2010/05/05
經濟部能源局
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▓撰文：陳文樹 ▓圖檔來源：Bahrain世貿中心官網
波斯灣產油國之一的巴林（Bahrain），在2005年時於其首都麥納麥市（Manama）的巴林金融港特區（Bahrain Financial Harbor）內，興建一座高塔狀的「巴林世貿中心（Bahrain World Trade Center, BWTC）」，這座格調新穎、外觀甚為亮麗奪目的大樓高達240公尺，並曾榮獲「阿拉伯建築評鑑組織」頒發「最優設計獎」和「綠葉獎」等獎項，更是世界上首座將風力發電機組與大樓樓體、空橋，共構為一體的摩天大樓。
巴林BWTC大樓聳立於費瑟國王（King Faisal）公路旁，係由英國Atkins公司規劃設計，全大樓共劃隔為50層，每一樓層皆採挑高設計，平均每層樓高為4.8公尺，除展現空敞寬闊的格局，亦是巴林全國的嶄新地標；若是加上大樓的機電工程、內部裝修，以及3部巨型「風力發電機」的裝設與運轉，BWTC的整體建設係於2008年4月方告落成並啟用。遠遠望去，BWTC雙塔猶如一對超大風帆，昂揚聳立於波斯灣岸邊，而風力發電機則以優雅之姿，迎著風面源源不絕的發出電力。
未雨綢繆，將觸角伸向綠能
不少面積狹小、經濟實力卻頗雄厚的島國、瀕海國家或地區，偏愛以填海方式創造新生地，例如：新加坡、香港、澳門、杜拜、阿布達比等，而巴林境內占地廣達38萬平方公尺的金融港特區，亦是以填海造地方式開發出來的，開發計畫包含10個專案、28個項目。依據巴林政府訂定的目標，乃計畫將麥納麥市發展為阿拉伯世界的金融之都、物流集散地、商務推展樞紐和國際會議暨展示中心，所投注之整體建設資金，預計逾50億美元，而其中可容納超過8千人進駐工作的BWTC大樓，就是最受關注的核心項目。
巴林政府深知過去數十年來，舉國賴以致富的石油礦產，終有用盡耗竭的一天，如果僅僅仰賴天然資源而不預作綢繆，終將如同曾盛產天然「鳥糞肥料」的南太平洋島國「諾魯」一般，坐吃山空，之後更淪為必須倚賴他國伸出援手的窮國。巴林期待將來能夠像新加坡一樣，以港埠、海運和金融、觀光等事業，做為國家長久發展的基石，因此金融港特區的規劃、世貿中心的擘建和商務的推展，便是關乎整個國家可否永續經營的重要轉折。
巴林雖然身為產油國，亦亟思發展綠色能源，風力發電正是選定的重點目標之一，該座BWTC雙塔之間有3條做為通道的空中走廊相銜連，每一條空中走廊上方，皆架設有1座直徑為29公尺的風力發電機組，迎臨著穿過雙塔之間的強風，源源不絕的發出可供樓內部分樓層使用的電力，成為世界上首座將風力發電機組與大樓樓體、空橋，共構為一體的摩天大樓。
精心巧算，善用每道氣流
就設計型別而論，3座巨大的渦輪螺旋槳式風力發電機，其最佳發電狀態設定為每秒風速達15～20公尺時，屆時將有225瓩的發電功率，若風速達每秒60～80公尺時，發電功率可提高至1,100～1,300瓩，3部機組每年計可提供120萬度的電力，相當於可充分供給300個家庭用戶全年用電之需。BWTC乃舉世率先以綠能科技，產出豐沛再生能源的摩天大樓，倘若按照英國電力事業的用電標準來換算，BWTC每年可減少55噸的碳排放量。
風帆造型的BWTC大樓，就氣流上升的效應來看，會逐漸減弱在垂直方向上的「對流作用」；但在另一方面，大部分時段自洋面吹來的海風，卻會因樓層的遞升而增強風量，而3座風機中位置最高者，是在距離地面160公尺的高空位置處，風力非常強勁；兩相平衡之下，再加上人為的造景規劃和控制氣流，得使3座風機得以承受相同的風速，日後能在相近的時程下折舊，便於風機從事同一級別的保養維修或汰換更新。在實際應用上，假如將居中的風機的「發電指數」訂為100，則其上、下方的風機之發電指數則分別為109和93，差幅已相當接近。
其實大樓在設計的初期，就已將空氣動力的作用納入考量，為增強對流效應並充分利用建地，遂在興建兩座風帆形體大樓時，於兩樓之間又同時建造1座十餘層高的橢圓形大廈，後者使得兩座主樓所包夾的空間倏然變窄，故可如同「導風板」般使得氣流在通過兩座主樓之間後，轉而向上並增高浮升的速度。依據施工前的電腦模擬推算和風洞測試，朝上的風速可提高約30％的幅度，讓風機在發電時段內毫不間斷且可有效率的產出電能。此外，橢圓形大廈不但具有增加風速朝上升浮的功能，還可使原本斜向吹拂的氣流調轉方向，幾乎是沿循兩座塔樓間的中線吹拂，只要是從BWTC左右兩邊吹來、角度小於45度的風，都可被調整至幾乎與風機垂直的方向，得以明顯提升風機的發電能力。
審慎評估，期待開枝散葉
BWTC大樓的3座風機和相關組件，皆是由風力發電技術相當成熟的丹麥輸入，而裝設巨型風電機組以及發出電力、輸配電之工程，則是由北歐的Norwin、Vestas等公司承包。前述風機的葉片，是以多達50層的玻璃纖維裹覆製成，葉輪直徑為29公尺，正常運轉速度為每分鐘38轉，再經由裝設於轉動艙內的系列變速箱的帶動，可讓發電機以1,500rpm（即每分鐘1,500轉）的轉速發出電力。風機所能承受的最大風速為每秒80公尺，惟當風力過於強勁或必須改於停歇狀態時，轉葉之頂端會向外調變角度，增大轉動葉片的總力矩以達到減速目的，即當風向和中線夾角達到或超過30度時，便會經由力矩減速和連串的停煞作用，而使轉葉停頓下來。
承造和裝置3部風電機組的費用，約占BWTC大樓總造價的3.5％，但是在風機啟用之後，則可供應大樓需用電力的10～15％，確實有其經濟效益，並可減少消耗化石燃料及致力於環境保護和降低溫室效應。嗣後，Norwin和Vestas公司也持續對於這種安裝在高層大樓間、空橋上的風電機組，進行深入的探討比對，以確保大樓風電機組的實用發電效益，包括在歷經長久的運轉後是否會損及樓體的結構，以及氣流長期施加於機組上巨大葉片的壓力，是否會造成葉片的疲勞而有斷裂折損之虞，均審慎評估是否適合於都會區普遍推廣。（作者為郵政研究所機械技師）