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區域架設風力發電之可行性分析1/12篇名區域架設風力發電之可行性分析作者牟晉廷。國立台南海事。機電二吳凱瑋。國立台南海事。機電二陳柏翰。國立台南海事。機電二PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion壹●前言近年來，各個國家都積極地進行各種替代能源的開發研究，並需同時考量自然環境受到破壞之嚴重性，因此在能源的開發中，都以無污染的再生能源做為優先考量，其中又以綠色能源風力發電最為環保。在風力發電漸漸的開發後，許多因素會影響到風力發電的效率，因此無論產業界或學術單位多有針對風力發電機之機構設計進行專利分析，如葉片、轉軸、轉子等，但是先決條件要有合適的『地形』及『風能』，這就是本文所要探討的問題。目前我們都知道，在台灣和一些歐美國家，皆有使用風力發電機，不過據我們發現，在歐美地區的國家，已同時具有陸岸式及離岸式的風力發電機，但在台灣卻只有陸岸式的，而離岸式目前仍未架設。本文就是以離岸式的風力發電機做更深一層研究及探討，並與各國相互比較，好了解架設時所需的一些先決條件、設備材料的考量和其往海上發展的原因。貳●正文一、關於陸上風力發電01.臺灣風力發電起源臺灣風力發電的起源在澎湖，民國50年台電公司曾在澎湖白沙鄉設置一台50瓩級風力發電機進行試驗。在兩次能源危機後，政府為促進能源多元化，在經濟部能源會的資助下，工研院能資所於民國71至79年間開始進行長期而系統性之風能研究，惟當時設計用途為實驗性質，並藉此栽培風力發電人才。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion(註一)02.臺灣風力資源臺灣為一海島地形，每年約有半年以上的東北季風期，沿海、近海及離島許多地區之年平均風速超過每秒4公尺，風能潛力相當優越，根據工業研究能資料所調查顯示，臺灣中北部山區、西部沿海及離島等均屬風能資源豐富地區，極適合開發風力發電，估計可開發總裝置容量至少可達300萬瓩以上。民國93年間政府宣示，至公元2010年我國再生能源發電總裝置容量配比，將由目前的5.45%提升至10%的政策目標，依此目標估計，我國必須再增設再生能源發電容量達330萬瓩，其中百分之八十來自風力發電，亦即未來六年期間，我國必須增設之風力發電容量將高達216萬瓩。臺灣主要之風能蘊藏區域包括：北部：桃園之大元到新屋沿海。新竹之新豐到香山一帶。苗栗之後龍至苑裡沿海一帶。中部：沿海，自通宵、大甲、經梧棲、大肚，一直到彰濱及麥寮沿海一帶。南部：嘉南沿海、高雄屏東墾丁等地亦富風力潛能。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion(註二)03.臺灣風力發電發展現況目前臺灣共完成8,540瓩之裝置容量，包括雲林麥寮2,640瓩、澎湖中屯2,400瓩以及竹北春風3,500瓩等三座風力發電示範系統。A.雲林麥寮風力發電機組「麥寮風力發電示範系統」是國內第一座商業化運轉之新式風力發電場，位於雲林台塑六輕工業區東緣之綠帶，由台塑集團之台朔重工公司所設置，該系統採用4部丹麥Vestas660瓩機組，總投資一億多元，經濟部能源會將補助三千八百萬元，產出電力併入六輕工業區之電網系統，主要提供台朔重工機械廠自用。除風力發電機及控制系統進口外，其餘設備均由國內自製。塔架在台朔重工麥寮廠製作，基礎、電纜線埋設與系統整合等亦由台朔重工自行設計施工。由於事先妥善規劃準備及超高施建效率，約僅半年即告完成，並於89年12月27日由經濟部尹啟銘次長主持完工啟用典禮，將此國內首座商業化運轉之風力電場正式介紹給國人。經濟效益方面，以投資成本9,000萬元計算，其平均發電成本為1.41元/度；若扣除補助款投資成本降為5,200萬元，平均發電成本更低達0.92元/度，已漸可與傳統能源競爭。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion(註三)B.澎湖中屯風力發電機組「中屯風力發電示範系統」位於澎湖白沙鄉中屯村東北隅，由台電公司建置，採用4部德國Enercon600瓩機組，輸出電力併入湖西變電所由尖山電廠監控調度。該機組為四部六百瓩風力發電機組成，此風力發電機組高塔型、垂直風葉片、水平發電機組，在二級風速時即可發電，十二級風時可以滿載發電。目前四部機組佔澎湖總發電量的七％，澎湖規劃興建的尖山電廠發電量可達十二萬瓩，但每度電力的成本為五元餘，風力發電每度成本約三元餘，似乎較為節省，惟澎湖夏季的風力顯有不足，供電高峰又集中在夏季，若要以風力發電為主力，需要審慎的評估。中屯風力發電系統設置以來，結合澎湖地區之觀光資源，已成為當地之新地標及觀光景點，每年吸引近萬人至現場參觀。除了觀光效益外，更成為拍攝廣告青睞的地點，國內數部商業廣告皆選擇四部風機為背景，結合風力機之力與美以展現商品行銷的訴求。分析中屯示範系統之經濟效益，其平均發電成本為2.13元/度；若扣除補助款投資成本為11,350萬元，平均發電成本則降為1.72元/度。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion(註四)C.竹北春風風力發電機組「春風風力發電示範系統」係由正隆集團之天隆造紙廠公司承建，採用兩部丹麥Vestas1,750瓩風力發電機組，輸出電力全部作為天隆竹北廠的輔助電力。該系統設置於竹北鳳山溪旁之廠區東側綠帶，距濱海公路僅二公里，交通便捷，極具風力發電潛力及展示條件。由於當地電力供應不足，廠區使用柴油發電成本較高，並為落實正隆企業與天隆紙廠之環保政策，在工研院能資所積極輔導下，於91年10月下旬完成吊裝工作與線路併聯，開始商轉。