?? 風能技術 ??? 永不匱乏的綠色能源—風能，已為人類及地球帶來了商機和希望，隨著近年來風電技術大幅提升及市場需求快速增加，風力發電成本已與傳統能源相當接近。在各類新興能源中，風電被評為最具前景的領域之一，它能提供潔凈且無污染排放之電能，有能源與環保之雙重貢獻。而我國歷經風力示范推廣時期之各項努力，已使風力發電設置風潮涌現，且政府對于風電開發積極制訂相關推動政策，持續改善開發環境，促進風電產業發展。
??? 一、國內外技術發展現況
?? ?（ 一）國外技術發展現況 ??? 因世界潮流與趨勢，以及對綠色能源的重視，現今風電開發迅速的國家在歐洲有德國、西班牙、丹麥等國，在北美洲有美國，而亞洲也有印度、日本、中國。 1999 年歐洲風能協會與綠色和平組織共同出版 ” Wind Force 10 ” 報告，提出于 2020 年風電達到世界電力總量 10% 的藍圖愿景。基于國際能源機構（ International Energy Agency ； IEA ）對未來用電的需求評估，到 2020 年世界電力總需求會上升至 25,578 TWh ，則風電到 2020 年每年需產出 2,500 TWh 的電量。由于 2000-2002 那三年風電的發展不斷地超越預期的速度，以超過 30% 的年成長，成為新千禧世界成長最快的綠色能源。于是歐洲風能協會在 2003 年更新的 ” Wind Force 12 ” 報告中，更進一步提出于 2020 年風電達到世界電力總量 12% 的藍圖愿景 (EWEA, 2004) 。然而， 2003 德國陸域風場建置趨緩， 2004 年美國市場又由于國會及時延長 PTC 優惠稅制而停擺，加上離岸風場（ offshore wind farm ）建置未能及時補上，使這?年的成長無法達到 Wind Force 12 的高預期成長。即使如此，基于近五年來風電建置之成長率（如圖 3-1-1 -1 所示），顯示未來風電發展仍可令人期盼。 ???? 迄 2004 年底全球裝置容量超過 47,000 MW ，已有 53 個國家應用風電 (WWEA, 2004) ，主要分布于歐洲（ 73% ）與北美洲（ 15% ），由圖 3-1-1 -2 總裝置容量顯示，前五名分別為德國（ 16,629 MW ）、西班牙（ 8,263 MW ）、美國（ 6,740 MW ）、丹麥（ 3,117 MW ）及印度（ 2,985 MW ），另外日本亦已擴增達 896 MW ，中國緊追在后，其總裝置容量達 764 MW ，為進入前十名的另兩個亞洲國家。 ??? 丹麥為歐洲開發風力發電的先驅，由于政府的重視及鼓勵，二十多年來持續研發，造就了成功的國際化風電產業。德國在 90 年代初僅有少許的風力機應用，但在其優異的工業基礎與政策鼓勵下，十多年來其風電裝置容量呈驚人的指數成長，遠高于其它國家。西班牙則為近年的后起之秀，也是由于政策的獎勵，裝置容量亦極為快速成長， 2000 年超越丹麥成為歐洲第二， 2004 年更首度超越美國名列全球第二。就供應面而言，目前丹麥兩大廠商所生產之風力機約占全球市場的 40% ，德國次之，三大廠商共有 21.5 % 全球市場占有率，另外，印度廠商（ Suzlon ）所生產風力機之銷售量，于 2003 年首度擠進全球前 10 大廠牌排名， 2004 年占全球市場約 3.9 % ，如圖 3-1-1 -3 ）。 ? ??? 現今在市場上銷售的商業化風力發電單機容量介于 600~2,500 kW ，但基于陸上風況佳之場址有限的考慮，朝大型機組研發及設置離岸式風力電場已是歐洲風電產業發展的新趨勢。據 Enercon (Wind Blatt , 2003) 數據顯示， 2002 年在德國安裝第一部 Enercon 4.5 M W 之風電機組，是目前全球最大容量之商轉機組。 