風力發電廠

世界首台7.5兆瓦風力發電機風電場
中国新疆的风力发电站。
比利時是全世界建立首座以為7.5兆瓦风力发電廠的国家(於埃斯蒂諾蒙，Estinnes-Au-Mont)。
甘肃省瓜州县400多座風力發電機，200多萬瓦风力發電站[1]的風力發電機
系列条目
可再生能源
可再生能源主题

風力發電廠（英語：wind farm, wind park, wind power plant, wind power station）也稱為風場或風電廠，指以風能來產生電力的發電廠，並可能由多組風力發電機組成。根據風力發電廠的位置，可分為岸上風力發電與離岸風力發電兩種。

風力發電屬於可再生能源的一種。目前，由於聯合國的關係，世界各國相繼將發展再生能源列為重要目標，而在此情形下，風力發電廠也就成為各國首選的能源發展重點。在風力發電廠裝置容量上，現階段世界上裝置容量超過大型風力發電廠主要位於中國、美國、印度等國家，目前對大多數國家而言，風力發電廠的裝置容量對整體供電影響不大。近幾年隨著風場風力觀測技術進步而使風力發電量預估準確性提高，使得部份國家或地區的風力發電使用率快速增加。在2017年，風力發電於歐盟地區已佔總發電量的11.7%，並首次超過水力發電量成為歐盟最大的再生能源電力來源[2]，而其中在丹麥的風力發電已佔丹麥用電量43.4%。

在附加價值方面，風力發電廠除了可供給電力外，亦提供了寓教於樂、觀光、休閒、環境美化等各項功能。

風力發電機

風力發電機的結構圖
主条目：風力發電機

風力發電機可簡稱風機，是構成風力發電廠的必要條件之一，主要由塔架、葉片、發電機等三大部分所構成。運轉的風速必須大於每秒2至4公尺（依發電機不同而有所差異）不等，但是風速太強（約每秒25公尺）也不行，當風速達每秒10至16公尺時，即達滿載發電，根据风机类别的不同，IEC标准对最大耐風速有不同规定，其中I类风机約為每秒70公尺，所以好的風場不但要一年四季吹風的日子多，風速的大小和穩定也很關鍵。

由於每座風力發電機皆可獨立運轉，故每座風力發電機均可視為單獨的風力發電廠，是屬於一種分散式發電系統。

風力發電機的發展歷史

早在19世紀末，丹麥的氣象學家保羅·拉·庫爾（Poul La Cour）就已經製造出第一部風力發電機，但當時由於經濟效益過低，風力發電機並沒有受到重視，直到最近幾年，能源危機與環保意識抬頭帶動了風力發電機的發展，1980年代有55瓩的風機，到了1985年則開發出110瓩，到了1990年代，發展到了250瓩，1990年代中期有600瓩，2000年後則有2000瓩以上等級的風機出現。目前，全球安裝的風力發電機組超過了60000部以上，機組容量大多為600至3000瓩不等，目前主流機組為2000瓩，最大機組為5000瓩。

風力發電機的結構與規格

一般常見的風力發電機主要結構可分為葉片（Blade）、主發電機（Primary generator）、塔架（Tower），除此之外，還具備自動迎風轉向、葉片旋角控制及監控保護等功能。

2003年風力發電機製造商與市佔圖

風力發電機製造商

  • Bonus（丹麥）：於2004年底被西門子（Siemens）併購。
  • Enercon（德國）
  • Bard（德國）
  • Repower（德國）
  • Repower（德國）：最近已被印度Suzlon收购近90%股份
  • Enron（美國）
  • Clipper（美國）
  • Gamesa（西班牙）
  • MADE（西班牙）
  • Mitsubishi 三菱（日本）
  • Nordex（德國）
  • NEG Micon（丹麥）：已在2003年時被Vestas併購。
  • Siemens（德國）
  • Suzlon（印度）
  • Vestas（丹麥）：在全球風力發電市場市佔率達三成以上，海上風力渦輪發電機市場更高達七成，為目前風力發電機市佔率最高的製造廠商。[3]
  • 青岛格林风新能源设备
  • 金風科技（中國）
  • 華銳風電（中國）
  • 东方电气（中國）
  • 国电联合动力（中國）
  • 广东明阳风电（中國）
  • 上海电气（中國）：2010年末与西门子合作成立西门子上海电气风电，公司是否仍然存在不明
  • 湘电风能（中國）
  • 远景新能源（中國）
  • 沈阳华创（中國）
  • 浙江运达（中國）
  • 三一重工（中國）
  • 重庆海装（中國）
  • 常牵（中國）
  • AUSSIEWIND (台灣)
  • GINOTEX (台灣)

