前 已 有 3000 千 瓦 的 風 力 發 電 設 備 在 運 轉 其 發 電 站 即 為 風 力 發 電 站 風 力 電 站 包 含 有 能 量 轉 換 系 統 蓄 能 裝 置 和 控 制 系 統 風 力 發 電 是 可 再 生 無 污 染 之 能 源, 有 很 好 之 前 景 風 力 發 電 開 始 於 20 世 紀 30 年 代, 以 荷 蘭 丹 麥 等 國 最 早 70 年 代 又 有 北 美 西 歐 和 東 歐 等 國 進 行 研 究 其 輸 出 功 率 達 4000~5000 千 瓦 人 類 很 早 以 前 就 懂 得 利 用 風 力 在 日 常 生 活 上, 如 使 用 風 車 來 取 水 灌 溉 磨 麥 木 材 加 工 等 各 種 費 力 的 工 作 其 他 如 風 力 推 動 帆 船 滑 翔 機 等 近 代 風 能 的 主 要 用 途 是 用 來 發 電,1941 年 美 國 的 Vermont 電 力 公 司 建 立 第 一 個 大 型 風 力 發 電 機 (1.25MW), 日 本 預 定 建 造 當 前 日 本 規 模 最 大 的 風 力 發 電 廠, 總 容 量 達 6 萬 瓩, 地 點 在 日 本 青 森 縣 下 北 半 島 東 海 村, 總 投 資 超 出 100 億 日 圓, 丹 麥 一 國 而 言, 已 擁 有 風 力 機 三 千 餘 座, 年 發 電 量 一 百 億 度 由 於 燃 料 缺 乏 環 境 保 護 的 重 視, 因 此 最 近 各 國 都 發 展 風 力 發 電 如 圖 散 佈 在 丹 麥 各 地 的 風 力 發 電 機 2.2 風 力 發 電 機 原 理 與 結 構 大 型 風 力 發 電 機 通 常 採 用 水 平 軸 型 式, 它 由 風 輪 變 速 箱 ( 加 速 齒 輪 箱 ) 發 電 機 偏 移 裝 置 控 制 系 統 塔 架 等 部 件 所 組 成 風 輪 的 作 用 是 將 風 能 轉 換 為 機 械 能 它 由 氣 體 流 動 性 能 良 好 的 葉 片 裝 在 輪 軸 上 所 組 成, 低 速 轉 動 的 風 輪 通 過 傳 動 系

統 由 加 速 齒 輪 箱 增 速, 將 動 力 傳 導 給 發 電 機 上 述 這 些 組 件 都 安 裝 在 機 艙 內, 整 個 機 艙 由 高 大 的 塔 架 支 撐, 由 於 風 向 會 經 常 改 變, 為 了 有 效 地 利 用 風 能, 必 須 要 有 自 動 迎 風 的 裝 置, 它 根 據 風 向 感 測 儀 測 得 的 風 向 信 號, 由 控 制 器 控 制 偏 移 電 機, 驅 動 小 齒 輪 再 推 動 塔 架 上 的 大 齒 輪, 使 整 個 機 艙 藉 由 此 自 動 控 制 的 系 統, 能 夠 一 直 對 向 迎 風 面 風 力 發 電 機 的 結 構 由 風 車 翼 變 矩 裝 置 加 速 器 方 向 控 制 用 小 風 車 發 電 機 等 組 成, 風 力 發 電 機 結 構 圖

2.3 風 力 發 電 的 優 缺 點 優 點 : (1). 減 少 燃 油 的 消 耗 與 CO2 氣 體 排 放 : 既 不 必 燒 煤, 也 不 會 產 生 任 何 的 廢 氣 或 廢 物, 對 人 類 以 及 環 境 都 不 致 造 成 任 何 的 損 害, 春 風 風 力 發 電 示 範 系 統 完 全 倚 賴 自 然 風, 預 估 年 約 可 減 少 220 萬 公 升 發 電 燃 油, 以 及 減 少 800 萬 公 斤 二 氧 化 碳 溫 室 效 應 氣 體 排 放, 不 會 造 成 二 次 公 害 (2). 無 耗 竭 之 虞 : 每 到 夏 天 台 灣 的 用 電 就 特 別 吃 緊, 動 不 動 就 會 有 限 電 措 施, 而 影 響 到 企 業 或 家 庭 的 運 作, 台 灣 為 一 海 島, 具 有 豐 富 的 風 力 資 源, 為 風 力 發 電 設 置 的 絕 佳 地 點 風 能 可 以 隨 大 氣 變 化 循 環 再 生, 具 有 乾 淨 且 無 耗 竭 之 虞, 如 能 及 時 予 以 開 發, 對 於 用 電 吃 緊 跳 電 頻 傳 的 我 們, 可 以 解 決 用 電 危 機 (3). 觀 光 效 益 : 建 立 風 力 發 電 觀 光 公 園, 對 一 般 民 眾 開 放, 對 當 地 觀 光 產 業 有 良 性 的 影 響, 其 外 型 亦 可 成 為 地 方 指 標 缺 點 : 風 力 不 穩 定, 風 力 和 風 向 時 常 改 變, 能 量 無 法 集 中 是 故, 風 力 發 電 仍 然 是 先 進 國 家 尋 找 替 代 火 力 核 能 源 的 最 佳 選 擇

