風力發電

夜四技電機四甲

陳家清 99920052

風力發電史台灣早在十餘年前，就在澎湖的七美鄉設置 250 瓩的風力發電機組，成為 台灣風力發電的始祖，然而當時設計用途為實驗性質，並沒有商業運轉，

但也藉此栽培風力發電人才。

直到在澎湖中屯設置風力發電機組，才開始商業運轉。該機組為四部 600瓩風力發電機組，此風力發電機組為高塔型、垂直風葉片、水平軸發電機組，在二級風速時即可發電，十二級風時可滿載發電。四部機組佔澎湖總發電量的 7 ％，澎湖規劃興建的尖山電廠發電量可達 12 萬瓩，但每度電力的成本為 5 元餘，澎湖風力發電每度成本約 3 元餘，較為節省。澎湖中屯風力發電機組不但開啟綠色能源的大門，目前已經變成澎湖旅遊必去的景點，兼具發電與遊憩的雙重功能。台電公司計劃將在同一地點再設置四

部風力機組，有意把澎湖中屯打造成為「風車公園」。

澎湖中屯風力發電機組，採用的機組為德國最新機組──第三代風力機組，它因為沒有變速齒輪箱，可直接傳動發電機。第三代機組比較過去機組的優點，在於它具有變速功能，當風力變化時，葉片的角度可隨之調整。由於這些機組直接傳動，轉速將可隨發電需求調整，促使電力穩定度更向

前邁進一步。

風的由來風的產生是由於太陽將地表的空氣加溫，空氣受熱膨脹變輕而往上升，熱空氣上升後，低溫的重空氣就從四周橫向流入，因而形成空氣的

流動，這就是風。

人類很早以前就懂得利用風力在日常生活上，如使用風車來取水、灌溉、磨麥、木材加工等各種費力的工作。其他如風力推動帆船、滑翔

機等。

認識風力能風力能•風能因空氣流做功而產生的一種可利用的能量。•空氣流具有的動能稱風能；空氣流速越高，動能 越大。•利用渦輪葉片將氣流的機械能轉為電能。•方法是透過傳動軸，將轉子（由以空氣動力推動 的扇葉組成）的旋轉動力傳送至發電機。•至 2008年止，全世界的風力發電力約有 94.1百萬 千瓦。•風力發電已超過全世界用量的 1%。風能雖對多數 國家而言不是主要的能源，但於 1999年至 2005年 間已成長四倍以上。

•簡單來說是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透 過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發 電。

•目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風 速度，便可以開始發電。

風力發電的原理

風能發電原理

風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速 度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的風速，便可以開始發電，並產生風速在每秒十三至十五公尺時（大樹幹搖動的程度）的輸出力道。

風力發電葉片圖

氣流使發電機的葉片旋轉 , 磁石 ( 轉子 ) 因而轉動 , 由於線圈( 定子 ) 被磁力線切割 , 所以產生電流 , 從輸出引線輸出電力 .

圖片資料出處 :www.hkscipo.com/new_page_2.htm

風能的效應風能的效益

風力發電並不能將所有的風力能源轉換成電力，理論上最高轉換效率約為 59 ％，實際上大多數的葉片轉換風能效率約介於 30 ％～ 50 ％之間，經過機電設備轉換成電力後的總輸出效率約介於 20 ％～ 45 ％之間，由於風力發電機的經濟效益取決於發電效率，所以目前的風力發電機多為水平軸式。風力發電機的電力輸出與風的速度關係密切，葉片自風獲得的能量與風速的三次方成正比，目前一般風力發電機的起動風速約介於 2.5～ 4 m/s ，於風速 12～ 15 m/s 時達到額定的輸出容量，為避免過高的風速損壞發電機，風速到達 20

～ 25 m/s 時，將強迫風力發電機停機。除了風速外，葉輪直徑決定了可擷取風能的多寡，約與葉輪直徑成正比。一般而言多葉片的風車效率較低但機械力矩較高，主要用於提水等工作；少葉片型（ 1～ 3 片）效率較高

