國 立 交 通 大 學
工學院專班永續環境科技學程
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碩
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碩 士
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綠色能源之風力發電機
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綠色能源之風力發電機成本
成本
成本效益評估研究
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效益評估研究
效益評估研究:
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以春風發電機示範系統為例
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以春風發電機示範系統為例
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Cost-effective Assessment of Green Energy:
A Case Study of Andante Wind Power Generator
研 究 生：戴德炫
指導教授：白曛綾 教授
綠色能源之風力發電機成本效益評估研究
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以春風發電機示範系統為例
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Cost-effective Assessment of Green Energy:
A Case Study of Andante Wind Power Generator
研 究 生：戴德炫 Student：Teshuan Dai 指導教授：白曛綾 Advisor：Hsunling Bai
國
立
交
通
大
學
工學院永續環境科技學程
碩
士
論
文
A ThesisSubmitted to Degree Program of Environmental Technology for Sustainability
College of Engineering National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Science
In
Environmental Technology for Sustainability
May 2010
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
綠色能源之風力發電機成本效益評估研究 綠色能源之風力發電機成本效益評估研究 綠色能源之風力發電機成本效益評估研究 綠色能源之風力發電機成本效益評估研究::::以春風發電機示範系統為例以春風發電機示範系統為例以春風發電機示範系統為例 以春風發電機示範系統為例 學生：戴德炫 指導教授：白曛綾 國立交通大學工學院永續環境科技學程 摘 摘 摘 摘 要要要 要 「哥本哈根協議」確認了持續「京都議定書」與「聯合國氣候變化綱 要公約」的雙軌制，全球對應氣候變化的中期目標，將設定為控制工業化 以來，溫度上升的幅度在攝氏 2 度以內。因此，全球實施減排，就必須推 廣以再生能源取代現行能源。再生能源包括風力、水力、太陽能及潮汐能， 其中，風力發電技術已趨成熟及商業化的應用。近年來，風力發電機的裝 置容量快速成長，已能有效扮演分散式、補助性能源的角色，對能源及環 保的貢獻相當重要。 本研究主要探討風力發電機的成本效益評估，並以春風發電機示範系 統為案例，針對此系統運轉七年的操作紀錄，進行投資成本、溫室氣體減 量成果、推廣教育成果、故障原因等分析，並且將風力發電機各項理論值 與實際運轉值進行比較。 研究結果顯示，針對春風發電機示範系統的實際案例，如果沒有政府 補助投資，依現行台電電價基準，並不符投資效益；如果有輔助投資，則 具有投資效益。若徵收碳稅以達溫室氣體減量之效果，則依每噸碳稅 600 元之基準，每度電價的成本，經計算可再降 0.382 元。在故障原因的分析部 分，主要是電氣類問題所造成，而國內對故障維修與運轉率的能力不足， 因此有必要提昇維修與備品研發的技術。根據各項理論值與實際運轉值的 分析結果，顯示建置初期各項實際運轉值都符合理論值，但是由各地區域 性風速的平均值與風力發電機最大發電量之關係，顯示風力發電機若設置 規模不恰當時，將造成其可利用率不高，因此後續評估建置風力發電必須 審慎考量，避免投資浪費。 關鍵字 關鍵字 關鍵字 關鍵字：：：：風力發電機風力發電機風力發電機風力發電機、、、、再生能源再生能源再生能源再生能源、、、、哥本哈根協議哥本哈根協議、哥本哈根協議哥本哈根協議、、、京京京都議定書京都議定書、都議定書都議定書、、溫室氣體、溫室氣體溫室氣體、溫室氣體、、、 溫室效應 溫室效應 溫室效應 溫室效應。。。。
Cost-effective Assessment of Green Energy:A Case Study of Andante Wind Power Generator
Student：Tehsuan Dai Advisor：Hsunling Bai Degree program of Environmental Technology for Sustainability
College of Engineering National Chiao Tung University
ABSTRACT
According to the Copenhagen Accord, as the medium-term objective of global response to climate change is that the increase in global temperature should be below 2 degrees Celsius since the Industrial Revolution began in 1750. Therefore, the global implementation for the mitigation actions shall be to promote renewable energy such as wind power . This rapid growth of installed capacity of wind turbines in recent years has been able to play the role of decentralized and subsidy.
This study focused on cost-benefit assessment of wind turbines. With a case study of Andante Wind Power Generator which has been running for seven years, The results indicated that the investment returns is inconsistent according to the current TPC electricity price if the government subsidy is edforced. By contrast, it had investment return after government provides assistance. In addition, the cost of electricity price could have a reduction of NT$ 0.382 per unit if government collects carbon taxes on Greenhouse gas emissions of NT$ 600 per ton. For the study of malfunction causes of wind turbines, the show main causes were due to electric problems. Finally, according to the comparison between theoretical and actual operating values it indicates that the difference can be ignored. However, the maximum power generation of wind turbine depends on the average wind speed. Regional wind speed in Taiwan may indicate the low availability of wind as a power source, therefore, follow-up assessment on wind power energy must be careful to avoid invalid investment.