2.4 風 力 發 電 與 貯 能 風 力 發 電 時, 發 電 量 與 風 速 的 立 方 成 正 比, 由 於 發 電 輸 出 時 大 時 小, 因 此 採 行 各 種 貯 能 方 式, 以 資 調 節, 這 些 方 式 包 括 : 1 採 用 蓄 電 池 組, 發 電 多 時 存 起 來, 發 電 不 足 時, 由 蓄 電 池 供 電 給 負 載, 這 種 方 法 適 用 於 小 型 風 力 發 電 蓄 電 池 與 負 發 電 機 間 接 有 交 直 流 轉 換 器, 整 流 器 和 控 制 電 路 2 與 其 他 發 電 方 式 之 供 電 系 統 相 併 聯, 例 如 附 近 的 配 電 電 路 是 由 火 力 水 力 或 核 能 發 電 廠 接 出 來 的, 那 麼 經 由 控 制 系 統 就 可 以 使 兩 者 併 聯 互 通 有 無 3 採 用 揚 水 即 抽 蓄 方 式, 即 風 力 發 電 多 時, 用 多 的 電 把 水 打 往 上 池 水 庫, 缺 電 時 再 經 水 庫 放 水, 靠 水 力 發 尾 機 組 發 電 來 支 援, 這 方 法 目 前 效 率 仍 低, 亦 不 經 濟 4 採 用 氫 能 儲 能, 風 力 發 出 的 電 可 用 來 製 取 氫 氣 例 如 電 解 水, 氫 可 以 儲 存 運 送 也 很 方 便, 需 要 能 量 時, 利 用 燃 料 電 池 即 可 立 即 發 電, 以 供 應 用 5 採 壓 縮 空 氣 貯 能, 以 風 力 發 電 多 餘 的 電 力 或 機 械 動 力 驅 動 空 氣 壓 縮 機 把 空 氣 壓 縮 存 入 地 下 洞 穴 或 人 造 地 洞 中 貯 存 起 來, 留 待 需 要 電 力 時 通 往 汽 輪 發 電 機 組 發 電 6 配 合 太 陽 能 發 電, 由 於 太 陽 能 與 風 能 有 互 為 消 長 的 現 象, 因 此 把 太 陽 能 發 電 系 統 和 風 力 發 電 系 統 併 聯 起 來, 可 使 供 電 變 得 較 為 穩 定 除 此 之 外, 尚 有 利 用 飛 輪 效 應 及 MHD 發 電 來 儲 能 的 方 式, 仍 在 試 驗 階 段 2.5 風 力 發 電 被 放 棄 的 原 因

