【風力發電】為什麼現在的風機都他媽的大?

風力發電的未來趨勢 — 越大越好,就是這麼簡單

Abel Fong
6 min readJun 6, 2018

還記得上一篇提到的尖端速度嗎,風機的效率跟尖端速度有關,風機不是轉越快越好,而是有一個適當的運轉速度,效率才會高,當我們處理完效率的問題後,下一個問題就是,要怎樣讓風機用這麼高的效率,截取更多的能量?

(左) Wind Power Farm,(右) 100MW Solar Farm in Pakistan

哪裡會有穩定的風持續的讓風機運轉,就如同太陽能一樣,哪裡有穩定的太陽,太陽能發電廠就往哪裡去,哪裡有穩定的風,風機會往哪裡去。

那麼,哪裡會有比較穩定的風呢,答案是天空中(天空之城嗎,還是天空風機,這不是唬爛喔,這裡先跳過),氣體的流動是有邊界效應的,也就是越貼近地面,流速會越慢,需要到一定的高度,氣體才會開始流動,跟放風箏的原理一樣,一旦飛上去了,就很容易操作,不太會掉下來。

(左) 尖端速度與風機效率的關係,(右) 風速和高度的關係

那風機呢,不要懷疑,做大一點,就能攔截到更多的風了,就是這麼簡單,除了這個原因之外,越大的風機,越能攔截高空的風,高空的風風速大、氣流穩定,是一個架設風機的好地方,那要多高風速才會達到穩定呢,雖然因地區而異,但一般而言至少要200公尺以上的高空,氣流才足夠穩定,能增加風機在最高效率區間運轉的時間(同時能提高capacity factor,後面解釋),整體的發電量就多了。

200公尺這個高度,正是現代風機的目標,2015年的風機中心高度已經達到160~170公尺,2025年預計要推出的GE Haliade-X,中心高度將會往200公尺邁進,整體高度已經比艾斐爾鐵塔還高。

Bloomberg New Energy Finance, 2017

除了 「越做越大」之外,還有一個原因也關鍵性的影響著風機「越架越高」,那就是「啟動風速」,顧名思義風要吹到多大,風機才會開始運轉、開始發電。

越小的風機啟動風速越小,只要一點點風,就會開始旋轉,風機越大則越困難,就如同磨擦力一樣,克服了靜磨擦,要維持動摩擦,只要相對比較小的力量,就能持續運轉。反過來講,越大型的風機,一但停下來就越難再次啟動。既然不想停下來,那就把風機放到一個風幾乎不會停下來的地方,那就是高空了,這就是為甚麼風機除了葉片越來越大之外,也都越來越高,能架多高就架多高。

2025年的超大型風機

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