【撰文／張彥文】
台灣在機電、電控、資訊、鋼構元件等封面均有相當水準，利用這些技術能力，可做為風力發電機組研發的基礎。(攝影／蔡鴻謀)
人 類利用風力發電的起源甚早，19世紀末丹麥的氣象學家保羅‧拉‧庫爾(Poul La Cour)即建造了世界上第一台的風力發電機。隨著近年來石油危機及地球暖化的效應影響，各類型替代能源快速發展，全球風力發電也持續成長。根據世界風能 協會(World Wind Energy Association)發布的報告指出，2009年全球風力發電的總裝置容量超過159GW(百萬瓩)，所發出的3,400億度電力，約占全球發電總量 的2％。
不過在全球的風力發電量中，超過98％都是來自於陸域式風力發電機，僅有不到2％是來自所謂的「離岸式風力發電」。所謂的離岸式風力發電，簡而言之即是將風力發電機裝置在海上，利用較陸地上大20％的海上風力，讓風力發電機可以較陸域式平均多出40％的電力產能。
離岸式成本仍高
雖 然離岸式風力發電的效能較佳，但因為其裝置成本是陸域式的1.5至2倍，因此還無法普及。工研院綠能與環境研究所所長童遷祥指出，再生能源是21 世紀的發展重點，大家都在談這個題目，也都投入許多資源，什麼樣的項目值得進一步的研發呢？「只要是價格還無法跟化石燃料競爭的，就表示技術還不夠成熟， 若要當成替代能源，就還需要投入研發」。童遷祥說，目前替代能源中，以風力發電的成本最低，尤其陸域式風力發電機的發電成本已經和化石燃料相當接近，因此 建置的數量最高，而離岸式則還無法與化石燃料競爭。
工研院研發的離岸風力發電機，以高溫超導發電機提高發電效率，以直驅式結構減輕磨耗、維修及重量。(攝影／蔡鴻謀)
離 岸式風力發電機成本高的最主要原因，為裝置在外海，牽涉到運輸、吊裝及輸電等成本，而且目前均以陸域機種直接搬到海上使用，並未考慮離岸式風力發電機的需 求與陸域式不盡相同。不過，現在世界各國都在研發海上專用的風力發電機，以期降低成本。例如，離岸式風力發電機將走向大型化，裝置容量朝5百萬瓦 (5MW)以上機型發展，來降低造價成本。又如離岸式風力發電機裝置在海上，往往因風浪使維修更困難，所以穩定度及可靠度也必須較陸域式風力發電機為高。 此外，由於離岸風力發電機還涉及海底地基及電纜鋪設等基礎建設工程，這些部分要如何降低成本，也都是考量的課題。
為了降低離岸式風力發電 機的成本，工研院機械所的研發團隊，在經濟部能源局專案支持下，決定先從風力發電機的關鍵技術著手。童遷祥表示，成本與可靠 度是目前離岸風力發電機研發的兩大課題，例如，目前的風力發電機，為了避免葉片造成的噪音，所以轉速都有限制，在受限的轉速下，就必須在風力機系統內裝設 增速齒輪箱來提高發電機的轉速，但是增速齒輪箱既增加了發電機的重量，也提高了製造成本。
高溫超導體的契機
為 了解決這個問題，工研院便研究以高溫超導體來當做發電機的轉子(發電機構造中繞固定中心轉動的部分)。童遷祥解釋，高溫超導體的特性，是體積小但 是帶大電流，因此可以產生很強的磁場，將巨大的扭力直接轉換成電力，而省去增速齒輪箱。如此一來，以高溫超導體做為風力發電機轉子的技術，既可以降低風機 的重量及成本，可靠度也隨之提升，是非常適合離岸式風力發電機使用的前瞻技術。
童遷祥進一步說明，高溫超導體是僅1微米厚、4毫米寬的薄 膜，目前尚無大規模商業應用，因此成本偏高，這也是工研院目前針對高溫超導體應用的研發重 點，希望能夠突破目前高溫超導體電流密度的上限。當高溫超導體每單位電流的成本小於純銅導線的2倍時，就可以讓這種材料大量運用在風力發電機上，也就能跟 美國高溫超導體的領導廠商American Superconductor或Super Power等談合作案，帶動國內離岸式風力發電機的產業起飛。
台灣擁有亞太地區最佳風能之環境，具開發價值之風能可達3000 MW，而且風力發電再生能源訂有4.22％發展配比，有利風機產業發展的推動。(攝影／蔡鴻謀)
在 進行技術研發的同時，其實商業化的布局也在進行當中。工研院於2010年7月底，促成了國內產業界和中國相關單位簽訂一份備忘錄，雙方共同合作，投入離岸 式風力發電機的技術開發及生產製造。兩岸之所以致力於離岸式風力發電機的開發，是因為台灣、福建和浙江等台灣海峽沿岸，都具備極佳的風場條件，可以做為離 岸式風力發電機的裝設地點。
童遷祥舉例，一般認定風力發電機每一年全速運轉的時數，也就是所謂的「每年滿發小時」，若是可達到2,200 小時以上，就算是有效率的優良風場。而 澎湖一帶，就可以達到4,000小時，若是能夠突破高溫超導的技術，配合這一帶極佳的風場條件，可望創造極大的電力和產業效益。若以單項替代能源對化石能 源的替代率能達到5％為標準，來篩選優先投入研發的項目，以未來十年的技術水準來衡量，風力發電的機會最高。
此外，台灣的機電、電控、資訊、鋼構元件等相關工程產業技術能力，也有一定的水平，再加上國內業者已具備開發風力發電機中基本元件的能力，對產業來說已具備相當堅實的基礎。
※延伸閱讀：‧產品碳足跡實踐綠色承諾 ‧微藻採收除水，量產生質油非夢事 ‧綠能，未來40年主宰人類歷史的產業
【完整內容請見《工業技術與資訊》2010年10月號第228期】
引用出處：
http://tw.myblog.yahoo.com/lifung-biz/article?mid=4345&prev=4346&next=4344
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