○文/本刊通訊員 劉麗 黃秀燕

臺(tái)灣風(fēng)力發(fā)電科技研發(fā)現(xiàn)狀與成果

○文/本刊通訊員 劉麗 黃秀燕

臺(tái)灣風(fēng)力發(fā)電科技研發(fā)現(xiàn)狀

風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)為單機(jī)容量越大，單位制造成本越低，為了降低發(fā)電成本，風(fēng)力機(jī)朝向大型化發(fā)展。不過陸域風(fēng)力機(jī)受限于運(yùn)輸條件、視覺景觀、居民生活影響等因素，目前普遍使用最大容量為3兆瓦，更大機(jī)組基本上應(yīng)用于離岸風(fēng)場(chǎng)。

臺(tái)灣廠商于2010年完成本地產(chǎn)第1臺(tái)2兆瓦大型風(fēng)力機(jī)組，現(xiàn)今大型風(fēng)力機(jī)已完成實(shí)測(cè)驗(yàn)證，并具有2兆瓦葉片產(chǎn)制能力和掌握陸域型2兆瓦機(jī)組生產(chǎn)技術(shù)，已獲得GL國際認(rèn)證，大型風(fēng)機(jī)元件如發(fā)電機(jī)、鑄件、葉片及葉片樹脂等已進(jìn)入國際大廠供應(yīng)鏈。小型風(fēng)力機(jī)方面也建成與國際接軌的測(cè)試場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立，具備出口能力，本地產(chǎn)的小型風(fēng)力機(jī)主要出口至歐洲和中國大陸。

圖1 臺(tái)灣東元公司產(chǎn)2兆瓦風(fēng)力原型機(jī)(左)和2兆瓦風(fēng)力機(jī)機(jī)艙組合圖(右)

但迄今島內(nèi)企業(yè)在離岸風(fēng)力發(fā)電方面仍處在學(xué)習(xí)階段，包括電網(wǎng)鋪設(shè)、海事工程、施工船等關(guān)鍵技術(shù)仍有待掌握。為此，臺(tái)灣科技主管部門制定了“能源國家型離岸風(fēng)力主軸計(jì)劃”，主要開展風(fēng)力機(jī)創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，以提高風(fēng)力機(jī)可靠度與降低離岸風(fēng)電能源成本，同時(shí)進(jìn)行島內(nèi)各地離岸風(fēng)力發(fā)電可行性評(píng)估。目前臺(tái)灣在風(fēng)能評(píng)估科技方面的成果包括：通過長期的風(fēng)能觀測(cè)及分析，在風(fēng)能評(píng)估技術(shù)已累積豐富實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，主要分為風(fēng)能觀測(cè)與性能測(cè)試、風(fēng)能評(píng)估與數(shù)值預(yù)測(cè)、以及風(fēng)場(chǎng)規(guī)劃與安全評(píng)估等3個(gè)項(xiàng)目。

(1) 設(shè)計(jì)規(guī)劃符合國際認(rèn)證組織DNV的IEC61400-12-1規(guī)范，積累大量陸域風(fēng)能觀測(cè)與性能測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)，通過長期資料分析可以作為評(píng)估風(fēng)場(chǎng)條件依據(jù)，以擇定適合風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)力機(jī)型。目前除成功大學(xué)近海水文中心購入一光達(dá)(LIDAR)系統(tǒng)外，以未來可彌補(bǔ)傳統(tǒng)觀測(cè)的不足并降低海上觀測(cè)費(fèi)用，其他研究機(jī)構(gòu)未來開展離岸風(fēng)力發(fā)電開發(fā)與風(fēng)力機(jī)性能測(cè)試時(shí)，也可結(jié)合上述經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行觀測(cè)與分析，以降低離岸風(fēng)場(chǎng)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 臺(tái)灣成功大學(xué)研究人員正在研制大型風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵控制元件

(2) 具有高解析度風(fēng)況模擬技術(shù)，島內(nèi)研究機(jī)構(gòu)已完成建立天候預(yù)報(bào)模式(WRF)數(shù)值模擬臺(tái)灣地區(qū)的風(fēng)場(chǎng)分布研究，分析比對(duì)并推估不同高度風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。通過地理資訊系統(tǒng)應(yīng)用，將臺(tái)灣地區(qū)各地的風(fēng)能分布情形建立一個(gè)完整的地理資料庫，可幫助開發(fā)企業(yè)與一般民眾快速了解臺(tái)灣各地風(fēng)能分布情況，也可以藉由其它地理相關(guān)圖層來了解該地地形變化等相關(guān)資訊作為風(fēng)能開發(fā)與投資的參考。并將相關(guān)資訊整合編纂為《臺(tái)灣風(fēng)能評(píng)估手冊(cè)》，供外界查詢參考。