而力矩較低。

風力發電的原理 風能的公式

P 為功率，單位：千瓦（ KW ） A 為風車扇葉之截面積，單位：公尺（ m ） V 代表平均風速，單位：每秒公尺（ m/s ）

由公式可知，欲獲得較大的風力，必需採用較大尺寸的風車，對正風向，接收平均風速較高的風。

P=0.37x10 - 4AV3

風力發電機並不能將所有流經的風力能源轉換成電力，其中風能轉換成電能的效率除決定於各式風扇的形狀外，另一重要的參數即為葉片尖端速度與風速的比值。

風力發電 風能轉換成電能的效率

風力發電 風力發電機的裝置容量 (installed capacity) 風力發電機的裝置容量是風力發電機的最大發電容量。由於風速隨時變化，時大時小，故風力發電機並不會一直處於裝置容量的狀況下發電。當風力發電機運轉一段時期後，實際的發電量與裝置容量的比值稱為負載率，即

% 100 100

實際發電量 實際發電量負載率 ＝

設計發電量 裝置容量 時間

建置地點由於風遇障礙物時會消耗其能量，所以風力發電廠最好設置在開闊區域以增加能量轉換效率，此外，風向的穩定性亦十分重要，除可增加風能的取得外，更能延長風機的壽命。目前，風力發電廠的建置

地點大致可以歸為以下兩類陸地：舉凡陸地上所有地形，幾乎都可以建置風力發電廠，不過礙於法令與飛安的限制，部分地區雖風能強勁，但是不能發展 (例如機場附近 ) 山區、

平地、 海邊、 沙漠、 極地 海上：建置海上風力發電廠 (又稱離岸式風力發電廠 ) 是未來的發展趨勢。由於世界各國相繼大力發展風力發電，已致陸地上可建置風電地點快速減少，所以目前大型風電廠的發展大多是以海上為主。如英國將興建的「倫敦陣列 (London Array) 」，除

此之外，丹麥、瑞典、德國亦有海上風電廠。

建置風力發電廠的需求建置風力發電廠除了需要豐沛的風能與足夠的資金外，還需要注意建置地點、土地的取得、維修的便利度、風力發電機的高度 (對飛航安全可能造成威脅 ) 、與供電區域的距離與法令等相關問題的產生。風力發電廠並不會產生廢熱，亦沒有溫室氣體的問題，

只需穩定風力即可順利發電。一般來說，平均風速較小 (小於 3m/s) 的

地區，因缺乏經濟效益，較不適合設置風力發電廠。

成本與需克服的問題1 . 建置成本 2 . 發電成本 3 .燃料成本：風能為地球自然生成之力量，故沒有燃料成本。 4. 維修成本

產生與需克服的問題 : 1. 鳥擊 2 .雷擊 3 .鹽害 4 .噪音 5 .供電 6 .長距離輸電線供電不穩 7 .維修

附件 - 風力發電噪音的危害例子摘錄自 11月 30 日中國時報苗栗報導

台灣首家民營風力發電公司德商英華威公司在苗栗海岸線設的風力發電場，是亞洲規模最大的單一風力發電場，白色風力機像是迎風轉動的風車，為海岸增添美景，但隆隆風機轉動聲卻成了附近居民的惡夢。後龍西湖溪南的中和與南港裡近百名住戶聯名向縣議員李文斌陳情，縣長劉政鴻 29 日在總質詢時要求環保局 24

小時全天候持續監測，只要超過標準就開罰。英華威則強調，民眾聽到的聲音是風吹扇頁的風切聲，環保局和公信單位監測過，並未逾越標準；公司也曾請居民指定監測地點，如有逾越標準會增設隔音牆或家戶隔音設備改善，不過居民迄未提出，會持續溝通。英華威目前在後龍大鵬風場有 21 座風力機，外傳準備再增設 93 座，但 3 次遭衛生署退件，其中後龍要增設的 50 座，英華威已決定放棄。英華威則表示，之前確實有構想在外埔漁港往北至北埔海岸一帶增設到 45 座，但因外埔民航站仍有限建限高禁令，且環保單位對風機過於密集也有意見，所以

暫緩，並無關噪音問題。

風力發電的優缺點 風力發電的優點•風能是為一種無污染和可再生的能源。•風力分佈廣泛，蘊量巨大。•風能設施日趨進步，大量生產降低成本，是再生能 源中具有經濟競爭力及發展潛力。•風能設施多為立體化設施，在適當地點使用適當機 器，對陸地和生態的破壞較低。•對空氣污染及碳排放很少，其他環境成本也低。•風力發電可分散發電，沒有大型發電設施過於集中 的風險。