風力發電機製造商2010市佔

  • 陸上風力發電機製造商全球市佔（Based on Onshore Installations （World）, 2010)
    • 15%~20% : Vestas（丹麥）、GE Energy
    • 10%~12%: Gamesa（西班牙）、Enercon（德國）
    • 8%~10%: Suzlon（印度）
    • 5%~7%: Siemens（德國）、Sinovel Wind Group Co., Ltd、Acciona S.A
    • 3%~5%: 金風科技（中國）、Nordex（德國）
  • 離岸風力發電機製造商全球市佔（Based on Offshore Installations (World), 2010）
    • 50%~55% : Vestas（丹麥）
    • 30%~35%: Siemens（德國）
    • 5%~10%: Sinovel Wind Group Co., Ltd（中國）

資料來源：《Global Wind Power Markets》Frost & Sullivan （页面存档备份，存于互联网档案馆） analysis（2011年4月）

建置風力發電廠

建置風力發電廠除了需要豐沛的風能與足夠的資金外，還需要注意建置地點、土地的取得、維修的便利度、風力發電機的高度（對飛航安全可能造成威脅）、與供電區域的距離與法令等相關問題的產生。風力發電廠並不會產生廢熱，亦沒有溫室氣體的問題，只需穩定風力即可順利發電。

一般來說，平均風速較小（小於3m/s）的地區，因缺乏經濟效益，較不適合設置風力發電廠。

建置地點

由於風遇障礙物時會消耗其能量，所以風力發電廠最好設置在開闊區域以增加能量轉換效率，此外，風向的穩定性亦十分重要，除可增加風能的取得外，更能延長風機的壽命。目前，風力發電廠的建置地點大致可以歸為以下兩類

  • 陸地：舉凡陸地上所有地形，幾乎都可以建置風力發電廠，不過礙於法令與飛安的限制，部分地區雖風能強勁，但是不能發展（例如機場附近、或者生態保護區、候鳥或瀕危鳥類經過區）
  • 海上：建置海上風力發電廠（又稱離岸式風力發電廠）是未來的發展趨勢。由於世界各國相繼大力發展風力發電，已致陸地上可建置風電地點快速減少，所以目前大型風電廠的發展大多是以海上為主。如英國的1,000 megawatt（MW）发电容量的「倫敦陣列」風力發電廠。除此之外，丹麥、瑞典、德國亦有海上風電廠。但是一樣可能會面臨法令的限制。

成本與減碳

在特定地點（如美國中西部），風力發電的成本已經低於燃煤發電。

  • 建置成本
  • 發電成本
    • 燃料成本：風能的源頭為太陽光照射地球生成之自然能量，故沒有燃料成本。
    • 維修成本
  • 備援電力成本：風能大多不穩定，需要有備援成本，水力及抽蓄發電與風力的配合度最高，許多情況下風能跟太陽能多可互補。
各種發電方法所產生的每單位電最所產生整體二氧化碳排放量[4]。
發電方法 簡述 每單位電量所產生的二氧化碳
(g CO2/kWhe))（百一分段價）
水力發電 假設利用水塘，不含水壩建設 4
風力發電廠 位於低成本陸地的情境，不含海上型 12
核電 以普遍的第二代核反應堆計算
不含更新型科技		 16
生質燃料 18
聚光太陽能熱發電 22
地熱發電 45
太陽能電池 多晶硅太陽能電池
生產過程的碳排放		 46
燃氣發電 假設加裝燃氣渦輪
聯合廢熱回收蒸汽發生器		 469
燃煤發電 1001
備註：這些數據的原始來源是由1989~2010年間的各種相關研究報告整理而成[4]。

產生與需克服的問題

世界各國離岸風力發電裝置容量（Installed Capacity）

2010年世界各國離岸風力發電裝置容量（Installed Capacity）

  • 英國1,535MW（44.5% Market Share）
  • 丹麥900MW（26.1% Market Share）
  • 荷蘭356MW（10.3% Market Share）
  • 比利時194MW（5.6% Market Share）
  • 瑞典193MW（5.6% Market Share）
  • 中國106MW（3.1% Market Share）
  • 其他（含德、日、芬蘭、愛爾蘭、挪威等）166MW（4.8% Market Share）
    • 數據為四捨五入後數據；基年為2010年

資料來源：<<Global Wind Power Markets >> Frost & Sullivan （页面存档备份，存于互联网档案馆） analysis（2011年4月）