美 國 開 始 有 一 些 核 能 電 廠, 即 將 邁 入 原 先 申 請 的 執 照 期 限 (40 年 ) 因 為 新 的 核 能 電 廠 開 發 不 易, 電 力 公 司 便 開 始 向 核 管 會 (NRC) 提 出 執 照 更 新 (renewal) 而 且, 已 經 有 電 廠 得 到 總 共 六 十 年 ( 即 再 加 20 年 ) 的 運 轉 許 可 Entergy 在 為 ANO 1 電 廠 執 照 更 新 的 申 請 中,NRC 要 求 要 比 較 在 環 境 方 面,ANO 1 執 照 更 新 與 其 他 技 術 且 商 業 可 行 替 代 能 源 的 衝 擊 因 此, Entergy 排 除 風 力 太 陽 水 力 地 熱 及 其 他 再 生 能 源, 來 作 為 合 理 的 替 代 能 源 之 考 慮 放 棄 風 力 與 太 陽 有 許 多 原 因, 其 中 一 項 是 大 量 使 用 的 衝 擊 Entergy 如 要 以 太 陽 能 來 取 代 ANO 1, 土 地 要 35000 英 畝, 風 力 則 要 土 地 150000 英 畝 ( 一 平 方 公 里 等 於 247 英 畝 ) 當 然, 風 力 廠 也 要 大 量 的 混 凝 土 與 鋼 筋 ( 少 不 了 也 產 生 大 量 廢 棄 物 ), 效 率 又 特 差, 容 量 因 子 也 低 不 僅 造 成 視 覺 與 噪 音 污 染, 同 時 也 是 鳥 類 劊 子 手 死 於 風 力 渦 輪 機 下 的 老 鷹 已 多 過 死 於 阿 拉 斯 加 當 年 的 EXXON Valdez 油 輪 漏 油 事 件 者 2.6 風 能 的 效 益 風 力 發 電 並 不 能 將 所 有 的 風 力 能 源 轉 換 成 電 力, 理 論 上 最 高 轉 換 效 率 約 為 59%, 實 際 上 大 多 數 的 葉 片 轉 換 風 能 效 率 約 介 於 30%~50% 之 間, 經 過 機 電 設 備 轉 換 成 電 力 後 的 總 輸 出 效 率 約 介 於 20%~45% 之 間, 由 於 風 力 發 電 機 的 經 濟 效 益 取 決 於 發 電 效 率, 所 以 目 前 的 風 力 發 電 機 多 為 水 平 軸 式

風 力 發 電 機 的 電 力 輸 出 與 風 的 速 度 關 係 密 切, 葉 片 自 風 獲 得 的 能 量 與 風 速 的 三 次 方 成 正 比, 目 前 一 般 風 力 發 電 機 的 起 動 風 速 約 介 於 2.5~4 m/s, 於 風 速 12~15 m/s 時 達 到 額 定 的 輸 出 容 量, 為 避 免 過 高 的 風 速 損 壞 發 電 機, 風 速 到 達 20~25 m/s 時, 將 強 迫 風 力 發 電 機 停 機 除 了 風 速 外, 葉 輪 直 徑 決 定 了 可 擷 取 風 能 的 多 寡, 約 與 葉 輪 直 徑 成 正 比 一 般 而 言 多 葉 片 的 風 車 效 率 較 低 但 機 械 力 矩 較 高, 主 要 用 於 提 水 等 工 作 ; 少 葉 片 型 (1~3 片 ) 效 率 較 高 而 力 矩 較 低 2.7 台 灣 風 力 發 展 的 條 件 1. 得 天 獨 厚 的 風 資 源 : 根 據 氣 象 資 料 顯 示, 台 灣 西 部 一 帶 的 海 岸, 風 資 源 極 為 良 好 季 風 氣 候 區 的 台 灣, 風 力 資 源 較 之 中 緯 度 大 陸 氣 候 的 歐 洲 不 但 毫 不 遜 色, 風 力 資 源 與 開 發 條 件 反 而 優 渥 許 多 若 將 地 表 粗 糙 度 的 影 響 納 入 考 慮, 參 照 數 個 長 期 觀 測 的 數 據 顯 示, 在 許 多 地 區 年 滿 負 載 小 時 數 可 達 2500--2600 小 時, 這 樣 的 風 力 條 件 幾 乎 是 歐 洲 國 家 ( 如 德 國 ) 的 兩 倍 而 且 本 公 司 曾 做 過 數 次 的 實 地 勘 察, 發 現 許 多 沿 海 地 區 的 土 地 並 無 人 使 用, 但 又 因 為 離 西 部 沿 岸 工 業 區 不 遠, 因 此 道 路 十 分 通 暢, 取 得 大 型 工 程 機 具 極 為 便 利, 距 離 大 的 電 網 也 很 近, 具 備 相 當 理 想 的 風 場 前 提 條 件 難 能 可 貴 的 是, 西 部 沿 海 一 帶 恰 與 主 要 用 電 負 荷 地 區 吻 合 在 其 他 地 區, 諸 如 中 國 大 陸 或 土 耳 其, 風 資 源 所 在 地 往 往 在 人 煙 極 稀 少 的 地 區, 沒 有 電 網 道 路 不 通, 需 要 長 程 電 纜 運 送 電 力 ; 或 是 沿 海 地 區 人 口 過 於 稠 密, 都 不 合 適 風 場 的

