Luis國際資訊事務所

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%)。

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。

小風機、大市場

蘇美惠指出，台灣小風機(400W~150kW)正值萌芽階段，這3年業績大躍進，出貨量從2009年的四千多部，到今年預估量四萬七千多部，業績大幅成長十倍以上；產值也從2009年的台幣1億多元，躍升到17億多元。

由於大型風力發電機的關鍵技術仍掌握在歐美大廠手中，台灣的大型風力發電機組多需仰賴進口。但中小型風機的自主性高，無論是複合材料葉片或電控系統、基座等相關產業，台灣都很強，發展潛力與立基相當大，再加上有堅強的研發團隊作為後盾，前途一片大好。

以清大開發的小型風機為例，特色在於「葉片」材質與「垂直軸」設計。

不同於過去「水平軸式」的風力機，葉片旋轉主軸與立桿平行；「垂直軸式」風力機，葉片旋轉主軸與立桿垂直。

水平軸式風力機有很吵、會打到飛鳥、吃不到風就不動等缺點，因此美國已有22個州立法禁止水平軸式小風機裝設在住宅區或都會區。垂直軸式風機則具有安靜、安全、好安裝等優點，且上風、下風各方向的風都「吃」得到。

其次，葉片材質也是影響風速和風機壽命的關鍵。早期國內外業者多使用鋁或不鏽鋼金屬的葉片，截面積小，在大陸內蒙地區測試3年就被沙塵、冰雪鏽蝕了。

清大研發的風機葉片採用高分子複合材料（玻璃纖維或碳纖維和耐腐蝕性的聚乙烯基樹脂），安全性較高，架設方便，號稱是一種「可攜式電力」。

這種安全葉片材質較輕（約為傳統材質的五分之一重量），比較好吹動。一般小型風機只要在每秒3.4～5.4公尺的微風下即可啟動，而清大研發的垂直軸小風機大約只要每秒2公尺左右的風速即可轉動。更值得推崇的是，其葉片設計與強度，可延長使用年限至15~17年。

目前台灣生產的小風機仍以外銷為主，根據台灣中小型風力機發展協會統計，去年台灣中小型風機出口比例高達79%，其中又以中國大陸的64%為最大 宗。馬振基指出，中國大陸積極發展風光綠能，內蒙呼和浩特市附近的浩瀚大草原上，可以看見各國風力發電機的身影，當然也有台灣的風光互補型小風機。

反觀台灣，何以不見新竹家家戶戶屋頂都裝設小風機和太陽能板呢？主要原因是，台灣電價低廉，再加上小風機目前造價不斐，缺乏誘因。

目前300瓦(W)的小風機售價約台幣10~12萬元，而一般家用功率3千瓦(kW)、農場5千瓦(kW)，造價則高達四、五十萬元台幣。此外，台灣電價太便宜，一般住家用電耗電量在330度以下，每度僅2.68元，很難普遍推廣風光綠能。

馬振基則相當看好未來市場，只要產量增加，價格自然會下降，他預估，三、五年內，當300W小風機價格降到10萬以下；3kW價格降到二、三十萬以下，約10年內可回本，政府若能進一步便捷收購申請程序，台灣屋頂的「綠能風光」指日可待。

（本文節錄自台灣光華雜誌2011年06月號）