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科技人文雜誌 NO.91
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廢核後微型風力發電搶救農漁牧大軍


   日本福島核能電廠驚魂未定,世人至今餘悸猶存,國內廢核聲浪大,台電放話廢核後電費恐大漲,讓各界譁然,尤其是勞動成本高而獲利有限的農漁牧業,原本已經 負荷可觀的電費支出,對於廢核後的高電價時代更是「剉咧等」。專家認為如今唯有借助技術已趨成熟的綠色能源─風力發電,鼓勵農漁牧民自力發電,才能度過生 存危機。文/楊順發  圖/陳招宗

   農漁牧動力用電範圍,依農委會定義,其中包括:農業灌溉、水利設施操作用電、農作物栽作和收穫後的處理用電、農產品冷藏及糧食倉儲用電、水產養殖用電、畜牧用電等。

農委會雖有電費補助但杯水車薪

   根據農政單位的粗估,全台農業動力用電戶逾三萬五千戶,總用電量逾9.5億度以上,其中,畜牧用電,平均每月用電四千三百多度;其次是農作物栽作和收穫後 的處理用電,平均每月用電三千七百多度;再其次是農產品冷藏及糧食倉儲用電,平均每月用電三千二百多度;水產養殖用電則平均每月用電二千多度。

   目前有許多農民仰賴設施農業,為提高農作物品質、產量,以及控制產期,必須使用空調、照明、灑水系統等,電費負擔十分可觀。以菊花為例,夜間照明用電電 費,平均每公頃每季四萬二千元左右。必須使用夜間照明控制產期的,還包括溫室葡萄、火龍果等。雖然藉由上述的技術可以提高收益,但高額的電費對農漁牧從事 者而言,乃沈重的成本的負擔。

   所幸,農委會為了照顧農漁牧從事者,乃依物價穩定方案對部份農漁牧動力用電給予電費補助,每年由台電自行吸近三億元的電費;然而,杯水車薪,並無法讓農漁 牧從事者全面受惠。基此,農委會為因應高價能源時代的來臨,及節能減碳的趨勢,同時推動配套措施,鼓勵農漁牧使用高效能的電器,例如省電的LED燈、環控 自動感應系統等。另外一方面,也鼓勵農漁牧善用太陽能、風力發電等自力發電的方式,降低電費成本。

   漁業署指出,電費為養殖主要生產成本之一,約占總生產成本2至4成。以100年農業動力用電為例,用電戶數36952戶,總用電量10.4億度,平均每戶 每月用電量2345度,全年用電補貼額度為新台幣1億9874萬餘元。其中水產養殖用電,用電戶數11616戶,平均每戶每月用電量2095度,平均每戶 每月用電費新台幣4724元,用電量292百萬度,佔28.1‭ %‬。另鑒於高屏地區陽光充足,於99年5月4日獎勵補助設置太陽光電發電系統,目前計補助14戶、86.14峰瓩,每月產生10336度替代用電供養殖 場自用(不得躉售台電公司),不但可減少電費支出及政府電費補助外,亦可減少CO2之排放量。

   太陽能和風力發電均被視為零污染的綠色能源,兩者已被普遍使用在商業發電,其中風力發電的技術門檻比太陽能低,發展也較成熟。台灣季風明顯,尤其冬季西部 沿海東北季風強大,適合風力發電。台灣地區風力資源豐富,經評估台灣地區陸上風力潛能,至少有115萬瓩以上發展潛力,至於海上、離岸風力約有200萬瓩 以上發展潛力。兩者合計約有315萬瓩以上,是世界風力資源優良地區之一。


大型風力發電問題多多

  台電石門風力發電站為台灣本島第一座商業運轉的風力發電機組,隨後全面在西部海岸線闢建風力發電機組,從東北角、桃園觀音、新竹後龍、苗栗通霄、台中梧棲 和龍井、彰化彰濱、雲林台西和四湖,一路到南部,到處都可以看可風力發電機組。風力發電能量密度含量居全球排名第二(第一是紐西蘭。目前,台灣有經營風力 發電廠的公司除國營的台灣電力公司外,民營亦有德商英華威、東鋼及福寶等公司。

   能源局表示,自鼓勵設立風力發電廠以來,已初具成效,未來台電及民間投資之風機如全部完工商轉,全國將有328座風機,總裝置容量達65.6萬瓩。風力將 成為水力以外最大再生能源發電來源,約占2/3,其中台電及民間投資風機數各半。如全部完工商轉,預估風力發電可達15億度,每年提供37.6萬戶家庭全 年用電所需。

