?? 風(fēng)能技術(shù) ??? 永不匱乏的綠色能源—風(fēng)能，已為人類及地球帶來了商機(jī)和希望，隨著近年來風(fēng)電技術(shù)大幅提升及市場需求快速增加，風(fēng)力發(fā)電成本已與傳統(tǒng)能源相當(dāng)接近。在各類新興能源中，風(fēng)電被評為最具前景的領(lǐng)域之一，它能提供潔凈且無污染排放之電能，有能源與環(huán)保之雙重貢獻(xiàn)。而我國歷經(jīng)風(fēng)力示范推廣時期之各項努力，已使風(fēng)力發(fā)電設(shè)置風(fēng)潮涌現(xiàn)，且政府對于風(fēng)電開發(fā)積極制訂相關(guān)推動政策，持續(xù)改善開發(fā)環(huán)境，促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
??? 一、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況
?? ?（ 一）國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況 ??? 因世界潮流與趨勢，以及對綠色能源的重視，現(xiàn)今風(fēng)電開發(fā)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(fēng)能協(xié)會與綠色和平組織共同出版 ” Wind Force 10 ” 報告，提出于 2020 年風(fēng)電達(dá)到世界電力總量 10% 的藍(lán)圖愿景。基于國際能源機(jī)構(gòu)（ 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(fēng)電到 2020 年每年需產(chǎn)出 2,500 TWh 的電量。由于 2000-2002 那三年風(fēng)電的發(fā)展不斷地超越預(yù)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(fēng)能協(xié)會在 2003 年更新的 ” Wind Force 12 ” 報告中，更進(jìn)一步提出于 2020 年風(fēng)電達(dá)到世界電力總量 12% 的藍(lán)圖愿景 (EWEA, 2004) 。然而， 2003 德國陸域風(fēng)場建置趨緩， 2004 年美國市場又由于國會及時延長 PTC 優(yōu)惠稅制而停擺，加上離岸風(fēng)場（ offshore wind farm ）建置未能及時補(bǔ)上，使這?年的成長無法達(dá)到 Wind Force 12 的高預(yù)期成長。即使如此，基于近五年來風(fēng)電建置之成長率（如圖 3-1-1 -1 所示），顯示未來風(fēng)電發(fā)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(yīng)用風(fēng)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(kuò)增達(dá) 896 MW ，中國緊追在后，其總裝置容量達(dá) 764 MW ，為進(jìn)入前十名的另兩個亞洲國家。 ??? 丹麥為歐洲開發(fā)風(fēng)力發(fā)電的先驅(qū)，由于政府的重視及鼓勵，二十多年來持續(xù)研發(fā)，造就了成功的國際化風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。德國在 90 年代初僅有少許的風(fēng)力機(jī)應(yīng)用，但在其優(yōu)異的工業(yè)基礎(chǔ)與政策鼓勵下，十多年來其風(fēng)電裝置容量呈驚人的指數(shù)成長，遠(yuǎn)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(yīng)面而言，目前丹麥兩大廠商所生產(chǎn)之風(fēng)力機(jī)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(chǎn)風(fēng)力機(jī)之銷售量，于 2003 年首度擠進(jìn)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(xiàn)今在市場上銷售的商業(yè)化風(fēng)力發(fā)電單機(jī)容量介于 600~2,500 kW ，但基于陸上風(fēng)況佳之場址有限的考慮，朝大型機(jī)組研發(fā)及設(shè)置離岸式風(fēng)力電場已是歐洲風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢。據(jù) Enercon (Wind Blatt , 2003) 數(shù)據(jù)顯示， 2002 年在德國安裝第一部 Enercon 4.5 M W 之風(fēng)電機(jī)組，是目前全球最大容量之商轉(zhuǎn)機(jī)組。 Enercon 為德國最大風(fēng)機(jī)制造商， 1991 年率先開發(fā)出無齒輪式風(fēng)力機(jī) (E-40/500 kW) ， 1993 年正式銷售于全球市場，所有關(guān)鍵組件包括葉片、發(fā)電機(jī)及并聯(lián)控制系統(tǒng)均為自制，據(jù)統(tǒng)計 ( 參見圖 3-1-1 -3) ， Enercon 占 2004 年全球風(fēng)機(jī)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(fēng)力機(jī)制造業(yè)者已完成單機(jī)容量 5 M W 之風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研發(fā) (Repwoer system, 2005) ，并進(jìn)行海上試車實驗中，是目前全球最大單機(jī)容量之發(fā)電機(jī)組，說明了風(fēng)力發(fā)電機(jī)除了朝離岸式發(fā)展外，朝大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)研發(fā)也是另一個商業(yè)主流。 ??? ?現(xiàn)代商業(yè)化之風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是由葉輪（葉片轉(zhuǎn)子和輪轂）、機(jī)艙、塔架以及控制系統(tǒng)所組成，其中葉片為主要關(guān)鍵技術(shù)之一，約占風(fēng)力機(jī)成本 21% 。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)朝百萬瓦級發(fā)展后，葉片的制程以及測試驗證更顯重要，現(xiàn)以玻璃纖維強(qiáng)化塑料材質(zhì)為主，具有質(zhì)輕、耐腐蝕等功能，未來發(fā)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(fēng)力機(jī)發(fā)展，另外有關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)及輸出控制模式已朝可變轉(zhuǎn)速及可變旋角節(jié)制發(fā)展（ DWTMA ）。發(fā)電機(jī)若采異步（感應(yīng)式）者，已可藉由光訊號傳輸增加阻抗，將原來幾為定轉(zhuǎn)速之發(fā)電機(jī)改變?yōu)榫邔拸V轉(zhuǎn)差甚至于可變轉(zhuǎn)速之發(fā)電機(jī)，大幅減少發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變動負(fù)荷及提升電力質(zhì)量；而同步式發(fā)電機(jī)亦因先進(jìn)電力電子技術(shù)，甚至可省卻風(fēng)力機(jī)之齒輪箱、直接由葉輪傳動發(fā)電，可有效降低噪音及提供極佳之電力質(zhì)量。目前先進(jìn)的變速型風(fēng)力機(jī) (variable-speed wind turbine) 已可持續(xù)改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速，以配合風(fēng)速變化使翼端速比值（ tip speed ratio ）維持固定以達(dá)最佳輸出效率。此種變速須配合 AC-DC-AC 變頻器使用，其關(guān)鍵在于結(jié)合風(fēng)力機(jī)與電力電子變頻技術(shù)，讓葉輪轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化時亦能輸出穩(wěn)定的交流電力。變速型風(fēng)力機(jī)不需要齒輪箱，而采用一個直接耦合之大輪圈式發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)所需維護(hù)較少，效率較高，且可達(dá)較低起動風(fēng)速，深具市場潛力。
?? （二）國內(nèi)技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗 ??? 為了因應(yīng)能源危機(jī)，自 1980 年起我國亦開始積極從事風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)研究，主要研究方向及重點是風(fēng)能評估及風(fēng)力機(jī)研發(fā)。在風(fēng)力潛能評估方面，搜集分析了長短期氣象測風(fēng)資料并發(fā)展風(fēng)能評估模式及選址方法。因應(yīng)氣候變遷，自 2000 年開始政府便積極推動國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用，由經(jīng)濟(jì)部能源會參考國外經(jīng)驗，營造推廣應(yīng)用環(huán)境。 ??? 近年在政府積極推動之下，輔導(dǎo)相關(guān)業(yè)界投入風(fēng)力發(fā)電，完成多項工作，概括整理如下： 1 ）技術(shù)輔導(dǎo)設(shè)立風(fēng)力發(fā)電示范系統(tǒng)，發(fā)揮示范功能，促使國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用邁開腳步。 2 ）發(fā)展出中尺度大氣評估模式，完成風(fēng)力潛能分布模擬，及利用風(fēng)能應(yīng)用軟件評選出風(fēng)能佳地區(qū)。 3 ）完成離岸式風(fēng)力電場場址評選、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境影響等分析，以及設(shè)置離岸式風(fēng)力發(fā)電初步評估工作，為未來推動離岸式風(fēng)力發(fā)電預(yù)做準(zhǔn)備。 4 ）推動地方政府示范案，建立風(fēng)力發(fā)電并聯(lián)沖擊分析技術(shù) 。未來由此示范推廣推動風(fēng)電應(yīng)用，發(fā)揮展示教育功能，引進(jìn)商業(yè)化風(fēng)力機(jī)技術(shù)，培植國內(nèi)業(yè)者投入風(fēng)力發(fā)電，發(fā)揮風(fēng)力輔助發(fā)電，提供自有、干凈綠色能源之功效。 ?