(3) 整合氣象模式、波浪模式及海流模式，以構(gòu)建海域施工環(huán)境分析暨自動(dòng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提供離岸特定場(chǎng)址時(shí)序列預(yù)報(bào)以及二維空間分布場(chǎng)預(yù)報(bào)，包括輪轂高度風(fēng)速風(fēng)向，海平面示性波高、波向和周期，以及水面流速流向、流場(chǎng)垂直變化。未來可應(yīng)用于離岸風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)前、開發(fā)中與開發(fā)后各階段施工運(yùn)維工作。

(4) 通過風(fēng)場(chǎng)規(guī)劃與安全評(píng)估分析，提供評(píng)估特定場(chǎng)址風(fēng)況條件以及整體發(fā)電量，包括輪轂高度50年再現(xiàn)周期的極端風(fēng)速、風(fēng)速機(jī)率分布函數(shù)、擾流強(qiáng)度、垂直風(fēng)切以及空氣密度的基本參數(shù)，此外，因地制宜規(guī)劃各個(gè)場(chǎng)址風(fēng)力機(jī)組設(shè)立位置，通過尾流效應(yīng)分析以求得最佳化整體風(fēng)場(chǎng)投資效益。

大型風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)與元件技術(shù)特點(diǎn)

目前臺(tái)灣島內(nèi)所安裝的兆瓦級(jí)陸域風(fēng)力機(jī)，除了電纜埋設(shè)、基礎(chǔ)、塔架外，其他設(shè)備皆由海外整機(jī)進(jìn)口。其中風(fēng)力機(jī)廠牌包括Vestas V80、GE1.5Se、Harakosan Z72、Enercon E70及Gamesa G80等5種廠牌的風(fēng)力機(jī)。

為了加速風(fēng)電關(guān)鍵零組件開發(fā)，自2006年開始，臺(tái)當(dāng)局積極推動(dòng)兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵元件技術(shù)開發(fā)及風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以研發(fā)大型風(fēng)力機(jī)葉片、增速齒輪箱、控制系統(tǒng)及電力轉(zhuǎn)換器等關(guān)鍵元件為主，并促進(jìn)重大投資，通過關(guān)鍵技術(shù)突破，目前島內(nèi)企業(yè)已陸續(xù)掌握兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵元件研發(fā)能力。

其中，部分島內(nèi)企業(yè)已掌握2兆瓦葉片模具制作及葉片制造等技術(shù)，包括2兆瓦齒輪箱的制造技術(shù)及背對(duì)背負(fù)載測(cè)試平臺(tái)，其所制造的2兆瓦風(fēng)電齒輪箱已獲得國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)GL(Germanischer Lloyd)的認(rèn)證。另外，一些企業(yè)也掌握了風(fēng)電系統(tǒng)整合及發(fā)電機(jī)技術(shù)。

部分島內(nèi)研究學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，如臺(tái)灣工研院、金屬工業(yè)發(fā)展中心、船舶暨海洋產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心、核能研究所、臺(tái)灣大學(xué)、成功大學(xué)等，近幾年已陸續(xù)投入風(fēng)力機(jī)相關(guān)技術(shù)研發(fā)；島內(nèi)廠商通過產(chǎn)學(xué)研合作，已陸續(xù)掌握大型風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵元件研制能力；在葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、電力轉(zhuǎn)換與輪轂鑄件等風(fēng)力機(jī)零組件方面，大致已具有一般產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能力。其中島內(nèi)有實(shí)力進(jìn)入風(fēng)力機(jī)設(shè)備產(chǎn)業(yè)代表性企業(yè)以及研發(fā)技術(shù)列舉說明如下：

(1) 風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)：島內(nèi)部分企業(yè)自2003年開始投入風(fēng)力發(fā)電機(jī)研發(fā)，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用方面已累積相當(dāng)豐富經(jīng)驗(yàn)，目前已成為美國通用電氣公司下屬GE Wind公司的750千瓦與1.5兆瓦風(fēng)電產(chǎn)品的合格供應(yīng)商，并于2007年下半年在美國德克薩斯州設(shè)立組裝廠，為德國DeWind公司組裝2兆瓦風(fēng)力機(jī)組。

(2) 塔架：中鋼機(jī)械公司自2004年起投入風(fēng)力機(jī)的塔架制作，已承包臺(tái)電大潭電廠、桃園大園、桃園觀音、核三廠、新竹香山、麥寮I期、四湖林口、澎湖中屯等風(fēng)場(chǎng)；以及竹南大鵬、彰濱工業(yè)區(qū)、彰濱侖尾區(qū)、鹿港區(qū)、臺(tái)中大甲等風(fēng)場(chǎng)，超過200座以上塔架制作實(shí)績，并已成為海外Vestas、GE、Gamesa、Enercon及Zephyros公司的合格供應(yīng)商。

