风能技术     永不匮乏的绿色能源—风能，已为人类及地球带来了商机和希望，随着近年来风电技术大幅提升及市场需求快速增加，风力发电成本已与传统能源相当接近。在各类新兴能源中，风电被评为最具前景的领域之一，它能提供洁净且无污染排放之电能，有能源与环保之双重贡献。而我国历经风力示范推广时期之各项努力，已使风力发电设置风潮涌现，且政府对于风电开发积极制订相关推动政策，持续改善开发环境，促进风电产业发展。
    一、国内外技术发展现况
    （ 一）国外技术发展现况     因世界潮流与趋势，以及对绿色能源的重视，现今风电开发迅速的国家在欧洲有德国、西班牙、丹麦等国，在北美洲有美国，而亚洲也有印度、日本、中国。 1999 年欧洲风能协会与绿色和平组织共同出版 ” Wind Force 10 ” 报告，提出于 2020 年风电达到世界电力总量 10% 的蓝图愿景。基于国际能源机构（ International Energy Agency ； IEA ）对未来用电的需求评估，到 2020 年世界电力总需求会上升至 25,578 TWh ，则风电到 2020 年每年需产出 2,500 TWh 的电量。由于 2000-2002 那三年风电的发展不断地超越预期的速度，以超过 30% 的年成长，成为新千禧世界成长最快的绿色能源。于是欧洲风能协会在 2003 年更新的 ” Wind Force 12 ” 报告中，更进一步提出于 2020 年风电达到世界电力总量 12% 的蓝图愿景 (EWEA, 2004) 。然而， 2003 德国陆域风场建置趋缓， 2004 年美国市场又由于国会及时延长 PTC 优惠税制而停摆，加上离岸风场（ offshore wind farm ）建置未能及时补上，使这?年的成长无法达到 Wind Force 12 的高预期成长。即使如此，基于近五年来风电建置之成长率（如图 3-1-1 -1 所示），显示未来风电发展仍可令人期盼。      迄 2004 年底全球装置容量超过 47,000 MW ，已有 53 个国家应用风电 (WWEA, 2004) ，主要分布于欧洲（ 73% ）与北美洲（ 15% ），由图 3-1-1 -2 总装置容量显示，前五名分别为德国（ 16,629 MW ）、西班牙（ 8,263 MW ）、美国（ 6,740 MW ）、丹麦（ 3,117 MW ）及印度（ 2,985 MW ），另外日本亦已扩增达 896 MW ，中国紧追在后，其总装置容量达 764 MW ，为进入前十名的另两个亚洲国家。     丹麦为欧洲开发风力发电的先驱，由于政府的重视及鼓励，二十多年来持续研发，造就了成功的国际化风电产业。德国在 90 年代初仅有少许的风力机应用，但在其优异的工业基础与政策鼓励下，十多年来其风电装置容量呈惊人的指数成长，远高于其它国家。西班牙则为近年的后起之秀，也是由于政策的奖励，装置容量亦极为快速成长， 2000 年超越丹麦成为欧洲第二， 2004 年更首度超越美国名列全球第二。就供应面而言，目前丹麦两大厂商所生产之风力机约占全球市场的 40% ，德国次之，三大厂商共有 21.5 % 全球市场占有率，另外，印度厂商（ Suzlon ）所生产风力机之销售量，于 2003 年首度挤进全球前 10 大厂牌排名， 2004 年占全球市场约 3.9 % ，如图 3-1-1 -3 ）。       现今在市场上销售的商业化风力发电单机容量介于 600~2,500 kW ，但基于陆上风况佳之场址有限的考虑，朝大型机组研发及设置离岸式风力电场已是欧洲风电产业发展的新趋势。据 Enercon (Wind Blatt , 2003) 数据显示， 2002 年在德国安装第一部 Enercon 4.5 M W 之风电机组，是目前全球最大容量之商转机组。 