風力發電的優缺點 風力發電的缺點•風能來源於空氣的流動，而空氣的密度是很小的， 因此風力的能量密度也很小，只有水力的 1 ／ 816。•風力發電可分散發電，沒有大型發電設施過於集中 的風險。•氣流瞬息萬變，因此風的脈動、日、季、年變化明 顯，波動大，極不穩定。•受地形的影響，風力的地區差異非常明顯。•在生態上的問題是可能干擾鳥類。

臺灣風力資源分佈 設置地區 •台灣風力資源分佈集中

於西部沿海（桃、竹、苗、台中、彰化等地）與外島地區的澎湖與蘭嶼離島。

•年平均風速可達 5~6 m/s以上，風能密度達250 W/m2 以上。

•台灣風力發電的密度占全球第二。

台灣所有風力發電廠概況台灣的風力發電能量密度含量居全球排名第二 (第一是紐西蘭 ) ，特別為桃園-雲林沿海一帶，由於有強勁的夏季西南氣流與冬季東北季風吹襲，且可建置地點亦不少，因此成為台灣發展風力發電之最佳地點。目前，台灣有經營風力發電廠的公司除國營的台灣電力公司外，民營亦有德商英華威等公司。

台北縣 石門　　　：裝置 6台 660瓩機組，共 3960瓩 桃園縣 大潭電廠　：裝置 3台 1500瓩機組，共 4500瓩 桃園縣 大園與觀音：裝置 20台 1500瓩機組，共 30000瓩 新竹市 香山　　　：裝置 6台 2000瓩機組，共 12000瓩 新竹縣 竹北　　　：裝置 5台 2000瓩機組，共 10000瓩 新竹縣 竹北春風　：裝置 2台 1750瓩機組，共 3500瓩 新竹縣 新豐　　　：裝置容量 2萬瓩 苗栗縣 大鵬　　　：裝置 21台 2000瓩機組，共 42000瓩 苗栗縣 竹南　　　：裝置 3台 2000瓩與 1台 1000瓩機組，共 7800瓩 台中縣 台中電廠　：裝置 4台 2000瓩機組，共 8000瓩

台中縣 台中港　　：裝置 18台 2000瓩機組，共 36000瓩 彰化縣 線西與崙尾：裝置 23台 2000瓩機組，共 46000瓩雲林縣 麥寮　　　：裝置 4台 660瓩機組，共 2640瓩　 台南縣 北門　　　：裝置 2台 1750瓩機組，共 3500瓩 屏東縣 恆春　　　：裝置 3台 1500瓩機組，共 4500瓩 澎湖縣 中屯　　　：裝置 8台 600瓩機組，共 4800瓩 澎湖縣 湖西　　　：裝置 6台 850瓩機組，共 5100瓩

台灣所有風力發電廠概況台灣所有風力發電廠概況

電力系統

控制系統

結構系統

傳動系統葉片系統

系統名稱 技術能力

葉片系統 具 OEM潛力

傳動系統 具 OEM能力

控制系統 具 OEM潛力

電力系統 具 ODM能力

結構系統 具 OEM能力

風力機整機 自有整機 (東元 )

關鍵零組件大多數已具風機產業 ODM/OEM 技術潛力與能力 ( 目前台灣業者已具備發電機、齒輪箱、塔架及其他次零件原料如螺栓、變壓器、輪轂鑄件等製造實績。

1. 台灣大型風力機技術能力

國內風電設備零組件發展現況

17.8% 16.7% 10.8% 9% 8.1% 6.2% 4.5% 4.1% 3.6% 3.4%

Ves

tas

(丹麥

)

GE

Win

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(美

國)

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(西班牙

)

En

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(德

國)

金風科

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中國

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德國

)

(2008年 )

輪轂鑄

件主　　

軸齒

輪

箱機　　

座轉向系

統煞車系

統塔　　

架

源潤豐(2MW)

台灣正昇源合興0% 0% 0% 0% 100% 0%

東元電機 (2MW)

大同

控制系

統葉　　

片

0%

發

電

機

0% 0%

中鋼機械 ( 209座 ) 台朔重工(660kw, 4座 ) 力鋼

先進複材 華陽綜合工業

台朔重工 (660kW)

台船

0%

24.0% 4.0% 5.5% 14.5% 10.0% 13.0% 18.5% 4.0% 4.5% 2.0% ( 成本計算不含土木工程＆輸送配電部份 ) (以 2MW 風機計算 )

東元電機源潤豐 台灣正昇源合興

162.1 39.0 　 12.0 237.1 0 0 0 0 0 0

台灣已裝置及興建中容量 (MW)