Enercon 為德國最大風機制造商， 1991 年率先開發出無齒輪式風力機 (E-40/500 kW) ， 1993 年正式銷售于全球市場，所有關鍵組件包括葉片、發電機及并聯控制系統均為自制，據統計 ( 參見圖 3-1-1 -3) ， Enercon 占 2004 年全球風機銷售市場的 15.8% ，近年均維持世界第三名之實力 (BTM Consult ApS, 2005) 。另外，在 2005 年 Repower 等風力機制造業者已完成單機容量 5 M W 之風力發電機組研發 (Repwoer system, 2005) ，并進行海上試車實驗中，是目前全球最大單機容量之發電機組，說明了風力發電機除了朝離岸式發展外，朝大型風力發電機研發也是另一個商業主流。 ??? ?現代商業化之風力發電機主要是由葉輪（葉片轉子和輪轂）、機艙、塔架以及控制系統所組成，其中葉片為主要關鍵技術之一，約占風力機成本 21% 。隨著風力發電機朝百萬瓦級發展后，葉片的制程以及測試驗證更顯重要，現以玻璃纖維強化塑料材質為主，具有質輕、耐腐蝕等功能，未來發展趨勢將以碳纖 (carbon fiber) 或碳纖 / 玻纖混成 (carbon/glass hybrid ) 取代玻纖，以朝大型化風力機發展，另外有關運轉及輸出控制模式已朝可變轉速及可變旋角節制發展（ DWTMA ）。發電機若采異步（感應式）者，已可藉由光訊號傳輸增加阻抗，將原來幾為定轉速之發電機改變為具寬廣轉差甚至于可變轉速之發電機，大幅減少發電機系統變動負荷及提升電力質量；而同步式發電機亦因先進電力電子技術，甚至可省卻風力機之齒輪箱、直接由葉輪傳動發電，可有效降低噪音及提供極佳之電力質量。目前先進的變速型風力機 (variable-speed wind turbine) 已可持續改變葉輪轉速，以配合風速變化使翼端速比值（ tip speed ratio ）維持固定以達最佳輸出效率。此種變速須配合 AC-DC-AC 變頻器使用，其關鍵在于結合風力機與電力電子變頻技術，讓葉輪轉速隨風速變化時亦能輸出穩定的交流電力。變速型風力機不需要齒輪箱，而采用一個直接耦合之大輪圈式發電機，這種發電機所需維護較少，效率較高，且可達較低起動風速，深具市場潛力。
?? （二）國內技術發展經驗 ??? 為了因應能源危機，自 1980 年起我國亦開始積極從事風力發電相關技術研究，主要研究方向及重點是風能評估及風力機研發。在風力潛能評估方面，搜集分析了長短期氣象測風資料并發展風能評估模式及選址方法。因應氣候變遷，自 2000 年開始政府便積極推動國內風力發電應用，由經濟部能源會參考國外經驗，營造推廣應用環境。 ??? 近年在政府積極推動之下，輔導相關業界投入風力發電，完成多項工作，概括整理如下： 1 ）技術輔導設立風力發電示范系統，發揮示范功能，促使國內風力發電應用邁開腳步。 2 ）發展出中尺度大氣評估模式，完成風力潛能分布模擬，及利用風能應用軟件評選出風能佳地區。 3 ）完成離岸式風力電場場址評選、技術可行性、經濟效益及環境影響等分析，以及設置離岸式風力發電初步評估工作，為未來推動離岸式風力發電預做準備。 4 ）推動地方政府示范案，建立風力發電并聯沖擊分析技術 。未來由此示范推廣推動風電應用，發揮展示教育功能，引進商業化風力機技術，培植國內業者投入風力發電，發揮風力輔助發電，提供自有、干凈綠色能源之功效。 ?
??? 二、國內外發展競爭力分析 (SWOT) ???
?? 目前國外不論是開發風力電場或風力機關鍵組件技術發展皆已相當成熟，而國內風電相關技術發展才正要起步，在發展的過程中勢必會遭遇多重困難，所以國內發展風力發電技術推動策略，應掌握內需需求之機會，并利用國內具有之相關技術能力（氣動、機電、控制、材料）優勢引進國外成熟技術，或者藉由與國外大廠合作方式邁出腳步，或者透過風電產業聯盟以及風能協會之成立，以更大的談判能力與國外廠家洽談技術引進及合資方式，共同承接國內風機產值，再進一步跨足國際市場。茲就國內發展風力發電技術（與國外相較）有關之強勢、弱勢、機會及桃戰（ SWOT ）分析如表 3-1-1 -1 。 表 3-1-1 -1 風能技術 SWOT 分析
?? 三、國內外技術發展指標比較 ???