(3) 風(fēng)電齒輪箱：島內(nèi)企業(yè)2009年底引進(jìn)4米內(nèi)齒輪研磨機(jī)，突破風(fēng)力機(jī)增速齒輪箱的制造瓶頸，同時(shí)在2010年完成2兆瓦增速齒輪箱制造，并通過國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)GL測(cè)試認(rèn)證，成為島內(nèi)通過GL認(rèn)證的風(fēng)電齒輪箱制造廠。

(4) 葉片：島內(nèi)企業(yè)在2010年完成長達(dá)42米的2兆瓦風(fēng)力機(jī)葉片制造，現(xiàn)已具備生產(chǎn)大型風(fēng)力機(jī)葉片能力。

(5) 大型鑄件：島內(nèi)企業(yè)所制造的風(fēng)力機(jī)輪轂累計(jì)生產(chǎn)6000多個(gè)，最大功率為3兆瓦。其他風(fēng)力機(jī)鑄件的生產(chǎn)，已有部分企業(yè)完成Suzlon 2兆瓦輪轂及轉(zhuǎn)軸試制驗(yàn)收，具備2兆瓦輪轂及轉(zhuǎn)軸制造能力。

小型風(fēng)力機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

受惠于臺(tái)灣在輕機(jī)械、小型發(fā)電機(jī)以及不斷電系統(tǒng)(UPS)良好基礎(chǔ)，島內(nèi)小型風(fēng)力機(jī)廠商已具備100%自制能力，10千瓦以下的小型風(fēng)力機(jī)現(xiàn)有20家系統(tǒng)廠投入開發(fā)商業(yè)化產(chǎn)品，另有數(shù)十家零組件廠商。1千瓦以下小型風(fēng)力機(jī)有15家以上企業(yè)研發(fā)共24款產(chǎn)品，1～10千瓦風(fēng)力機(jī)有18家以上企業(yè)投入44款機(jī)型系統(tǒng)開發(fā)，10千瓦以上則有核能研究所投入25千瓦及150千瓦機(jī)型開發(fā)。就產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，1～10千瓦之間的產(chǎn)業(yè)鏈欠缺軸承與滑環(huán)的零組件廠商，其他零組件產(chǎn)業(yè)鏈完整具備良好實(shí)力，而10千瓦以下風(fēng)力機(jī)正是目前英美使用最為廣泛的機(jī)種，顯示島內(nèi)中小型風(fēng)力機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況符合全球趨勢(shì)。

另外，也有廠商開發(fā)出可DIY組裝、可移動(dòng)、可收起、可與景觀結(jié)合的特色產(chǎn)品，充分顯示島內(nèi)產(chǎn)業(yè)靈活具備彈性的競爭優(yōu)勢(shì)，在小型風(fēng)力機(jī)產(chǎn)業(yè)中具備極大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在研究與測(cè)試能力部分，核能研究所藉由小型風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)發(fā)展，逐步掌握由設(shè)計(jì)、組裝、運(yùn)轉(zhuǎn)及維修等整機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，目前已為島內(nèi)小型風(fēng)力機(jī)強(qiáng)度、安全評(píng)估與設(shè)計(jì)認(rèn)證等技術(shù)，建置重要研究能力。2009年將25千瓦風(fēng)力機(jī)提送世界權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)南德意志集團(tuán)TüVNORD進(jìn)行符合IEC 61400-2驗(yàn)證，雖然未通過認(rèn)證但在審查過程中，已獲得相當(dāng)多設(shè)計(jì)認(rèn)證經(jīng)驗(yàn)與能力；2010年150千瓦風(fēng)力機(jī)已取得國際認(rèn)證組織DNV符合IEC-61400-1負(fù)載設(shè)計(jì)與安全分析能力認(rèn)可。

2011年，臺(tái)灣相關(guān)科研機(jī)構(gòu)發(fā)展了過去小型風(fēng)力機(jī)國際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中一直欠缺的垂直軸風(fēng)力機(jī)簡易負(fù)載分析模式，可對(duì)小型垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供快速的評(píng)估模式，并于2013年協(xié)助島內(nèi)企業(yè)完成設(shè)計(jì)評(píng)估報(bào)告，取得日本通過垂直軸風(fēng)力機(jī)認(rèn)證產(chǎn)品。

圖3 臺(tái)灣生產(chǎn)的小型風(fēng)力機(jī)