   不過,台電發展風力發電似乎也不如預期順利,運作之後遭遇若干始料未及的困難。在離岸風力開發方面,由於台灣較缺乏海事工程經驗與施工機具,再加上海象環 境惡劣,多颱風及地震,技術風險更高於歐洲市場。另因涉及環評、漁業權及人工島嶼、設施或結構建造審查耗時,遲至2015年才有可能完成15萬瓩離岸風場 籌設。

   而在沿岸風力發電方面,已完工商業運轉的風力發電機組中,最高曾有五十一部無法運轉發電的紀錄,一座座的風力發電機,竟都成為海邊的裝飾品,政府再生能源 政策在執行面上大打折扣。台電內部資料指出,出現風力發電機裝機後無法運轉發電的品牌及機組數,分別是GE有廿三部、Harakosan有廿二部、 Gamesa有六部,多分布在西部沿海。無法運轉的原因,從風機所在地高溫、高鹽害,備品供應不及,葉片控制不同步,甚至保固期過期,都能被拿出來當理 由。

   此外,大型風力發電機組風力不夠轉不動,但風力太大亦不行,轉速過快易因過熱而燒毀。風力發電機有速限,大型風力發電機因有齒輪增速,轉速較慢,如遇颱風,14m風阻過大就會自動停機,避免倒塌。

   還有令人瞠目結舌的統計數字。例如以發電量來看,在台電完成八十二部風機時,共發電五點六億度,以每度二元計算,發電收入約十一點二億元,與已投資的近百 億元金額比較,報酬率根本慘不忍睹。若以容量因素(即每年發電時間比率)檢視,只有離島的澎湖中屯風力及彰工風力兩處風力機的容量因素各為四十七%、卅 五%,其餘的石門、恆春等風力計畫均未達卅%,也就是代表著一年有七成以上的時間,這些風力發電機是處於閒置狀態未能發電。

   發展大型風力發電還得克服架構「微電網」的問題,所謂的「微電網」就是傳統配電電網加上ICT(資通訊)的技術,使再生能源系統除能提供鄰近負載電力外, 亦可孤島離線運轉,或與電力公司併聯運轉。因為傳統的電力配送方式,都是從高壓到低壓,台電發電之後,透過輸電、配電,轉入一般用戶;但再生能源的路徑恰 恰相反,從低壓配電送入高壓輸電,所以一定要有「微電網」當作基礎建設,各種再生能源才有「管道」送給台電,受惠於廣大使用戶。

發展微型風力發電港台同步

   以目前情況來看,欲藉大型風力發電取代核能發電幾乎是不可能的,而台電發展風力發電的成效亦不足以降低電價成本,反倒是自給自足的小型或微型的風力發電,因設置門檻低、維護問題少、不需長途傳輸電力,比較有機會成為節能的綠色能源。

   處於島港的香港,四季風力資源充足,適合發展微型風力發電,2007年,香港大學與Motorwave Limited成功聯手研究及推出一種嶄新的微型風力發電機技術。微型風力發電機採用的是經過特別設計、直徑只有26厘米、具有齒輪的塑膠滾輪。在小型發 電機的配合下,滾輪轉動便能產生電力。這種滾輪可以組裝成任何形狀和大小的組合,面積可達數千平方米。

   由於受到風速的限制,傳統小型風力發電機只有20%-40%的時間可以運作。但微型風力發電機的運作時間則高達80%(包括在強風和弱風下)。它產生的電力會先輸送並儲存於蓄電池,再透過蓄電池輸出的電力驅動家居電器,如電燈、液晶體顯示屏和和LCD電視。

   而在台灣,位於中科的福彥電子亦成功研發了抗強風單轉微型風力發電機,發明人鄧鴻吉係台灣知名的發明家,夙有台灣愛迪生的稱號,他發了三年的時間投入這項產品的研發工作。經深入比較研究,他發覺到傳統的微風發電力機有若干不足之處。

    太小的風無法轉動,即使勉強轉動也無法達到發電的效力,導致機器空轉,徒增磨擦次數,恐損及產品使用壽命。與此恰好相反的,太強的風力則易造成微型風力發 電折損,尤其台灣夏季多颱風,常颳起八級以上強風,微型風力發電機根本招架不住。一般而言,風力發電機面臨狂風或側強陣風時,皆必須剎車停機,以避免造成 風葉葉片與風機機座組承受應力過大,負荷過高而導致折損等安全問題。另者,就算在平時,稍大的風也常會把微型風力發電機打偏,導致發電效力大減。再者,風 力發電機的葉扇在轉動時往往會發出噪音,轉速越快噪音越大,有礙展家安寧。

  鑑此,鄧鴻吉特別針對上述缺點著手改進,首先他針對風槳葉轉動會發出噪音進行改良,他將葉扇尾端迎風角凸出一小角,即成破風槳葉,不但讓微型風力發電機消音,更能提高迎風的效能。

