矗立雲霄──風力發電系統

■撰文：艾和昌

目前全球對於能源的開發，不外乎是利用火力、水力等為主。火力電廠仰賴之原料來源為煤炭、石油及天然氣，在燃燒過程中均會產生二氧化碳，特別以燃煤電廠為最多。至於水力發電則需興建攔水壩，必將犧牲部份的自然生態。因此，具豐富價廉且清潔特性的風力發電，便成為各國積極開發的重點。

世界到了2002年，已約有27,000千瓩的風力發電機組在運轉。風力發電機乃藉由自然的風能（氣流），推動轉輪葉片旋轉（機械能），經傳動軸及變速齒輪組後，帶動發電機而產出電力。傳動軸、齒輪組、發電機及控制系統需安裝於一密閉機艙內，並藉由一高大的塔架支撐整個機艙及其外部輪葉。由於風向會經常改變，為有效利用風能，需有風向感測儀測得風向信號，再由控制器管控偏移裝置，使整個葉輪能一直正對迎風面轉動。

慎選風場，效益無窮

一般風力發電機當風速達每秒3～4公尺（約三級風）便有電力產出，每秒12～15公尺（約七級風）可滿載發電，如果風速過大，則會自動煞車關機，同時葉片組自動移位與風向平行，以降低受風面積，防止葉片斷裂。依據台灣氣象資料顯示，在西海岸及南部墾丁地區，於海平面50公尺高度層，均可達到每秒6～7公尺以上的年平均風速，極具風力發電潛能。

風力發電機的設置除了考慮風力特性與地理條件外，當然風力發電機本身亦需具備效率高、可靠與耐久，現代風機的效率可達到30％以上，可靠率已達98％以上，而壽命更長達20年。此外，為避免機組間受彼此尾流效應而影響發電，在設置上，機組間之相距至少應為葉輪直徑的五至六倍以上。如能慎選風力發電場址，高達數十層樓高的機組不僅可成為當地新地標，若與該地區景觀配合下，可使風場更具有附加的觀光經濟效益。

最便宜的發電能源指日可待

風力發電機每產生1度電約可減少0.25公升燃油消耗，以及減少約0.8公斤二氧化碳的排放量。若以現今裝置標準型號1,000瓩的風力發電機組估算，每年發電量可達300萬度電，約可減少2,400噸二氧化碳排放量，相當於325甲樹林每年所吸收的二氧化碳量，若與燃油及燃煤等傳統能源比較起來，風力發電幾乎是不需考慮社會環境成本。

此外，隨著科技研發精進，傳統風力發電機效率不斷提升，同時設置成本亦不斷降低。在國外，目前風力發電的發電成本已降至每度1.7元台幣，與核能發電成本相當；丹麥、美國等風機設備大廠正朝著未來每度發電成本約1元台幣的目標努力。因此，未來風力發電極有可能成為最便宜的電力來源。（本文作者為南台科技大學機械工程系副教授）