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按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,1,大綱,一,、,前言,二,、,研究動機與目的,三,、,風能利用現況,四,、,風力發電系統之簡介,五,、,電力系統規劃設計,六,、,基地風力潛能,七,、,系統之規劃設計與建置技術,八、結論,國內風力發電應用概況,(,補充資料,),1大綱一、前言,2,一,、,前言,在積極開發電源及地球環保漸趨嚴謹的條件,下，我國電力能源的開發與使用面臨極大困難，,許多因應方案因而被提出,，如：推展汽電共生、提升能源效率與電力生產力、改善產業結構、擴大天然氣發電、積極開發新能源與電力事業自由化等，,特別是新能源的積極開發,。,雖然新能源與傳統發電方式（火力發電、核能發電,）相比，其,發電密度稍低且成本高,。然而技術的精進，即可控制供應的穩定；同時改變營運方式，由,中央集中,式全國電力聯網概念變成,區域分散,和,因地制宜,方式，即可彌補缺陷,。,2一、前言在積極開發電源及地球環保漸趨嚴謹的條件下，我國,3,過去數年來，風力發電已成為,全球成長最快速的再生能源發電,。到,2001,年底，全球已有,46,個國家應用風力發電，,總裝置容量已至,25,000,MW,，預估,年發電量逾,500,億度,。,希望未來,20,年的大型風機發展中，國家的能源政策能給予風能系統最大的補給配套措施。,歐洲和美國的工業性研究計劃中,，預計在,2010,年,裝置,容量,，分別要達到,11,500MW,和,10,000MW,。,二,、,研究動機與目的,3 過去數年來，風力發電已成為全球成長最快速的再生能,4,台灣地區為海島型氣候,，風力資源豐富，冬季盛行東北季風，夏天亦不乏西南季風及海陸風氣流吹拂，沿海地區風力潛能相當高。,在上述新能源開發、分散式能源利用與區域產業能源之概念下，十分值得進行小型風力發電系統的應用技術。,因此本研究在台南市政府建設局漁業課之建議與協調下，以位處,市郊城西里虱目魚示範養殖場,為研究對象，進行小型風力發電系統之規劃設計與設置工作。,4台灣地區為海島型氣候，風力資源豐富，冬季盛行東北季風，,5,三,、風能利用現況,在,離地,10,公尺所測得的平均風速有,5m/s,以上,，風能就足夠發展了。此外必須,考慮一些環境因素,，如風性,、,曝露性佳且不受外物遮擋,、,交通便利,.,。,近年來，風力發電已有往,離岸式發展,的趨勢，主要的場址是在,淺海海域地區,。因為在海上通常,風速較大,，有很好的風力資源，並且,風速平穩少亂流,。,不過，,缺點是難以評估當地情況,，,以及設備的,維護成本較高,，,比陸地風力機組貴上,60%,左右。,5三、風能利用現況 在離地10公尺所測得的平均風速有5m,6,6,7,世界各國風能利用現況,近年來全球風力發電之裝置量急遽增加，,2002,年全球風力發電有,7,227MW,的增設容量,，雖然增設容量成長率只有,6,，相較以往為,1996,年以來最低，也遠低於,2001,年的成長率（,52,），然而過去,5,年增設容量的平均成長率亦有,35.7,之高，且迄至,2002,年底,累積容量已超過,32,000MW,，預估,年發電量可達,620,億度,。,全球累積容量以,歐洲的佔有率（,75,）,最高，仍位居領先地位。其中又以,德國,為之最，達歐洲全部佔有率的,53,，依次才為西班牙、丹麥、美國，而去年新擠進前十名者有澳大利亞、荷蘭兩個國家，日本則為亞洲的新興市場。,7世界各國風能利用現況,8,資料來源：,(AWEA,2003 Global Wind Energy Market Report),8資料來源：(AWEA,2003 Global Wind,9,根據美國風能學會的報告顯示，每,瓩,的風力發電成本，,已從,1980,年代早期的,(,美金,)38,分,，,降至今日的美金,36,分,。風力發電的成本與其他發電方式相比，不但已具競爭力，預期還會持續降低。