學習資源搜尋

市區小風機的使用特性

2021-01-12

吳俊諆 副教授

國立中央大學機械系


桃竹苗推動中心規劃的第二個實踐基地「能源宅急便」將於109年建置,整合太陽光電及風能,其中的風能由一台1.5千瓦的水平軸小風機供電(圖1),此風機安裝位在機械系館旁,與高低建築物和樹木為鄰。這樣的場景也是一般小風機在市區常見的落腳處,因此本文來談談小風機在市區的應用特性,因此本文談的不只是能源亮點,也反映小風機實際運轉的狀況。

圖1 安裝在機械系館屋頂上1.5千瓦的水平軸小風機。

 

小風機的優點為取自天然的風能轉變為電能,和台灣在陸域與離岸的大型風機都是國外廠商的產品不同,在台灣有國產廠商製造水平軸和垂直軸小風機小風機,技術層面相對成熟,小風機的安裝和使用簡易,這些都是台灣小風機應用的優勢。

但是小風機應用也有其限制,首先要小風機運轉要有足夠的風速,從啟動到持續穩定來風(約3-15 米/秒)才能發揮風電的效益。但受限於小風機在市區安裝的鄰近建物或樹木圍繞限制,很難有穩定風速,一般風向也不時變動,此外多數市區並非長時間有風,這些先天不穩定風場的限制,是小風機在市區難以發揮效用的主要原因。

小風機在市區發展的不利因素還有噪音和發電成本高。小風機可能衍生的低頻噪音,會造成鄰避(not in my backyard, NIMB,就是不要裝在我家後院的排斥心態)效應,以中央大學鄰近的桃園高鐵站附近有一家幼稚園安裝三台小風機,其中以二台小風機產生噪音遭到鄰近住戶抗議,只好停止小風機運轉。其次小風機的發電成本高,首先小風機的單價高於相同功率的太陽光電板約三至五倍(在2020年太陽光電板含逆變器造價約台幣2-3萬/ 千瓦,相同容量的小風機造價往往是10萬起跳),加上上述的市區不穩定風場使得小風機在每年運轉發電時數相當有限,因此小風機的發電成本居高不下。

在台灣看到小風機的安裝多半在校園和公園居多,最近以結合風電及太陽電之風光互補型路燈應用也變多。在校園或公園的小風機多半是展示功能為主,可能也不會在乎風機實際發了多少電。在中央大學機械系館安裝的小風機也是以展示教育目的為主,日後我們會整理小風機運轉實績,來呈現小風機的市區應用特性。

隨著建商標榜綠建築,也有少部分小風機是位於建築物屋頂上,如果風機是安裝在高樓頂樓則風場比較不受限,可能發電時數會高一些,但是小風機的造價偏高,很難在短時間內降低製造成本。這些小風機裝機成本回收年限可能長達數十年以上。

小風機早期的應用以地幅遼闊的地區為主,提供偏遠地區自給自足的供電模式。而隨著近年來分散式電力系統的發展,其應用也從離網邁向併網,逐漸走入人口較為密集的都市中,但受限於市區風場不穩定限制,要擴大應用場域並非容易。

關鍵字