風力發電 夜四技電機四甲 陳家清 99920052

風力發電史 台灣早在十餘年前，就在澎湖的七美鄉設置250瓩的風力發電機組，成為 台灣風力發電的始祖，然而當時設計用途為實驗性質，並沒有商業運轉， 但也藉此栽培風力發電人才。 直到在澎湖中屯設置風力發電機組，才開始商業運轉。該機組為四部600瓩風力發電機組，此風力發電機組為高塔型、垂直風葉片、水平軸發電機組，在二級風速時即可發電，十二級風時可滿載發電。四部機組佔澎湖總發電量的7％，澎湖規劃興建的尖山電廠發電量可達12萬瓩，但每度電力的成本為5元餘，澎湖風力發電每度成本約3元餘，較為節省。澎湖中屯風力發電機組不但開啟綠色能源的大門，目前已經變成澎湖旅遊必去的景點，兼具發電與遊憩的雙重功能。台電公司計劃將在同一地點再設置四部風力機組，有意把澎湖中屯打造成為「風車公園」。 澎湖中屯風力發電機組，採用的機組為德國最新機組──第三代風力機組，它因為沒有變速齒輪箱，可直接傳動發電機。第三代機組比較過去機組的優點，在於它具有變速功能，當風力變化時，葉片的角度可隨之調整。由於這些機組直接傳動，轉速將可隨發電需求調整，促使電力穩定度更向前邁進一步。

風的由來 風的產生是由於太陽將地表的空氣加溫，空氣受熱膨脹變輕而往上升，熱空氣上升後，低溫的重空氣就從四周橫向流入，因而形成空氣的流動，這就是風。 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。

認識風力能 風力能 風能因空氣流做功而產生的一種可利用的能量。 空氣流具有的動能稱風能；空氣流速越高，動能 越大。 利用渦輪葉片將氣流的機械能轉為電能。 方法是透過傳動軸，將轉子（由以空氣動力推動 的扇葉組成）的旋轉動力傳送至發電機。 至2008年止，全世界的風力發電力約有94.1百萬 千瓦。 風力發電已超過全世界用量的1%。風能雖對多數 國家而言不是主要的能源，但於1999年至2005年 間已成長四倍以上。

風力發電的原理 簡單來說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。 目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風 速度，便可以開始發電。

風能發電原理 風力發電的原理，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。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的風速，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。

風力發電葉片圖 氣流使發電機的葉片旋轉, 磁石(轉子)因而轉動, 由於線圈(定子)被磁力線切割, 所以產生電流, 從輸出引線輸出電力. 圖片資料出處:www.hkscipo.com/new_page_2.htm

風能的效應 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。

風力發電的原理 風能的公式 P=0.37x10 - 4AV3 P 為功率，單位：千瓦（KW） A 為風車扇葉之截面積，單位：公尺（m） V 代表平均風速，單位：每秒公尺（m/s） 由公式可知，欲獲得較大的風力，必需採用較大尺寸的風車，對正風向，接收平均風速較高的風。

風力發電 風能轉換成電能的效率 風力發電機並不能將所有流經的風力能源轉換成電力，其中風能轉換成電能的效率除決定於各式風扇的形狀外，另一重要的參數即為葉片尖端速度與風速的比值。

風力發電 風力發電機的裝置容量(installed capacity) 風力發電機的裝置容量是風力發電機的最大發電容量。由於風速隨時變化，時大時小，故風力發電機並不會一直處於裝置容量的狀況下發電。當風力發電機運轉一段時期後，實際的發電量與裝置容量的比值稱為負載率，即

建置地點 由於風遇障礙物時會消耗其能量，所以風力發電廠最好設置在開闊區域以增加能量轉換效率，此外，風向的穩定性亦十分重要，除可增加風能的取得外，更能延長風機的壽命。目前，風力發電廠的建置地點大致可以歸為以下兩類 陸地：舉凡陸地上所有地形，幾乎都可以建置風力發電廠，不過礙於法令與飛安的限制，部分地區雖風能強勁，但是不能發展(例如機場附近) 山區、 平地、 海邊、 沙漠、 極地 海上：建置海上風力發電廠(又稱離岸式風力發電廠)是未來的發展趨勢。由於世界各國相繼大力發展風力發電，已致陸地上可建置風電地點快速減少，所以目前大型風電廠的發展大多是以海上為主。如英國將興建的「倫敦陣列(London Array)」，除此之外，丹麥、瑞典、德國亦有海上風電廠。

