Transcript 風能 Wind power

風能
Wind power
風的利用
風，是由於太陽照射地面造成溫度差 及地球自轉運行所產生的自然
現象，只要太陽照射及地球自轉不停歇，其來源可謂取之不盡、用之
不竭。近年來，全球為因應氣候變遷與保護環境的呼聲，具有潔淨、
低溫室氣體排放及自然能源特性的再生能源己成為能源政策的考慮重
點。而風力發電完全沒有燃料問題，不會產生輻射與二氧化碳等公害，
具有綠色電力之美譽，也是全球成長最迅速的再生能源。
合理利用風能，既可減少環境污染，又可減輕越來越大的能源短缺的
壓力。 自然界中的風能資源是極其巨大的。據世界氣象組織估計，
整個地球上可以利用的風能為2X107MW。為地球上可資利用的水能總
量的10倍。 風能與其他能源相比，有其明顯的優點，又有其突出的
局限性。
優點是： 1. 蘊量巨大 2. 可以再生 3. 分佈廣泛 4. 沒有污染
缺點是： 1. 密度低 2. 不穩定 3. 地區差異大
風的力量
Power of the Wind
風 能就是空氣流動所產生的動 能。風力的能量是很大的。風
速9～10m/s的5級 風，吹到物體表面上的力，每平方米面積上
約有10kg。風速20m／s的9級風，吹到物體表面上的力，每平方
米面積可達50kg左右。颱風的風速可達50～60m／s，對每平方
米物體表面上的壓力，可高達200kg以上。
據估計到達地球的太陽能中雖然只有大約2%轉化成風能，但其
總量仍是十分可觀的。全球的風能約2.74X109MW，其中可利用
的風2X107MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。
【風力發電每發一度電將減少約一公斤的CO2 排放 】
風速與風能
Power of the Wind
風 能
風速與風能 Power of the Wind
m/s
W/m
2
m/s
W/m
2
m/s
W/m
2
0
0
8
313.6
16
2508.8
1
0.6
9
446.5
17
3009.2
2
4.9
10
612.5
18
3572.1
3
16.5
11
815.2
19
4201.1
4
39.2
12
1058..4
20
4900.0
5
76.2
13
1345.7
21
5672.4
6
132.3
14
1680.7
22
6521.9
7
210.1
15
2067.2
23
7452.3
所謂標準的空氣密度1.225kg/m ，是
在15℃的乾燥空氣在海平面大氣壓力下
的標準值。
P = 1/2 ‧ ρv3 ‧ πr2
2
P : 風力(W/m )
ρ: 空氣密度1.225 kg/㎡(15℃)
v : 風速(m/s)
πr2 :風力機葉輪掃掠的面積(m2)
圓周率(3.1416)x半徑平方
風 速
1 m/s = 3.6 km/h =
2.237mph = 1.944 knots
1 knot = 1 nautical mile
per hour = 0.5144 m/s =
1.852 km/h = 1.125 mph
風速與風能
Power of the Wind
葉片長度與發電量
總輸入功率
可使用輸入功率
發電機輸出功率
內湖地區風力資料
圖
名
平均風速(m/s)
•平均基本風場資料，僅適合做大範圍能源政策之
參考依據。
•對局部小範圍發電量之評估，必須到現場做地形
、地貌及邊界層之細部勘查與分析。
平均風能密度(W/m2)
風力
機數
限制一
可用率
限制二
可用率
所 在
鄉鎮市
10m
30m
50m
10m
30m
50m
大
直
1.9
2.6
2.9
10.5
26.7
38.0
*
*
*
台北市
港
墘
1.9
2.6
2.9
10.3
26.3
37.4
*
*
*
台北市
內
湖
1.9
2.6
2.9
10.2
26.2
37.2
*
*
*
台北市
內
湖
交
流
道
1.9
2.5
2.9
10.0
25.4
36.2
*
*
*
台北市
旋角控制
大型風力發電機結構圖
低速傳動軸
旋轉部
齒輪箱
主發電機
風 向
控 制 器
風 速 計
煞車
轉向齒輪盤
風 向 計
轉向馬達
葉片
塔架
高速傳動軸
機
艙
Vestas V47660 風力發電
機結構
1. Blade: 葉片
8. Oil cooler: 油溫冷卻器
15. Yaw control: 轉向控制
2. Blade hub: 葉輪輪轂
9. Cardan shaft: 萬向接軸
16. Gear tie rod: 齒輪箱支撐桿
3. Blade bearing: 葉片軸承