? ?整體而言，國內過去多年來致力于地區風能潛力評估及風力發電機研制，在 1980 年代的風力發電研發經驗與國外相較是不相上下的，但由于階段性任務完成，爾后卻停止風力發電機等相關研究發展，直到近年因政府大力推廣風力發電示范后，才逐漸吸引開發業者積極投入風力機組建置，目前我國總裝置容量相較于其它先進或開發中國家之裝置容量仍屬偏低（ WWEA, 2005 ），確實有待進一步加強推廣應用以及發展風力發電關鍵組件技術。其中風電技術涉及多種學門，包括基礎、玻纖、機電、電控及工程業等，因國內切入風力發電機組技術研發較晚，加上現有風力發電機組本身之開發技術水準皆較國際落后，故如何提升研發能力及研發進度是目前最受關切的重點，才能迎頭趕上國際水平或建立本土特色技術，并帶動我國風力發電相關技術之發展。而現階段我國發展風力發電以應用技術及關鍵組件研發為主，透過建立陸海域風能開發之地理信息系統可提供風能開發場址之相關信息給予開發廠商，使風電開發商節省時間及人力，加速推動風力電場之設置，另外整體性篩選可用以開發風能之潛在場址，將可進一步評估實際具發電經濟誘因之場址及裝置容量，使推動目標更為明確，以促進政策之落實。另外大型風力機開發也是未來之重點技術之一，藉由扶植國內風電產業，朝小、大型風力發電機開發，才能有機會與國外競爭。全球風電產業標竿國家，皆以政府的力量協助推動研發工作，發展風力發電新興產業，尋求環保與產業發展之雙贏，值得我國借鏡，國內應掌握風力機之內需需求之機會，復制國外成功發展風電新興產業之模式，以零組件國際供應為起點，逐步建立系統供應能量。
?? 四、國內推廣應用效益評估 ???
?? 藉由風力發電之推廣，民眾對風力發電利用日益重視，甚至帶動開發業者從事設置風力電場開發，以及政府仍持續不斷推動及改善風力發電開發環境等努力，以下條列說明藉由推動風力發電所帶來之成果效益：
? 五、國內外來重點技術推動策略與發展時程 ???
?? 未來我國風力發電重點技術發展項目將以風力機關鍵組件研究開發、風力電場開發應用技術以及風力發電應用系統開發三大方向為主，各細項重點簡要說明如下：
? (一)風力機關鍵組件研究開發 ??
? 1 、葉片設計、開發與測試（朝玻纖及含碳纖之復合材質葉片發展）????? 2 、增速齒輪箱及傳動系統技術（以 3.6MW 機型適用為目標）????? 3 、發電機及塔架開發生產（從感應式發電機研發至直趨式風電機）????? 4 、整合電力轉換及控制機制驗證（以 5MW 機型適用為測試目標）???? ?5 、小型風力機系統（研發單機容量 10kW 之發電機組以及并聯系統技術）
? (二)風力電場開發應用技術 1 、風力發電場評選及效益評估?????2 、電力并聯技術（以大于15MW以上之風力發場為基礎建立分析技術）?????3 、離岸式風力發電場開發技術（大型風力發場建置技術及維護技術）?????4 、短期風速預測技術（預報0-72小時內之發電量）
?? (三)風力發電應用系統開發? ??? 設備標準及驗證機制（建立2MW風力發電機驗證機制） ??? 在風場評估、選址技術領域以及離岸式風力發電系統技術方面，國際皆有領先技術，國內應透過研發、國際合作，強化整合與市場分析，建構國內整體風力發電系統與應用能力也提升國內風力發電相關技術。而各技術發展項目其發展時程，可依短中長期描述未來技術發展之重點，希望藉由上述技術之開發，以期能與世界風電相關技術接軌。