台灣自給率

次系統

關鍵組件

成本比例

前十大系統廠在全球市佔率 *

葉片系統 傳動系統 電力系統 結構系統 控制系統

資料來源： BTM Aps/ 工業局 / 台灣風力發電設備產業聯誼會 /金屬中心 產業研究組整理

具製造實績廠商具能力之潛力廠商 有意願潛力廠商

台灣大型風力機技術能力

國內風電設備零組件發展現況

台灣小型風力機技術能力

國內風電設備零組件發展現況

水平軸 1kW 1.1~10kW　 25kW　 50kW　 150kW

1kW ~ 50kW ，以 0.9 ~ 11kW 居

多

(2008年 )

擎洋 (水平— 1kW ~ 50kW)華陽 (水平— 5kW,25kW, 150kW)先進複材 (水平－ 25kW)磁震 (垂直－ 5kW)

垂直軸0.4kW ~ 10kW

整機系統

次系統／零組件

國際大廠

Southwest、 Proven Energy、 Northern Power、 Bergey ( 美國 )

主力機種

江蘇神州風力發電有限公司、內蒙古龍信博風電設備製造有限公司 ( 原內蒙古商都牧機廠）、內蒙古天力機械有限公司 ( 原內蒙動力機廠）、廣州紅鷹能源科技公司、南京東龍電子電器科技中心、WindDays( 中國 )

0.2 kW ~1kW

神鋼電機 ,Zephyr( 日本 )

~ 0.5kW

新高能源 /富田 電機宏銳電子 ( 風

光綠能 ) /上特公司

恒耀工業崨豹科技上特公司 瀚創科技 / 風技綠能

核研所(第三代組裝中 )

核研所

葉　　片 發 電 機 控 制 器

崨豹科技 ( 已暫停開發 )

電力轉換

富田(1kW~25kW )利愛電氣(150kW)

宏銳電子 (0.4kW ~ 150kW)

達方 (1kW)耀能 (0.4~3kW)

國橋 (0.4kW~ 10kW)

愛德利科技 (1kW)聞祺 (0.9kW)

恒耀工業崨豹科技台達電上銀科技

廠商

廠商

石田製作所、松村機械製作所 ( 日本 )

~0.5kW

0

2

4

6

8

10

12

14

2005 2006 2007 2008 2009

(NT )各零件產值 億元

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45(NT )總產值 億元

塔架 大型鍛件大型扣件 ( )大型鑄件 輪轂、轉軸

( )齒輪箱 含鑄鍛零組件 ( )發電機 含矽鋼片等零組件變壓器 ( )控制系統 含電容器、變頻器

( )葉片 含樹脂、纖維等 /小風力機 零組件大風力機其他次零件如電子開關等 總計

35.5億元35.5億元

台灣風力發電零組件推廣產值發展

國內風電設備零組件發展現況

“2009年”為台灣再生能源條例啟動元年國內風電設備零組件發展現況

設置利用再生能源之自用發電設備，其裝置容量不及 500kW者，不受電業法 97/98/100/101/103條規定之限制。政府新建、改建公共工程或公有建築物，優先裝置再生能源發電設備。

設置利用再生能源之自用發電設備，其裝置容量不及 500kW者，不受電業法 97/98/100/101/103條規定之限制。政府新建、改建公共工程或公有建築物，優先裝置再生能源發電設備。

中小型風力機裝置不受電業法限制：簡化設置作業程序，且公共工程優先裝置權，有助於台灣中小型風力發電市場開

發。

中小型風力機裝置不受電業法限制：簡化設置作業程序，且公共工程優先裝置權，有助於台灣中小型風力發電市場開

發。

基金用途：風力發電電價補貼、設備補貼、示範補助及推廣利用基金用途：風力發電電價補貼、設備補貼、示範補助及推廣利用

購售風電躉購費率不得低於台灣電業化石燃料發電平均成

本

購售風電躉購費率不得低於台灣電業化石燃料發電平均成

本電業及設置自用發電設備達一定裝置容量以上者，應每年按其不含再生能源發電部分之總發電量，繳交一定金額充作基金，作為再生能源發展之用；必要時，應由台灣政府編列預算撥充。

電業及設置自用發電設備達一定裝置容量以上者，應每年按其不含再生能源發電部分之總發電量，繳交一定金額充作基金，作為再生能源發展之用；必要時，應由台灣政府編列預算撥充。