世界各國風力發電廠概況

目前世界上有超過70個國家擁有風力發電廠，大多位於歐洲、北美洲、亞洲等地；而風力發電較發達（技術、設備等）的國家包括：丹麥、西班牙、德國、美國等。若依據裝置容量來分，2015年前五名的國家依序分別為中國、美國、德國、印度、西班牙。

  • 1985年全球總裝機容量為102.0萬瓩（1020MW）,裝置容量超過1GW
  • 1991年全球總裝機容量為217.0萬瓩，裝置量超過2GW，世界第一座商轉的離岸風電廠（Vindeby Offshore Wind Farm）在丹麥啓用
  • 1995年全球總裝機容量為482.1萬瓩，年度新增裝置容量超過1GW
  • 1998年全球總裝機容量為1015.3萬瓩，裝置容量超過10GW
  • 2002年全球總裝機容量為3122.8萬瓩，年發電量超過500億度(53TWh)
  • 2005年全球總裝機容量為5917.1萬瓩，年度新增裝置容量超過10GW，年發電量超過1000億度
  • 2008年全球總裝機容量為12178.6萬瓩，裝置容量超過100GW，風電年發電量佔全球總發電量超過1%
  • 2012年全球總裝機容量為28469.8萬瓩，年發電量超過5000億度，風電年發電量佔全球總發電量超過2%
  • 2014年全球總裝機容量為37189.3萬瓩，年度新增裝置容量超過50GW，風電年發電量佔全球總發電量3%
  • 2015年全球總裝機容量為43472.2萬瓩，歐盟地區(EU28)的風電年發電量佔歐盟總發電量10%
全球風力裝置容量
全球風力發電統計[12]
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
裝置量(MW) 17,304 23,976 30,980 38,392 46,917 58,452 73,166 91,511 115,363 150,181
發電量(GWh) 31,420 38,390 52,331 62,916 85,117 104,085 132,859 170,682 220,572 275,949
佔全球發電量比 0.20% 0.24% 0.32% 0.37% 0.48% 0.56% 0.69% 0.85% 1.08% 1.36%
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
裝置量(MW) 180,941 220,129 267,113 300,303 349,699 416,739 467,578 515,178 564,347
發電量(GWh) 341,614 436,786 523,809 645,302 712,031 831,384 956,873 1,127,989 1,269,953
佔全球發電量比 1.58% 1.96% 2.30% 2.75% 2.98% 3.42% 3.83% 4.39% 4.77%
全球風力發電裝置量前十國（2015年）[13]
國家 風電裝置量

百萬瓦（MW）

 中华人民共和国 145,362
 美國 74,471
 德國 44,947
 印度 25,088
 西班牙 23,025
 英国 13,603
 加拿大 11,205
 法國 10,358
 義大利 8,958
 巴西 8,715
其它地區合計 67,151
全球總計 432,883
全球風力發電裝置量前十國（2010年）[14]
國家 風電裝置量

百萬瓦（MW）

 中华人民共和国 44,733
 美國 40,180
 德國 27,214
 西班牙 20,676
 印度 13,065
 義大利 5,797
 法國 5,660
 英国 5,204
 加拿大 4,009
 丹麥 3,752
其它地區合計 26,749
全球總計 197,039
全球風力發電裝置量前十國（2005年）[15]
國家 風電裝置量

百萬瓦（MW）

 德國 18,415
 西班牙 10,028
 美國 9,149
 印度 4,430
 丹麥 3,128
 義大利 1,718
 英国 1,332
 中华人民共和国 1,260
 荷蘭 1,219
 日本 1,061
其它地區合計 7,351
全球總計 59,091
歐盟風力發電量前十國（2015年）[16]
國家 風電發電量

百萬千瓦時（GWh）

 德國 87,975
 西班牙 48,380
 英国 38,010
 法國 21,100
 瑞典 16,500
 義大利 14,589
 丹麥 14,100
 葡萄牙 11,878
 波蘭 9,830
 荷蘭 7,237
其它成員國合計 33,914
歐盟總計 303,513
歐盟風力發電量前十國（2010年）[17]
國家 風電發電量

百萬千瓦時（GWh）

 西班牙 42,976
 德國 36,500
 英国 11,440
 法國 9,600
 葡萄牙 8,852
 義大利 8,374
 丹麥 7,808
 荷蘭 3,972
 瑞典 3,500
 愛爾蘭 3,473
其它成員國合計 10,538
歐盟總計 147,033

