發展趨勢

小型風力發電機組雖然發電容量小，但因價格相對地也較低廉，

且安裝、運轉與維護也都十分簡易與方便，因此，近年來已在全球各 地被廣為採用。圖 11 與 12 分別為美國 AWEA 與英國 BWEA 近年來 小型風力發電機組之成長趨勢統計圖，圖中資料顯示，小型風力發電 機組裝置容量之成長的確十分迅速，不下於大型風力發電機組。

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

0 2000 4000 6000 8000 10000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

裝置容量(kW)

裝置數量(部)

西元(年)

裝置數量 裝置容量

圖11 美國國內小型風力發電機組年裝置量與裝置總容量統計圖

0 5000 10000 15000 20000

0 2000 4000 6000 8000 10000

2005 2006 2007 2008

裝置容量(kW)

裝置數量(部)

西元(年)

裝置數量 裝置容量

圖12 英國國內小型風力發電機組年裝置量與裝置總容量統計圖

以下為美國風能協會(AWEA)針對美國國內小型風力發電機組市 場之發展情況進行調查所得之結果，由此可知，小型風力發電機組之 發展潛力十足，其中併網型之機種將是未來市場之主流[1]。

1. 2007 年美國國內小型風力發電機組市場較 2006 年成長 14%，

機組銷售數量達 9092 部，新增裝置容量達 9.7MW，累積裝置 總容量達 55 至 60MW；

2. 2001 至 2007 年美國國內小型風力發電機組市場年銷售與裝置 總容量成長率分別為 32%與 40%，如圖 13 所示；

3. 目前市場成長率最快者為容量 10kW 之住宅用併網型小型風 力發電機組；

4. 2006 與 2007 年併網型小型風力發電機組之裝置容量均超越離 網型，如圖 14 所示。

小型風力發電機組依其機構可分為水平軸式與垂直軸式兩類，如 圖15 與 16 所示。葉片數大都為三片，發電機種類則以繞線式感應機

或無刷永磁式同步機為主，啟動風速大約介於 2.5 至 3m/s 之間。

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

0 2000 4000 6000 8000 10000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

裝置容量(kW)

機組數(部)

西 元(年)

機組 容量

圖13 2001 至 2007 年美國國內小型風力發電機組年銷售量與裝置總容量統計圖

資料來源：AWEA

2006 2007 2006 2007

離網型 7876 7800 4043 4017

併網型 _{453 1292 4522 5720}

(部 ) (部) (kW) (kW)

圖14 2006 與 2007 年美國國內併網型與離網型小型風力發電機組年銷售量與裝置 總容量統計圖

資料來源：AWEA

小型風力發電機組的結構大約可分為內轉子輻射氣流式(inner rotor radial-flux)、外轉子輻射氣流式(outer rotor radial-flux)、雙定子槽 狀軸向氣流式(double stator slotted axial-flux)、雙轉子槽狀軸向氣流式 (double rotor slotted axial-flux)、具有定子平衡板之單側軸向氣流式 (single sided axial-flux machine with stator balance)、具有轉子平衡板之

單側軸向氣流式(single sided axial-flux machine with rotor balance)與具 有環狀繞組之軸向氣流式(axial-flux machine with toroidal winding)等 數種，其中輻射氣流式為傳統之機種，而軸向氣流式為較新式之機種，

圖17 為輻射氣流式與軸向氣流式之結構示意圖[26]。根據研究資料顯 示，上述七個機種裡以雙轉子槽狀軸向氣流式具有之效率最高，因此 可能成為未來小型風力發電機組之主流機種。

近年來，小型風力發電機組的應用日益普遍，其製造技術之發展 亦甚快速。2007 年美國 MegLev 公司發表一款新型的風力發電機組，

稱之為Super-powered Magnetic Wind Turbine。其特點在於利用磁浮效 應取代傳統滾珠軸承，以減少磨擦損失，提升整體系統之發電效率。

根據資料顯示，該型風力發電機組在風速約為1.5m/s 即可啟動葉片旋 轉，其發電量比目前一般者多出20%，維護成本卻減少一半，宣稱使 用壽命可長達 500 年。目前中國大陸與我國均有部分廠商宣稱使用類 似原理製造出100W 至 2kW 之小型風力發電機組，稱之為「全永磁懸 浮風力發電機組」。另外，世界各國之風力發電機組專家亦不斷地研發 出新式的小型風力發電機組，期使小型風力發電機組之效能更高。圖 18 為 Super-powered Magnetic Wind Turbine 與其他特殊型式之小型風 力發電機組外觀圖。

由於風能屬於間歇性能源，小型風力發電機組的發電情形並無法 十分穩定，因此實務上，是無法直接供電給負載使用。基於此，小型 風力發電機組需結合電能轉換、儲能與開關等設備構成風力發電系統 方能加以應用。目前小型風力發電系統之運轉模式可分為獨立型、混 合型與併網型三種，如圖19 所示。獨立型小型風力發電系統之發電容 量通常不大，適用於偏遠地區且用電量不大之負載；混合型小型風力 發電系統之發電情況通常較穩定，因此可作為公共電網不易到達之偏

遠地區用戶之經常電力來源；併網型小型風力發電系統因與公共電網 併聯之故，用戶較不會受到風能不穩定之影響，因此頗適用在公共電 網有到達之一般用戶。

圖15 水平軸式小型風力發電機組

圖16 垂直軸式小型風力發電機組

(a) 內轉子 (b) 外轉子 (c) 雙定子槽狀 (d) 具有定子平衡板之

輻射氣流式 輻射氣流式 軸向氣流式 單側軸向氣流式

圖17 輻射氣流式與軸向氣流式之結構示意圖

資料來源：IEEE

圖18 特殊型式之小型風力發電機組

Rectifier Charger Inverter

Battery AC DC DC

DC DC AC

Load

Rectifier Charger Inverter

Battery ACDC DC

DC DC AC

Load

(a)獨立型 (b)混合型

Utility Rectifier Charger Inverter

Battery ACDC DC

DC DC AC

Load

(c)併網型

圖19 各種運轉模式之小型風力發電系統圖