Keywords: Wind Power Generator, Renewable Energy, Copenhagen Accord, Kyoto Protocol，，，，Green house gases (GHG)，，，Global Warming。， 。。。
謝
謝
謝
謝 誌
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本論文研究期間，承蒙指導教授白曛綾博士的指導與勉勵，尤其在研 究論文發生瓶頸時，給予關鍵性的指正與建議。此外也要感謝論文口試委 員張宗良副教授和林育旨副教授撥冗詳閱本論文，不吝指正與建議，使得 論文更加完整。 回顧三年來研究所求學過程中，在正隆公司竹北廠的主管李志宏副總 工、李志良廠長、張銀濤經理等主管指導與指正，並充分授權使我能有足 夠時間學習。同時，對於三年修業一起打拼的班代儼輝、副班代瑞珠、逸 章、宗元、宗憲、宗晃、大為、等因為你們的一起打拼由其班代副班代的 帶頭畢業，使得我又有原動力往前，那段攜手扶持共渡難關的日子銘記在 心。 此外,對於在元培科技大學環衛系的張宗良、林育旨、陳志郎、王智澤 老師們的鼓勵下，讓我有動力的向上求學，並拓展了學生的知識與見聞， 感謝各位老師諄諄教誨，因此才能順利的應屆考上交通大學環工所。並感 謝在元培科技大學跟我一起打拼考上交通大學研究所的同學，也因為有你 們的一起努力，相互陪伴與扶持，才能讓我有今日的成果。 最後，感謝我的家人這段時期的包容，尤其是特別感謝我的母親，她總 是扮演著我專屬的避風港，默默的付出與靜靜守護著我，以及其他家人鼓 勵與關心。謹將此論文的喜悅與榮耀，獻予生命中不期而遇支持與愛護我 的人分享。目
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第一章 第一章 第一章 第一章 前前前 言前 言言言 1.1 研究背景、動機………..1 1.2 研究目的………..2 第二章 第二章 第二章 第二章 文獻回顧文獻回顧文獻回顧 文獻回顧 2.1 全球風力發電機發展概況………..4 2.2 各洲風力發電發展概況 ………....6 2.3 國內風力發電機發展概況……….12 2.4 風力發電機重點技術概況……….15 2.5 再生能源發展與風力發電……….18 2.6 溫室氣體減量與風力發電……….19 2.7 風力發電機產生噪音與對鳥類影響……….20 2.8 投資成本效益評估……… ………21 第三章 第三章 第三章 第三章 研究方法研究方法研究方法 研究方法 3.1 研究架構……….24 3.2 研究內容……….26 3.3 研究個案介紹………..27 第四章 第四章 第四章 第四章 結果與討論結果與討論結果與討論 結果與討論 4.1 投資成本分析……….42 4.2 溫室氣體減量成果 ……….72 4.3 推廣教育成果……….83 4.4 故障原因分析……….85 4.5 風力發電機各項理論值與實際運轉值比較…….……..………...88 4.6 本研究對於國內風力發電發展之 SWOT 分析……….94 第五章 第五章 第五章 第五章 結論與建議結論與建議結論與建議 結論與建議 5.1 結論……….96 5.2 建議……….97 第六章 第六章 第六章 第六章 參考文獻參考文獻參考文獻 ………..………..99 參考文獻表
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頁次頁次頁次 頁次 表 表 表 表 2-1 中國各省中國各省中國各省建置風力發電總量中國各省建置風力發電總量建置風力發電總量建置風力發電總量 10 表 表 表 表 2-2 2008 年中國境內風力發電機廠商年中國境內風力發電機廠商年中國境內風力發電機廠商 年中國境內風力發電機廠商 11 表 表 表 表 2-3 2008 年底全台灣風力發電機設置量年底全台灣風力發電機設置量年底全台灣風力發電機設置量 年底全台灣風力發電機設置量 15 表 表 表 表 3-1 新竹地區新竹地區新竹地區年新竹地區年年年平均風速與風能密度平均風速與風能密度平均風速與風能密度平均風速與風能密度表表表表 29 表 表 表 表 4-1 政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款、政府無輔助款、、、折舊年限折舊年限 20 年下之折舊年限折舊年限 年下之年下之年下之 10 與與與 20 年內部報酬率與 年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率 (年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值) 44 表 表 表 表 4-2 政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款、政府無輔助款、、、折舊年限折舊年限 20 年下之折舊年限折舊年限 年下之年下之年下之 10 與與與 20 年內部報酬率與 年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率 (年總發電量年總發電量年總發電量年總發電量設計設計設計值設計值值值) 46 表 表 表 表 4-3 政府無政府無輔助款政府無政府無輔助款輔助款、輔助款、、、折舊年限折舊年限 10 年下之折舊年限折舊年限 年下之年下之年下之 10 與與與 20 年內部報酬率與 年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率 (年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值) 48 表 表 表 表 4-4 政府無政府無政府無輔政府無輔輔助款輔助款助款助款、、折舊年限、、折舊年限折舊年限 10 年下之折舊年限 年下之年下之年下之 10 與與與 20 年內部報酬率與 年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率 (年總發電量年總發電量年總發電量年總發電量設計設計設計值設計值值值) 50 表 表 表 表 4-5 政府有政府有輔助款政府有政府有輔助款輔助款、輔助款、、、折舊年限折舊年限 20 年下之折舊年限折舊年限 年下之年下之年下之 10 與與與 20 年內部報酬率與 年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率 (年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值) 52 表 表 表 表 4-6 政府有政府有輔助款政府有政府有輔助款輔助款、輔助款、、、折舊年限折舊年限 20 年下之折舊年限折舊年限 年下之年下之年下之 10 與與與 20 年內部報酬率與 年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率 (年總發電量年總發電量年總發電量年總發電量設計設計設計值設計值值值) 54 表 表 表 表 4-7 政府有政府有輔助款政府有政府有輔助款輔助款、輔助款、、、折舊年限折舊年限 