,資料來源：,(AWEA,2003 Global Wind Energy Market Report),9 根據美國風能學會的報告顯示，每瓩的風力發電成本，已,10,台灣地區風能應用之可行性與現況,國內嚴重缺乏自給能源，,超過,96,的發電燃料必須仰賴進口,，近年來由於,國內能源逐漸出現短缺現象,，加上核電因政治因素面臨停擺、復工等非技術性外部影響，國內電力供應勢必在短期之內受到嚴重的考驗，因此尋找替代性能源乃當務之急。,由於台灣地理位置得宜，風力資源相當豐富，,主要分佈於西部沿海與澎湖離島等地區,。,年平均風速可達,5,6m/s,以上,，,風能密度達,250W/m,2,以上,，甚具開發潛力。,依據風能評估結果，經濟部能源會,預計於,2020,年總開發容量達,1,500MW,，其中,陸域為,1,000MW,；而,海域則為,500MW,。初步規劃我國風力發電設置逐年目標如圖,1,所示。,10台灣地區風能應用之可行性與現況,11,圖,1.,我國風力發電設置逐年目標,資料來源：,(,工研院能資所,2003 ),11圖1.我國風力發電設置逐年目標資料來源：(工研院能資所,12,四、風力發電系統之簡介,早期，風力發展大多是運用於交通運輸及農業水利上。直到,19,世紀末，由丹麥人,“,Paul La Cour,”,製造了世界上，第一台風力發電機，而開啟風能的時代，他也因此被尊為,風力機之父,。,風力發電機藉由,風的氣動力轉動風扇,，轉動方式包括,升力及阻力,，對葉片產生轉動扭矩，帶動齒輪發電機，進而產生電力。一般來說，風力發電機無法將風能全部轉換為電能，,平均輸出效率約在,20%,至,40%,之間,。,12四、風力發電系統之簡介 早期，風力發展,13,13,14,目前主流風力機為,水平軸,、,三葉式翼型風力發電機最為常見,。而此種風機特色：,3,葉片有穩固輪軸旋轉翼的功能，可是市面上樣式還是有雙葉片及單葉片。,葉片是強化玻璃纖維的製成品。,藉由調整尾翼的傾斜角度來控制電力產量。,鋼管或鋼鐵縛綁而成的塔架。,接下來是,垂直軸式風力機,，到目前為止，只有少數的型式被應用在工業上，有趣的是這種機型的旋轉翼，要,藉由發電機發動,，,葉片傾斜角度是固定在軸上不能更改的,。,資料來源：,(,工研院能資所,2003 ),14 目前主流風力機為水平軸、三葉式翼,15,15,16,大型、小型風力發電系統的應用邏輯是截然不同的：,大型風力發電系統主要為提高國內電力容量,，因而藉由電力聯網之併接，將所產生的電力加入商用電力容量之中；,而小型風力發電系統著重於自給自足的概念,，將所產生的電力應用於合適之區域產業中，以減少對於商用電力之需求，其主要貢獻在於降低國內電力之尖峰負載。,表,1.,小型風力發電機之分類,分類,發電量（,kW,）,葉片半徑（,m,）,最大轉速（,rpm,）,應用層面,微型（,micro,）,1,1.5,700,小型用電負載,中微型（,mid-range,）,5,2.5,400,郊區房舍,小型（,mini,）,20-50,5,200,近郊小社區,資料來源：,(Mukund R.Patel,1999,Wind and Solar Power System,CRC Press,）,16大型、小型風力發電系統的應用邏輯是截然不同的：大型風,17,目前風力發電技術已達成熟，且大量商業化應用。,20,年前風力機單機容量、可用率及產能都相當低，且裝置及發電成本都偏高。而,目前風力機的容量則已提升將近,1,600,瓩,左右,，可用率與產能均大幅提昇。,資料來源：,(AWEA,2003 Global Wind Energy Market Report),17 目前風力發電技術已達成熟，且大量商業化應,18,為避免機組間有擾流情況影響，,一般,風力機配置方式是依照風行的方向調整,。設置機組時如與主風向垂直時，則機組間應該至少相距,葉輪直徑的,2,到,3,倍,；如與主風向平行則要,相距,5,到,6,倍,以上。,此外，為了獲得更好的發電效能，,設置環境通常選擇風大且較偏遠的地方,，並與住家保持距離，避免噪音干擾。