圖4 正在開發(fā)中的離岸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

為使中小型風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)在島內(nèi)能有完整檢測(cè)驗(yàn)證平臺(tái)，提供廠家開發(fā)風(fēng)力機(jī)產(chǎn)品測(cè)試改善，節(jié)省企業(yè)將產(chǎn)品送往歐美地區(qū)驗(yàn)證的時(shí)間與成本，協(xié)助拓銷島內(nèi)外市場(chǎng)，臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)管理部門與金屬工業(yè)發(fā)展中心在臺(tái)南七股鹽場(chǎng)合作設(shè)立中小型風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)(實(shí)驗(yàn)室)，占地面積4800平方米，測(cè)試場(chǎng)內(nèi)共設(shè)有11個(gè)風(fēng)力機(jī)基座，包括150千瓦基座1組(含4個(gè)基座)，30千瓦基座1個(gè)，10千瓦、5千瓦及3千瓦基座各2個(gè)，為亞太地區(qū)第一座符合國際風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的中小型風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。

目前，該測(cè)試場(chǎng)已取得臺(tái)灣認(rèn)證基金會(huì)(TAF)認(rèn)證資格，包括性能、耐久、噪音、安全與功能評(píng)估，并取得德國企業(yè)TüVSüD認(rèn)可測(cè)試實(shí)驗(yàn)室資格，可協(xié)助島內(nèi)產(chǎn)品快速進(jìn)行驗(yàn)證，行銷全球。

考量七股測(cè)試平臺(tái)場(chǎng)地有限，2011年臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)主管部門與臺(tái)灣大電力研究試驗(yàn)中心合作，在澎湖科技大學(xué)校園內(nèi)建立小型風(fēng)力機(jī)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)場(chǎng)。澎湖標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)場(chǎng)全年平均風(fēng)速高達(dá)9.75米/秒，設(shè)有3座測(cè)試風(fēng)場(chǎng)共6個(gè)風(fēng)力機(jī)基座及1座監(jiān)控室，可提供各型式風(fēng)力機(jī)檢測(cè)。該測(cè)試場(chǎng)并已取得TAF證書，可執(zhí)行功率性能、噪音及耐久性試驗(yàn)等，也滿足AWEA規(guī)范要求，并取得DNV合格測(cè)試組織認(rèn)證。

在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展方面，由兩岸專家學(xué)者共同起草的兩岸垂直軸小型風(fēng)力機(jī)共通標(biāo)準(zhǔn)，已于2013年5月經(jīng)兩岸官方正式確認(rèn)通過為兩岸第一部共通標(biāo)準(zhǔn)，更為全球首創(chuàng)的垂直軸風(fēng)力機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，其中垂直軸簡易負(fù)載模式也為全球首創(chuàng)的試算方法，已納入兩岸各自形成CNS 15176-2-1及GB/T29494標(biāo)準(zhǔn)附錄中；未來將以推動(dòng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)為最終目標(biāo)。

離岸海事工程技術(shù)

圖5 正在興建離岸風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的大型海事工程船

有關(guān)離岸風(fēng)力發(fā)電相關(guān)海事工程方面，依據(jù)開發(fā)時(shí)程前后可以概分為施工安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)兩個(gè)階段，二者需要的技術(shù)能力并不相同，前者需要大型化機(jī)具來進(jìn)行吊掛、運(yùn)輸、打樁、布纜等，例如大型自立平臺(tái)、起重船或是同等級(jí)駁船、布纜船、打樁船等，而后者運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)階段，大部分只需要維護(hù)人員運(yùn)送船只及風(fēng)力機(jī)維護(hù)事宜，需要簡單運(yùn)輸船隊(duì)搭配直升機(jī)作業(yè)，以便維護(hù)人員進(jìn)行機(jī)動(dòng)性巡邏。若欲進(jìn)行大型定檢維修時(shí)，則需要前階段所述的施工團(tuán)隊(duì)或另行雇用吊車或起重機(jī)，以便進(jìn)行變速箱或葉片更換等作業(yè)。

發(fā)達(dá)國家相關(guān)技術(shù)能力發(fā)展較早，主要因?yàn)檫@些國家皆有石油鉆探的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，且配合新型安裝施工方法持續(xù)進(jìn)行船只設(shè)計(jì)興建計(jì)劃。至于島內(nèi)海事工程能力，早期臺(tái)當(dāng)局雖有大型海洋工程計(jì)劃，但因經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備不足，往往多仰賴海外機(jī)構(gòu)協(xié)助；目前島內(nèi)海事工程企業(yè)，包括主管機(jī)構(gòu)、技術(shù)咨詢機(jī)構(gòu)與施工及設(shè)備供應(yīng)機(jī)構(gòu)等，均已有長足的進(jìn)步及經(jīng)驗(yàn)的累積。因最近數(shù)年鮮有大規(guī)模海事工程推出，島內(nèi)海事工程產(chǎn)業(yè)已有漸趨萎縮情勢(shì)。而島內(nèi)海事工程的技術(shù)能力，大多集中于港灣工程及水深較淺的海域工程，且使用的作業(yè)船只(包括拖船、平臺(tái)船、錨船、吊桿船、打樁船等)系配合港灣建設(shè)所需而購置，其深水作業(yè)條件及作業(yè)能力相對(duì)受限。