10 年下之折舊年限折舊年限 年下之年下之年下之 10 與與與 20 年內部報酬率與 年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率 (年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值) 56 表 表 表 表 4-8 政府有政府有輔助款政府有政府有輔助款輔助款、輔助款、、、折舊年限折舊年限 10 年下之折舊年限折舊年限 年下之年下之年下之 10 與與與 20 年內部報酬率與 年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率 (年總發電量年總發電量年總發電量年總發電量設計設計設計值設計值值值) 58 表 表 表 表 4-9 投資效益各情境比較表投資效益各情境比較表投資效益各情境比較表 投資效益各情境比較表 59 表 表 表 表 4-10 有投資風有投資風有投資風力發電機建置意願有投資風力發電機建置意願力發電機建置意願力發電機建置意願之之之之最小政府輔助最小政府輔助最小政府輔助最小政府輔助款款金額款款金額金額金額（（（（比例比例比例比例）））） 61 表 表 表 表 4-11 政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款、政府無輔助款、、折舊年限、折舊年限折舊年限折舊年限 202020 年下之20年下之 10年下之年下之101010 與與與與 2020 年內部報酬率2020年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率、、、、 符合最低投資效益 符合最低投資效益符合最低投資效益 符合最低投資效益之年總發電量之年總發電量之年總發電量 之年總發電量 63 表 表 表 表 4-12 政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款、政府無輔助款、、折舊年限、折舊年限折舊年限折舊年限 101010 年下之10年下之 10年下之年下之101010 與與與與 2020 年內部報酬率2020年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率、、、、 符合最低投資效益 符合最低投資效益符合最低投資效益 符合最低投資效益之年總發電量之年總發電量之年總發電量 之年總發電量 65 表 表 表 表 4-13 各情境投資基準點效益分析各情境投資基準點效益分析各情境投資基準點效益分析 各情境投資基準點效益分析 66表 表 表 表 4-14 麥寮示範系統投資效益評估麥寮示範系統投資效益評估麥寮示範系統投資效益評估、麥寮示範系統投資效益評估、、、政府無輔助款政府無輔助款、政府無輔助款政府無輔助款、、、折舊年限折舊年限折舊年限折舊年限 20202020 年下之 年下之年下之 年下之 10101010 與與與與 202020 年內部報酬率20年內部報酬率(94年內部報酬率年內部報酬率(94(94(94 年實際總發電量年實際總發電量年實際總發電量年實際總發電量)))) 68 表 表 表 表 4-15 春風示範系統投資效益評估春風示範系統投資效益評估春風示範系統投資效益評估、春風示範系統投資效益評估、、、政府無輔助款政府無輔助款、政府無輔助款政府無輔助款、、、折舊年限折舊年限折舊年限折舊年限 20202020 年下之 年下之年下之 年下之 10101010 與與與與 202020 年內部報酬率20年內部報酬率(94年內部報酬率年內部報酬率(94(94(94 年實際總發電量年實際總發電量年實際總發電量年實際總發電量)))) 70 表 表 表 表 4-16 麥寮示範系統與春風示範系統比較表麥寮示範系統與春風示範系統比較表麥寮示範系統與春風示範系統比較表 麥寮示範系統與春風示範系統比較表 71 表 表 表 表 4-17 風力發電機發電量換算溫室氣體減量效益表風力發電機發電量換算溫室氣體減量效益表風力發電機發電量換算溫室氣體減量效益表 風力發電機發電量換算溫室氣體減量效益表 73 表 表 表 表 4-18 加入碳稅後加入碳稅後加入碳稅後，加入碳稅後，，，政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款、、折舊年限、、折舊年限折舊年限折舊年限20年下之年下之年下之10與年下之 與與與20年年年年 內部報酬率 內部報酬率內部報酬率 內部報酬率（（（（年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值）））） 75 表 表 表 表 4-19 加入碳稅後加入碳稅後加入碳稅後，加入碳稅後，，，政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款、、折舊年限、、折舊年限折舊年限折舊年限10年下之年下之年下之10與年下之 與與與20年年年年 內部報酬率 內部報酬率內部報酬率 內部報酬率（（（（年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值年總發電量實際值）））） 77 表 表 表 表 4-20 政府無輔助款政府無輔助款政府無輔助款、政府無輔助款、、、折舊年限折舊年限折舊年限20年下之折舊年限 年下之10與年下之年下之 與與與20年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率（（（（年年年年 總發電量實際值 總發電量實際值總發電量實際值 總發電量實際值））））、、、、最低收購電價與碳稅最低收購電價與碳稅最低收購電價與碳稅最低收購電價與碳稅 79 表 表 表 表 4-21 政府政府政府無輔助款政府無輔助款無輔助款、無輔助款、、、折舊年限折舊年限折舊年限10年下之折舊年限 年下之10與年下之年下之 與與與20年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率年內部報酬率（（（（年年年年 總發電量實際值 總發電量實際值總發電量實際值 總發電量實際值））））、、、、最低收購電價與碳稅最低收購電價與碳稅最低收購電價與碳稅最低收購電價與碳稅 81 表 表 表 表 4-22 碳稅與最低收購電價各情境投資效益分析碳稅與最低收購電價各情境投資效益分析碳稅與最低收購電價各情境投資效益分析 碳稅與最低收購電價各情境投資效益分析 82 表 表 表 表 4-23 參訪人數統計表參訪人數統計表參訪人數統計表 參訪人數統計表 84 表 表 表 表 4-24 1號風力發電機故障統計分析表號風力發電機故障統計分析表號風力發電機故障統計分析表號風力發電機故障統計分析表 86 表 表 表 表 4-25 2 號風力發電機故障統計分析表號風力發電機故障統計分析表號風力發電機故障統計分析表號風力發電機故障統計分析表 86 表 表 表 表 4-26 台電與台電與台電與春風發電機示範系統運轉記錄表台電與春風發電機示範系統運轉記錄表春風發電機示範系統運轉記錄表 春風發電機示範系統運轉記錄表 89 表 表 表 表 4-27 南寮地區理論年平均風速最大值與最小值與實際年平均風南寮地區理論年平均風速最大值與最小值與實際年平均風南寮地區理論年平均風速最大值與最小值與實際年平均風南寮地區理論年平均風速最大值與最小值與實際年平均風 速最大值與最小值比較表 速最大值與最小值比較表速最大值與最小值比較表 速最大值與最小值比較表 90 表 表 表 表 4-28 國內風力發電發展之國內風力發電發展之國內風力發電發展之 SWOT 分析國內風力發電發展之 分析分析分析 95
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第一章
第一章
第一章 前言
前言
前言
前言