開 發 我 們 相 信 台 灣 沿 海 蘊 含 了 極 為 豐 富 的 風 力 資 源, 又 兼 具 其 他 發 展 優 勢, 實 為 風 場 設 置 的 絕 佳 地 點, 如 能 及 時 予 以 開 發, 善 用 台 灣 得 天 獨 厚 的 風 力 資 源, 對 於 用 電 吃 緊 跳 電 頻 傳 的 我 們, 不 只 可 不 用 仰 賴 外 國 進 口 能 源, 解 決 用 電 危 機, 同 時, 毫 無 污 染 的 再 生 能 源, 亦 十 分 符 合 政 府 永 續 發 展 的 經 營 理 念 2. 工 業 條 件 : 風 電 作 為 一 項 新 的 工 業 技 術, 對 當 前 景 氣 低 迷 失 業 率 不 斷 提 高 的 台 灣, 實 在 值 得 引 進 並 開 發 一 來 直 接 增 加 就 業 機 會, 二 來 可 活 化 產 業 結 構, 幫 助 傳 統 製 造 業 者 轉 型 因 為 風 力 發 電 直 接 應 用 到 傳 統 工 業 的 產 出, 其 主 要 零 件 如 齒 輪 箱 以 及 發 電 機, 都 可 以 在 台 灣 找 到 一 流 的 供 應 商 又 例 如 : 去 年 德 國 鋼 鐵 業 的 最 大 消 費 者 便 是 風 機 製 造 商, 而 且 新 興 的 風 力 發 電 業 在 傳 統 工 業 為 後 盾 的 情 形 下, 根 基 將 更 為 紮 實 在 新 製 造 科 技 的 帶 動 下, 可 望 為 台 灣 傳 統 製 造 產 業 注 入 一 股 新 的 活 力 我 國 許 多 中 小 企 業 有 非 常 好 的 工 業 基 礎, 若 能 引 進 丹 麥 或 德 國 的 風 機 製 造 的 技 術, 也 可 以 使 該 技 術 在 我 國 生 根 發 展, 並 且 可 能 成 為 半 導 體 工 業 外, 另 一 枝 先 進 的 新 秀 若 能 引 進 風 機 技 術, 風 機 製 造 業 的 發 展, 將 使 工 廠 所 在 地 的 經 濟 結 構 得 到 積 極 性 的 改 變, 一 方 面 是 就 業 人 口 以 及 相 應 的 消 費 能 力 等, 另 方 面 增 加 地 方 稅 收 風 機 的 製 造 亦 可 提 振 上 游 產 業 的 復 甦 2.8 台 電 風 力 發 電 現 況 與 未 來 計 畫

