更大型風能發電機組的好處是甚麼？ JANUARY 23, 2020 能源萬象 關鍵字 ： *封面圖片：風能發電機組正越來越大， 這將會讓風能的發電特性有根本性的改變。資料來源。 更大型風能發電機組的好處是甚麼？ 文／Tony Yen (媽盟特約撰述) 在討論再生能源的特性時，我們往往忽略了他們日新月異的技術變遷。除了大家已經在過去幾年的競標中看到的迅速成本降低之外，今天我們再來簡介更大型風能發電機組，對風能發電特性帶來的根本性影響。 風能發電量的基本參數 首先，我們需要知道影響風能發電量的基本參數。這主要有兩個：風速三次方的期望值、以及葉片旋轉時的攔截面積。 風能發電量受到空氣密度、攔截面積、風速影響。 其中，空氣密度在正常大氣條件下的變化可以忽略， 因此後兩項才是決定風能發電量的基本參數。 因為風能發電機是將空氣動能轉成電能，單位體積空氣動能和其速度平方成正比、單位時間內固定截面積通過的空氣又和速度成正比，因此單位時間內單位截面積通過的空氣總動能便和風速的三次方成正比。 另一方面，攔截面積越大的風能發電機組，單位時間能取得的空氣動能便會增加，因此也成為影響風能發電量的重要參數。 更大的風能發電機組，葉片更長的情況下，會讓風能機組的攔截面積更大；另一方面，更高的塔柱則會讓吹向風能發電機組的空氣風速更多，增加風速三次方的期望值。 一般來說，離地較高的大氣平均風速較高， 因此有較多的發電潛能。資料來源。 其結果就是更少的機組便能發出更多的電、而風能的電力輸出曲線也會更和緩。 風能發電機組的趨勢： 更少的機組便能發出更多電、電力輸出曲線更和緩 由於過去20年期間風能機組日新月異，目前最新的機型和20年前舊機型相比，葉片遠遠更長、塔柱明顯更高，風能機組的裝置容量在這過程也提高了4到6倍。這讓未來的風場能用更少的風能機組，發出更多的電。 最能展現這項演變的便是對舊風場的風機更新（Repowering）。比如說在丹麥的一座風場內，更換較新型的風機便能讓該廠址的總發電量提升四倍。風機更新在丹麥是很重要的課題，不僅僅是因為它作為風能發電的先驅，已經有越來越多老舊風機，更是因為他們預計未來10年要在風機總量從4300架減少到1850架的情況下，再增加2.5GW的風能裝置容量。 另一個比較少人留意的事情是，較高的塔柱會讓吹過風機的空氣風速變動地較和緩，這會讓風能機組的發電特性變得平緩。事實上，大約80公尺以上的大氣，就不再有如太陽能般的明顯日週期性的變動（殘存的日週期性反而和太陽能有互補），這使更長時間尺度的天氣系統（例如：氣團南下）主導風能發電機組的變動性。相較於太陽能需要的是在白天快速升降載的彈性調度能力做搭配，風能發電機組需要的就是兩三天內做大幅（但速度較慢）的升降載排程。 不同大氣高度下風速的平均日週期變化。可以發現較高的大氣不僅平均風速較高， 變動也較近地大氣要小；更重要的是殘餘的日週期變化和太陽能剛好有互補性。資料來源。 當然，風能整體的發電特性，除了個別機組的技術參數以外，整個風能機群的設置位置、綜觀尺度的天氣條件等等，也都會是決定性的因素。系統性的整合研究，才能真正找出風能、光能、電網、儲能、以及需量端的最小成本發展路徑。 **相關文章：《綠能流言終結專欄》<揭密陳立誠大騙局>不懂產業1：離岸風電目標3GW成長到5.7GW背後有陰謀？