1.1 研究背景研究背景研究背景、研究背景、、、動機動機動機動機 為抑止全球氣候的繼續惡化與溫室效應氣體的超量排放，「聯合國氣候 變化綱要公約」參加國於 1997 年制定「京都議定書」，其目標是控制大氣 中溫室氣體含量，以防止劇烈的氣候改變對人類造成傷害。2009 年，聯合 國通過了「哥本哈根協議」，確認持續「京都議定書」與「聯合國氣候變化 綱要公約」的雙軌制，將全球對抗氣候變化的中期目標，設定為工業化以 來的全球平均溫度，其上升幅度控制在攝氏 2 度以內，並且將在 2016 年考 慮重新審查是否有必要限縮至攝氏 1.5 度。在資金支持方面，先進國家共同 承諾，將在 2010 至 2012 年間，提供發展中國家總計 300 億美元的快速資 金，以支持其減緩和適應能力的建設。先進國家承諾到 2050 年至少減排 80% 的中期目標，但是短期減排的承諾則將在以後決定。此外，先進國家的減 排行動將在全國進行檢測，並且按照公約締約會議將採取的指導準則，每 兩年報告一次執行成果。值得注意的是，哥本哈根會議未能達成任何具有 法律約束力的協議，僅在美國、中國、印度、南非等國家間，達成一個未 能獲得大會全面通過，而以備忘錄形式簽訂的協議【【【【1】】】】 。 減排行動須配合以推廣再生能源取代現行能源，其有三個主要優點， 包括對環境生態衝擊較小、發電燃料成本幾近於零，以及不虞匱乏且有再 生能力。不論從環境、生態或能源耗盡時間等層面來進行考量，再生能源 相較於傳統能源，均是一個較佳的選擇，並減緩傳統能源的使用【【【【2】】】】 。此外， 能源缺乏的危機使能源價格日漸上昇，再生能源扮演替代能源的角色。再 生能源包括風力、水力、太陽能及潮汐能，其中，風力發電技術已趨成熟 且達商業化規模，近年來裝置容量快速成長，能有效地扮演分散式、輔助 性能源的角色，對能源及環境的貢獻相當重要。 目前全球有三大危機，分別是金融危機、能源危機及環境危機。就金 融危機而言，因風力發電機的技術發展快速，風力發電機的興建可提供許 多工作機會，過去三年造就全球44萬個工作機會，而大部份都屬於高科技人材【【【【3】】】】 ；就能源危機而言，風力發電機逐漸取代傳統能源發電，由於傳統 能源缺乏而造成能源費用提高，相對減少風力發電機的投資回收年限，於 是各國更加速發展風力發電機；就環境危機而言，風力發電機是個零污染 排放的能源，因此各國提出執行「京都議定書」的對策，即是逐步建置風 力發電機及推動其他綠色能源。總而言之，推廣風力發電機之設置是個可 以一次解決三個危機的方法。 風力發電是永續利用、低污染、低碳排放的再生能源，具有能源與環 保的雙重貢獻。就能源貢獻而言，風力發電每產生一度電可減少0.25公升燃 油或0.37公斤燃煤的使用量；就環保貢獻而言，風力發電每產生一度電約較
傳統燃煤發電減少1公斤CO2及少量NOX、SOX等污染物的排放，其環境成本
較傳統能源低【【【【4】】】】 。 風為空氣流動所造成，因為速度而具有動能，此動能可轉變成乾淨電 能，方便、不會造成空氣污染，因此稱之為綠色電力。若以全球目前開採 能源的速度估算(2008年為基準)，石油尚餘41.6年、天燃氣60.3年、煤133 年【【【【5】】】】 。再加上台灣原本缺乏燃料能源，超過96%的能源燃料（其中，燃油 20.6%、燃煤39.6%、燃氣4.9%及核能30.9%）必須仰賴進口，水力發電僅佔 約4%【【【【6】】】】 。因此，綠色能源的開發與利用，更顯其重要性。 台灣為季風型海島氣候，每年的10月至隔年2月間，擁有豐沛的東北季 風，許多地區的年平均風速都超過每秒5公尺以上，其中，風速較大的地區 有澎湖、蘭嶼等離島、桃竹苗沿海、中部及嘉南沿海、恆春半島及東北角， 這些區域極具設置風力發電的潛力【【【【7】】】】 。依據經濟部能源局資料，至2007年8 月底，台澎地區已裝設127座風力發電機，總容量為217.2MW，可供應14.6 萬戶家庭一年的使用量【【【【8】】】】 。 1.2 研究目的研究目的研究目的 研究目的 台灣地區近年來因推廣再生能源，西部海岸地區陸續建置許多風力發 電機，因此，風力發電機建置對生態、二氧化碳減量、噪音的影響，以及 風力發電機設備的改良等，已有許多研究與成果。然而，針對風力發電機 實際運轉的情況(例如發電量、故障率、運轉率、投資效益)，建置時該區域
的風速可利用率評估是否合宜，以及政府推動風力發電機的教育推廣成效 等，較少有相關的研究。 春風風力發電示範系統位於新竹縣沿海地區，投資與營運此系統的正 隆公司，為配合政府推動再生能源政策，與該公司「全員參與，珍惜資源， 保護環境」的環境政策，並且實踐綠色生產鏈的理念、建立良好的企業形 象，乃依據經濟部能源局發佈之「風力發電示範系統設置辦法」，設置 2 座 發電量均為 1,750 KW 的風力發電機，於民國 91 年 10 月建廠完成並商轉迄 今，為台灣地區第一個大型風力發電機。因此，針對春風風力發電機之興 建投資效益、運轉率，根據其實際運轉成效進行研究分析，結果可供後續 風力發電機建置之參考。本研究之目的如下: （一）、分析目前電價是否合宜，以及徵收碳稅是否增加風力發電機之投資 效益，以供政府輔導企業推動再生能源興建風力發電機之參考。 （二）、提供產業界評估興建風力發電機之投資效益，進而推動溫室氣體減 量對策之可行性。 （三）、分析台灣地區相同類型的風力發電機，經常故障的原因、實際運轉 率及維修困難點等，供各界興建之參考。
第二章
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文獻回顧
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2.1 2.1 2.1 2.1 全球 全球全球風全球風風力風力力發電力發電機發電發電機機發展機發展發展概發展概概概況況況況 隨著世界潮流與趨勢，及對綠色能源的日漸重視，現今風力發電機開 發迅速的國家在歐洲包括有德國、西班牙、丹麥等國；在北美洲則有美國； 而亞洲也有印度、日本、中國大陸。2008年底全世界風力發電機裝置總容 量達121,188 MW，其中有27,261 MW為2008年所新裝設容量。2008年較2007 年總設置容量增加29%，超過全球總耗電量1.5%以上，截至2008年底美國 第一次以總發電量設置量超過德國而居世界第一位，而中國大陸總裝機容 量也已超過12,000 MW【【【【9】】】】 ，總發電量設置量超過印度，而在亞洲地區趨於 領先地位。由此可知近幾年來因溫室效應問題以及傳統能源缺乏，風力發 電機快速成長。 圖2-1 為全球風力發電機裝置總容量，由圖可知2008年底裝置總容量已 比2005年成長一倍。全球風力發電總設置量於2005年規模59,024 MW，2006 年規模74,151 MW，2007年規模93,927 MW，2008年規模121,188 MW。相 較於十年前裝置容量為9,667 MW，不及2008年的十分之一，而2006年歐洲 風力發電機總設置量占全球總設置量比率65.5%至2008年更是下降至54.6% 【 【 【 【10】】】】 。 全球風力發電機裝置總容量 7, 48 0 9, 66 7 13 ,7 00 18 ,0 39 24 ,3 22 31 ,1 81 39 ,2 95 47 ,6 93 59 ,0 24 74 ,1 51 93,9 27 121, 18 8 152, 00 0 190, 00 0 -50,000 100,000 150,000 200,000 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 年份 (M W ) 圖 圖 圖 圖2-1. 全球風力發電機全球風力發電機全球風力發電機全球風力發電機裝裝裝裝置總置總置總置總容容量容容量量量【【【【10】】】】在2004年之前，歐洲還主宰世界風力發電機市場，而2008年時歐洲已 失去主宰市場，其占全球風力發電機新設置總量32.8%，北美洲為32.6%， 亞洲為31.5%，可知2008年新設置風力發電機，歐洲、北美洲與亞洲是並駕 齊驅。拉丁美洲和非洲在全球總設置容量占了0.6%和0.5%，2008年新設置 總量占全球新設置總量0.4%和0.3%。圖2-2 為2007年與2008年全球風力發 電機設置總量前10名，由圖可知2008全球前五名分別為美國(25,170 MW)、 德國(23,903 MW)、西班牙(16,740 MW）、中國（12,210 MW）及印度（9,587 MW），另外風力發電機發源國丹麥則位居於第九，進入前十名的亞洲國家 則有兩個【【【【9】】】】 。 