屋頂上的發電機

日本311大地震後,災區大停電或因供電吃緊而限電,大阪、東京地區的業者紛紛向清大化工系講座教授馬振基求援,請求台灣提供簡易拆裝的小型風力發電機。然因交通受阻,台灣各式小型風力發電機無法在第一時間送抵災區,但已引發各界對台灣中小型風力發電機的注意。在核能安全堪憂、能源吃緊的時代裡,中小型風力機能不能成為讓民間普遍使用的新興產業?
高美濕地、新竹漁港岸邊,矗立的白色巨大風車讓人印象深刻,但一般人往往忽略了生活周遭還有許多中小型風力機,正在擷取風能,努力發電……
無論是古樸的淡水老街、國道一號桃園路段,或竹圍及淡水國小、台科大、清華大學等校園裡,都可以發現小型風力發電機的曼妙身影。

風來去空空,留下萬古功
說到風力,大家立刻聯想到風車,腦海裡就自然浮現「風車之國」荷蘭的美麗畫面。
12世紀,荷蘭發明了世界上第一座驅動磨坊的動力風車;19世紀,丹麥人建立了第一座風力發電站;20世紀,美國人開始將風力發電商業化,法國人則發明了第一台100~300千瓦(kW)的小型風力發電機,正式宣告小風機時代的來臨。
5年前,台灣開始投入中小型風機的研發,清華大學由動力機械工程系特聘教授葉銘泉、化工系講座教授馬振基及電機系教授潘晴財組成的「清大風光綠能研發團隊」,結合了奈米材料、材料力學與電網等技術,致力於開發「垂直軸小型風力發電系統」,堪稱是其中的佼佼者。
「風是取之不盡、用之不竭,又不必付費的能源,」馬振基表示,風力發電對於二氧化碳排放減量的效果顯著,生產一度電可以減少0.64公斤的二氧化碳排放量。運用風力發電,成本也不高,風力發電平均每度電不到2元,比起燃煤發電約3元、柴油發電約11元,可以說相對廉價。
只是,風力不穩定,忽大忽小,是目前最大的局限。馬振基指出,並不是每個地方都適合發展風力發電。拿台灣來說,符合國際認定具發展風力發電經濟效益──每秒5公尺以上的風力一年達2,500小時以上──的「好風區」,只有北起新竹到竹南一帶、雲林麥寮,以及澎湖的中屯。
由於風力的不穩定因素難以控制,因此,加上太陽能輔助的「風光互補」型發電,便成為一種綠能新趨勢。
以裝設在清大校園裡的風光互補型路燈為例,雖然位居「風城」,但新竹的九降風大約從10月吹到隔年4月,在炎炎夏日,常常半點風都沒有,風車葉片「文風不動」,只能靠太陽能板來收集電力。但一整年平均的發電量還是以風力為主,風力與太陽能比例約為四比一。風力大於太陽能的主要原因在於轉換效率,風能轉換成發電效率大約30~40%,遠大於太陽能的轉換率(10~20%)。

屋頂上的發電機

風光互補發電原理,簡而言之就是將風力與太陽能經過「穩壓」,再將直流電轉變為交流電,最後將電力儲存在儲電系統裡。其電力可以獨立使用,也可以加裝併網系統後與市電併連使用。風能大小則與風葉掃撂面積及風速的3次方成正比,換言之,風車的風葉面積越大、裝得越高,產生的風能越高。
大型的風力發電機座有可能影響航空安全,地震與颱風來襲時也可能造成損害,再加上噪音危害,必須裝置在離岸或空曠地區,方圓200公尺內都不得住人,還得通過環境影響評估。但小型風機裝置地點的彈性較大,無須環評,甚至還可以配合造景,進駐社區大樓、公園、農場。但馬振基表示,樹木、建築物都會產生擾流,在都會區,小風機仍以裝設在屋頂為宜。因此,稱其為「屋頂上的發電機」再貼切不過。
由39家業者組成的台灣中小型風力機發展協會,副秘書長蘇美惠指出,由於電廠、電網等基礎建設的成本太高,因此許多國家紛紛在偏遠電網密度低的地區補助設置分散式電力系統。而繼太陽能光電之後,從2009年開始,中小風機也加入補助之列,各國政府補助額度不一,從美國的30%到韓國的60%都有。台灣則從去年開始收購綠能電費,太陽能每度電收購價11元,小風機的風力發電則每度收購價7元。

屋頂上的發電機