??? 二、國內(nèi)外發(fā)展競爭力分析 (SWOT) ???
?? 目前國外不論是開發(fā)風(fēng)力電場或風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵組件技術(shù)發(fā)展皆已相當(dāng)成熟，而國內(nèi)風(fēng)電相關(guān)技術(shù)發(fā)展才正要起步，在發(fā)展的過程中勢必會遭遇多重困難，所以國內(nèi)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)推動策略，應(yīng)掌握內(nèi)需需求之機(jī)會，并利用國內(nèi)具有之相關(guān)技術(shù)能力（氣動、機(jī)電、控制、材料）優(yōu)勢引進(jìn)國外成熟技術(shù)，或者藉由與國外大廠合作方式邁出腳步，或者透過風(fēng)電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟以及風(fēng)能協(xié)會之成立，以更大的談判能力與國外廠家洽談技術(shù)引進(jìn)及合資方式，共同承接國內(nèi)風(fēng)機(jī)產(chǎn)值，再進(jìn)一步跨足國際市場。茲就國內(nèi)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)（與國外相較）有關(guān)之強(qiáng)勢、弱勢、機(jī)會及桃戰(zhàn)（ SWOT ）分析如表 3-1-1 -1 。 表 3-1-1 -1 風(fēng)能技術(shù) SWOT 分析
?? 三、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展指標(biāo)比較 ???
? ?整體而言，國內(nèi)過去多年來致力于地區(qū)風(fēng)能潛力評估及風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制，在 1980 年代的風(fēng)力發(fā)電研發(fā)經(jīng)驗與國外相較是不相上下的，但由于階段性任務(wù)完成，爾后卻停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)等相關(guān)研究發(fā)展，直到近年因政府大力推廣風(fēng)力發(fā)電示范后，才逐漸吸引開發(fā)業(yè)者積極投入風(fēng)力機(jī)組建置，目前我國總裝置容量相較于其它先進(jìn)或開發(fā)中國家之裝置容量仍屬偏低（ WWEA, 2005 ），確實有待進(jìn)一步加強(qiáng)推廣應(yīng)用以及發(fā)展風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵組件技術(shù)。其中風(fēng)電技術(shù)涉及多種學(xué)門，包括基礎(chǔ)、玻纖、機(jī)電、電控及工程業(yè)等，因國內(nèi)切入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)研發(fā)較晚，加上現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身之開發(fā)技術(shù)水準(zhǔn)皆較國際落后，故如何提升研發(fā)能力及研發(fā)進(jìn)度是目前最受關(guān)切的重點，才能迎頭趕上國際水平或建立本土特色技術(shù)，并帶動我國風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)之發(fā)展。而現(xiàn)階段我國發(fā)展風(fēng)力發(fā)電以應(yīng)用技術(shù)及關(guān)鍵組件研發(fā)為主，透過建立陸海域風(fēng)能開發(fā)之地理信息系統(tǒng)可提供風(fēng)能開發(fā)場址之相關(guān)信息給予開發(fā)廠商，使風(fēng)電開發(fā)商節(jié)省時間及人力，加速推動風(fēng)力電場之設(shè)置，另外整體性篩選可用以開發(fā)風(fēng)能之潛在場址，將可進(jìn)一步評估實際具發(fā)電經(jīng)濟(jì)誘因之場址及裝置容量，使推動目標(biāo)更為明確，以促進(jìn)政策之落實。另外大型風(fēng)力機(jī)開發(fā)也是未來之重點技術(shù)之一，藉由扶植國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，朝小、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)開發(fā)，才能有機(jī)會與國外競爭。全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)標(biāo)竿國家，皆以政府的力量協(xié)助推動研發(fā)工作，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電新興產(chǎn)業(yè)，尋求環(huán)保與產(chǎn)業(yè)發(fā)展之雙贏，值得我國借鏡，國內(nèi)應(yīng)掌握風(fēng)力機(jī)之內(nèi)需需求之機(jī)會，復(fù)制國外成功發(fā)展風(fēng)電新興產(chǎn)業(yè)之模式，以零組件國際供應(yīng)為起點，逐步建立系統(tǒng)供應(yīng)能量。
?? 四、國內(nèi)推廣應(yīng)用效益評估 ???
