風的形成與分級

風的產生是由於地球受到是太陽的輻射、地球自轉與公轉等因素的影響，以 及地表上的空氣因位置及緯度高低不同，造成地球表面受熱不平均，因而引起大 氣層中壓力分佈不均勻，空氣受熱膨脹變輕而往上升，熱空氣上升後，低溫的重 空氣就從四周橫向流入，因而形成空氣的流動，而產生了風，全球性之盛行風與 信風是屬規模大者，海陸風及山谷風等之區域性風規模小者等皆是風的一種。

對於風力之強弱程度估計，可由地面或海面物體被風吹動之情形加以粗略估 計，目前常用蒲福風級標準來表示風力的等級，表列如下，其中8~11級相當於輕 度颱風，12~15級相當於中度颱風，16級以上為強烈颱風。

表2- 1 蒲福風級表

資料來源：中央氣象局

2.2.2 風力發電原理

風是一種最常見的自然現象，風的流動所形成的動能稱之為風能，風能是一 種不會產生任何污染物排放的可再生的自然能源，風力發電主要是擷取風的動 能，將之轉化為電能；當風吹向風機葉片，因為升力及阻力等氣動力效應作用在 葉片上，使葉片轉動，透過連接葉片之主軸帶動齒輪箱，齒輪箱功能是增加轉速，

然後驅動發電機發電產生電能，另外有些機型是無齒輪箱設計，可由轉動葉片直 接透過傳動軸帶動同步發電機機組來發電。

通過風機所產生的能量由風能密度公式（Danish Wind Industry Association網頁 中說明）可知為：

W＝（1/2）ρAV ³ 其中：W -風能

ρ -空氣的密度 A -氣流通過的面積 V -風速

其中氣流通過的截面積是指風機葉片旋轉面積，由上式可知風能大小與葉片 大小、空氣的密度以及氣流的速度三次方成正比關係，又以風速最為重要及關鍵，

在15℃和一個標準大氣壓力，空氣的密度為1.225kg/m³情況下，風能大小與風速關 係曲線如下圖所示，因此風速測量的準確度對風能潛力的估計有決定性的影響。

資料來源：本研究整理 圖2- 1 風能大小與風速關係曲線

Danish Wind Industry Association網頁中對風能轉換說明，根據貝茲（Albert Betz）理論，風力機並無法轉換全部風能，即不能擷取所有流經扇葉面積的風能，

理想情況下風能所能轉換成電能的極限比值為16/27，約為59%，也就是表示最高 轉換效率約為59%。

(P/P0)=(1/2)(1-(V2 /V1)²)(1+ (V2 /V1)) 其中： V1 -進入風速

V2 -殘餘風速 P -轉換的動能 P0 -風的初始動能 W/m²

m/s

資料來源：Danish Wind Industry Association 圖2- 2 理想風能轉換成電能比值曲線

翁榮羡，呂威賢（2001）指出，風力機並不能擷取所有流經扇葉面積的風能，

理論上最高轉換效率約為59.3%，實際上大多數的扇葉轉換風能效率約介於 30~50% 之間，經過機電設備轉換成電力能後的總輸出效率則約介於20%~45%。