2,1302,862 3,125 3,160 2,3893,288 2,4553,404 2,726 3,736 7,850 9,587 5,912 12,210 15,145 16,740 22,247 23,903 16,819 25,170 - 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 Portugal Denmark United Kingdom France ltaly Lndia China Spain Germany USA 2008 2007 圖 圖 圖 圖2-2. 全球風力發電機全球風力發電機全球風力發電機全球風力發電機設置設置設置設置量前量前量前量前10名名名名【【【【9】】】】 2004年全球有24個國家裝置容量超過100 MW，2007年全球有13個國家 裝置容量超過1,000 MW，32個國家裝置容量超過100 MW，2008年全球有 16個國家裝置容量超過1,000 MW，各國風力發電機設置逐年增加。圖2-3 為 全球風力發電機市場成長率，由圖可得知風力發電機成長率以2004年裝置 總量為指標逐年成長，由2005年成長23.8%至2008年成長率達29%，主要原 因為美國與中國兩國於2008年裝置總量成長率分別為50%和107%，其中保 加利亞更是成長177%，其它如澳大利亞、波蘭、土耳其和愛爾蘭等都是迅 速發展國家。【【【【9】】】】
圖 圖圖 圖2-3. 全球風力發電機市場成長率全球風力發電機市場成長率全球風力發電機市場成長率全球風力發電機市場成長率【【【【9】】】】 另外丹麥為歐洲開發風力發電機的先驅，由於政府的重視及鼓勵，二 十多年來持續研發，造就了成功的國際化風力發電產業。德國在90年代初 僅有少許的風力發電機應用，但在其優異的工業基礎與政策鼓勵下，十多 年來其風力發電機裝置容量呈驚人的指數成長，遠高於其他國家，2007年 設置總量還位居世界第一。西班牙則為近年的後起之秀，也是由於政策的 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。就風力發電機廠商而言，目前丹麥的廠商 所生產之風力發電機約占全球市場的40%，德國次之，另外印度廠商 （Suzlon）所生產風力發電機之銷售量，於2003年首度擠進全球前10大廠牌 排名【【【【9】】】】 。 就目前全球風力發電機發展，原本發源地及重心都在歐洲，但近來重 心也逐漸轉移到北美洲及亞洲。美國與中國在2008年總設置量也占全球 50.8%。風力發電機先驅丹麥，近年來發展較緩慢，再加上可設置地區也已 漸漸飽和，因此在裝置總容量上居世界第九位，2004年時丹麥裝置總量為 全球第四，不過目前風力發電量仍占全國用電量比率20%，依然是風力發電 機發利用展領先國家【【【【9】】】】 。 2.2 各洲各洲各洲風各洲風風風力發力發電力發力發電電電發展概發展概發展概發展概況況況況
2.2.1 歐洲地區歐洲地區歐洲地區歐洲地區 歐洲雖失去年度新設置總量第一的位置，但仍保持總發電量世界第 一，圖2-4 為2000-2008年德國、西班牙、丹麥等國與其他歐洲國家風力發 電機年度新設置總發電量(KW)與比率，由圖可得知歐洲風力發電機年度新 設置總量最多的主要三個國家分別為德國、西班牙與丹麥，目前風力發電 機年度新設置總發電量仍穩定成長中【【【【11】】】】 。 圖 圖 圖 圖2-4. 2000-2008年德國年德國年德國、年德國、、西班牙、西班牙西班牙、西班牙、丹麥等國與其他、、丹麥等國與其他丹麥等國與其他歐洲丹麥等國與其他歐洲歐洲歐洲國家國家國家風力國家風力風力風力 發電 發電發電 發電機機機機年度年度年度年度新設置新設置新設置新設置總總總總發電發電量發電發電量量量(KW)與比率與比率與比率與比率【【【【11】】】】 歐洲至2008年底風力發電機總設置量為64,935 MW，其中2008年新設置 總發電量為8,484 MW。新裝置容量與成長率最高的國家為愛爾蘭，新建置 容量為440 MW，成長率55%；波蘭新建置容量為196 MW，成長率71%。其 中波蘭為東歐國家第一個使用風力發電機國家，總體而言歐洲風力發電機 發展目前為停滯狀態。預期德國將成為世界最大風力發電機供應商，尤其
再生能源法通過後，將會在2009年擁有更大市場佔有率。另外一方面英國 政府宣佈可以依再生能源法做為社會引入電價補償機制，此外歐盟成員國 如果不再採取其他額外獎勵措施，改變相關補助措施，歐盟很難達成在2020 年之再生能源目標【【【【9】】】】 。 2.2.2 北美洲地區北美洲地區北美洲地區北美洲地區 2008年北美洲風力發電機設置成長突飛猛進，裝機容量為2006年的一 倍，達到27,539 MW。2008年美國更是突破兩項記錄，分別為新設置風力發 電機總量及全球設置風力發電機總量第一。目前美國各州境內，越來越多 州立法通過設置風力發電機優惠辦法，因此也吸引相當多的國外投資廠商 紛紛到美國境內設置，目前共有30個州利用風力發電。風力發電機主要分 佈德州、愛德華州及加州，其中加州風力發電機大部分為80年代初期所設 置，而德州則為近年發展最快速的地區【【【【12】】】】 。 同時也期待目前歐巴馬政府會對國內風力發電機投資政策做一改善， 尤其對投資廠商在實質上有所抵免，但目前因金融風暴對信貸緊縮可能會 造成較小投資公司無法新建風力發電機，因此美國風力發電機發展將會受 到延遲。 加拿大政府目前在魁北克與安大略省都表示要增設風力發電機，安大 略省政府更承諾會加快通過再生能源法相關綠色能源草案，包括再生能源 風力電價補償機制。圖 2-5 為加拿大各省風力發電分佈圖，由圖可得知目 前設置量最多為魁北省，而魁北省也簽署建置總發電容量 2,000 MW 的目 標，並於 2010 年開始實施。目前加拿大風力發電機建置容量為 3,150 MW， 足以提供 10 萬戶家庭使用，占全國用電量比率 1.1%。【【【【13】】】】 。
圖 圖 圖 圖2-5. 加拿大加拿大加拿大加拿大各省各省各省各省風力發電分佈圖風力發電分佈圖風力發電分佈圖風力發電分佈圖【【【【13】】】】 2.2.3 澳大利亞與太平洋澳大利亞與太平洋澳大利亞與太平洋澳大利亞與太平洋地區地區地區 地區 截至2008年底，該區風力發電機發展出現曙光，其風力發電機設置量 達1,819 MW，主要原因為澳大利亞政府承諾為減緩氣候變遷和擴大再生能 源利用方面做很多的努力，然而新政府的上任，可期待推動再生能源的利 用，使得澳大利亞的風力發電機的建置，能有更明顯成長趨勢【【【【9】】】】 。 2.2.4 亞洲地區亞洲地區亞洲地區亞洲地區 中國與印度在亞洲屬於領先風力發電機大國，兩國截至2008年底總設 置量為24,439 MW，成為風力發電機未來主要發展區域【【【【14】】】】 。中國2008年風 力發電機建置總量比2007年成長一倍，2007年總建置量為590.6萬KW，2008 年總建置量為1215.3萬KW，並且已有在地廠商進行自己研發之風力發電機 【 【 【 【15】】】】 。表2-1 為中國各省建置風力發電總量，由表可得知中國境內各省目前 風力發電總量最多為內蒙古【15】】】】 。
表 表 表 表2-1. 中國各省建置風力發電總量中國各省建置風力發電總量中國各省建置風力發電總量中國各省建置風力發電總量【【【【15】】】】 2007 2008 2008 序號 省 (市自治區等) 累計(KW) 新增(KW) 累計(KW) 1 內蒙古 1,563,190 2,172,250 3,735,440 2 遼寧 515,310 734,450 1,249,760 3 河北 491,450 619,250 1,110,700 4 吉林 612,260 457,200 1,069,460 5 黑龍江 408,250 428,050 836,300 6 江蘇 293,750 354,500 648,250 7 甘肅 338,300 298,650 636,950 8 新疆 299,310 277,500 576,810 9 山東 350,200 222,100 572,300 10 寧夏 355,200 38,000 393,200 11 廣東 287,390 79,500 366,890 12 福建 237,750 46,000 283,750 13 浙江 47,350 147,280 194,630 14 山西 5,000 122,500 127,500 15 雲南 0 78,750 78,750 16 北京 49,500 15,000 64,500 17 海南 8,700 49,500 58,200 18 河南 3,000 47,250 50,250 19 江西 0 42,000 42,000 20 上海 24,400 15,000 39,400 21 湖北 13,600 0 13,600 22 重慶 0 1,700 1,700 23 湖南 1,650 0 1,650 24 香港 800 0 800 全中國 5,906,360 6,246,430 12,152,790 表2-2 為2008年中國境內風力發電機廠商，由表可得知目前中國境內風 力發電機廠商設置容量前三名為華說、金風與東汽等三大廠商【【【【15】】】】 。可預期 未來將有中國、印度等國風力發電機廠商所製造風力發電機建置於其他國 家。2008年印度也呈現急速發展狀態，其風力發電機產業市場在世界上將 扮演重要角色。韓國在2008年風力發電機建置容量成長45%，目前也開始投 資大型風力發電機，在市場發展時，韓國境內湧出許多風力發電機建置廠 商。第七屆世界風能大會還在韓國濟洲島召開，希望會因此加速韓國風力 發電機推動發展。巴基斯坦於2008年也出現第一台風力發電機，巴基斯坦