Enercon 为德国最大风机制造商， 1991 年率先开发出无齿轮式风力机 (E-40/500 kW) ， 1993 年正式销售于全球市场，所有关键组件包括叶片、发电机及并联控制系统均为自制，据统计 ( 参见图 3-1-1 -3) ， Enercon 占 2004 年全球风机销售市场的 15.8% ，近年均维持世界第三名之实力 (BTM Consult ApS, 2005) 。另外，在 2005 年 Repower 等风力机制造业者已完成单机容量 5 M W 之风力发电机组研发 (Repwoer system, 2005) ，并进行海上试车实验中，是目前全球最大单机容量之发电机组，说明了风力发电机除了朝离岸式发展外，朝大型风力发电机研发也是另一个商业主流。      现代商业化之风力发电机主要是由叶轮（叶片转子和轮毂）、机舱、塔架以及控制系统所组成，其中叶片为主要关键技术之一，约占风力机成本 21% 。随着风力发电机朝百万瓦级发展后，叶片的制程以及测试验证更显重要，现以玻璃纤维强化塑料材质为主，具有质轻、耐腐蚀等功能，未来发展趋势将以碳纤 (carbon fiber) 或碳纤 / 玻纤混成 (carbon/glass hybrid ) 取代玻纤，以朝大型化风力机发展，另外有关运转及输出控制模式已朝可变转速及可变旋角节制发展（ DWTMA ）。发电机若采异步（感应式）者，已可藉由光讯号传输增加阻抗，将原来几为定转速之发电机改变为具宽广转差甚至于可变转速之发电机，大幅减少发电机系统变动负荷及提升电力质量；而同步式发电机亦因先进电力电子技术，甚至可省却风力机之齿轮箱、直接由叶轮传动发电，可有效降低噪音及提供极佳之电力质量。目前先进的变速型风力机 (variable-speed wind turbine) 已可持续改变叶轮转速，以配合风速变化使翼端速比值（ tip speed ratio ）维持固定以达最佳输出效率。此种变速须配合 AC-DC-AC 变频器使用，其关键在于结合风力机与电力电子变频技术，让叶轮转速随风速变化时亦能输出稳定的交流电力。变速型风力机不需要齿轮箱，而采用一个直接耦合之大轮圈式发电机，这种发电机所需维护较少，效率较高，且可达较低起动风速，深具市场潜力。
   （二）国内技术发展经验     为了因应能源危机，自 1980 年起我国亦开始积极从事风力发电相关技术研究，主要研究方向及重点是风能评估及风力机研发。在风力潜能评估方面，搜集分析了长短期气象测风资料并发展风能评估模式及选址方法。因应气候变迁，自 2000 年开始政府便积极推动国内风力发电应用，由经济部能源会参考国外经验，营造推广应用环境。     近年在政府积极推动之下，辅导相关业界投入风力发电，完成多项工作，概括整理如下： 1 ）技术辅导设立风力发电示范系统，发挥示范功能，促使国内风力发电应用迈开脚步。 2 ）发展出中尺度大气评估模式，完成风力潜能分布模拟，及利用风能应用软件评选出风能佳地区。 3 ）完成离岸式风力电场场址评选、技术可行性、经济效益及环境影响等分析，以及设置离岸式风力发电初步评估工作，为未来推动离岸式风力发电预做准备。 4 ）推动地方政府示范案，建立风力发电并联冲击分析技术 。未来由此示范推广推动风电应用，发挥展示教育功能，引进商业化风力机技术，培植国内业者投入风力发电，发挥风力辅助发电，提供自有、干净绿色能源之功效。  
    二、国内外发展竞争力分析 (SWOT)    
   目前国外不论是开发风力电场或风力机关键组件技术发展皆已相当成熟，而国内风电相关技术发展才正要起步，在发展的过程中势必会遭遇多重困难，所以国内发展风力发电技术推动策略，应掌握内需需求之机会，并利用国内具有之相关技术能力（气动、机电、控制、材料）优势引进国外成熟技术，或者藉由与国外大厂合作方式迈出脚步，或者透过风电产业联盟以及风能协会之成立，以更大的谈判能力与国外厂家洽谈技术引进及合资方式，共同承接国内风机产值，再进一步跨足国际市场。兹就国内发展风力发电技术（与国外相较）有关之强势、弱势、机会及桃战（ SWOT ）分析如表 3-1-1 -1 。 表 3-1-1 -1 风能技术 SWOT 分析