就設(shè)備而言，由于過去島內(nèi)海事工程多集中在經(jīng)濟(jì)及交通建設(shè)計(jì)劃，諸如港埠擴(kuò)建、電廠設(shè)立、中油海域油氣探勘開發(fā)及電訊、電力管線布設(shè)等，其中較大型的設(shè)施，則多仰賴海外支援，故島內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)機(jī)構(gòu)所擁有工作船分為：挖泥船、受泥船、打樁船、拋石船、拖船、起重船及吊桿船、錨船、浮船塢、平臺(tái)船、潛水工作船、油駁、水駁、研究船、整平船、推船及小艇等。主要是配合港灣建設(shè)所需，如港區(qū)挖泥工作，沉箱的拖放、拋石及整平等所需的工作船，尤其是挖泥船占相當(dāng)大比例。

就技術(shù)人力而言，對(duì)于拋放石料工作、船只拖曳、淺水打樁、海上吊放、潛水與電焊、防蝕等相關(guān)的工作項(xiàng)目均具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)人力，此外在電纜鋪設(shè)方面，許多離島的電纜鋪設(shè)及淺海連接部分均具有施工經(jīng)驗(yàn)。

圖6 正在運(yùn)行的島內(nèi)陸域風(fēng)電場(chǎng)

整體而言，由于過去島內(nèi)海事工程經(jīng)驗(yàn)局限于港灣及海底電纜的鋪設(shè)工程，但近年來由于離岸風(fēng)力電場(chǎng)推動(dòng)，連帶也必須島內(nèi)海事工程業(yè)投入，故近年來許多廠商均醞釀藉由不同專業(yè)組成聯(lián)盟方式或自行集資籌組公司方式，以應(yīng)付未來離岸風(fēng)力發(fā)電施工與維運(yùn)方面需求。

推廣應(yīng)用成果

臺(tái)灣風(fēng)力發(fā)電藉由資源勘查、技術(shù)輔導(dǎo)、研究調(diào)查、示范補(bǔ)助與宣導(dǎo)推廣等策略，帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電開發(fā)企業(yè)相繼投入風(fēng)能開發(fā)，同時(shí)通過“綠色能源產(chǎn)業(yè)旭升方案”推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的迅速發(fā)展，目前已具商業(yè)規(guī)模及國際知名度。

1. 大型風(fēng)力機(jī)

大型風(fēng)力機(jī)在近幾年來臺(tái)當(dāng)局大力推動(dòng)下，包括公民營總裝機(jī)容量已經(jīng)突破600兆瓦，若以滿發(fā)時(shí)數(shù)2,500小時(shí)估算，每年可發(fā)電15億度電；以一般家庭每月400度用電量計(jì)算，可滿足超過37萬戶的用電需求。通過技術(shù)引進(jìn)方式，輔導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電開發(fā)企業(yè)掌握風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)運(yùn)維技術(shù)；同時(shí)發(fā)展關(guān)鍵零組件產(chǎn)制能力，促進(jìn)風(fēng)力機(jī)組件本地產(chǎn)化。

島內(nèi)廠商于累積多年發(fā)展關(guān)鍵零組件經(jīng)驗(yàn)后，零組件自制率已達(dá)75%以上，并促成島內(nèi)成立1家自主系統(tǒng)廠，投入2兆瓦風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)開發(fā)，扶植臺(tái)灣成為第8個(gè)兆瓦級(jí)大型風(fēng)力機(jī)的設(shè)備制造地區(qū)，顯示臺(tái)灣風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈已成型，并持續(xù)發(fā)展增長與茁壯中。未來將持續(xù)協(xié)助島內(nèi)企業(yè)掌握關(guān)鍵技術(shù)，并從系統(tǒng)面提高產(chǎn)品附加價(jià)值，成為高附加價(jià)值產(chǎn)業(yè)典范。以下具體說明推廣應(yīng)用的實(shí)質(zhì)成果：