一般來說，平均風速較小(小於3m/s)的地區，因缺乏經濟效益，較不適合設置風力發電廠。 建置風力發電廠的需求 建置風力發電廠除了需要豐沛的風能與足夠的資金外，還需要注意建置地點、土地的取得、維修的便利度、風力發電機的高度(對飛航安全可能造成威脅)、與供電區域的距離與法令等相關問題的產生。風力發電廠並不會產生廢熱，亦沒有溫室氣體的問題，只需穩定風力即可順利發電。 一般來說，平均風速較小(小於3m/s)的地區，因缺乏經濟效益，較不適合設置風力發電廠。

成本與需克服的問題 1 .建置成本 2 .發電成本 3 .燃料成本：風能為地球自然生成之力量，故沒有燃料成本。 4. 維修成本 1 .建置成本 2 .發電成本 3 .燃料成本：風能為地球自然生成之力量，故沒有燃料成本。 4. 維修成本 產生與需克服的問題 : 1. 鳥擊 2 .雷擊 3 .鹽害 4 .噪音 5 .供電 6 .長距離輸電線供電不穩 7 .維修

附件-風力發電噪音的危害例子 摘錄自11月30日中國時報苗栗報導 台灣首家民營風力發電公司德商英華威公司在苗栗海岸線設的風力發電場，是亞洲規模最大的單一風力發電場，白色風力機像是迎風轉動的風車，為海岸增添美景，但隆隆風機轉動聲卻成了附近居民的惡夢。後龍西湖溪南的中和與南港裡近百名住戶聯名向縣議員李文斌陳情，縣長劉政鴻29日在總質詢時要求環保局24小時全天候持續監測，只要超過標準就開罰。 英華威則強調，民眾聽到的聲音是風吹扇頁的風切聲，環保局和公信單位監測過，並未逾越標準；公司也曾請居民指定監測地點，如有逾越標準會增設隔音牆或家戶隔音設備改善，不過居民迄未提出，會持續溝通。英華威目前在後龍大鵬風場有21座風力機，外傳準備再增設93座，但3次遭衛生署退件，其中後龍要增設的50座，英華威已決定放棄。英華威則表示，之前確實有構想在外埔漁港往北至北埔海岸一帶增設到45座，但因外埔民航站仍有限建限高禁令，且環保單位對風機過於密集也有意見，所以暫緩，並無關噪音問題。

風力發電的優缺點 風力發電的優點 風能是為一種無污染和可再生的能源。 風力分佈廣泛，蘊量巨大。 風能設施日趨進步，大量生產降低成本，是再生能 源中具有經濟競爭力及發展潛力。 風能設施多為立體化設施，在適當地點使用適當機 器，對陸地和生態的破壞較低。 對空氣污染及碳排放很少，其他環境成本也低。 風力發電可分散發電，沒有大型發電設施過於集中 的風險。

風力發電的優缺點 風力發電的缺點 風能來源於空氣的流動，而空氣的密度是很小的， 因此風力的能量密度也很小，只有水力的1／816。 風力發電可分散發電，沒有大型發電設施過於集中 的風險。 氣流瞬息萬變，因此風的脈動、日、季、年變化明 顯，波動大，極不穩定。 受地形的影響，風力的地區差異非常明顯。 在生態上的問題是可能干擾鳥類。

臺灣風力資源分佈 設置地區 台灣風力資源分佈集中 於西部沿海（桃、竹、苗、台中、彰化等地）與外島地區的澎湖與蘭嶼離島。 年平均風速可達5~6 m/s以上，風能密度達250 W/m2以上。 台灣風力發電的密度占全球第二。

台灣所有風力發電廠概況 台北縣 石門 ：裝置6台660瓩機組，共3960瓩 桃園縣 大潭電廠 ：裝置3台1500瓩機組，共4500瓩 台灣的風力發電能量密度含量居全球排名第二(第一是紐西蘭)，特別為桃園-雲林沿海一帶，由於有強勁的夏季西南氣流與冬季東北季風吹襲，且可建置地點亦不少，因此成為台灣發展風力發電之最佳地點。目前，台灣有經營風力發電廠的公司除國營的台灣電力公司外，民營亦有德商英華威等公司。 台北縣 石門　　　：裝置6台660瓩機組，共3960瓩 桃園縣 大潭電廠　：裝置3台1500瓩機組，共4500瓩 桃園縣 大園與觀音：裝置20台1500瓩機組，共30000瓩 新竹市 香山　　　：裝置6台2000瓩機組，共12000瓩 新竹縣 竹北　　　：裝置5台2000瓩機組，共10000瓩 新竹縣 竹北春風　：裝置2台1750瓩機組，共3500瓩 新竹縣 新豐　　　：裝置容量2萬瓩 苗栗縣 大鵬　　　：裝置21台2000瓩機組，共42000瓩 苗栗縣 竹南　　　：裝置3台2000瓩與1台1000瓩機組，共7800瓩 台中縣 台中電廠　：裝置4台2000瓩機組，共8000瓩