春風示範系統為台灣北部首座、全國第一個由百萬瓦級大型風機所構成之風力發電系統，於西濱快速路上非常醒目，北部民眾可就近參觀。經濟效益方面，春風示範系統總投資成本約11,500萬元，年發電量預估882萬度，分析計算其發電成本為1.30元/度；若扣除補助款投資成本降為5,900萬元，而發電成本更低達0.79元/度。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion(註五)二、離岸式風力發電01.離岸式風力發電起源自1990年，瑞典成功建立第一座離岸式發電機，當時掀起全球發展離岸式風力發電的風潮。其中，丹麥是推展離岸式風力發電機最先進的國家，在Vindeby(水深1.5m~5m，離岸1.5公里)及TunoKnob(水深3m~5m，離岸6公里)地區建立了兩個離岸式風力發電場，並規劃在2030年之前設置4000MW離岸式風力發電容量。德國、英國、荷蘭等國家，也分別的進行了許多離岸式風力發電的計畫，離岸式風力發電目前已成為風力發電所發展的方向了。(註六)PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion離岸式風力發電現況從瑞典建立了第一個離岸式風力發電後，截至2006年為止，如下表所列全球共設置有20處之風力發電場，大型之離岸式風力發電場集中在丹麥、英國等歐洲國家，其中以丹麥HornsRev離岸式風力發電廠裝置容量最大，丹麥Nysted居次，其後依序為英國NorthHoyle、ScrobySands及KentishFlats風力發電場。大部分的離岸式風力發電場均建於水深20米以內的海域，離岸最遠達14里。由於這些離岸式風力發電場運轉獲得許多正面的評價，同時使用大型的風力機組(2.0MW以上)及採用新的基座技術，已可大幅提高離岸式風力發電的經濟效益，因此未來離岸式風力發電場深具發展潛力。地點國家機組數目風力機廠牌/大小裝置容量(MW)離岸距離(km)水深(m)設置年代Nogersund瑞典1WindWorld220kw0.220.551990Vindeby丹麥11Bonus450kw4.951.5-32-61991Lely(Ijsselmer)荷蘭4NedWind40-500kw2.00.85-101994Tunoknob丹麥10VestasV39-500kw5.063-51995IreneVorrink荷蘭28Nordtank600kw16.80.031-21996Bockstigen瑞典5WindWorld550kw2.7546-81997Utgrunden瑞典7EnronWind1.5mw10.5127-102000Blyth英國2Vestas2mw415-112000Middelgrunden丹麥20Bonus2mw402-35-102000YttreStengrun瑞典5NegMicon2mw10582001FrederikShane丹麥1VestasV903mw30.512002HornsRev丹麥80VestasV802mw160146-132002Samsoe丹麥10Bouns2.3mw233.511-182003NorthHoyle英國30VestasV802mw60812-212003Nysted丹麥72Bonus2.2mw158.4106-9.52003Arklow英國7GE3.6Offshore25.210102004ScrobySands英國30VestasV802mw602.513-202004KentishFlats英國30VestasV903mw901052005BarrowFurnes英國30VestasV903mw907.515-202006EgmondaanZee(OWEZ)荷蘭36VestasV903mw10810-1818-202006(註七)PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion以下是全球幾個風力發電國家發展現況作一簡單的描述:A.德國德國一直引領著世界風力發電市場的發展，近10年來其風力發電裝置容量呈現驚人的指數成長，整體成長達60倍，至2004年其全國總裝置量為達16.628MW，約佔全國電力需求的5%，德國在2003年新增的風力發電裝機容量達到最高峰，為3.247MW，2004年新增容量則下降為2.019MW，主要因為陸域風力發電場已經趨近於飽和。德國政府近年來開始大力推展離岸式風力發電，期望在2030年其離岸式風力發電達到25.000MW的目標。德國並制定了一個長遠的風力發電發展規劃，預定2010年風力發電佔全國總發電量之8%，2025年達25%，2050年達50%。德國的風力價格約是台幣2.69元/度電，風力發電最佳的地區為海邊2.24元/度電，首都柏林市南方Klettwitz風力發電有38座風力發電機組。B.美國美國風力發電在最近之2002年及2003年均有大幅成長，照明更多的家庭與辦公室，並在電力能源供應不足與擔心大斷電危機上，風力發電帶來一線光明曙光。在2002年內，新裝置完成且開始運轉提供電力服務的風力發電裝置容量約為410MW，使2002年風力發電裝置容量達到4,685MW，而2003年新增裝置容量達到1700MW，為歷年來新增裝置容量最多的一年，因此2003年底全美國之風力發電裝置容量估計達到6,385MW，一年可生產發電150億到170億瓩小時的電力，足可提供100萬到150萬之美國家庭電力需求。目前全美國發電電力供應中，由風力發電所供應的電力尚佔不到1%。然而，根據美國風力能源協會（AmericanWindEnergyAssociation）估計，如果聯邦政府及州政府未來能夠在政策上與法規上穩定地持續支持，提供獎勵補助、減稅、與投資抵減等，並在地區性輸配電之輸送規劃上預為規劃，則在2020年之前，美國之全