的目標希望將來能建置更多大型風力發電【【【【14】】】】 。 表 表 表 表 2-2. 2008 年年年年中國境內風力發電機廠中國境內風力發電機廠中國境內風力發電機廠中國境內風力發電機廠商商商商【【【【15】】】】 品牌 (製造商) 容量 (KW) 佔當年內資與合資 製造商比例 佔當年新增 總裝機比例 華說 1,402,500 29.71% 22.45% 金風 1,131,750 23.98% 18.12% 東汽 1,053,000 22.31% 16.88% 運達 233,250 4.94% 3.73% 上海電氣 178,750 3.79% 2.88% 明陽 174,000 3.69% 2.79% 航太-安迅能 150,000 3.18% 2.40% 湘電 120,000 2.54% 1.92% 新譽 73,500 1.56% 1.18% 北重 60,000 1.27% 0.96% 其他 143,880 3.04% 2.30% 合計 4,720,430 100.00% 75.57% 2.2.5 非洲非洲非洲非洲地區地區地區地區 整個非洲有著巨大發展風力發電機市場之潛能，尤其是非洲南部與北 部有豐沛風場，2008年風力發電機在非洲只有少部份裝置容量，其裝置容 量只有563 MW。在非洲北部主要分佈國家有摩洛哥、埃及和突尼斯。這一 些已經處於發展階段項目來看，2009年與2010年非洲國家將會有大量發展 風力發電機市場之可能【【【【16】】】】 。然而目前非洲風能利用是處於早期開發階段， 因此國際間捐贈組織將把集中力放置於風力發電機市場培育，只有風力發 電機市場發展，才能有風力發電機產業發展。 在南非是第一個由獨立公司自行運轉風力發電機，意謂著非洲風力發 電機出現商機。南非國家電力公司計劃在2009年底前建設50台風力發電機 【 【 【 【16】】】】 ，南非政府也引入風電電價補償機制，促使獨立營運風力發電廠商有投
資意願，而目前非洲風力發電機最能推動原因還是在於資金來源。 2.2.6 拉丁美洲地區拉丁美洲地區拉丁美洲地區拉丁美洲地區 拉丁美洲許多國家風力發電機市場處於不景氣狀態下，2008年總發電 量為667 MW，占全球0.6%。在2008年只有巴西與烏拉圭有建置風力發電 機，這種緩慢經濟發展對風力發電機建置發展是不利，當地居民目前正遭 受到缺乏電力以及無法享受風力發電帶來便利【【【【14】】】】 。然而目前墨西哥、哥斯 大黎加、智利與巴西等國，有許多風力發電機項目正在建置，預計2009年 此區風力發電機發展會有進展。 2.3 國內風國內風國內風國內風力發電機發展概力發電機發展概力發電機發展概力發電機發展概況況況 況 國內在二次能源危機後，經濟部能源委員會資助工研院能環所於民國 70-79年間進行系統性的風能應用研究。一方面逐步完成台灣地區風能潛力 評估；另一方面建立風力發電機研製技術能力。階段性任務完成後，因油 電價格低靡且風力發電建置成本仍高，暫時缺乏用電市場競爭而中止研 發，因此國內風能應用技術未有明顯進展【17】】】】 。 有鑑於國外風力發電應用迅速發展，國內為因應「氣候變化綱要公約 締約國大會」所通過「京都議定書」對溫室氣體減量的決議，我國政府於 民國87年召開「全國能源會議」，會議結論設立再生能源發展目標，為至2020 年佔總能源供應比重1%~3%、占電力總裝置容量1%~3%，以「全國能源會 議」時預估2020年全國電力總裝置容量7,120 MW計算，相當於風力發電機 設置總量須達71 MW至214 MW【18】 。 在風場評估、選址技術領域以及離岸式風力發電系統技術方面，國際 皆有領先技術，國內應透過研發、國際合作，強化整合與市場分析，建構 國內整體風力發電系統與應用能力，也提昇國內風力發電相關技術。希望 藉由技術之開發，以期能與世界風力發電相關技術接軌【【【【19】】】】 。 在推動措施方面，經濟部能源會自89年度開始編列預算，補助民間企 業建置風力發電機示範系統，以推廣國內風能的利用，於89年3月22日頒佈 「風力發電示範系統設置補助辦法」，對審核通過示範系統給予設置成本
50%以內、最高每瓩新台幣16,000元之設備補助，為期五年。春風風力發電 機示範系統也是於當時審查通過示範系統，因此當時經濟部也給予設置成 本49%設備補助，為期五年都必須配合政府，推廣風力發電機利用教育宣導。 工研院能環所配合政府於89年度起，推動風能利用政策研擬執行「風 力示範推廣計畫」，預計於民國94年底，技術輔導民間設置至少18 MW以上 風力發電機示範系統，以建立國內風力發電機運轉技術經驗，促進民眾對 潔淨風力能源瞭解，營造推廣應用環境，完成台灣地區風力潛能分佈圖， 並進行陸上及海域可用風力發電場址評選規劃【【【【20】】】】 。 現今在市場上銷售的商業化風力發電績單機容量介於600~2,500 KW， 但基於陸上風況佳之場址有限之考量，朝大型機組研發及設置離岸式風力 電場已是歐洲風電產業發展的新趨勢。風力發電機除了朝離岸式發展外， 朝大型風力發電機研發也是另一個商業主流。 台灣四面環海，除旺盛的海風外，還有強大的東北季風。澎湖、蘭嶼 等離島也都有豐沛風力。台灣第一座風力發電機在 2000 年設置後，包括政 府及民間，都積極地推廣風力發電機。但是台灣風力發電機的發展規模， 卻受到地形局限。台灣由於平地幅員狹小、山地交通不便，實際能安置風 力發電機的土地並不多。據台電表示，台灣目前所有可建置風力發電機的 土地，幾乎都滿了。 建置離岸式風力發電機組，為目前風力發電機的新潮流。。歐洲國家 如丹麥、德國、英國或瑞典等國家，因陸域式風場已不易再尋覓優良風場， 而逐漸將重心放在離岸式風力發電機等的建置。由於海岸風力資源相當豐 富，離岸式風場具有較高風能和穩定風速的雙重優點，同時也能夠避免陸 域式風場建置所產生的衝突，並避免大量土地利用及開發限制的優點。但 是其缺點為成本較高，所以擴大其風場規模，為降低發電機成本的方式之 一。海面上施工的技術開發、海底電纜的鋪設及運輸裝置等問題，也提高 了該項工程的困難度。 離岸式有較高且較穩定的風，且因海上蘊藏有巨大的風力資源，亂流 較小，可使風力發電機有較穩定的電力產能輸出，可減輕陸上開發壓力， 減除噪音、景觀等影響顧慮，而有較高的發電效益。理論上，每增加 10﹪
的風速，會增加 30﹪電力產出，因此離岸風場大都採用高發電容量及較高 風速發電能力之風力發電機。然而直到目前，離岸風力發電經驗仍然十分 有限，主要原因是離岸風力發電設備所需之安裝及支撐結構費用，比陸上 風力發電設備來的困難且昂貴，因此如何降低成本及風險，成為離岸風場 建置的重要考量。【【【【21】】】】 近來風力發電廠址選擇不再侷限在陸地上，風力潛能優勢之近海地區 也成為風力發電廠址評估時之選擇。相較於陸上之風力發電廠，離岸式風 力發電廠（offshore wind farm）具有較高且較穩定、易預測之風速優勢；此 外，陸地風力發電廠容易被電廠附近居民抗議之問題如景觀影響及運作時 會發生之噪音問題也都可迎刃而解，並因不需考慮此兩項環境影響問題而 可將風力發電機單機尺寸及容量擴大【【【【21】】】】 。 自89年度風力發電機示範系統設置補助頒佈實施後，在能環所配合辦 理推廣及協助輔導下，目前已完成了雲林麥寮(2.64 MW)、澎湖中屯(2.4 MW) 及竹北春風(3.5 MW)三座風力發電機示範系統【【【【19】】】】 。全台灣陸續建置多台風 力發電機，表2-3 為2008年底全台灣風力發電機設置量，由表可得知至2008 年底，全台風力發電機設置總量已達281.6 MW【【【【22】】】】