圖7 島內(nèi)位于路邊的小型風(fēng)力機(jī)發(fā)電裝置

(1) 掌握兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵元件技術(shù)能力

選定2兆瓦風(fēng)力機(jī)成本占比最大及島內(nèi)企業(yè)最有機(jī)會(huì)切入的4項(xiàng)關(guān)鍵元件(齒輪箱、葉片、控制系統(tǒng)與電力轉(zhuǎn)換器)，從設(shè)計(jì)、分析、制造與測(cè)試驗(yàn)證著手，協(xié)助島內(nèi)企業(yè)掌握完整技術(shù)能力，其中齒輪箱完成背對(duì)背測(cè)試通過GL認(rèn)證；葉片則具備42米長玻璃纖維生產(chǎn)能力與測(cè)試技術(shù)。

(2) 促成島內(nèi)成立自主系統(tǒng)廠

臺(tái)灣企業(yè)投入系統(tǒng)開發(fā)，已于2010年3月推出本地產(chǎn)2兆瓦風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)，島內(nèi)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新里程碑，成為全球第8個(gè)兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)生產(chǎn)地。此項(xiàng)成果填補(bǔ)了島內(nèi)風(fēng)電供應(yīng)鏈重大缺口，更使得未來島內(nèi)大型風(fēng)電可以不需再完全仰賴進(jìn)口。

(3)協(xié)助改善島內(nèi)陸域風(fēng)電場(chǎng)的可用率

結(jié)合島內(nèi)風(fēng)電企業(yè)與業(yè)主，協(xié)助改善島內(nèi)陸域風(fēng)電場(chǎng)的可用率，完成機(jī)艙轉(zhuǎn)向液壓剎車片故障分析與研制。針對(duì)Z72型風(fēng)力機(jī)的機(jī)艙轉(zhuǎn)向剎車片，進(jìn)行相關(guān)性能與材質(zhì)混合物內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)，并解決相關(guān)機(jī)艙轉(zhuǎn)向煞車系統(tǒng)問題，促進(jìn)此型風(fēng)力機(jī)磨耗材本地產(chǎn)化，并已應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)。依據(jù)載荷分析結(jié)果，設(shè)計(jì)新型制動(dòng)機(jī)構(gòu)，提出機(jī)艙轉(zhuǎn)向馬達(dá)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)介面改善設(shè)計(jì)，提升制動(dòng)力矩額定值的47%，且通過新型元件設(shè)計(jì)，延長元件使用壽命，并已替換原有制動(dòng)系統(tǒng)。針對(duì)完全為進(jìn)口的大型風(fēng)力機(jī)進(jìn)行診斷及維修技術(shù)的開發(fā)，并同時(shí)投入智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制，2010年已初步掌握大型葉片及齒輪箱修護(hù)能力，使風(fēng)電設(shè)備可用率提高30%以上，并逐步在島內(nèi)建立起自主的風(fēng)電場(chǎng)維運(yùn)體系。

(4) 風(fēng)場(chǎng)選址與風(fēng)能評(píng)估

通過風(fēng)能氣象模式，完整分析模擬臺(tái)灣本島風(fēng)能分布資訊，并通過網(wǎng)站方式將資訊公開，可供有興趣者進(jìn)行查訊或作為研究之用。也完成陸域次級(jí)風(fēng)場(chǎng)的場(chǎng)址評(píng)估與篩選。再配合復(fù)雜地形及短期預(yù)測(cè)技術(shù)，已協(xié)助開發(fā)企業(yè)進(jìn)行風(fēng)力機(jī)配置評(píng)估及風(fēng)場(chǎng)發(fā)電量估算等開發(fā)作業(yè)，有效提升營運(yùn)調(diào)度的效率。

2. 小型風(fēng)力機(jī)

2010年至2012年，島內(nèi)累計(jì)架設(shè)941臺(tái)小型風(fēng)力機(jī)，雖然臺(tái)當(dāng)局已公布再生能源電能采購費(fèi)率，針對(duì)1至10千瓦小型風(fēng)力機(jī)采購電價(jià)為每度電7.3562元，但從推動(dòng)采購優(yōu)惠費(fèi)率迄今，僅有不到5個(gè)項(xiàng)目取得申請(qǐng)售電批準(zhǔn)，顯示目前費(fèi)率的經(jīng)濟(jì)性誘因不足，對(duì)于小型風(fēng)電運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)參數(shù)掌握也相當(dāng)有限，尚無法導(dǎo)入融資體系建立商業(yè)模式；因此，目前在島內(nèi)裝置仍以零星個(gè)案的獨(dú)立型應(yīng)用為主。

島內(nèi)目前小型風(fēng)力機(jī)裝置分布，北部占50.9%，中部26.35%，南部14.88%，東部1.17%，離島6.7%。以2012年新增裝置量進(jìn)行分析，前5名分別為新竹縣(84臺(tái))、臺(tái)中市(39臺(tái))、臺(tái)南市(37臺(tái))、新竹市(28臺(tái))與桃園縣(19臺(tái))。