台灣所有風力發電廠概況 台中縣 台中港 ：裝置18台2000瓩機組，共36000瓩 台中縣 台中港　　：裝置18台2000瓩機組，共36000瓩 彰化縣 線西與崙尾：裝置23台2000瓩機組，共46000瓩 雲林縣 麥寮　　　：裝置4台660瓩機組，共2640瓩　 台南縣 北門　　　：裝置2台1750瓩機組，共3500瓩 屏東縣 恆春　　　：裝置3台1500瓩機組，共4500瓩 澎湖縣 中屯　　　：裝置8台600瓩機組，共4800瓩 澎湖縣 湖西　　　：裝置6台850瓩機組，共5100瓩

國內風電設備零組件發展現況 1.台灣大型風力機技術能力 電力系統 控制系統 結構系統 傳動系統 葉片系統 系統名稱 技術能力 葉片系統 具OEM潛力 傳動系統 具OEM能力 控制系統 電力系統 具ODM能力 結構系統 風力機整機 自有整機(東元) 關鍵零組件大多數已具風機產業 ODM/OEM 技術潛力與能力(目前台灣業者已具備發電機、齒輪箱、塔架及其他次零件原料如螺栓、變壓器、輪轂鑄件等製造實績。

國內風電設備零組件發展現況 台灣大型風力機技術能力 0% 0% 0% 0% 0% 0% 100% 0% 0% 0% 前十大系統廠在全球市佔率* Vestas (丹麥) GE Wind (美國) Suzlon (印度) Siemems (德國) 華銳風電 (中國) Acciona (西班牙) 金風科技 (中國) Nordex (德國) Gamesa (西班牙) Enercon (德國) (2008年) 17.8% 16.7% 10.8% 9% 8.1% 6.2% 4.5% 4.1% 3.6% 3.4% 台灣已裝置及興建中容量(MW) 162.1 39.0 　 12.0 237.1 0 0 0 0 0 0 次系統 關鍵組件 成本比例 葉片系統 傳動系統 電力系統 結構系統 控制系統 葉　　片 輪轂鑄件 主　　軸 齒 輪 箱 發 電 機 機　　座 塔　　架 轉向系統 控制系統 煞車系統 24.0% 4.0% 5.5% 14.5% 10.0% 13.0% 18.5% 4.0% 4.5% 2.0% (成本計算不含土木工程＆輸送配電部份) (以2MW風機計算) 中鋼機械 ( 209座) 台朔重工(660kw, 4座) 力鋼 具製造實績廠商 具能力之潛力廠商 有意願潛力廠商 先進複材 華陽綜合工業 源潤豐(2MW) 台灣正昇 源合興 台朔重工 (660kW) 台船 東元電機 (2MW) 大同 源潤豐 台灣正昇 源合興 東元電機 台灣自給率 0% 0% 0% 0% 0% 0% 100% 0% 0% 0% 資料來源：BTM Aps/工業局/台灣風力發電設備產業聯誼會/金屬中心 產業研究組整理

國內風電設備零組件發展現況 台灣小型風力機技術能力 江蘇神州風力發電有限公司、內蒙古龍信博風電設備製造有限公司(原內蒙古商都牧機廠）、內蒙古天力機械有限公司(原內蒙動力機廠）、廣州紅鷹能源科技公司、南京東龍電子電器科技中心、WindDays(中國) 神鋼電機, Zephyr (日本) 石田製作所、松村機械製作所(日本) Southwest、Proven Energy、Northern Power、Bergey (美國) 國際大廠 (2008年) 1kW ~ 50kW，以0.9 ~ 11kW居多 主力機種 ~ 0.5kW 0.2 kW ~1kW ~0.5kW 垂直軸 0.4kW ~ 10kW 整機系統 水平軸 1kW 1.1~10kW　 25kW　 50kW　 150kW 新高能源/富田電機宏銳電子 (風光綠能) /上特公司 恒耀工業 崨豹科技 台達電 上銀科技 恒耀工業 崨豹科技 上特公司 瀚創科技/風技綠能 核研所 (第三代組裝中) 崨豹科技 (已暫停開發) 核研所 廠商 次系統／ 零組件 葉　　片 發 電 機 控 制 器 電力轉換 擎洋(水平—1kW ~ 50kW) 華陽(水平— 5kW,25kW, 150kW) 先進複材(水平－25kW) 磁震(垂直－5kW) 富田(1kW~25kW ) 利愛電氣(150kW) 宏銳電子(0.4kW ~ 150kW) 達方(1kW) 耀能(0.4~3kW) 國橋(0.4kW~ 10kW) 愛德利科技(1kW) 聞祺(0.9kW) 廠商