表 表表 表2-3. 2008年底全台灣風力發電機設置量年底全台灣風力發電機設置量年底全台灣風力發電機設置量年底全台灣風力發電機設置量【【【【22】】】】 地區 台數 每小時單機 最大發電量 （KWH） 每小時設置最 大總發電量 （KWH） 備註 台北縣石門鄉石門 6 660 3,960 桃園縣大潭村大潭電廠 3 1,500 4,500 桃園縣大園與觀音鄉 20 1,500 30,000 新竹市香山 6 2,000 12,000 新竹縣竹北(春風) 2 1,750 3,500 示範系統 苗栗縣大鵬 21 2,000 42,000 苗栗縣竹南鎮竹南 3 1 2,000 1,800 7,800 台中縣台中電廠 4 2,000 8,000 台中縣台中港 18 2,000 36,000 彰化縣線西鄉線西與崙尾 23 2,000 46,000 彰化縣彰濱鹿港 33 75,900 雲林縣(麥寮) 4 660 2,640 示範系統 屏東縣恆春 3 1,500 4,500 澎湖縣(中屯) 8 600 4,800 示範系統 合計 155 281,600 國內風力發電機推廣障礙根本解決之道須從法規制度及改善環境條件 面著手，因此推動「再生能源發展條例」，將風力等再生能源現階段推廣所 面臨之土地，併聯及優惠購電等問題納入規範之「再生能源發展條例」儘 速立法。以排除設置風力發電機所遭遇土地取用問題，並明定併聯及優惠 售電，提供更大的經濟誘因，方可突破投資的障礙，營造出有利的推廣應 用環境。 2.4 風力發電機重點技術概況風力發電機重點技術概況風力發電機重點技術概況 風力發電機重點技術概況 現今商業化主流風力發電機採水平軸、上風式、三葉式翼型設計，主 要由葉片轉子(rotor blade，俗稱葉輪)、傳動鏈(增速齒輪箱及發電機)、控制 系統及塔架等單元所構成。在輸出性能方面，葉輪氣動性能的好壞對風力 機輸出效率具有決定性的影響，由於導入許多航太技術應用於葉片的設 計，已大幅提高風力機之輸出效率，其中葉片為主要關鍵技術之一，約佔 風力發電機成本 21%。然風力發電機因葉片與旋轉軸相接方法不同，大致 上分為兩種不同型式。一為垂直軸式風力發電機，主要葉片是圍繞一個垂
直軸旋轉而且風向與轉軸成垂直。其主要優點是不會因為風向改變，而葉 片須要向風，缺點為無法抽取大量風能並且須要較多葉片材料。另一種為 水平軸式風力發電機，主要葉片是徑向安裝並且風向是與轉軸成水平，其 優點有較高風能系數與扭力，缺點起動風速較高。隨著風力發電機朝百萬 瓦級發展後，葉片的製程以及測試驗証更顯重要，現以玻璃纖維強化塑膠 材質為主，具有質輕、耐腐蝕等功能，未來發展趨勢將以碳纖 (carbon fiber) 或碳纖 / 玻纖混成 (carbon/glass hybrid ) 取代玻纖，以朝大型化風力機發 展【【【【5】】】】 。 現代式風力發電機皆使用微電腦監控，可隨風速、風向的變化而自動 啟動、關機及迎風轉向。此外運轉監控系統可監測過熱、過載、過轉向及 超轉速等，當異常狀況發生時可自動警報及停機，並具有遠距監控的功能。 在安全保護方面，市場上風力機多數皆已採用兩套獨立的安全制動系統(氣 動煞車及機械煞車)，且為失效保護(fail-safe)設計，當異狀發生時即可自動 啟動，將葉輪轉速降至可接受的範圍或停止狀態。目前風機技術有逐漸朝 下列特色方向發展之趨勢【【【【5】】】】 ： 1.輸出控制方式朝向可變旋翼(旋角節制) 由於風力不穩使得風力發電機輸出亦變得不穩定，通常風力發電機均 有額定輸出，超過額定太多易造成齒輪箱及發電機的損壞，為維持穩定輸 出及避免超額運轉，風力發電機有必要做輸出控制。市場上中大型風力發 電機主要有二種控制輸出的方式：一種為失速控制(stall regulation)，即利用 固定旋翼藉由翼型在較高風速時受空氣動力之分流或失速現象(stalling)來 降低輸出；另一種為旋角控制(pitch regulation)，即利用可變旋翼構造於高 風速時調整葉片的角度，以減低風的推力。圖 2-6 為風力發電機系統運轉 特性圖，由圖可得知不同控制方式之系統運轉特性圖，失速節制為較早期 之設計，將葉片根部直接固鎖於輪轂上，具有簡單可靠、免維護及造價低 之優點，但僅能得到折衷之輸出曲線。而旋角節制為一較先進的設計，可 配合風速變化自動調整葉片節距角(pitch angle)以獲得較佳的輸出曲線，並 可降低啟動風速及避免過高的輸出；但機構較複雜造價較高，且機組維護 保養亦較費事，然大型風力機尤其是百萬瓦級以上採旋角節制者已有漸居
上風之趨勢。 2.傳動系統朝向變轉速及無齒輪箱式 傳統之傳動設計主要使用增速齒輪箱(gearbox)，將葉輪每分鐘數十轉之 低轉速提升至發電機所需之高轉速，將機械能轉換為電能。目前使用齒輪 箱之風力機仍占市場多數，且技術已極為成熟，配合可變轉速(variable speed) 之設計可得到相當穩定良好的電力輸出品質。然而透過增速齒輪箱傳輸扭 力，不免傳動損失影響發電效率，故有無齒輪箱式(gearless)風力機設計概念 之產生。無齒輪箱式風力機由葉輪直接驅動發電機(direct drive)，配合風速 變化可持續改變葉輪轉速，以達最佳輸出效率。此先進之變轉速風力機， 其關鍵技術在於結合高科技電力電子變頻技術，讓葉輪轉速隨風速變化時 亦能輸出穩定的交流電力。 風力發電機齒輪箱結構可區分為有齒輪箱與無齒輪箱二種，有齒輪箱式 風力機成本較低，且技術成熟發電容量提升較易，預期在近期內仍為主流。 而無齒輪箱式風力發電機輸出電力更穩定、效率更高，且啟動風速需求較 低，所需運轉維修亦較少；但龐大的永久磁鐵發電機造價偏高，重量亦較 重，更大型化及能否耐離岸式環境仍有待技術發展，目前已逐漸在市場上 佔有不少比重，未來若能突破相關技術瓶頸並降低成本，預期長程時應可 成為主流。 3.發電機朝向可變轉速之發電機 圖 圖 圖 圖 2-6. 風力發電系統運轉特性圖風力發電系統運轉特性圖風力發電系統運轉特性圖風力發電系統運轉特性圖【【【【5】】】】 0 5 10 15 20 25 30 350 300 250 200 150 100 50 0 定 格 風 速 關 機 風 速 啟 動 風 速 風速(m/s) 發 電 量 (k w ) 旋角節制控制 0 5 10 15 20 25 30 350 300 250 200 150 100 50 0 定 格 風 速 關 機 風 速 啟 動 風 速 風速(m/s) 發 電 量 (k w ) 失速節制控制
發電機若採非同步(感應式)者，已可藉由光訊號傳輸增加阻抗，將原來 為定轉速發電機改變為具寬廣轉差甚至於可變轉速之發電機，大幅減少發 電機系統變動負荷及提昇電力品質；而同步式發電機亦拜先進電子技術之 賜，甚至可省卻風力發電機之齒輪箱、直接由葉輪傳動發電，可有效降低 噪音及提供良好電力品質。
目前先進的變速型風力發電機 (variable-speed wind turbine) 已可持續 改變葉輪轉速，以配合風速變化使翼端速比值（ tip speed ratio ）維持固定 以達最佳輸出效率。此種變速須配合 AC-DC-AC 變頻器使用，其關鍵在於 結合風力發電機與電子變頻技術，讓葉輪轉速隨風速變化時亦能輸出穩定 的交流電力。變速型風力發電機不需要齒輪箱，而採用一個直接耦合大輪 圈式發電機，這種發電機所需維護較少，效率較高，且可達較低起動風速， 深具市場潛力【【【【5】】】】 2.5 再生能源再生能源再生能源發展再生能源發展發展發展與風力發電與風力發電與風力發電與風力發電 若從經濟層面考量，再生能源採用之最佳選擇順序依次會是地熱發 電、風力、太陽能、波浪發電以及海洋溫差發電；但是若從環境層面、以 二氧化碳排放量最小為目標來選擇再生能源替代傳統能源方案，地熱發電 會因其在開採過程中逸散之氣體有百分之九十八以上是二氧化碳，而被排 除在考量之外【2】 。 鑑於再生能源發電成本高於傳統發電成本，在傳統發電方式對於社會 環境之外部成本尚未納入其成本預算時，再生能源在開放市場之競爭力仍 有限。為長遠發展再生能源的利用，除以計劃方式提供再生能源輔助或獎 勵外，部份先進國家以推動制定推廣「再生能源利用之專法」，或相關法 律中納入再生能源利用之相關推廣規定，以降低行政規章可隨時變動之不 確定因素，增加政策穩定度，提昇民間業者投資意願，歸納各國現行再生 能源推動制度【23】 ，主要分為: 1.固定電價系統:由政府制定再生能源電優惠收購電價，而由市場決定使用 數量。 2.固定電量系統:又稱再生能源配比系統，由政府規定再生能源發電量，
