風力發電

風力發電 Wind Power

背景音樂: 風中奇緣

當太陽照在地球上,受到地形變化,與緯度的影響,使得日照不平均,形成溫度的差異,所以會造成冷熱空氣對流, (熱輕上昇冷重下降)而生成風,此外,月球引力造成潮汐,與地球的自轉,也能產生風, 由於風力可以發電,所以有些國家會將風力發電也歸屬於太陽能源的範圍內.

風力發電的原理 :
大型風力發電機通常採用"水平軸"型式，它由風葉輪、變速箱(加速齒輪箱)、發電機、偏移裝置、控制系統、塔架等部件所組成。風葉輪的作用是將風能轉換為機械能，它是由氣體流動性能良好的葉片裝在輪軸上所組成，低速轉動的風葉輪通過傳動系統經由加速齒輪箱來增速，將動力傳導給發電機。上述這些組件都安裝在機艙內，整個機艙由高大的塔架支撐，由於風向會經常改變，為了有效地利用風能，必須要有自動迎風的裝置，根據風向感測儀測得的風向信號，再由控制器來控制偏移電機，驅動小齒輪去推動塔架上的大齒輪，使整個機艙藉由此自動控制的系統，能夠保持正確對向迎風面。

風力發電

----- 風力發電機簡圖 -----
---------- 查丁壬手繪 ----------

在距今1500年以前,中國農村即利用風力驅動磨坊,之後發展灌溉水田,與抽取海水到鹽田晒鹽,直到60年代大陸文化大革命前,江蘇省仍有數萬台古蹟仍然使用中. 而在西方13世紀中期,歐洲農村的風車,也遍佈於地中海週圍區域. 之後,大型且大動力的荷蘭風車出現, 荷蘭有一大片土地是在海平面之下,連續幾世紀以來,抽水的工作仍然靠風車進行. 到了1855年,美國出現了多頁片型風車,到今天於美國鄉村農莊或在有些牧場仍可見到.於19世紀末,美國一個由30家公司聯合組成的風力電機工業集團, 大量生產風電機,Westernwind 至今已經生產六百萬多架風車.地球上的空氣受到太陽的熱與地球的自轉,所造成冷熱空氣對流,成為風.年平均風速達到或超過每秒鐘4公尺以上的地區,即可為風力開發的最佳場所;一般以沿海或北方地區為佳. 在台灣,目前有雲林麥寮,及澎湖中屯, 竹北春風,北縣石門,屏東恆春,及彰濱工業區等大型風力發電機組近百座,其中,台電設於澎湖中屯風力發電設備的承造過程, 摘錄照片如下:

------ 以下圖文由承商: 中興電工提供 ------

風速等級與中屯E-40風力機發電量

蒲福風級風之稱謂一般敘述風速澎湖中屯風力發電場

每秒公尺 E-40 發電性能

(m/s) 風速 (m/s) 發電量 (千瓦)

0 無風煙直上不足0.3 0 - 0.3 0

calm

　

1 軟風僅煙能表示風向，但不能轉動風標。 0.3-1.5 0.3 - 1.5 0

light air

　

2 輕風人面感覺有風，樹葉搖動，普通之風標轉動。 1.6-3.3 1.5-2.5 0

slight breeze 2.5-3 4.9

　 3 - 4 19.1

3 微風樹葉及小枝搖動不息，旌旗飄展。 3.4-5.4

gentle breeze 4 - 5 42.1

　 5 - 6 77.7

4 和風塵土及碎紙被風吹揚，樹之分枝搖動。 5.5-7.9

moderate breeze 6 - 7 126.5

　 7 - 8 193.4

5 清風有葉之小樹開始搖擺。 8.0-10.7

fresh breeze 8 - 9 278.7

　 9 - 10 377.8

6 強風樹之木枝搖動，電線發出呼呼嘯聲，張傘困難。 10.8-13.8 10 - 11 484.6

strong breeze 11 - 12 550.5

　 12 - 13 590.0

7 疾風全樹搖動，逆風行走感困難。 13.9-17.1 13 - 14 605.0

near gale 14 - 15 605.0

　 15 - 16 605.0

8 大風小樹枝被吹折，步行不能前進。 17.2-20.7 16 - 17 605.0

gale 17 - 18 605.0

　 18 - 19 605.0

9 烈風建築物有損壞，煙囪被吹倒。 20.8-24.4 20 - 21 605.0

strong gale 21 - 22 605.0

　 22 - 23 605.0

10 狂風樹被風拔起，建築物有相當破壞。 24.5-28.4 23 - 24 605.0

storm 24 - 25 605.0

　 25 - 26 605.0

------ 上圖由中興電工 / 陳正宗整理 ------

中國大陸的風力發電

目前大陸僅內蒙古一地,安裝家用微小型風力發電機(150~ 500瓦)已經超過13萬台.
而大型風力發電設備,在內蒙已有:商都, 錫林浩特, 達里, 珠日和, 輝騰錫勒, 等五個風力發電廠.裝有大型風力發電機128台,年發電量超過1億仟瓦.而上海市與世界銀行組織合作,在一年內於崇明島建設 2萬仟瓦的風力發電廠,每個單機在600仟瓦以上.
大陸其他大型風力發電廠,裝機地分別有:

達板城風電廠

新疆省: 達板城風電廠, 布爾津縣風電廠.
寧夏省: 賀蘭風電場.
內蒙古: 輝騰錫勒風電場, 克旗達裏風電場,克旗賽罕壩風電場 .
黑龍江省: 木蘭風電場, 伊春大青山風電場.
遼寧省: 大連的東崗風電廠, 與橫山風電廠, 仙人島風電場, 營口風電廠, 丹東風電廠, 錦州風電廠.
吉林省: 通榆風電廠, 長嶺風電場.
山東省: 榮城風電廠, 長島風電廠.
甘肅省: 玉門風電廠.
河北省: 張北風電廠, 及承德風電廠.
上海市: 南匯風電場.
浙江省: 嵊泗風電廠, 及蒼南的鶴頂山風電廠, 與臨海的括蒼山風電廠.
福建省: 平潭風電廠, 及東山風電廠, 南日島風電場.
廣東省: 南澳風電場, 惠來石碑山風電場, 汕尾紅海灣風電場.
海南省: 東方風電廠.

到2005年底， 大陸已建成風電場59座，運行中的大型風力發電機組共計:1869台，總計容量達:1246.3 MW.
大陸500瓦以下的微型風力發電機於公元2000年時,總裝機就已經超過20萬台.

大陸現採用的國外大型風力發電機廠牌及機型瓦數為:

BONUS------ 600kW, 1mW, 2mW(百萬瓦)
Bazan------ 600kW.
Elkraft------ 1mW.
Enron------ 750kW, 1.5mW, 2mW.
MADE------ 660kW.
NET------ 300kW.
Nordex------ 600kW.
NEG Micon------ 600kW, 750kW.
Jacobs------ 750kW, 1.5mW.
Vestas------ 660kW, 850kW, 1.65mW, 1.75mW, 2mW.

大陸目前最大的風力發電廠
一項總投資達台幣360億的風力發電工程建設在內蒙古的尚義縣，發電規模達１００百萬瓦(相當於一座核電廠)，是大陸目前最大的風力發電項目。已經於2005年10月正式開工，預計首期將先完成 49.5百萬瓦，此大型風電場是由大陸官方神華集團公司直屬的國華能源投資有限公司與尚義縣合作開發的。
大陸第一個海上風力發電廠
大陸第一個海上風力發電廠也是由國華能源投資有限公司與河北省黃驊市(位於北京市東南方)合作開發的。電廠的第一期工程投資人民幣5億元，在馮家堡村北至黃驊港開發區北邊界建設一個裝機容量為5萬仟瓦的發電廠， 2005年4月份，先期投資400多萬元，在黃驊沿海設置了8個測風塔，在一年的風力測定結束後，於2006年開工建置。
此外，上海市政府也積極籌劃更大的海上風力發電廠，規劃建造在東海大橋兩側，由數十台3000仟瓦風力發電機所構成10萬仟瓦的發電廠。
大陸最大的海上風力發電廠
大陸與德國合作，在青島沿海設立5台一百萬瓦的海上風力發電機，總投資額約5000萬歐元，這是大陸最大的海上風力發電項目，也是在亞洲最大風力發電機組，此工程將在2008年初建成。
大陸的風力發電島
廣東汕頭市南澳縣，以各種優惠招引了海內外大型電力公司投資；目前，已有中國華能集團公司、德國英華威公司、汕頭丹南公司(由荷蘭Nuon國際公司與汕頭南方風能有限公司合作)等4家，參與南澳風電場的開發，簽訂項目共6個，總投資額達41.4億元人民幣，總裝機容量近40萬千瓦。這批風力發電機全部建成後，南澳將會成為世界著名的“風力發電島”。

