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串起一陣「風」潮──美國奧勒岡州Klondike風力發電場

2004/03/05 經濟部能源局 點閱人次: 883

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▓撰文:方明山、何定福、徐瑞鐘

風力發電攫取風能利用葉片繞軸旋轉,再驅動發電機轉成電能;目前因技術改良、成本降低,已成為世界上最受廣泛使用之再生能源。至2003年止,世界風力機裝置總容量已達3,870萬kW。

筆者隨經濟部92年赴美國奧勒岡州能源技術訪問團,參觀位於該州北邊Shermam郡附近Wasco鎮郊外之Klondike風力發電場,其大略位置在波特蘭往東開車約一個半小時之處。該場共有16座1.5MW容量的風力機,總裝置容量為24MW。

該風力場之機組為GE Wind Energy公司製造,是GE併購現已倒閉的安隆(Enron)公司原屬之風力事業部門所成立;故GE公司自1980年起即參加此產業,目前正積極推動該業務,希望擴充其市場佔有率。GE公司推動風力機業務方式有二:其一為銷售其品牌風力機組,另一種為成立獨立電廠(IPP)售電予當地的電網。在2003年,其市場佔有率約為15%。

GE公司在風力發電方面,目前的主力商品為GE 900kW及GE 1,500kW風力機,兩種容量均有三種不同的轉子直徑,電壓出力在60Hz時為575V,使用感應發電機並以連軸器與齒輪箱(Gear box)耦合。其葉片採用可變旋翼式控制(Pitch control)。此外,GE風力機組有變速常頻(Variable Speed Constant Frequency)的專利,可限制出力╱轉距之比值,故可依據電網之需要,調整輸出終端機之相角或功率因數,以保持固定電壓,對於弱電網的穩定性頗有助益。

Klondike風力發電場

在參訪行程中,為大家帶隊解說Klondike風力發電場的是來自丹麥的系統操作控制工程師Flemming Pedersen;丹麥現在是全世界風力機技術及產量領先的國家,技術人員也同時輸出到國外支援。目前Klondike風力發電場是由Pacific Power Marketing Energy(PPM)所擁有,而PPM則屬於Pacific Corp.,同時Pacific Corp.則為蘇格蘭電力公司(Scottish Power)下的一個子公司。另外值得一提的是,GE風力公司則為PPM負責Klondike風力發電場之運轉與維修。

Klondike風力發電場目前為第一階段,只裝置了16台風力機,未來還有兩個階段,預計要擴充到66個機組,總發電量約100MW,而每MW裝置成本約為150萬美金。該型GE風力機塔高65公尺,葉片長35公尺(直徑70.5公尺;巴西製造);起動風速3~4公尺╱秒,高運轉風速為12~13公尺╱秒,當風速達22公尺╱秒時即自動關機。風力機轉速為20rpm(每分鐘轉速),發電機轉速為1,400rpm。目前該風力發電場已運轉兩年,年平均發電比例(Capacity factor)為32%,所產電力以美金4分╱kWh(約台幣1.4元)賣給邦威電力行政署(BPA)。

其所生產之電能由埋在地下的34.5kV電線送到附近的BPA所擁有的變電所,再連接115kV的配電線向外輸出;而目前的變壓器容量足夠承擔全部三階段完成後的供電量。該場共有員工三人,24小時負責運轉及維修。而所在地為一望無際的小麥田(旱田),該公司付給土地所有人(農民)每座風力機每年1,000美金(在中西部則有高達6,000美金之譜,全美國平均約為2,000美金),有關土地使用、噪音等問題都容易解決,因此從規劃到完成約花八個月的時間,但不包括在決策前使用測風儀偵測風速所需之一年至一年半時間。目前在美國約有850台GE型的1.5MW風力機在運轉使用。

串起一陣「風潮」

奧勒岡州為美國積極推動風電的地區,至2001年底,已有157.5MW裝置容量,在波特蘭附近就有三個風力發電場,在奧勒岡州和華盛頓州的美國西北地區,現有的和規劃中的共有九個風力發電場。美國在1980年代曾經大力推廣風力發電,尤其加州地區在1981至1986年以Wind Rush專案全力推動成效顯著,後因政策不連續,到1990年代,風力發電機產業幾乎全面停頓。直到1999年德州復又全力推動,目前該州已約有1,100 MW裝置容量(2001年底),另外在中西部如Kansas、Iowa、Wyoming、Minnesota、Wisconsin及Colorado各州,均在全力推動中。

目前,美國的Wind Powering America政策訂下之目標為:2005年前擁有20MW以上風電裝置量的超過16個州,在2010年前達到24個州(2001年底資料為12個州);聯邦政府在2010年前購買5%的風電(1,000 MW)。2005年的裝置容量為5,000 MW(2001年底為4,223 MW),2010年達10,000MW,2020年為80,000MW,在2020年預計風力發電將佔全國5%發電量。在未來20年預計投資600億美金,為農民、原住民、地主創造12億美金的收入,創造8萬個工作機會,而且減少3千5百萬噸的二氧化碳排放。

全方位總動員布局

美國為達到上述風能發展的目標,採行的策略有夥伴之創造或推廣、資源之推廣、培育試驗性應用、提供廣泛教育,以取得大眾支持,抓住市場機會,以及提供聯邦與州之領導。其中在教育和大眾支持上,更是用盡各種方式,包括座談會與特定節目、風力聯盟、州與區域之網頁、土地所有者導引、小型風力導引、州風力導引、風力日曆、技術支援、製作簡報、區域性之推廣,以及提供網路上之工具等等。儘管如此,美國推動風力發電還是要面臨一些挑戰,包括電價偏低、電力產業重組、選址與發證程序、制度面之歧視以及輸配電之問題,因此未來的達成路途仍漫長。(作者分別為台灣經濟研究院研究五所研究員、台電公司電源開發處新能源課課長及工研院能資所副所長)


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