風力發電專題報導(一)： 風力發電–老天爺賦予的在地化天然資源
103/09/22
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張永源｜
工業技術研究院綠能與環境研究所
因應全球暖化與節能減碳目標，為善用國內豐富再生能源天然資源，政府乃積極推動再生能源設置，並致力於發展風力發電等綠色新能源產業。經濟部能源局於2014年5月在高雄舉辦了「綠能產業區域交流論壇暨宣導活動」，會中政務委員楊秋興受邀表示：政府已選定風力發電等產業，做為綠能產業發展主軸，規劃「千架海陸風力機」等措施，除擴大內需市場，更創造國內練兵機會，成就綠能產業輸出的出海口。
2009年6月13日，立法院3讀通過「再生能源發展條例」，建立我國發展再生能源之法治基礎及重要推動里程碑。日本福島核災後，政府全面檢討再生能源發展，加速開發臺灣再生能源潛能及擴大各類再生能源推廣目標，2012年經濟部能源局為推動國內風力發電的發展，訂定了「千架海陸風力機」設置量目標，作為政府與各界共同努力目標。「千架海陸風力機」推動之策略為「先開發陸域風場，續開發離岸風場」，預計2020年之前陸域風場設置可達450架，總計裝置容量約1,200百萬瓦（MW）。由於陸域優良風場漸趨飽和，為進一步風能開發利用，未來計畫於2030年前安裝約600架離岸風力機，累計裝置容量達3,000百萬瓦（MW），與陸域風力機合計超過千架，總裝置容量將達4,200百萬瓦（MW）。我國為全球公認之風能資源豐富地區，有發展風力發電的自然條件，這是老天爺賦予給台灣地區的天然資源。
人類很早即知道可利用風的能量協助省力的工作，主要方式為將風的能量轉換成各種可利用的機械能形式，例如：利用風的力量推動帆船行走、利用風的浮力提供滑翔翼滑行、使用風車產生機械動力提供牧場汲水、磨碎穀物等等工作。而人類將風的能量轉換為電能起源亦甚早，可追溯至19世紀末。
丹麥是世界上利用風能來發電最早的國家。19世紀末丹麥的氣象學家保羅‧拉克爾（Poul La Cour）即建造了世界上第1部的升力型風力發電機；拉克爾堪稱風力發電之父，迄今，風力發電在丹麥的應用也較其他國家更為普遍。雖然丹麥只有約560萬人口，土地面積與台灣相仿，卻是世界風能發電大國和風力發電機設備生產大國，是名副其實的「風力發電王國」。2013年丹麥有約三分之一電力需求來自風力，丹麥風力機製造商Vestas的市場占比為全球第一，可以說全球風力發電史即為以丹麥為主的演進史。
風力發電機設備，主要由塔架、葉片與發電機等3大關鍵元件所構成。葉片與發電機等主要構件由塔架支撐至適當高度，是構成風力發電廠的必要條件；主要運作原理為風力吹動葉片旋轉再帶動發電機運轉產生電力。
風的形成是因空氣朝水平方向流動而產生，風壓是由空氣產生，它與風速關係為平方正比，風壓在單位時間內所作的功即稱為風能。風力機組的電力輸出大小與葉片受風面積成正比，且也與風速的三次方成正比；故1個風力電廠必須建置於風況良好且較為空曠之處以擷取更高風能。一般而言，現代化大型風力機設計啟動風速為每秒2至4公尺，中小型風力機可能更低，設計關機風速為每秒25公尺，當風速達每秒11至15公尺時，即達滿載發電；所以好的風場不但要1年4季有風的日子多，風速的大小和穩定性也很關鍵。
1個地區的風況條件受到地理位置影響甚大。台灣位於最大陸塊與最大海洋交界處，受獨特地理位置影響，有明顯的東北季風與西南季風季節交替的豐富天候變化，加上台灣中央山脈與福建武夷山系的地形效應，使得台灣海峽冬季風力特別強勁。由於地理位置得宜，老天爺賦予了台灣在地化天然風力資源相當優渥，主要分佈於西部沿海與澎湖離島等地區，年平均風速達5~6m/s以上，風力密度達2,500hr以上，甚具開發潛力。保守估計，台灣地區至少有1,200百萬瓦(MW)以上陸上風電潛能可供開發；而海上風電潛能更大，據估計，在台灣西海岸水深50公尺以內至少有6,000百萬瓦(MW)以上開發潛力；所以風力發電在我國確實有其發展的潛力，尤其在核能發電成為各方關注的焦點時，不論是以二氧化碳減量觀點論之，或是以環保觀點論之，風力發電應是我國可大力發展應用的1種可再生的乾淨能源。
截至2013年底，全球風力發電累計安裝量為322十億瓦(GW)，發電量占全球電力供應2.87%，逐漸成為全球主要電力來源之一。風力發電為目前最為接近傳統能源成本的再生能源之一，此可從我國每年躉購費率之數據得以印證。台灣98%以上能源需仰賴進口，老天爺已賦予台灣非常豐富的在地化天然風能資源，風力發電應該值得國內去投入與研發，並帶動風力發電綠色能源產業發展。（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿／103年/07月）
責任編輯：黃承揚｜英商牛津儀器海外行銷有限公司
