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追尋更好的自己,風力發電機的離岸故事

本篇文章由科技部、經濟部贊助,泛科學策畫執行。

小時候坐火車經過台灣西海岸線(桃園、新竹、苗栗一帶)時,都會看到靠近海岸邊的陸地上豎立著白色「大風車」,長大後才知道那就是靠風力發電的陸域風力發電機,大部分的人應該都不曾近距離看過它,但它不但影響著台灣的再生能源發電,最近還打算建造海上的版本了!?

2016 年 10 月 1 日的第二期能源國家型科技計畫期中成果展中,綠能「風光」新發展—離岸風機、養水種電趨勢講座邀請到知洋科技總經理湛翔智,更新大家對於風能發展的概況。

綠能

是時候來「風」台灣了

「台灣適合風力發電嗎?能產生多少電?」

這是無論哪種再生能源都難以逃避這個問題,且如果沒有足夠的再生資源,硬是開發十分辛苦,以風力發電來說,根據美國國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory,簡稱 NREL)提供的數據顯示,依據風力數據的風度和品質、地形的複雜性和資源的地理差異,風力可分成七個等級(如圖一所示),等級三以上的地區便適合發展風力發電,以台灣來說,台灣海峽的離岸風力可高達七級(如圖二所示),十分適合發展風能產業。

(圖一)風力等級一覽表。截圖來源:National Renewable Energy Laboratory

(圖一)風力等級一覽表。圖/National Renewable Energy Laboratory

(圖二)世界各地風力等級示意圖。截圖來源:National Renewable Energy Laboratory

(圖二)世界各地風力等級示意圖。圖/National Renewable Energy Laboratory

自 2013 年以來,經濟部能源局推動的「千架海陸風力機推動計畫」在「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」下已經設立了 311 架陸域風機,截自去年為止已可產生 647 百萬瓦(MW)的電量,以台電公布的數據顯示104 年每戶家庭每月平均用電量 291 度,也就是說,一架陸域風機能提供約 184 戶家庭一整年的用電量。今年將會在竹南與彰濱外海設立 4 架示範風機。

整體計畫預計在 2025 年前設置 450 架陸域風機並產生共 1200 MW 的裝置容量量,離岸風機則是 600 架、產生共 3000 MW 裝置容量。

風機,你為何選擇離岸?

「陸域的風力發電機容易產生噪音影響居民。」所以這就是必須選擇離岸風機的原因嗎?「不過風機在海中也可能會影響海洋生物。」湛翔智認為,每一架風機的設置都需要投入更多的環評與事前調查。但相較之下,離岸風機海面風速較高、不受陸地地形起伏影響,因此整體體積較大、發電效力更好,機體本身的葉片大小和掃幅面積也相對較大。但並不是風機越大就越好,而是要配合其風場的限制。

「風機在颱風期間是否還能發電?」這要端看機體本身的設計與限制,以目前「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」中所使用的風機為例,陸域風機的風速要求較低、較容易穩定發電;在離岸風機方面,風機可耐受的最高風速更達到約每秒 32 公尺(m/s)(等同於風速七級颱風眼的風速)。若超過風機的風速限制則建議暫停發電,有些機體設計甚至能讓風機的葉片迎風以防被吹斷。

「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」使用之風機設計規格。照片提供:湛翔智

「風力發電離岸系統示範獎勵辦法」使用之風機設計規格。圖/湛翔智提供

蝴蝶效應般的風能產業

「只要位置夠好,風機就可以不斷替換,風能是個永續產業。」

風能產業大致上分為四大階段:資源與風能評估、技術與使用限制、經濟效益和市場與法規,其中,經濟效益部分包含了成本回收、系統運維費用以及化石燃料成本等考量。「風力發電為何還要考慮化石燃料?」湛翔智表示,化石燃料與再生資源的黃金交叉是完全可預見的,化石燃料成本會越來越昂貴,而再生能源則反之。

而整個風能產業鏈十分龐大,但台灣不需要掌握所有產業發展,而是視自身優勢評估如何參與這場未來能源革命。以離岸風場為例,從水下基礎、支撐結構等基底建設,到電纜埋設、保護工程,以及後期的維護與測試,整個產業鏈可以帶來龐大的工作機會。

雖然相較於發展較為成熟的北歐風場,台灣目前在成本上的確相對較高,但主要還是因為風場環境不同、產業市場不夠成熟所致,若是能加入更多的資源、技術與公司,台灣在風能產業便能跳脫代工的僵局。除了前期的評估與系統設計,湛翔智認為後端的維運更是關鍵,任何一個能源在發展過程中一定會受到衝擊,畢竟任何東西都可能會出錯,「運轉維護的成本將會影響整個風能產業的競爭力。」

風能產業鏈。照片來源:湛翔智

風能產業鏈。圖/湛翔智提供

風能產業鏈。照片來源:湛翔智

風能產業鏈。圖/湛翔智提供

隨著「千架海陸風力機計畫」的啟動,風力發電機不但可能改變台灣未來的能源分配,更衍伸出可觀的學術研究需求與龐大的產業供需。「如果各位都是一隻蝴蝶,那離岸風電在未來總有一天就能蓬勃發展。」湛翔智認為離岸示範風場將會是台灣風能產業發展的關鍵第一步,相信在不久的將來,就能看到遼闊的海面上聳立著一座座風車般的白色巨塔,轉動著支撐台灣的電力。

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