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風能的利用

根據估計,全球的風能約可達2.74x109MW, 其中可利用的部份為2x107MW, 約為地球上可開發利用的水能總量的10 倍以上! 風能的利用, 主要就是將氣流運動時, 所攜帶的動能轉化爲其他形式的能; 例如我們前面提到的太陽能風力發電塔, 就是用人為安排的溫室效應, 產生風能來發電! 

自古以來, 人類就懂得利用風能帶動風車, 幫人類磨米、麥以及汲水灌溉; 另外帆船也是利用風能來乘風破浪; 只是, 數千年來, 風能技術發展緩慢! 一直到1973 年世界發生石油危機, 人類才開始積極的開發風能, 特別是針對地廣人稀的草原牧場, 以及遠離電網和近期內電網還難以達到的沿海島嶼或交通不便的邊遠山區, 風能和太陽能一樣, 都是目前解決生產和生活的可靠途徑! 

風能計畫

1974 年, 因應石油危機, 美國開始實行聯邦風能計畫! 同時, 順利的在1980年代, 成功地開發了100kw、200kw、2,000kw、2,500kw、6,200kw、7,200kw等6種風力機組; 同時, 完成國家的風能資源評估; 風能開發對社會和環境問題的影響. 

台灣在1961年, 就由國營事業台電公司試著在澎湖白沙鄉, 設置了一台50瓩級的風力發電機; 在1980年代, 台灣工研院能資所在經濟部能源會的資助下, 開始進行長期而系統性之風能研究! 完成評估台灣陸域約有100萬瓩之風力發電潛能; 另一方面建立自主風力機研製技術能力, 並於新竹湖口設立了4瓩、40瓩、150瓩三型風力發電機試驗場! 可惜後來中止研發, 使得台灣目前在大型風能發電機關鍵技術上與國際有相當大的距離. 

風電產業

而丹麥為歐洲開發風力發電的先驅, 在政府的政策支持下, 從1980年代至今, 二十多年來持續研發, 成功的造就了國際化的風能發電產業! 另外, 德國從 1990 年代初開始大力投入風電產業, 在優異的工業基礎與政策鼓勵下, 其風電裝置容量呈驚人的指數成長, 遠高於其他國家, 目前為全球第一, 佔全球總裝置容量的百分之三十五! 

至2004年底為止, 全球大型風能發電裝置總容量已達47.6GW; 總共已有53 個國家採用了風能發電; 約相當於47座標準核能電廠的裝置容量; 主要分佈於歐洲（ 73% ）與北美洲（ 15% ）; 其中以德國最多, 有166億瓦, 佔全球35%, 其次為西班牙, 已裝容量達82.6億瓦.! 

就未來展望而言, 艾克森美孚公司認為全球風能發電機產能裝置量, 預期將以年平均12.4%的成長率高角度成長到2030年! 而台灣目前已有台塑麥寮, 竹北春風等6座風力發電設施, 總裝置容量約為2,000萬瓦, 並且還有另外15座風力發電設施即將陸續商轉, 不過裝置量都不大, 整體而言, 只能說還在起步階段.  

風能的關鍵主角---葉片

從結構上來看, 現代商業化之大型風力發電裝置, 主要是由擷取風能的葉片; 鎖定葉片, 轉換風能成為機械能的葉輪; 配合風速變化, 改變葉輪轉速的變速器; 發電機; 直/交流轉換器; 蓄電池、塔架、控制系統、以及輸配電力的電網所組成!  

其中葉片為主要關鍵技術之一; 因為, 大型風力發電裝置的葉片,其原始設計和選材, 將決定了機組發電性能與功率的好壞; 而葉片的成本, 約佔風力發電機組總成本的20%;目前風力葉片已是100%的複材產品, 其材質以玻璃纖維強化塑膠材質為主, 具有質輕、耐腐蝕等功能; 未來發展趨勢將以碳纖 ( carbon fibe r) 或碳纖 / 玻纖混成 ( carbon / glass hybrid ) 取代玻纖, 朝更大型化風力發電機組發展 

風電材料的提供者

在供應面方面, 目前丹麥廠商Vestas 生產了全球34%所需的風力發電機組; 而世界風能第二大廠商則是西班牙的Gamesa, 全球市佔率有18%; 此外德國的Enercon也貢獻了16%; 另外, 在風力發電最關鍵的材料葉片方面, 則由LM Glasfiber ( 丹麥 )、Vestas及Enercon三大製造廠所寡占, 合佔全球風力發電葉片市場85% ~ 95%!  

小型併聯型風力發電系統

我們前面介紹併聯型發電系統時, 在圖片中已介紹, 除了光伏電池和燃料電池之外; 事實上小型風力發電機組, 也是非常好的選擇方案, 特別是只要有風, 不管是白天或晚上風力機都會辛勤的為我們工作, 提供我們需要的電力; 不會因為沒有日照, 或是沒有氫燃料, 而罷工! 但是因為風力機也常常受制於, 風向不定, 風力不穩, 因而無法產生固定的電流, 來滿足大型家電的電力需求; 因此, 作為混合式的發電系統之一, 經過蓄電池組的儲電功能配合之後, 一支可產生500瓦的小型風力發電系統, 已足以供應家庭照明使用了！ 

例如, 我們在台大校門口( 羅斯福路, 新生南路 ) 有一個小型風力發電系統, 他的特色是, 在小風車下方附有一塊太陽能電池板,可以整合風能和太陽能發電的優缺點, 達到穩定供應電力的效果! 目前中國大陸, 僅內蒙古一地, 至少已經安裝超過13萬台的家用微小型風力發電機( 150~ 500瓦 ) ! 另外, 小型風車在日本也十分蓬勃, 已發展出連1.2m/s ~ 1.5m/s的微風都能發電, 並在風過大時能自動啟動煞車, 以防過熱, 造成危險!   

附帶一提, 台灣強而青公司, 在2006年2月量產推出世界最微小型之一的透明風力發電機, 風扇直徑2.8公分, 可自動調整迎風向, 發電機尺寸 1.3 x1.4 x1.7公分, 可發電2.2V 70mA, 並且同時.負載3~6個超亮LED燈, 是個非常有趣的微小型風力發電機! 相信未來會有更多方面的應用, 被開發出來!