10. Primary generator: 主發電機
17. Yaw ring: 轉向齒輪盤
4. Main shaft: 主傳動軸
11. Service crane: 維修用小吊車
18. Yaw gears: 轉向齒輪
5. Secondary generator: 副發電機
12. Pitch cylinder: 旋角控制桿
19. VMP top control unit: 塔頂控制單元
6. Gearbox: 齒輪箱
13. Machine foundation: 機組座架
20. Hydraulic unit: 油壓控制單元
7. Disc brake: 碟式煞車
14. Tower: 塔架
輪轂
定子
直流控制電路
電位調整
鼻錐
轉子
葉片
轉動軸
AIR-X 400W風力發電機結構圖
獨立型風力發電系統接線圖
風力發電機
電流表
蓄電池組
光電模組
(陣
列)
風力發電機
充電控制器
電流表
蓄電池組
混合型風力發電系統接線圖
風力發電系統示意圖
併聯型風力發電系統
負載
風力發電機
風力發電系統示意圖
混合型風力發電系統
光電模組
發電機
負載
風力發電機
蓄電池組
去年全球永續能源共產生242百萬
（gigawatt）電力，占全球電力的5%，
其中風力發電以93百萬瓩占第一位，而
一般耳熟能詳的太陽能僅8.5百萬瓩。全
球風力能源委員會預測，到2030年時，
風力發電將占全球電力的29%。
風力發電，近十年成長快速，據全球風能協會統
計，全球風力發電累積發電量，每年成長率都超過20%。
據統計，1997年全球風力發電累積發電量，僅7,600MW
（百萬瓦），去年成長到9萬4123MW，十年成長11倍，成
長主因是關鍵技術突破、低成本優勢。
主流的風力發電螺旋槳直徑126公尺，發電量5MW，
目前，直徑160公尺的螺旋槳將出現，發電量將達810MW，
增加60%以上發電量，此外，風力發電機組日益大型化，
發電站所需土地面積也要更大，但近年廠商已開發出海上
設站技術。
此外，風力發電只要油價高於每桶30美元，即可損
益兩平，遠勝太陽能70美元、甘蔗35美元、玉米55美元、
小麥75美元成本門檻，價格具競爭優勢。
全球風能市場狀況
全球風能委員會(GWEC)今年3月底發佈預測報告，預計
到2012年全球風能市場增長將超過155%，總設置能力將達
到240GW。美國和中國的市場增長比2007年預計時的增速要
快得多。
中國大量製造能力的湧現將對全球市場的增長產生更
為重要的影響。到2012年，歐洲將繼續佔據最大的風能能
力，總計達到102GW，其次是亞洲為66GW、北美61.3GW。
預計以中國引領的亞洲將超過歐洲成為最大的年度市
場，新增風能發電能力將從2007年5.4GW提高到2012年
12.5GW。而歐洲將下降至年度設置能力第三位，10.3GW。
北美位居第二，為10.5GW。
全球共有53 個國家發展風力發電，主要分
佈在歐洲(73%)與北美洲(15%)，以2004年
資料來看，前五名國家分別為德國
(16,629MW) 、西班牙(8,263MW)、美國
(6,740MW)、丹麥(3,117MW)及印度
(2985MW)，另外日本亦擴建達896MW，中國
大陸則達764MW，為進入前十名的兩個亞洲
國家。
台灣風能市場狀況
彰化西濱一帶東北季風強勁且風量穩定，風力發電的經
濟效益優於澎湖、新竹等地，目前縣府招商的風力發電
機組數和投資金額均居全省之冠，投資額已達385億元，
另有3家民營公司有意在芳苑一帶設廠。預計設置244座
風力發電機組，其中包括有陸地型98座、離岸式146座，
總裝置容量69.67萬瓩。今年底即可完成55座，每年可
提供電量約3億4千萬度，可供8萬8千戶使用，除可因應
高油價作為替代能源，還能減少約20萬公噸二氧化碳排
放量。縣府也可望獲有1％興辦補助金。
近海風力發電的發展
經濟部於日前完成「離岸式海
域風力機組申設審核要點」，
行政院也在8月底核定能源局所提之「第一階段設置離岸式風力發
電廠方案」，預計將於9月初公告讓業者申請設立風力發電廠。根
據能源局的規劃，第一階段核准容量為30萬瓩，可望吸引新台幣
400億元的投資，包括中鋼、台朔重工、東元等國內業者都在籌組
團隊，積極搶進風能商機。
考慮到海岸線地帶無法提供足夠的場地來設置風力機組的問題，近
海風力發電的技術發展，是一個相當具有吸引力的替代方案。在風
速的比較上，海面上的風速遠高於海岸上的風速。因此，設置在近
海的風力機組，其發電效能也遠高於設置於海岸的風力機組。這是
風力走進大海主要原因。