近 年 來 政 府 持 續 推 動 再 生 能 源 政 策, 台 電 為 配 合 政 府 政 策 降 低 進 口 能 源 依 賴 度 並 開 發 潔 淨 能 源, 從 民 國 89 年 起 在 澎 湖 白 沙 鄉 中 屯 村 設 置 四 部 風 力 發 電 機 組, 並 於 民 國 90 年 9 月 正 式 商 轉, 為 台 灣 風 力 發 電 開 創 嶄 新 的 一 頁 風 力 發 電 是 技 術 成 熟 且 成 本 低 廉 的 再 生 能 源, 加 上 無 空 氣 污 染 廢 水 及 事 業 廢 棄 物, 符 合 全 球 注 重 環 保 的 趨 勢, 美 國 丹 麥 德 國 西 班 牙 中 國 大 陸 及 日 本 等 國 近 年 來 皆 積 極 發 展 而 台 灣 由 於 自 產 能 源 缺 乏, 絕 大 部 分 能 源 均 需 仰 賴 進 口, 加 上 地 狹 人 稠 可 供 開 發 風 力 發 電 的 廠 址 十 分 有 限, 早 日 開 發 有 利 於 取 得 優 良 風 力 廠 址 台 電 身 為 國 內 電 力 事 業 的 龍 頭, 兼 具 風 力 發 電 運 轉 的 經 驗, 在 新 能 源 的 開 發 上 極 具 指 標 意 義, 因 此 一 直 積 極 尋 覓 風 力 潛 能 優 越 的 廠 址, 並 期 透 過 開 發 潔 淨 能 源, 為 台 灣 這 片 土 地 貢 獻 一 份 心 力, 善 盡 企 業 的 社 會 責 任 台 電 長 期 以 來 持 續 致 力 於 能 源 多 元 化 之 研 究, 發 現 澎 湖 地 區 年 平 均 風 速 在 每 秒 7 公 尺 以 上, 風 力 潛 能 優 越, 乃 積 極 規 劃 中 屯 風 力 發 電 計 劃, 於 民 國 89 年 7 月 開 工, 花 費 約 1 億 1 千 5 百 萬 元, 歷 時 1 年 2 個 月 完 成 整 個 計 劃 裝 置 四 部 風 力 發 電 機 組, 每 部 機 組 裝 置 容 量 600 瓩, 總 計 2,400 瓩, 並 於 90 年 9 月 正 式 商 轉 該 機 組 為 目 前 世 界 上 最 先 進 之 機 組, 為 無 齒 輪 式 設 計, 具 備 低 噪 音 低 啟 動 風 速 符 合 無 人 操 作 可 靠 性 高 等 特 性, 機 組 塔 架 高 46 公 尺, 葉 片 半 徑 21.85 公 尺, 總 高 達 67.85 公 尺, 啟 動 風 速 為 每 秒 2.5 公 尺, 關 機 風 速 每 秒 25 公 尺, 最 大 可 耐 風 速 為 每 秒 65 公 尺 中 屯 風 力 發 電 運 轉 迄 今 累 計 發 電 量 885 萬 4,337 度, 約 佔 澎 湖 用 電 量 的 2%, 發 電 成 本 每 度 1.58 元, 不 僅 有 效 節 省 離 島 發 電 燃 油 之 運 送, 減 低 環 境 污 染, 降 低 發 電 成 本, 而 且 其 實 際 運 轉 經 驗 亦 將 為 台 灣 未 來 再 生 能 源 的 應 用 提 供 寶 貴 經 驗 有 了 中 屯 風 力 發 電 的 成 功 經 驗 後, 台 電 未 來 亦 將 積 極 推 動 其 他 風 力 發 電 計 劃, 廠 址 除 考 慮 先 行 開 發 台 電 現 有 電 廠 之 空 地 外, 並 將 尋 找 沿 海 防 風 林 地 台 電 並 規 劃 自 民 國 92 年 起 至 94 年 間, 預 計 完 成 60 台 風 力 發 電 機 組, 總 裝 置 容 量 約 10.08 萬 瓩, 總 投 資 金 額 約 新 台 幣 45.37 億 元, 預 估 完 工 後 年 平 均 發 電 量 可 達 251.72 百

萬 度, 每 年 並 可 抑 制 CO2 排 放 量 226,294 公 噸 另 外, 台 電 未 來 除 將 採 統 包 方 式 施 工, 確 保 施 工 品 質 外, 並 將 在 招 標 中 加 入 廠 商 自 願 技 術 移 轉 之 評 比 項 目, 以 協 助 國 內 風 力 發 電 產 業 的 發 展, 為 台 灣 的 再 生 能 源 發 展 奠 定 根 基 2.9 台 灣 風 力 發 電 廠 據 點 雲 林 麥 寮 風 力 發 電 系 統 台 灣 第 一 座 風 力 發 電 廠, 於 民 國 八 十 九 年 十 二 月 完 工 運 轉 由 台 塑 集 團 在 雲 林 麥 寮 工 業 區 裝 設 的 四 台 丹 麥 Vestas 風 力 機 組 拔 得 頭 籌, 總 發 電 量 達 到 二 千 六 百 四 十 瓩, 麥 寮 風 力 發 電 示 範 系 統 位 於 台 塑 麥 寮 工 業 園 區 東 北 方 防 風 林 區, 風 能 資 源 極 為 良 好 依 麥 寮 系 統 運 轉 週 年 之 紀 綠, 發 電 量 逾 800 萬 度, 遠 超 過 當 初 年 發 電 量 692 萬 度 之 預 估 值 以 投 資 成 本 9,000 萬 元, 年 發 電 800 萬 度,20 年 折 舊, 資 金 成 本 6.61%, 年 維 運 成 本 為 投 資 成 本 之 1.5%, 估 算 發 電 成 本 可 達 1.25 元 / 度, 計 入 補 助 後 更 可 低 達 0.81 元 / 度, 已 漸 可 與 傳 統 能 源 競 爭

