一張圖讀懂風力發電｜博客來讀者書評

3.5

2021/05/10

劇透警告

在天然氣接收站和藻礁議題搶佔新聞版面的同時，台灣政府的能源政策逐漸被大眾關注。相信大家都會認同對環保較為友善的再生能源，是改善發電汙染的一帖藥方，然而政客、名嘴的口水多過茶，從沒有向大眾開誠佈公各種發電方案的良莠。即然如此，我們也可以自食其力，看這本「一張圖讀懂風力發電」來補充科普知識，初步瞭解再生能源中的要角「風力發電」，做為日後評判政府能源政策的基本素養。作者牛山泉在日本是知名的風力發電專家，致力於推動日本風車產業的發展。書中雖然對部份專有名詞像轉距、功率、阻力系數、葉尖速度比缺乏淺顯的解釋，但已經提供夠多的風電知識。他開宗明義地說明風力發電有減少環境負擔、取代即將枯竭的石油、風力是純自產能源、帶來經濟效益的四大項優點。

用風力來發電，歷經如下多階段的能量轉換，太陽能->大氣->風能->風車->機械旋轉能->發電機->電能。取出的能量和受風面積成正比，因此風車越大效率越高。也和風速的三次方成正比，找到擁有強風的風場，等同是挖到源源不絕的石油。從風力中取得的最終電能，可以用四種方法來運用，分別是拿來充電(電池)、直接連接負載(幫浦汲水、連接電器)、和內燃機一起使用、最後是連接電力系統(賣電)。風車的運轉型式有兩種，阻力型風車、升力型風車(效率比阻力型提高50%)。理論模型已經確認，人們最多可以從自然風中取得59%的能量，而因為空氣力學損秏、機械損秏、電機損秏等原因，實際我們只能抽取40%的風力轉成能源。根據能量的用途，中間將會產生額外的秏費，熱轉換(最多45%)、汲水發電(最多16%)、發電機發電(最多40%)、電解水成氫(最多12%)、蓄電池充電(最多30%)。

風車類型有水平軸風車的螺旋槳型、多葉片型、荷蘭型、風帆型，垂直軸風車的桶型轉子型、橫流型、垂直旋翼型、打蛋型。垂直軸風車的優點有不限定風向、葉片對稱架構穩定、發電機位於下方。火力、核能發電在開始運轉後，幾乎保持一定的額定輸出，風力發電則不同，實際輸出多在額定輸出以下。因此得搭配其它定額式的發電方式(火力、水力、核能)，建置智慧電力網路，才能引進風力這種變動電源，相互調節形成穩定的供電系統。

固定價格賣電制度是丹麥的國家政策，也是推動風車產業的幕後功臣。離岸風力發電將是未來的趨勢，浮體式離岸風車和垂直軸打蛋型風車也許會是明日之星。阿根廷的巴塔哥尼亞，擁有全年不息的強烈西風荒野，建置風車發電再用來電解水提煉氫氣，最後成為氫氣的輸出大國。台灣的澎湖也是世界聞名的強風區，可惜政府目前沒採取像阿根廷一樣的政策，不然能量自主的比重肯定能提高。風力發電的問題也不少，像不同季節風力發電的輸出有顯著差異。電擊是最常見造成風車故障的主因，因為零件來自國外，維修時程拉長會影響設備使用率。環保人士關心的鳥擊事件其實不常見，但建置風車時確實要避開候鳥路徑。風車的噪音有國際標準限制，但產生的低頻噪音才是難以克服的問題。景觀問題則是見人見智，也可以藉由設計讓公車外形融入自然景觀中。風力發電王國丹麥已經達成18%的風力發電灌輸率(風車電力/電力系統容量)，台灣擁有令它國稱羨的離岸風場，應該好好把握，投入資源發展離岸風電，讓國家的能源政策更加多元且能永績經營。

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