國內風電設備零組件發展現況 台灣風力發電零組件推廣產值發展 35.5億元

國內風電設備零組件發展現況 “2009年”為台灣再生能源條例啟動元年 中小型風力機裝置不受電業法限制：簡化設置作業程序，且公共工程優先裝置權，有助於台灣中小型風力發電市場開發。 降低風力發電設備業者生產成本 公司法人進口供其興建或營運再生能源發電設備使用機器、設備及其所需之零組件，在台灣尚未製造供應者，免徵進口關稅。如係國內已製造供應者，其進口關稅得提供適當擔保於完工之日起，一年後分期繳納。 設置利用再生能源之自用發電設備，其裝置容量不及500kW者，不受電業法97/98/100/101/103條規定之限制。 政府新建、改建公共工程或公有建築物，優先裝置再生能源發電設備。 擴大台灣風力發電內需市場 20年內，每2年訂定再生能源推廣目標及各類別佔比。獎勵總裝置容量6.5GW~10GW 購售風電躉購費率不得低 於台灣電業化石燃料發電平均成本 基金用途：風力發電電價補貼、設備補貼、示範補助及推廣利用 電業及設置自用發電設備達一定裝置容量以上者，應每年按其不含再生能源發電部分之總發電量，繳交一定金額充作基金，作為再生能源發展之用；必要時，應由台灣政府編列預算撥充。 邀集各部會學者/專家/團體組成委員會，審定再生能源發電之躉購費率及計算公式，必要時舉辦聽證會後公告之，每年應視再生能源發電技術進步、成本變動、目標達成及相關因素檢討或修正。

產業發展瓶頸與建議解決方案 產業推動瓶頸 關鍵因素分析 台灣市場誘因不足，難以吸引系統廠商國際合作 大型風機 缺乏商品化實績 上中下游整合能力較弱 缺乏有系統之行銷能力 缺乏強而有力產業扶植政策 缺乏國家測試認證標準及平台 大型風機 1.切入國際大廠供應鏈速度過於緩慢 2.市場不明確，廠商投資意願低 3.歐美測試認證時程長 新聯邦投資稅額抵減New Federal Investment Tax Credit 風力機單機容量100kW以下 總成本的30%,最高 $4,000 AWEA now advocating for no cap, tie to performance standard Certification: The industry is largely adopting a new standard that certifies wind turbines to: Power curve Sound Reliability Safety The U.S. Standard is expected to be formally adopted in 2008. The UK formally adopted the standards on March 1st. Training: North American Board of Certified Practitioners is developing training programs around the siting and installing of small wind turbines. 小型風機 1.同質產品多，無法快速擴大市場 2.海外認證成本高及時程長 1. 缺乏利基型產品 2. 缺乏國際行銷能力 3. 技術仍待提升，以降低整機成本 4. 缺乏國家測試認證標準及平台

國內風力發電設備產業發展策略 發展策略 推動作法 發展關鍵零組件，切入國際大風力機系統廠供應鏈 運用台灣招標風場(目前台電二、三期採大型標案結合工業合作機制)，協助引進技術，促成台灣零組件廠商與國際系統廠合作 運用台灣未來離岸風電市場機會，吸引國際大廠共同合作，建立關鍵零組件自主能量 運用台灣日後風力機維修市場機會，協助台灣業者切入風力機關鍵零件市場 提供投資設廠優惠及台灣地理位置優勢吸引國際系統廠，在地生產零組件供應亞太市場，分擔現有供應商產能(或是取代部份供應商) 結合政府各類專案計畫(兩岸搭橋計畫)，協助業者建立研發及生產能量，並協助通過歐美權威機構之測試認證，未來亦可與北京鑒衡認證中心合作進軍中國市場 發展關鍵零組件，切入國際大風力機系統廠供應鏈 以亞太市場為誘因，鼓勵台灣大廠投資，並吸引國際系統廠至台建立亞太地區組裝中心 由次零組件切入國際組件大廠供應鏈，逐步進入組件市場。 建立台灣次零組件廠商技術資料庫，並協助取得系統認證 發展次零件生產/組裝，切入國際大風力機組件廠供應鏈 發展自主型小風力機拓銷台灣外市場 建立共通標準及測試認證平台 協助建立高性能低成本技術及國際行銷人才培育拓展台灣海內外市場

syhsu@ocit.edu.tw 環境資源管理 資料來源 http://content.edu.tw/senior/life_tech/tc_t2/enerage/eng-ref.htm 能源與運輸網 http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2004&popsc_aid=121 行政院國家科學委員會 syhsu@ocit.edu.tw 環境資源管理 http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E9%A3%8E%E8%BD%A6&variant=zh-tw 維基百科 引用中國時報苗栗風力發電噪音報導 綠色能源 ──台灣風力發電的現況與展望 撰文╱攝影：何佩芬 energy.ie.ntnu.edu.tw/file_download.asp?KeyID=1083&file_path=Periodical_Paper