?? 藉由風(fēng)力發(fā)電之推廣，民眾對風(fēng)力發(fā)電利用日益重視，甚至帶動開發(fā)業(yè)者從事設(shè)置風(fēng)力電場開發(fā)，以及政府仍持續(xù)不斷推動及改善風(fēng)力發(fā)電開發(fā)環(huán)境等努力，以下條列說明藉由推動風(fēng)力發(fā)電所帶來之成果效益：
? 五、國內(nèi)外來重點技術(shù)推動策略與發(fā)展時程 ???
?? 未來我國風(fēng)力發(fā)電重點技術(shù)發(fā)展項目將以風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵組件研究開發(fā)、風(fēng)力電場開發(fā)應(yīng)用技術(shù)以及風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)三大方向為主，各細(xì)項重點簡要說明如下：
? (一)風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵組件研究開發(fā) ??
? 1 、葉片設(shè)計、開發(fā)與測試（朝玻纖及含碳纖之復(fù)合材質(zhì)葉片發(fā)展）????? 2 、增速齒輪箱及傳動系統(tǒng)技術(shù)（以 3.6MW 機(jī)型適用為目標(biāo)）????? 3 、發(fā)電機(jī)及塔架開發(fā)生產(chǎn)（從感應(yīng)式發(fā)電機(jī)研發(fā)至直趨式風(fēng)電機(jī)）????? 4 、整合電力轉(zhuǎn)換及控制機(jī)制驗證（以 5MW 機(jī)型適用為測試目標(biāo)）???? ?5 、小型風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)（研發(fā)單機(jī)容量 10kW 之發(fā)電機(jī)組以及并聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)）
? (二)風(fēng)力電場開發(fā)應(yīng)用技術(shù) 1 、風(fēng)力發(fā)電場評選及效益評估?????2 、電力并聯(lián)技術(shù)（以大于15MW以上之風(fēng)力發(fā)場為基礎(chǔ)建立分析技術(shù)）?????3 、離岸式風(fēng)力發(fā)電場開發(fā)技術(shù)（大型風(fēng)力發(fā)場建置技術(shù)及維護(hù)技術(shù)）?????4 、短期風(fēng)速預(yù)測技術(shù)（預(yù)報0-72小時內(nèi)之發(fā)電量）
?? (三)風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)? ??? 設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)及驗證機(jī)制（建立2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)驗證機(jī)制） ??? 在風(fēng)場評估、選址技術(shù)領(lǐng)域以及離岸式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)方面，國際皆有領(lǐng)先技術(shù)，國內(nèi)應(yīng)透過研發(fā)、國際合作，強(qiáng)化整合與市場分析，建構(gòu)國內(nèi)整體風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與應(yīng)用能力也提升國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)。而各技術(shù)發(fā)展項目其發(fā)展時程，可依短中長期描述未來技術(shù)發(fā)展之重點，希望藉由上述技術(shù)之開發(fā)，以期能與世界風(fēng)電相關(guān)技術(shù)接軌。