目前島內(nèi)主要應(yīng)用市場(chǎng)為風(fēng)光互補(bǔ)路燈、一般住宅、學(xué)校及觀光地區(qū)為主，預(yù)估2015年在高樓大廈運(yùn)用將會(huì)有突破性增長，偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村運(yùn)用也將增加，另外招牌及交通標(biāo)示、觀光地區(qū)等應(yīng)用項(xiàng)目則為穩(wěn)定增長。至于2012年主要外銷應(yīng)用市場(chǎng)為偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、風(fēng)光互補(bǔ)路燈、船舶及基地臺(tái)應(yīng)用等；預(yù)估2015年建筑整合型小型風(fēng)力機(jī)的概念將會(huì)于海外市場(chǎng)興起，因此一般住宅及高樓大廈的運(yùn)用將會(huì)增加，而偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、風(fēng)光互補(bǔ)路燈、基地臺(tái)及船舶運(yùn)用則為穩(wěn)定增長。

圖8 位于澎湖海岸邊的大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)

科技發(fā)展指標(biāo)與未來時(shí)程

未來朝降低能源發(fā)電成本方向發(fā)展，最終希望能夠超越一般化石能源發(fā)電電價(jià)成本，達(dá)到所謂“市電同價(jià)”的黃金交叉點(diǎn)，再生能源才能更具競爭力更為普及。從整個(gè)影響能源發(fā)電成本關(guān)鍵因素分析，為了降低成本，期初投入設(shè)備成本、運(yùn)維成本，以及年售電量(與風(fēng)場(chǎng)風(fēng)況有關(guān))是關(guān)鍵參數(shù)。而能夠影響這3個(gè)參數(shù)的關(guān)鍵，從技術(shù)角度而言，則是效能及可靠度提升。

以離岸風(fēng)電而言，由于技術(shù)尚未成熟，加上海上施工與維護(hù)不易，能源發(fā)電成本相對(duì)來說比陸域型高出許多，在技術(shù)上尚有許多必須改進(jìn)項(xiàng)目。表2匯整了臺(tái)灣相關(guān)研究計(jì)劃所列未來技術(shù)發(fā)展指標(biāo)項(xiàng)目，包括整體設(shè)計(jì)概念、制造、葉輪轉(zhuǎn)子、運(yùn)維、控制、電力系統(tǒng)、塔架/結(jié)構(gòu)、資源評(píng)估與海事工程等。

臺(tái)灣風(fēng)電技術(shù)近期發(fā)展重點(diǎn)為：

1. 風(fēng)能評(píng)估技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電開發(fā)首重風(fēng)能條件評(píng)估，為了解場(chǎng)址開發(fā)條件，無論是設(shè)立風(fēng)速塔進(jìn)行長期風(fēng)速觀測(cè)或是進(jìn)行數(shù)值模擬分析，均有其必要性。為掌握精準(zhǔn)評(píng)估與預(yù)測(cè)能力，并應(yīng)用于風(fēng)場(chǎng)開發(fā)與運(yùn)維，故規(guī)劃未來的重點(diǎn)推動(dòng)策略包括：

(1) 風(fēng)力發(fā)電安全評(píng)估技術(shù)：掌握離岸風(fēng)力機(jī)安全評(píng)估技術(shù)，通過風(fēng)能與海象環(huán)境資料調(diào)查分析與驗(yàn)證，提高風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)址評(píng)估準(zhǔn)確度，提供風(fēng)場(chǎng)海氣象條件作為風(fēng)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)之用，并以降低離岸開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)為主要目標(biāo)。

(2) 大氣/波浪/海洋環(huán)流數(shù)值模擬技術(shù)：整合海域氣候窗口研究，進(jìn)行短期施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)預(yù)報(bào)，提供風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)快速又有效地掌握海氣象作業(yè)環(huán)境，以降低施工成本。并可應(yīng)用于離岸風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)前、開發(fā)中與開發(fā)后各階段施工運(yùn)維工作，以及大型風(fēng)力電場(chǎng)發(fā)電量預(yù)報(bào)，提供電力并聯(lián)品質(zhì)掌控性。

(3) 光達(dá)測(cè)風(fēng)與場(chǎng)址校驗(yàn)技術(shù)：研發(fā)光達(dá)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，可移動(dòng)性的觀測(cè)特色補(bǔ)足傳統(tǒng)觀測(cè)的不足，可應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電性能測(cè)試場(chǎng)址校驗(yàn)與風(fēng)能特性分析等。

2.大型風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)與元件技術(shù)