  該部微型風力發電機採用最新科技的盤式發電機,具有質量輕、體積小效率高的優點。無鐵芯、無碳刷,耗損低,啟動易。雙磁浮原理降低磨擦係數,讓零件更不易磨損,同時也能提高轉動效能,只需每秒十公尺的微風就可以帶動微型風力發電機。



   鄧鴻吉強調,該部微型風力發電機最與眾不同的還在於具有追風功能的尾翼。尾翼為活動式,外加可調式折翼,可以靈敏地感應到風向的改變,讓微型風力發電機隨時都保持正向迎風,讓風力發電效能保持到最高的情況。

   這項特殊發明稱為「抗強風尾舵組,該設計亦可使風機自動偏向,不正對強風增加應力,而雙轉風機的大小槳葉設計在遇強風時,可如中國傳統太極禪學原理般隨風 轉向洩載應力,使風力大時也可安全運作,無需採機械式耗損剎車停機。而受風槳葉獨特的切風設計專利技術在運轉時可劃破氣流,降低噪音,加速風葉之轉動速 率,更能增加扭力以提高性能。

微型風力發電結合農業潛力大

  鄧鴻吉強調,此部微型輕風發電機是一台質量輕、體積小、易組裝的新一代綠能,軟風即可啟動,輕風即可發電,並擁有抗強風專利技術。係以純航空力學設計、低 噪音、高扭力破風槳葉專利技術組合而成。它比一般風力發電機的體積小、重量輕,並且可以自行組裝或拆卸,大大節省了一般風力發電機所需的工程施作費用。

‭  ‬有了高效能的微型風力發電機,還必須搭配高效能的「風光互補電能控制器」,才能達到最高電力效力,它是結合風力電能及太陽能板…等綠能充電系統控制的智 慧型產品,可對電瓶進行智能充電,自在耗能低,同時兼具充電電能過高保護及洩載高電壓功能等雙重保護,可使其充電效果不只達到最高,並且安全、穩定,延長 電瓶及後端供電系統使用壽命。

‭  ‬鄧鴻吉指出,該微型風力發電系統可與一般家庭用電併聯,微型風力發電機發電不足時,可自動切換到一般家庭用電。他並建議裝置微型風力發電時,最好能改用LED照明燈具,可以延長來自風力發電的電力使用時間和效能,它亦可供應電腦和LED電視的用電。

‭  ‬不過,鄧鴻吉目前最看好的是微型風力發電在農業生產的應用,需要夜間照明的作物,裝設微型風力發電,每個月可以節省數千元至上萬元的電費,可大大減少農 民的電費成本,相對提高農民的收益。即使是一般家庭,如果有空間足夠的陽台或頂樓平台,則可設置微型風力發電搭配小型菜圃,夜間以燈光照明,可以大幅加速 作物生長時間,一個半月採收的葉葉,可縮短到三十天即可採收,且可讓農作更健壯。

‭  ‬至於漁業養殖方面,由於養殖池的打水機,馬達十分耗電,微型風力發電尚不足以提供打水機馬達的用電,不過,可以另外採取不同的方式,先以微型風力發電機帶動氣體產生器具,再將氣體送入池中,同樣具有保持水中氧氣的功能。

‭  ‬鄧鴻吉強調,廢核聲浪大,廢核一旦成功,電價勢必高漲,人民必須要有心理準備,自力發電以減少電費支出,已成為不可避免的趨勢,微型風力發電機絕對是這波趨勢的急先峰,更是搶救農漁牧大軍的利器。

設置微型風力發電機注意事項

  微型風力發電機體積小,設置費用不高,甚至可以DIY,著實很便利,但使用時仍必須注意若干事項,應設置在可遮蔽且防水、通風處,以避免主機淋濕。微型風力發電機主機採用磁浮原理,具有強大磁力,電子產品請勿靠近,以免受損。

  其次,槳葉組裝完成後,會依風力強弱自動調整轉速,需小心槳葉轉動的距離及周遭環境,以免受到傷害。頭手亦勿靠近,以免發生危險。風力發電機運轉時, 請勿移除電瓶或洩載電阻,以免造成危險。

  微型風力發電機安裝時,高度攸關風速,越高風力越強,但不應貪高而造成立竿折損,架構立竿時則必須拉固定纜繩,增加穩固性,以免傾倒折損。而在安裝配電線 時,未接電瓶之前不能先接輸入端。.電瓶和各元件之正、負極性不可接錯。進出電瓶接線要非常小心不能短路,建議於線路之正極線上加裝連線保險絲,以策安 全。

  除此之外,微型風力發電機經常累月在轉動運作,雖然一般產品可保用七到十年,但零件難免會磨擦耗損,必須考慮到將來維護零件的價格,以及維護的費用。更重要的是廠商的商譽,是否重視售後服務,將來維修時能不能找得到人。