澎 湖 中 屯 風 力 發 電 系 統 台 灣 第 二 座 風 力 發 電 廠 於 民 國 九 十 年 十 月 在 澎 湖 白 沙 鄉 中 屯 村 運 轉, 這 座 風 力 發 電 廠 由 四 部 白 色 的 風 車 發 電 機 組 成, 最 大 發 電 容 量 為 二 千 四 百 瓩, 由 經 濟 部 補 助 設 置, 經 濟 部 說, 未 來 三 年 還 要 補 助 一 萬 三 千 瓩 以 上 的 風 力 發 電 計 畫 該 機 組 為 四 部 六 百 千 瓦 風 力 發 電 機 組 成, 此 風 力 發 電 機 組 高 塔 型 垂 直 風 葉 片 水 平 發 電 機 組, 在 二 級 風 速 時 即 可 發 電, 十 二 級 風 時 可 滿 載 發 電, 預 計 九 十 年 七 月 可 完 工 中 屯 風 力 發 電 機 組 不 但 開 啟 綠 色 能 源 的 大 門, 將 來 在 縣 府 闢 建 週 邊 道 路 及 進 行 綠 美 化 工 程 後, 該 處 一 定 會 成 為 新 興 的 遊 憩 據 點, 兼 具 發 電 與 遊 憩 的 雙 重 功 能 目 前 四 部 機 組 佔 澎 湖 總 發 電 量 的 七 %, 澎 湖 規 劃 興 建 的 尖 山 電 廠 發 電 量 可 達 十 二 萬 千 瓦, 但 每 度 電 力 的 成 本 為 五 元 餘, 風 力 發 電 每 度 成 本 約 三 元 餘, 似 乎 較 為 節 省, 惟 澎 湖 夏 季 的 風 力 顯 有 不 足, 供 電 高 峰 又 集 中 在 夏 季, 若 要 以 風 力 發 電 為 主 力, 需 要 審 慎 的 評 估

新 竹 春 風 風 力 發 電 系 統 由 天 隆 造 紙 廠 在 竹 北 工 廠 區 設 置 二 台 丹 麥 Vestas 風 力 機 組, 總 發 電 量 達 到 3500 千 瓦, 於 民 國 九 十 一 年 十 月 完 工 運 轉

參 集 風 式 風 力 3.1 風 速 計 說 明 將 風 速 器 至 於 所 要 測 量 的 風 源 前 按 下 RECORD 鍵, 風 速 器 便 會 開 始 記 錄 風 速 變 動 的 平 均 值, 風 速 器 會 每 秒 更 新 一 次 並 顯 示 風 速 計 圖

1. 按 下 ON 鍵 啟 動 儀 表, 螢 幕 左 上 方 會 出 現 vel, 而 溫 度 的 顯 示 在 右 下 方, 此 表 示 儀 表 已 在 正 常 測 量 模 式 下 2. 在 正 常 測 量 模 式 下, 按 下 RECORD 鍵 開 始 記 錄 風 速, 儀 表 每 隔 一 秒 便 會 記 錄 讀 值 3. 按 下 HOLD 鍵, 在 按 MN MX 鍵 一 下, 查 看 平 均 值, 再 按 一 次, 可 查 看 最 小 值, 在 按 一 下, 可 查 看 最 大 值, 在 按 一 下, 便 會 回 到 保 留 螢 幕 的 模 式, 此 時 若 按 下 HOLD, 便 可 不 斷 地 做 單 點 測 量 4. 重 複 步 驟 3, 便 可 不 斷 地 做 單 點 測 量 5. 若 想 回 到 正 常 測 量 模 式, 按 住 MN MX 鍵 直 到 聽 到 嗶 兩 聲 即 可 3.2 集 風 筒 跳 過

3.3 集 風 式 風 力 的 量 測 使 用 電 風 扇 的 強 風 與 弱 風 來 測, 先 將 要 量 測 之 集 風 筒 套 在 風 速 計 上, 在 開 啟 風 扇, 將 集 風 筒 對 準 風 源 約 一 分 鐘, 在 查 看 最 大 值, 結 果 以 下 面 兩 表 說 明, 分 別 為 風 扇 弱 風 強 風 原 使 風 力 分 別 為 04. 94 06.60, 單 位 都 以 m s( 公 尺 杪 ) 距 離 7.7 15.4 23.1 30.8 面 積 比 1:2 05.18 05.18 05.14 0.514 1:4 05.22 05.22 05.23 05.24 1:9 05.24 05.31 05.44 05.48

距 離 7.7 15.4 23.1 30.8 面 積 比 1:2 07.47 07.47 07.22 07.38 1:4 07.51 07.68 07.93 07.47 1:9 07.56 07.98 07.97 07.94