發電方式 ＼ 風力發電站

士中我們在2018年11月27日從學校乘著專車，在參觀過台電北部展示館、核一廠後，前往石門的風力發電站參觀，這裡是臺灣本島第一座風力發電站。雖然陰天，而且風很大，但有兩位台電公司再生能源處的工作人員，王志豪先生和許秩綱先生，特地從台中北上，為我們導覽，我們還參觀了風力發電機的內部和機房，經由他們的介紹，我們對風力發電有更深的認識，真的是非常難得的經驗。

原理
士中風力發電是利用風轉動發電機的葉片，葉片轉動後，透過齒輪箱裡面的增速器來提高旋轉的速度，然後把動力傳給發電機發電。

手繪圖

士中石門風力與北部幾個風場都屬於台灣本島的第一期風力發展計畫。石門風力機組容量較小，施工較早，比其他風場先完成。石門風力發電站的風力發電機是水平式的風力發電機，是丹麥製的VESTAS V47型，以下是它的基本資料：
　

葉片數：3	電壓：690伏特	機組高度：45公尺	葉片直徑：47公尺	轉速：28.5 rpm
啟動風速：4公尺/秒	關機風速：25公尺/秒	額定輸出風速：15公尺/秒 (660kw)	耐風速：70公尺/秒	設計壽命：20年

士中風力發電機有三支葉片，後面是機艙，圓柱是塔架。滿載風速每秒15公尺，每秒四米就可以開始發電。葉片直徑4公尺，塔架總高是塔高加上葉片長度，大概23公尺。風力發電機風會隨著風向和風速調整，它能迎風轉向，會隨著風速去做發電量的調整。
士中風機外型有點像電風扇，不過電風扇是電動機，風機是發電機。風機就像電風扇一樣可以轉向，會自動迎風。風力發電機有三支葉片，是因為經過試驗，三支葉片的評估發電效率最好，不過也有風力發電機是兩支葉片的。葉片面積越大，所發的電越多。尖的部分講求輕，如果設計的很粗很粗，這樣效率就很低。

Q and A
士中我們在參觀風力發電站前，搜尋整理了許多新聞和資料，設計問題訪問工作人員。以下是台電公司再生能源處的資深專業工程師林恆山先生答覆的內容。

Q1：不同風向的風都能帶動風力發電機嗎？一開始建設風機時，如何決定風機的方位？
A1：風機能轉向，任何方向來的風都能讓風機發電。台灣受季風影響，冬季是東北季風，夏季是西南風。颱風來時，風的來源會是360度，風機都能發電。但風速過高時，風機會自我保護，將葉片轉為不受力角度，因此無法發電。建設風機前，我們都會設觀測塔，了解當地每年平均風速與風況。
Q2：風力發電機沒有轉動時，是故障嗎？會固定檢修保養風力發電機嗎？一台風力發電機可以用多久？
A2：不同廠牌的風力發電機有它的最低啟動風速，當風速超過某一設定值，有些廠牌風機會停機，有些廠牌風機則減少葉片受力、降低轉速。早期風機壽命大都訂20年，目前則可延長到25年。壽命長短，也取決於供應廠商是否能持續提供備品與風機業者後續保養。
Q3：建造一座風力發電機要多少錢？一年維修保養的費用要多少錢？
A3：一座陸域水平式風力發電機，成本約在57,000元/1Kw (不計算建造的人工成本)。垂直式風力發電機，成本約在200,000元/1kW。保養費用很難計算，視如何做保養工作。
Q4：台灣目前的風力發電機組有哪些國家製造的？台灣能自己製造風力發電機嗎？若有台製的風機，和外國製的比較起來有什麼不同？
A4：目前水平式風力發電機主要廠牌有Enercon、Siemens(德國)、Vestas(丹麥)與GE(美國)。中國大陸也有很大的風機製造產業，但台灣目前限制大陸風機的進口。台灣曾經試圖製造水平式風機，但最後受到阻力而停擺。目前仍有設計、生產垂直式風機。
Q5：隸屬台電管理的風力發電機，若是由不同國家製造的，維修上是否會有困難？根據台電的經驗，目前覺得哪個國家製造的風力發電機最好？故障少，發電效率高？
A5：(1)目前台電使用的風機有五種廠牌，分別是Vestas(丹麥)80部，Enercon(德國)34部，GE(美國)26部，Zephyros(荷蘭)15部及Gamesa(西班牙)6部。維修上較困難，成本也較高。(2)目前市場上使用的風機，能夠生存，必定有它的強項，因此無法從一個切入點即說何種風機較好。