且應避開通訊或雷達站。,23,倍葉片直徑,風向,56,倍葉片直徑,資料來源：,(Mukund R.Patel,1999,Wind and Solar Power System,CRC Press,）,18 為避免機組間有擾流情況影響，一般風,19,附加價值,風力發電廠在適當的配置下，,可使當地的景觀更有特色，甚至有景觀再造的功效,。為避免妨害自然景觀，風力發電機的外表都被塗抹成雪白色,。,美國風能協會指出一部,750,瓩的風力機每年可發,200,萬度電，,約可減少,1,500,噸二氧化碳排放量,，相當於,204,甲樹林每年所吸收的貢獻量。因此風力發電的,社會環境成本評估每度電僅,0,到,0.1,美分,，比燃煤及燃油等傳統能源低了非常多,。,風力機工業可提供就業機會，依據丹麥風能協會調查，,西元,2000,年底風力發電業共提供全球超過五萬個工作機會,。,19附加價值,20,五,、電力系統規劃設計,由於風力的不確定性（無風狀態、風速不足以啟動葉片等），加上區域產業用電的間歇性質，小型風力發電系統除了發電本體外，,尚,須設置必要的附屬設備以降低缺電風險,，如輔以蓄電系統、裝置緊急柴油發電機、與太陽能發電系統併接、與商用電力併接等。,直流配電盤,（,Connection box,）,直,/,交流轉換器,（,DC/AC converter,）,（,Inverter,）,充電控制器,（,Charging control circuit,）,蓄電池,（,Storage battery,）,直流負載,（,DC load,）,交流負載,（,AC load,）,商電併聯裝置,（,Connection Sys.,）,商用電力系統,電力調控組,（,Power Conditioner,）,圖,2.,本研究規劃之小型風力發電系統示意圖,20五、電力系統規劃設計 由於風力的不確定性（無風狀態、,21,以下將簡單介紹常用小型風力發電系統電力構件：,整流配電盤：,整流配電盤可處理多組風力發電機產生的電力,，配電盤內有輸入回路斷路端子（或簡易開關）、逆流防止二極體、突波吸收器、分流器、配線用遮斷器、誘導雷保護器等，,蓄電系統設計：,再生能源的應用，不論是風力發電或太陽能發電等，,都必須面對間接性電力供需之特性,。,充電控制器：,當蓄電池容量不足且外在電源（如風力、太陽光能、商業電力、緊急發電機等）存在時，,充電控制器可自動將外在電源產生的電力回充至蓄電池中,，且依周遭環境溫度的狀態自我補償。,直交流轉換器：,直交流轉換器（,DC/AC converter,inverter,）的,主要功能是將產生的直流電轉為交流電,，各廠家生產的直交流轉換器（,inverter,）功能大同小異，其劃分大概以,10kW,來分界點,。,21以下將簡單介紹常用小型風力發電系統電力構件：,22,在發展中國家，或是偏僻地區（像小島），其因應的能源配套型式：,小型（,10-300,KW,）風力發電機供應居民的動力系統,，同時也有柴油，或其它再生能源的發電型式（如水力或光電系統）。,獨立的風力發電機（,1,000-1,500,KW,）供電至一個或更多個孤立住處,，另外為了能持續供應電力，只好藉由其它能量來源的補給。例如：柴油（小規模風力,/,柴油系統）或是藉由儲存系統，像電池、快慢調節渦輪抽水蓄能,.,等。,22 在發展中國家，或是偏僻地區（像小島），,23,風力發電因風力的時大時小，並非穩定的基載，無法當作主要的民生供電來源，但,可與一般市電併聯使用，作為輔助性能源,，大幅節省對於傳統能源的消耗。,根據,美國紐約世界展望機構的研究,，風力發電每一年所提供的電力，比其它任何一項再生能源科技都還來的多,。,23 風力發電因風力的時大時小，並非穩,24,風能的,優點是無污染,、,且不虞匱乏,；但亦有其,不穩定及間歇性的固有缺點,，所以欲有效利用風能，可採以下三種方式：,供應可間斷性之負載：如抽水
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