大型風(fēng)力機(jī)建置從設(shè)計(jì)制造到測(cè)試與驗(yàn)證，除各零組件技術(shù)必須獨(dú)立開發(fā)測(cè)試外，最后還需要進(jìn)行整合測(cè)試，才能通過國際規(guī)范的嚴(yán)苛測(cè)試條件。尤其是離岸風(fēng)場(chǎng)惡劣環(huán)境，在整個(gè)開發(fā)上更需要嚴(yán)謹(jǐn)測(cè)試，才能夠確保機(jī)組正常運(yùn)作。因應(yīng)離岸示范風(fēng)場(chǎng)推動(dòng)，未來將掌握完整元件與整機(jī)技術(shù)、了解運(yùn)轉(zhuǎn)維修技術(shù)，并完善測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境，以使島內(nèi)相關(guān)能力能夠完備，以支持建立本土風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)為：

表2 島內(nèi)風(fēng)電技術(shù)發(fā)展時(shí)程

(1) 大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與零組件設(shè)計(jì)分析技術(shù)：掌握自主化低能源成本系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，研發(fā)可大幅減輕機(jī)艙重量的系統(tǒng)架構(gòu)，以使風(fēng)電成本能下降；并必須具備抗臺(tái)耐震的設(shè)計(jì)，符合島內(nèi)地理環(huán)境條件，可降低因臺(tái)風(fēng)所造成的風(fēng)險(xiǎn)，開發(fā)包括抗臺(tái)復(fù)合材料葉片技術(shù)、高可靠度的齒輪傳動(dòng)技術(shù)、電力轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)以及智慧維護(hù)技術(shù)等，以增加整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效能與可靠度。

(2) 大型風(fēng)力發(fā)電測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境建置：建立大型風(fēng)電葉片與傳動(dòng)鏈測(cè)試平臺(tái)，并完成測(cè)試場(chǎng)的建設(shè)，節(jié)省測(cè)試時(shí)間與成本，并建立相關(guān)風(fēng)力發(fā)電國家和地區(qū)設(shè)計(jì)需求、施工規(guī)范或測(cè)試驗(yàn)證規(guī)范，包括符合島內(nèi)臺(tái)風(fēng)氣候的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 運(yùn)轉(zhuǎn)維修技術(shù)：通過掌握本土維修技術(shù)，降低對(duì)海外技術(shù)依賴，減少風(fēng)力機(jī)故障后停機(jī)時(shí)間，大幅降低運(yùn)行維護(hù)成本。

3. 小型風(fēng)力機(jī)開發(fā)技術(shù)

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)推動(dòng)策略包括4個(gè)重點(diǎn)，并應(yīng)搭配激勵(lì)政策及島內(nèi)分散式能源早期市場(chǎng)積極布建：

(1) 發(fā)展建筑物屋頂?shù)奈闪髋c風(fēng)力機(jī)效能測(cè)量技術(shù)，以及城市建筑的風(fēng)能特性微觀選址技術(shù)。

(2) 構(gòu)建完善小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能與安全標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試與驗(yàn)證環(huán)境。

(3) 量產(chǎn)與自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展。

(4)發(fā)展新技術(shù)及開發(fā)產(chǎn)品多樣化應(yīng)用。

4.離岸海事工程技術(shù)

目前島內(nèi)海事工程技術(shù)能力大多集中于港灣工程及水深較淺的海域工程，現(xiàn)階段能力尚不足以支援離岸風(fēng)場(chǎng)開發(fā)的海事工程技術(shù)。由于關(guān)鍵技術(shù)門檻有相當(dāng)大比例取決于資金調(diào)度能力，故島內(nèi)企業(yè)對(duì)示范獎(jiǎng)勵(lì)辦法所引發(fā)商機(jī)充滿期待，已陸續(xù)開始組織團(tuán)隊(duì)及研擬船只設(shè)計(jì)藍(lán)圖，并醞釀投資興建風(fēng)場(chǎng)開發(fā)所需的安裝船。

以目前市場(chǎng)現(xiàn)況而言，分擔(dān)技術(shù)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)是較受注目的重要課題，故通過成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟方式，不僅在資金方面可采用共同投資方式進(jìn)行研發(fā)，在技術(shù)方面更可以聯(lián)盟名義進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)，以利于關(guān)鍵技術(shù)分工及整合。未來技術(shù)推動(dòng)重點(diǎn)在于成立以技術(shù)提升為導(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)策略聯(lián)盟，藉由此一聯(lián)盟整合島內(nèi)海事工程資源，并通過技術(shù)引進(jìn)及合作關(guān)系，共同推動(dòng)及建立島內(nèi)離岸風(fēng)電建置及運(yùn)維的自主能力。