目前美國是世界上風力機安裝容量最大的前二個國家，在2004年時，裝機約2568百萬瓦。美國風力機主要安裝在加州和夏威夷、德州、華盛頓州和阿拉斯加州。目前美國開發的風力機有兩類：一類是聯網用(電廠)風力機，單機容量在500kw以上，這類風力機除用於美國之外，同時出口至荷蘭，加拿大，西班牙，中國，智利，紐西蘭等國家。中國大陸已引進美國Zond公司30台550kw風力機。另一類是小型風力機，功率為5~ 40kw。這類風力機多為獨立運行。在美國主要用於國防上，計劃取代數以千計的柴油發電機。對這類風力機要求可靠性高，現場維護方便，具有較好的防鹽霧能力。這類風力機除軍用外，還可用於民用。
美國能源部認為，開發和利用風能具有重要的戰略意義。于1994年4月成立了由工業、電力、環保、州政府、美國風能協會和電力研究所組成國家風能協調委員會，幫助解決風能開發利用過程中遇到的難題，同時為電力部門提供風力資源評估技術。此外，美國能源部還成立了一個美國風能技術中心，這是一個世界級的能源研究、開發和示範中心。在美國科羅拉多州的美國可再生能源實驗室內。該中心現有16套風力機結構試驗台，最大風力機容量可達1百萬瓦。中心有幾台風力機，這些風力機主要用作研究工具，提高電腦輔助設計能力，同時進一步瞭解這些風力機的運行和性能特性。中心還將安裝幾台試驗風力機，其上裝有先進的監控和資料讀取系統，對風力機進行監控。中心有一個80公尺高的測風塔，以研究風的特性。如每日風隨時間變化，季風影響和紊流度等。中心所在地秋季風很大，最大風速可達54m/s，這對風力機的抗風試驗是十分有利的。該中心有一個工業用戶實驗室，面積為 929m2，為工業界提供一個試驗空間，對風力機的部件和系統的新技術進行試驗，同時為用戶保密。此外，中心還有一個葉片試驗室，以研究葉片的結構性能和疲勞特性。葉片最大長度可達20m。該中心有一個混合系統試驗台，包括風力機、光電、備用電機和蓄電系統。該系統的目的是使這類混合系統商品化，具有較好的性能、成本低、實用可靠。美國風能技術中心進行了一些基本研究，以瞭解風和風力機之間的互相影響，幫助風力機設計人員設計出更有效、更可靠、成本低的風力機。美國能源部為了建立風能產業，並使美國本國的風能公司在國內外能源市場上具有競爭力，制定了風力機發展計劃。
1、小型風力機計劃:的目標是開發在國內外風能市場上經濟有效的機型，其功率範圍為5-40kw，在風速為5.4m/s的風場上，價格與性能比為0.60美元/kwh或者更低。
2、風力機加工計劃:旨在改進加工方法，降低成本，提高質量，增加可靠性。投資200萬美元，分兩個階段進行。第一階段：採用新的加工方法，降低葉片加工成本25%以上。第二階段：對其他部件採用新的加工方法。
3、近期風力機計劃：美國現有5種風力機進入市場。其中大陸已引進兩種，即Zond能源系統公司Z-40型550kw和先進風能公司的 AWT-27型275kw風力機。美國對現有風力機的經濟性、可靠性和維護特性進行改進，在樣品機進行全面試驗和考核的基礎上，使其在5.8m/s風速的風場上，電價低於5美元/kwh。這項計劃投資1620萬美元，對三種型號的風力機進行改進。一台是750kw的三葉片、上風向、變速風力機，另兩台是二葉片、下風向、雙速或變速風力機。
4、新一代風力機開發的目的在於刺激美國工業開拓新的概念，利用新技術開發新機型。該計劃投資約5140萬美元，其中630萬美元用於創新周邊系統的開發，包括變速設計和控制、重量輕的柔性葉片低速直接驅動的電機，旋渦發生器，以及先進的分散式監控系統。4510萬美元用於風力機的開發。該風力機將具有以下特點：
（1）柔性塔（2）專用翼型（3）自轉葉片結構（4）自轉控制技術（5）重量輕的軟性葉片（6）適時的載荷測量和控制（7）低噪音且高性能的葉尖技術（8）先進的葉片加工（9）整體功率電力控制系統（10）葉片單獨控制的變型風輪。
這種新一代風力機，在5.8m/s風速的風場上，電價成本約0.04美元/kwh，在6.7m/s 風速的風場上，電價成本約0.025美元/kwh。

美國範例 : 加州風力發電之一

近年歐洲新能源的趨勢
海上的風力發電

* 到2000年底止，全球已裝了 49,238 台的大型風力發電機組，總裝機容量為: 18,449 百萬瓦。

** 風力發電對地球環境的貢獻 :
每百萬瓦的風力發電每年可以減少傳統石化發電的二氧化碳排放量達5000噸.

*** 2004年風力發電達100百萬瓦以上的國家有 :
1.德國 6200MW 2.美國 2568MW 3.西班牙 2402MW 4.丹麥 2300MW 5.印度 1220MW
6.荷蘭 458MW 7.義大利 427MW 8.英國 409MW 9.中國大陸 340MW 10.瑞典 231MW
11.希臘 189MW 12.日本 150MW 13.加拿大 140MW 14.愛爾蘭 118MW 15.葡萄牙 100MW

日本的風力發電
風力發電施工參考情報
日本風力發電倒塌事件

德國的風力發電照片

大陸因反對風力發電設置而引發的槍擊事件

世界最小的風力發電機在倫敦 (本會查會長2005年發明)

參加台北市萬福國小『再生能源夏令營』的蔡壹琳同學---五年四班

風車的種類 ( 日文 )

澳洲發明飛行的風力發電機

一個老美的奇特風力發電

其他風車照片
垂直軸風力發電機照片
DIY 超小型風力發電機

DIY 戶用小型風力發電機-1

DIY 戶用小型風力發電機-2

DIY 戶用小型風力發電機-3

DIY 日本學生風力發電創作比賽
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中華太陽能聯誼會
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