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风力发电能源资讯网
風力發電
黃榮章
台灣化學纖維股份有限公司
一、原理：
1.風能轉換及風力機
●風力機（WindTurbine）主要是藉著空氣流動轉動葉片以擷取風的動能,進而轉換成有用的机械能或電能.葉片轉子受風吹而轉動,係源於氣動力的作用（包括升力及阻力）,對葉片產生轉動扭矩
●風力機無法利用全部之風能.理論上,葉片氣動轉換之極限效率為５９.３%。
大多數葉片的轉換效率約在30~45%之間,經由机電轉換後,風力机的輸出效率則約在20~40%之間。
2.風速，風壓及風能
●空氣流動而成風,假設空氣密度為ρ,流動速率為V,受風面積為A,則
風壓P＝1/2ρAV2。
風能E=1/2ρAV3
二、風力機的分類：
風力機的種類相當多，依結構式樣可分類為：
1.按主軸與地面的相對位置，可分為水平軸與垂直軸式。
2.按轉子相對於風向的位置，可分為上風式與下風式。
3.按轉子葉片工作原理可分為升力型與阻力型。
4.按轉子葉片數量，可分為單葉型，雙葉型，三葉型，荷蘭型，美國農村多葉型。
註：
風力機性能較佳者首推二葉式及三葉式，水平軸高轉速外力型風力機。
美國農村多葉型及荷蘭型風力機則效率較低。
水平軸式
垂直軸式
三、風力機的結構：
-塔架：
支撐風力機，並使風力機迴轉中心有一定的高度。
-葉片轉子：
受氣動作用，繞軸旋轉，將風能變為機械能。
-機艙：
保護風力機的傳動發電機構與部份機電控制系統。
-增速齒輪：
機電轉換時需利用增速齒輪提昇轉速，以帶動發電機。
-發電機：
轉子所獲得的機械能借著帶動發電機產生電力輸出。
-轉向裝置：
迎風轉向的方向控制。
-控制系統：
包括防止風力機超轉速的調速控制，以及確保風力機安全運轉的安全控制等。
葉片轉子
機艙
塔架
轉向裝置
發電機
齒輪箱
輪殼
四、風力機發電的特性：
1.風能利用價值分等
風能價值分等是由美國密蘇里大學風力工程系對風能潛力而加以區分。
如下表：
年平均風速（m/s）
風能利用價值
<3
沒什麼價值
3
勉強可用
4
還不錯
5
良好
6
優異
>6
特優
2.風力發電機特性
•一般風力機啟動風速約為3m/s。
•當風速在4m/s以下時無法產生電力。
•當風速在25m/s以上時因危險需停止運轉。
•風力發電機受風速變化無常之特性，並無法輸出穩定的電力，因此一般均須併聯入大電網做為輔助電力。
五、設置地點條件：
1.台灣風力資源分佈圖
2.台灣西岸/澎湖縣風力調查表
月別
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年平均
梧棲
7.3
7.0
5.8
4.6
4.0
3.8
3.5
3.6
4.5
6.5
7.2
7.1
5.5
麥寮
5.8
5.5
4.6
3.5
3.4
3.4
3.3
3.2
4.0
4.1
5.4
6.0
4.4
東石
7.3
7.1
6.0
5.0
5.0
5.0
4.8
4.5
5.2
6.5
7.2
7.8
6.0
澎湖
10.7
9.5
7.6
6.0
5.4
5.1
4.7
5.3
6.7
10.8
10.6
9.8
7.7
由風力機發電特性得知設置風力發電條件必須年平均風力在4m/s以上，配合台灣風力資源分佈圖與台灣西岸/澎湖縣風力調查表發現，台灣適宜地點大約有梧棲、麥寮、東石、澎湖，而目前較具規模的風力發電電廠有澎湖及麥寮。
六、風力發電優點：
1.考慮能源多元化，風力發電為技術成熟之再生能源。
2.因應環保意識高漲，風力發電則無燃氣汙染。
3.因應”氣候變化綱要公約”二氧化碳排放減量,風力發電將是發展趨勢。
4.因風力機造型設計美觀,可規劃成觀光景點。
七、風力發電未來展望：
風力發電固然有許多優點，但與不同燃料之發電成本比較，風力發電每度發電成本仍較其他方式高，加上風力之多變性，無法單靠風能發電，必須與可靠之能源儲存系統聯用。
因此，如何降低發電成本以及發展可靠之能源儲存系統將是風能利用與發展之主要課題。
燃料
核能
煤
油
天然氣
風力
柴油
發電成本
（NT$/kWh）
0.85
0.89
1.34
1.77
2.14
4.24
八、結語：
現階段風力發電之經濟性仍無法與傳統發電方式抗衡，但由於環保問題的重視及能源多元化，風力發電將是發展趨勢。
風力發電兼具能源與環保雙重貢獻，值得重視推行，
●能源貢獻：
以熱值估算，風力每發1度電約可減少0.25公升燃油或0.37公斤燃煤消耗。
●環保貢獻：
屬綠色電力（GreenPower），每發1度電約較傳統能源減少1kgCO2及少量Nox，SO2等污染物排放。
社會環境成本據評估僅0~0.1美分/度電，較傳統能源低甚多。
對生態環境保護相當有益。
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