而由市場決定價格。 再生能源的發展可以說是各國為因應全球暖化最具體的措施之一。國 際上先進國家推動再生能源發展之具體措施與行動策略規劃方向包括【【【【24】】】】 : 1.技術創新機制的建立:利用租稅或投資抵減的方式，鼓勵再生能源技術的 研發；移除過當的再生能源投資障礙，擴大公共或私人部門的融資機制， 鼓勵再生能源技術研發與創新，以提高再生能源的使用。 2.再生能源市場發展:再生能源價格與設備補貼或對化石燃料課徵環境稅 或碳稅，提高再生能源市場競爭力。 3.再生能源管理制度:採行再生能源配比義務制度，創造再生能源市場需 求；此外，並提供消費者購電資訊，促進再生能源發展。 4.再生能源權證交易制度:建立綠色權證交易制度，創造再生能源發電成本 有效性及市場效益，降低再生能源生產的不確定性，提高再生能源生產 與投資意願。 2.6 溫室氣體減量溫室氣體減量溫室氣體減量與風力發電溫室氣體減量與風力發電與風力發電與風力發電 隨著國際能源情勢急遽轉變，溫室氣體排放與能源供應安全成為能源 最嚴厲的挑戰，兼顧經濟、能源、環境政策不但是國際上潮流，也是我國 重要政策。能源局依據「政府政策環境影響評估作業辦法」及「政府政策 評估說明書作業規範」，擬定「台灣地區能源發展綱領政策環評程序及方 法」，作為後續進行能源發展綱領政策環評之依據【25】 。溫室氣體減量涉及國 家能源結構、產業競爭，衝擊國家整體經濟發展。 我國也依氣候變化綱要公約精神，以成本有效及最低成本防制氣候變 遷，並追求永續發展。為因應我國溫室氣體減量工作需求，並協助企業循 序漸進面對溫室氣體減量挑戰，在我國尚未通過溫室氣體減量法草案前， 現階段以自行減量與盤查登錄為主，建構減量能力做為爾後國際談判籌 碼，在配合與國際接軌之總量管制與交易制度達成減量目標。經濟部能源 局CO2排放減量主要分為五大部份，其中擴大天然氣使用占40.8%，加強推 動再生能源佔24.1%為第二高，其中風力發電機96年建置37.66 MW，97年 增加9.5 MW，CO2減量效益有54萬公噸 【 【【 【25】】】】 。
依各溫室氣體「全球溫室效應潛勢」(GWP; Global Warming Potential)，將所有溫室氣體排放量轉換成「總二氧化碳相當排放量」。議定 書中明文規定各國在 2008～2010 年間，「總二氧化碳相當排放量」需小 於議定書中所規定之排放量，大致為相對於 1990 年之排放量，歐盟、美 國與日本分別為減少 8％、7％與 6％，澳洲則可增加 8％，所有38 國約 平均減少 5.2％【26】 。 雖然台灣並不在締約公約會員國之列，但一方面因我 國經濟成長積極，同時人為溫室氣體排放量亦呈現快速成長；另一方面， 身為地球村之一份子為減緩地球暖化貢獻心力是應盡責任，故仍須及早研 擬溫室氣體減量相關政策，以便能及時因應未來變化。造成溫室效應之溫
室氣體主要有CO2、CH4、N2O、HFCS、PFCS、SF6、CO、NMVOC、SO2
及NOX等共10種 【27】 。其中前六種為京都議定書中明文規範需進行減量之溫 室氣體。而HFCS、PFCS、SF6等 3 種氟氯碳化物已在蒙特婁公約中有明確 之管制措施，且加快腳步嚴格實施管制中，所以一般在討論溫室氣體之控 制中不會等三種氣體已由聯再重複提到氟氯碳化物之管制。CO2、CH4、N2O
等 三 種 氣 體 已 由 聯 合 國 UNFCCC 指 定 IPCC(Intergovernmental Panel on
Climate Change)所擬定的方法計算並提報UNFCCC 統計，此法已被「聯合 國氣候變化綱要合約」締約會員國及有心為溫室氣體減量盡份心力之國家 所共同採用【2】 。 2.7 風力發電機產生噪音與對鳥類影響風力發電機產生噪音與對鳥類影響風力發電機產生噪音與對鳥類影響 風力發電機產生噪音與對鳥類影響 許多國家提出，噪音是過去幾年風力發電機發展中受限主因。歐洲幾 個研究發現，修改葉片後端和葉片尖端設計，能使聲音降低數個分貝。風 力發電機對環境影響評估進行調查，大多數人都採正面的看法。風力發電 機噪音的來源是由機械和空氣動力所產生的。機械的噪音主要來源是齒輪 箱與發電機。空氣動力的噪音是因在葉片上方的空氣流動所產生的噪音。 因風力發電機技術進步、效率提高，明顯降低機械來源的噪音。較為值得 注意的設計考量在葉片的空氣動力性質，應盡量避免在特殊流場下產生失 速、分離或引發共振等現象【【【【28】】】】 。 台灣位於東亞澳洲候鳥遷徙線的中繼站，海岸地區設置風力場對於這些
南來北返的水鳥群組，政府與民眾有責任保護，因此對於風力發電場開發 時，必須進行環境影響評估與監測，才能落實環境影響評估，減少對生態 衝擊。為保護台灣特殊的海岸濕地生態，減輕傷害，則須提高目前環境影 響評估規範標準，以保護水鳥類重要棲息地，並且要求設置於海岸濕地的 風力發電場，不管裝設幾部風力發電機，都必需進行環境影響評估的審查， 使得海岸風力發電場對鳥類生態的衝擊降至最低【【【【29】 。 2.8 投資成本效益評估投資成本效益評估投資成本效益評估投資成本效益評估【【【【30】】】】 一般財務管理投資者作資本預算決策評估工具為還本期間法、淨現值 法、內部報酬率法。利用淨現值法、內部報酬率法來計算風力發電機所需 之成本，並且探討成本與發電量、收購價與回收年限之關係，並計算投資 報酬率，選用此兩者方法最主要原因為可以衡量投資計畫的報酬率與資金 成本的關係，當淨現值大於零，代表該投資案的報酬率超過該方案負擔的 資金成本，相對來說就等於投資此計畫案是能獲利。借此兩者方法分析投 資成本效益，以供企業界建置與政府推廣風力發電機之資料參考。 (一)還本期間法(payback period) 還本期間法式資本預算各項評估方法中最簡單易懂的方法，也是最早 廣泛用於投資計畫評估的方法。此法是估計一項資本支出計劃需要多少時 間才能將期初投入成本全數回收，其程序是將各期的淨現金流入累計至於 期初投入成本為止的累積期間，此即還本期間法。 還本期間評估法之優缺點如下： 優點：1.計算簡單易懂。 2.反映投資計劃的變現能力，期間越短則變現能力愈佳；反之則愈 差。 3.還本期間可以當作投資計劃風險的衡量指標，還本期間愈短，其 未來現金流量的不確定性愈低。 缺點：1.忽略不同期間現金流量時間價值。 2.未考慮還本期間後的現金流入及該投資案的殘值。 3.無法用來衡量投資計劃的獲利能力。
4.合理的還本期間的訂定主觀程度強，沒有客觀的標準以符合投資 者財富極大化的目標。
(二)淨現值法(net present value；NPV)
按照貨幣時間價值的觀點發展出來的淨現值法，係將投資計劃各個期 間的淨現金流量，選擇適當的資金成本率或要求報酬率予以折現，並加總 而得其總現值，再扣除期初投入成本即得該投資方案的淨現值。 淨現值法其實就是站在計畫初期，將該計畫未來預計的結果，以計畫 之初的現金價值表示；因此當淨現值為正數時，應接受計畫﹔反之，若為 負值代表此計畫不適合投資。淨現值法的計算如公式 (2-1) 註：CFn為第 n 年的現金流量；r 為貸款的年利率。 現值法評估法之優缺點如下： 優點：1.淨值現金法考慮了投資案的淨現金流量的時間價值，且涵蓋投資 計畫期間內的所有淨現金流量。 2.投資案的總價值可經由各方案淨現值的加總而得，任何新增方案 的淨現值可以直接與投資案現有的總價值相加而求得投資案的新 價值，淨現值的相加行也使得投資案的投資決策更為單純。 3.淨現值法可以衡量投資計畫的報酬率與資金成本的關係，當淨現 值大於零，代表該投資案的報酬率超過該方案負擔的資金成本， 相對來說就等於投資此計畫案是能獲利。 缺點：1.若投資計畫的風險不同，必須選擇適當的資金成本率，實務上不 易應用。 2.若各計畫之投資規模不同時，投資成本高的計畫，通常有高的淨 現值，但不代表是報酬較高的計畫獲利。 3.當投資計畫年限不等時，不同投資期限的計畫之間無法直接比較。
