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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

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。本文將由政府正逐步重視風力發電的發展中,介紹風力發電為人類利用風的力量的一個現代科技發展,說明風力發電發展歷程及為何台灣適合發展風力發電再生能源
 
 
 
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
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