Q6：陸地上的風力發電機，發一度電的成本是多少錢？
A6：簡單計算：
陸域風機購置成本57,000 NT$/1kW，目前台灣本島風力發電容量因數約為30%，一度風力電可賣2.3834 NT$。
1kWｘ24ｘ365ｘ0.3 = 2,628 kWH(度)(平均1kW風力機組一年發電量)
2628ｘ2.3834 = 6,263 NT$(平均1kW風力機組一年發電營收)
若單純考慮一年營收及購置成本，一部風機約十年可還本。因此，如何發展風機的運維技術以降低費用及減少故障率並提升發電效能，是風機業者成敗的重要關鍵。20年壽齡屆滿，如何保持原有風機發電效能並延長使命壽命，亦或是更換更大容量風力發電機組，是風機業者另項重要思考。
Q7：若風力發電機不是屬於台電的，台電如何決定以多少錢購進這些風力發電？
A7：針對任何發電，能源局都訂定躉購價格。以陸域風機躉購價格為基礎，離岸風機的建置成本約為陸域風機的三倍，因此先前才會有離岸風電收購5.8 NT$/1度電價格的出現。後來競價時又跑出廠商願意出3元或甚至2元多的價格，這些都是廠商的不同應用策略。
Q8：和陸地上的風力發電機比起來，離岸風力發電機有什麼優點和缺點？
A8：(1)離岸風力設置的優點，第一是不會有陸域才會發生的破壞，譬如飛砂走石、無人機碰撞，也不會有地物造成擾流問題，此外也可以排除噪音對住戶的干擾；只要設計允許，機組容量可以持續增大，目前全世界離岸風機已經發展到一部機12 MW(目前台電陸域風機單機最大容量是3MW∼剛在澎湖設立，尚未正式運轉發電)。(2)離岸風機的缺點是設置成本高，運維不易。台灣海峽的底層、海況都不易掌握，代表有許多風險較難評估，也間接導致貸款的難度較高。

彰化外海離岸風力發電機示意圖 (台灣電力公司提供)

Q9：設立風力發電機會對環境或生態造成什麼影響？建設前會先做環評嗎？如何減少負面影響？
A9：(1)嚴格說來，風力發電的低頻噪音會對周邊住戶產生干擾。其他影響如葉片打到候鳥、打樁時影響白海豚等，甚至有學者說會影響蚵仔繁殖，這些都是學術上曾討論。(2)設立風機時必須做環評。(3)如何減少負面影響∼若只單純討論低頻噪音的影響，則必須在低頻噪音法規這部分，訂定有效辦法(目前噪音法規是有缺陷的)。當有可靠法源依據，確實受到影響的住戶可以拿到應有的賠償，以改善住屋隔音與通風設施，這樣才可以避免持續不斷的抗爭，最後無法收拾。
Q10：是否有辦法減少風力發電機轉動時產生的噪音？附近的居民會抗議嗎？台電公司如何和居民溝通？
A10：(1)風機轉動噪音，來自機艙內的機器與葉片。目前台電也一直研究如何降低噪音，但僅止於研究，未付之施行。(2)受到噪音影響，當然是靠近風機的住戶才會受到影響，而且是在吹強烈的東北季風時，下風處(即風機南方的住戶)才會受到影響。(3)台電一直持續與居民溝通，但若談到金錢補償，必須全村或全鄉進行大金額的發放，無法源依據，此也造成台灣發展風力發電最困難的地方。

現況與結語
◎風力發電的優點：
1.環保的再生能源 (是目前台灣綠能發展的重要項目)。
2.建廠工期短。
3.無空氣污染、輻射或排碳問題。

◎風力發電的缺點或挑戰：
1.興建成本不一。
2.陸域風電已經飽和，離岸風電挑戰多。
3.有噪音問題。
4.無風則無電，不適宜作為基載。

士中這次參觀石門的風力發電站，在台電工作人員解說與帶領下，我們第一次走進風力發電機的塔柱內，看見長長的梯子，維修人員要到達風機的機艙，相當於要爬上15層樓，真辛苦。聽了解說，我們才知道原來風力發電機像電風扇一樣可以轉向，而且風機不轉動時不一定是故障，可能是風速太小或太大，這些都是我們過去不知道的。

走進風力發電機	風力發電機塔柱內的梯子
聽巡修人員介紹	塔柱內工作人員的安全設備

士中看了林恆山先生答覆我們的內容，我們體會到發展風力發電也要面臨許多挑戰，例如維修不同廠牌的風機、離岸風機的貸款和建設困難，以及風機可能對居民和環境的影響。這些都是我們在思考台灣未來能源走向時要面對的課題。

即時顯示發電量	訪問工作人員
石門風力發電機旁有機房	參觀機房