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風力發電不是夢

(文:東吳大學社工系 王鈴君)

 

乍聽「風力發電」,多數人一定認為是唐吉柯德式的幻想,代價高昂不合實際,要不就會連珠炮式地提出一連串的問題,「風力發電?是實驗室的研究吧?」「風那麼不穩定,怎麼能供電?一定不便宜吧?」「台灣適合蓋嗎?要蓋在哪裡?」「風力機會不會很吵?鳥兒會不會被絞進去?」「颱風來了怎麼辦?」……。那麼,「風力發電」到底是空中閣樓,抑或是台灣的新希望?

我國的風力發電

 

風力發電是什麼?

所謂「風力發電」,是利用風力帶動風車葉片旋轉,再透過增速機將旋轉的速度提升,來促使發電機發電。依據目前風車技術,大約是每秒三公尺的微風速度(微風的程度),便可以開始發電,並產生風速在每秒十三至十五公尺時(大樹幹搖動的程度)的輸出力道。風能轉換靠風力機,而風力機主要係由空氣流動(即風)轉動葉片以擷取風的動能。根據對台灣20年來的風數據資料評估,風力機在風速3m/sec開始啟動,當風速在25m/sec以上,會因為安全理由而自動停機,停機後的扇葉仍然可耐60至70m/sec的強風吹襲,而在風速70m/sec時才有倒塌或摧折的危險,根據氣象局資料,歷年來颱風極難得超過60m/sec(反之颱風來前後兩周風較大,增加更多的發電)。

 

一台風力機的轉速是20秒轉一圈,因此不可能成為飛鳥絞肉機,同時,在選定架設風力機位置時,會避開鳥類的棲息與飛行動線。一台風機所會發出的聲音,在二百公尺外,已在四十五分貝之下,相當於一台電冰箱馬達聲。風大時,風的聲音甚至比風力機的聲音還大。何況,風力機多半架設於海邊,人煙稀少處,更不至於影響觀瞻。風力發電並非一個佔地寬敞的工廠,也不需要高壓電塔、變電所來進行輸配電。以一台1,000千瓦的風力發電機為例,塔筒高約60公尺,葉片直徑達50-64公尺,底座地上面積為16平方公尺,基座附有小型變電器,由地下電纜將低伏電直接連接上附近電網。

 

現代風力機每台設計壽命為二十年,每半年維護一次,其設計為遙控自動,無人看守,可連接到工程師的手機,一有問題可利用裝有遙控系統的手提電腦馬上解決。目前風力發電技術已經成熟且大量商業化應用。現今風力機的容量已提升至1000千瓦左右,可用率與產能均大幅提昇,安裝成本業已降至每千瓦1000美元,在風性好、具相當開發規模下,每度電發電成本甚至可低至3到4美分。由於風力機技術成熟及量產應用使得成本迅速降低,依據美國風能協會統計,目前在風力良好且具開發規模的風力發電場,其發電成本在4美分以內,已可與一般電價一較長短。

 

風力發電轉換效率圖

 

目前主流風力機為水平軸、三葉式翼型風力發電機。風力發電機主要結構包括葉片、發電機、增速裝置、控制系統、塔架、機艙...等。好的風力機必須具備效率高、可靠與耐久三大要件。為避免機組間有擾流情況影響,一般風力機配置方式是依照風行的方向調整。設置機組時如與主風向垂直時,則機組間應該至少相距葉輪直徑的2到3倍;如與主風向平行則要相距5到6倍以上。相對於其他的發電方式,風力機在較小的土地上即可正常運作,一般說來僅需3公尺至5公尺見方的面積,可節省土地資源。此外,為獲得更好的發電效能,設置環境通常選擇風大且較偏遠的地方,並與住家保持距離,避免噪音干擾。目前風力發電機組已朝中大型發展,德國是全球風力推廣最力的國家,每年增設機組單機平均容量不斷增大,在2000年已達1100千瓦左右。 

 

風力發電的特色

(一)減少傳統石化能源消耗,減少環境污染

我國能源的利用以石化能源為主,極度仰賴進口。其中,對煤炭的依賴逐年提高,由1979年的13% 增加至2004年的32.4%,造成對環境的高度污染,廢棄煙塵貽害國民的生活品質及健康。以熱值估算,如果利用風力每發1度電約可減少0.25公升燃油或0.37公斤燃煤的消耗。因此大量利用風力發電,將會減低人類以及環境的損害。此外風力機的安裝也比其它再生能源系統來得容易,沒有輻射跟殘渣物,無需大興土木,也沒有改變地區生態的疑慮,是乾淨自然的能源。

 (二)取之不盡,用之不竭

火力發電不論是使用煤、石油或天然氣,終有竭盡之日,依照目前的消耗速率估計石油蘊藏量為四十年,煤為二百二十年,天然氣為六十年就會消耗殆盡,而風力發電則是取之不盡用之不竭的,是能永續使用的再生能源,無匱乏之虞。

 (三)引進新產業,增加就業機會

「風力發電」為一項新的工業技術,被聯合國列為「明日之星」產業,非常值得我國引進並開發,一來能夠直接增加就業機會,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。由於我國中小企業有非常好的工業基礎,若能引進丹麥或德國的風力機製造的技術,可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。在歐洲平均每台風機可創造三個工作機會,丹麥的風力發電工業的就業人口甚至達3.828人,為造船業的三倍,也比電力公司所提供的就業人口要多。

(四)分散式發電、輔助性能源

風能分布十分廣泛,幾乎隨處可得,不但沒有能源取得的成本,也無須運輸,對於偏遠地區的電力供應,有莫大的幫助。相對於傳統大型、集中式發電機組的能源效率低,分散式發電已成為全球電力系統發展的趨勢。而風力發電機組可分散設置,接近負載端可減少輸電距離,降低輸配電的損失,正是最理想的分散式發電。

 

水平軸風車(HAWT)

 

垂直軸風車(VAWT)

 

結語

目前台灣約百分之九十八的能源仰賴進口,且原油一直扮演著提供台灣主要能源(高於50%)的角色。國際原油價格持續攀高,加上以限制溫室氣體排放、遏止全球暖化現象為宗旨的國際協議「京都議定書」今年開始執行(台灣雖非聯合國會員國,也非議定書締約國,然而由於台灣的能源政策及產業結構,勢必也會受到衝擊。為避免台灣自身產業可能受到的管制及直接衝擊);同時,身為地球村成員,台灣也應承擔共同但程度不同的責任,以善盡地球村一份子的責任,促成全球永續性的經濟發展,能源的節流開源應是不二法門。因此,台灣為了因應高能源價格時代來臨,早日達成非核家園的目標,除了積極推動節約能源外,研究、開發綠色再生能源(太陽能、風力發電、生質能等綠色產業),符合國際潮流,減少排放溫室氣體,將是大勢所趨。 

資料來源

李文里(2005)。<再生能源風力發電>,《產經資訊》,NO:28,頁25-30。

黃宏基(2008)。<風力發電與我國的能源政策>。發表於「能源科技與永續發展課程講座」,台北:東吳大學綠色科技與永續發展學程,9月22日。