邀集各部會學者 /專家 /團體組成委員會，審定再生能源發電之躉購費率及計算公式，必要時舉辦聽證會後公告之，每年應視再生能源發電技術進步、成本變動、目標達成及相關因素檢討或修正。

邀集各部會學者 /專家 /團體組成委員會，審定再生能源發電之躉購費率及計算公式，必要時舉辦聽證會後公告之，每年應視再生能源發電技術進步、成本變動、目標達成及相關因素檢討或修正。

公司法人進口供其興建或營運再生能源發電設備使用機器、設備及其所需之零組件，在台灣尚未製造供應者，免徵進口關稅。如係國內已製造供應者，其進口關稅得提供適當擔保於完工之日起，一年後分期繳納。

公司法人進口供其興建或營運再生能源發電設備使用機器、設備及其所需之零組件，在台灣尚未製造供應者，免徵進口關稅。如係國內已製造供應者，其進口關稅得提供適當擔保於完工之日起，一年後分期繳納。

20 年內，每 2 年訂定再生能源推廣目標及各類別佔比。獎勵總裝置容量6.5GW~10GW

20 年內，每 2 年訂定再生能源推廣目標及各類別佔比。獎勵總裝置容量6.5GW~10GW

擴大台灣風力發電內需市場

擴大台灣風力發電內需市場

降低風力發電設備業者生產成本

降低風力發電設備業者生產成本

1. 台灣市場誘因不足，難以吸引系統廠商國際合作

2. 缺乏商品化實績3. 上中下游整合能力較弱4. 缺乏有系統之行銷能力5. 缺乏強而有力產業扶植政策6. 缺乏國家測試認證標準及平台1. 缺乏利基型產品2. 缺乏國際行銷能力3. 技術仍待提升，以降低整機成本4. 缺乏國家測試認證標準及平台

1. 切入國際大廠供應鏈速度過於緩慢

2.市場不明確，廠商投資意願低

3.歐美測試認證時程長

1. 切入國際大廠供應鏈速度過於緩慢

2.市場不明確，廠商投資意願低

3.歐美測試認證時程長

1.同質產品多，無法快速擴大市場

2. 海外認證成本高及時程長

1.同質產品多，無法快速擴大市場

2. 海外認證成本高及時程長

產業推動瓶頸 關鍵因素分析

產業發展瓶頸與建議解決方案

發展策略 推動作法

發展關鍵零組件，切入國際大風力機系統廠供應鏈

運用台灣招標風場 ( 目前台電二、三期採大型標案結合工業合作機制 ) ，協助引進技術，促成台灣零組件廠商與國際系統廠合作

運用台灣未來離岸風電市場機會，吸引國際大廠共同合作，建立關鍵零組件自主能量

運用台灣日後風力機維修市場機會，協助台灣業者切入風力機關鍵零件市場

提供投資設廠優惠及台灣地理位置優勢吸引國際系統廠，在地生產零組件供應亞太市場，分擔現有供應商產能 ( 或是取代部份供應商 )

結合政府各類專案計畫 (兩岸搭橋計畫 ) ，協助業者建立研發及生產能量，並協助通過歐美權威機構之測試認證，未來亦可與北京鑒衡認證中心合作進軍中國市場

發展次零件生產 /組裝，切入國際大風力機組件廠供應鏈

發展自主型 小風力機拓銷台灣外市場

國內風力發電設備產業發展策略

建立共通標準及測試認證平台 協助建立高性能低成本技術及國際行銷人才培育拓展台灣海內外市場

以亞太市場為誘因，鼓勵台灣大廠投資，並吸引國際系統廠至台建立亞太地區組裝中心

由次零組件切入國際組件大廠供應鏈，逐步進入組件市場。

建立台灣次零組件廠商技術資料庫，並協助取得系統認證

資料來源http://content.edu.tw/senior/life_tech/tc_t2/enerage/eng-ref.htm 能源與運

輸網http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?

add_year=2004&popsc_aid=121 行政院國家科學委員會

syhsu@ocit.edu.tw 環境資源管理

http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E9%A3%8E%E8%BD%A6&variant=zh-tw 維基百科

引用中國時報苗栗風力發電噪音報導

綠色能源 ──台灣風力發電的現況與展望撰文╱攝影：何佩芬

energy.ie.ntnu.edu.tw/file_download.asp?KeyID=1083&file_path=Periodical_Paper