   三、国内外技术发展指标比较    
   整体而言，国内过去多年来致力于地区风能潜力评估及风力发电机研制，在 1980 年代的风力发电研发经验与国外相较是不相上下的，但由于阶段性任务完成，尔后却停止风力发电机等相关研究发展，直到近年因政府大力推广风力发电示范后，才逐渐吸引开发业者积极投入风力机组建置，目前我国总装置容量相较于其它先进或开发中国家之装置容量仍属偏低（ WWEA, 2005 ），确实有待进一步加强推广应用以及发展风力发电关键组件技术。其中风电技术涉及多种学门，包括基础、玻纤、机电、电控及工程业等，因国内切入风力发电机组技术研发较晚，加上现有风力发电机组本身之开发技术水准皆较国际落后，故如何提升研发能力及研发进度是目前最受关切的重点，才能迎头赶上国际水平或建立本土特色技术，并带动我国风力发电相关技术之发展。而现阶段我国发展风力发电以应用技术及关键组件研发为主，透过建立陆海域风能开发之地理信息系统可提供风能开发场址之相关信息给予开发厂商，使风电开发商节省时间及人力，加速推动风力电场之设置，另外整体性筛选可用以开发风能之潜在场址，将可进一步评估实际具发电经济诱因之场址及装置容量，使推动目标更为明确，以促进政策之落实。另外大型风力机开发也是未来之重点技术之一，藉由扶植国内风电产业，朝小、大型风力发电机开发，才能有机会与国外竞争。全球风电产业标竿国家，皆以政府的力量协助推动研发工作，发展风力发电新兴产业，寻求环保与产业发展之双赢，值得我国借镜，国内应掌握风力机之内需需求之机会，复制国外成功发展风电新兴产业之模式，以零组件国际供应为起点，逐步建立系统供应能量。
   四、国内推广应用效益评估    
   藉由风力发电之推广，民众对风力发电利用日益重视，甚至带动开发业者从事设置风力电场开发，以及政府仍持续不断推动及改善风力发电开发环境等努力，以下条列说明藉由推动风力发电所带来之成果效益：
  五、国内外来重点技术推动策略与发展时程    
   未来我国风力发电重点技术发展项目将以风力机关键组件研究开发、风力电场开发应用技术以及风力发电应用系统开发三大方向为主，各细项重点简要说明如下：
  (一)风力机关键组件研究开发   
  1 、叶片设计、开发与测试（朝玻纤及含碳纤之复合材质叶片发展）      2 、增速齿轮箱及传动系统技术（以 3.6MW 机型适用为目标）      3 、发电机及塔架开发生产（从感应式发电机研发至直趋式风电机）      4 、整合电力转换及控制机制验证（以 5MW 机型适用为测试目标）      5 、小型风力机系统（研发单机容量 10kW 之发电机组以及并联系统技术）
  (二)风力电场开发应用技术 1 、风力发电场评选及效益评估     2 、电力并联技术（以大于15MW以上之风力发场为基础建立分析技术）     3 、离岸式风力发电场开发技术（大型风力发场建置技术及维护技术）     4 、短期风速预测技术（预报0-72小时内之发电量）
   (三)风力发电应用系统开发      设备标准及验证机制（建立2MW风力发电机验证机制）     在风场评估、选址技术领域以及离岸式风力发电系统技术方面，国际皆有领先技术，国内应透过研发、国际合作，强化整合与市场分析，建构国内整体风力发电系统与应用能力也提升国内风力发电相关技术。而各技术发展项目其发展时程，可依短中长期描述未来技术发展之重点，希望藉由上述技术之开发，以期能与世界风电相关技术接轨。