台灣風力發電廠概況

主条目：台灣風力發電

台灣風力發電產業始於1980年代初期的能源危機，政府委託工研院陸續開發小型風力發電機，但在能源危機解除後就停止研發。直到西元2000年，台灣電力公司、台朔重工和正隆公司在政府的鼓勵之下，分別在澎湖、雲林和新竹設置三個總容量共8.64百萬瓦特（MW）的風力發電系統[18]。目前風力發電為政府的重要政策之一[19]。台灣大電力研究試驗中心表示台灣風力發電能量密度含量居全球排名第二、僅次於紐西蘭。而且台灣坐擁全球最優良的海上海場。但是陸域優良風場大都開發殆盡，因此必需發展離岸風力發電[20]。台灣有發展風力發電之先天優勢條件。因為台灣有明顯的東北季風吹拂與西南氣流交替，而且由於台灣中央山脈與大陸東南的丘陵形成台灣海峽峽管效應增強東北季風風速，使得台灣冬季之風力資源豐富[21]，在空氣品質較差的冬季、可以藉此讓燃煤發電廠降載甚至關機。但是台灣電力的主要尖峰負載在炎夏期間，此時離岸風力的發電量平均只有裝置容量的6%左右[22]，此時可以使用太陽能及燃煤補足，台灣夏季污染物擴散條件良好，因此燃煤發電全力運轉空氣品質仍佳。而且風太強時，機器停止運轉，避免風機損壞 [23]。此外風機也需留意沙害[24]。

台灣目前沒有自主設計風機的能力[25]。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，民營亦有德商達德能源、沃旭能源等公司。

風力發電廠 發電量（瓩） 數量 總和（瓩） 年發電量（百萬度） 完工日期
新北市石門 台電一期 606 6 3636 2005年1月
桃園市大潭電廠 台電一期 1500 3 4500 11.6 2005年6月
桃園市大園與觀音 台電一期 1500 20 30000 91.2 2006年5月
英華威 2300 19 43700 2009年12月
新竹市香山 台電一期 2000 6 12000 2008年12月
新竹縣竹北 2000 5 10000
新竹縣竹北春風 正隆 1750 2 3500 2008年10月
新竹縣新豐 20000
苗栗縣大鵬 2000 21 42000
苗栗縣竹南 2000 3 6000
1000 1 1000
苗栗縣後龍鎮
苗栗縣苑裡鎮 英華威 2014年
臺中市台中電廠 台電一期 2000 4 8000 2007年4月
臺中市台中港 台電一期 2000 18 36000 2008年12月
臺中市大安區 英華威 2300 20 46000 2008年12月
彰化縣線西與崙尾 台電二期 2000 23 46000 2007年5月
彰化縣彰濱工業區 英華威 2300 45 103500 2008年11月
雲林縣麥寮 台電二期 2000 15 30000 2008年12月
雲林縣四湖 台電二期 2000 14 28000 2010年10月
臺南市北門 1750 2 3500
屏東縣恆春 台電一期 1500 3 4500 2005年5月
澎湖縣中屯 600 8 4800
澎湖縣湖西 900 6 5400

香港風力發電廠概況

香港的風力發電廠目前僅有一座，由香港電燈所擁有。由於香港地狹人稠的關係，幾乎已沒有多餘適合發展風力發電的土地，未來，香港將朝海上風力發電廠發展。

中國大陸風力發電廠概況

主条目：中华人民共和国风力发电
  • 2005年：中國大陸已建成風電場59座，運行中的風力發電機組共計1869部，總裝置容量達124.6萬瓩（1246MW）[26]。
  • 2006年：共新增134.7萬瓩，總裝置容量達260.4萬瓩，居世界第六位。
  • 2007年：總裝置容量較前一年增加一倍，達605萬瓩。
  • 2008年：新增裝置容量達616萬瓩，為該年增量第二多的國家，排名亦超越印度達世界第五。
  • 2010年：新增裝置容量為世界該年增量第一多的國家，總裝置容量居世界第一位。

美國風力發電廠概況

主条目：美国风力发电
2017年底美國各州風力發電裝置量。

美國風力發電廠發展的相當早，主要集中在美國中西部各州。在2017年,美國的風力發電裝置容量88.9GW與風力發電量2542億度都居世界第二位僅次於中國，風力發電量佔美國總發電量6.3%。美國能源署的報告認為到2030年美國風力發電有可能佔總發電量20%[27]。

  • 2000年：風力發電容量250.2萬瓩，年發電量約56億度。
  • 2002年：風力發電容量460.3萬瓩，年發電量超過100億度。
  • 2008年：風力發電容量2513.5萬瓩，年發電量超過500億度及美國總發電量1%。
  • 2011年：風力發電容量4677.7萬瓩，年發電量超過1200億度。
  • 2016年：風力發電容量8200.5萬瓩，年發電量超過2200億度及美國總發電量5%。[28][29]

德國風力發電廠概況

2015年德國風力發電概況簡介. [30]

德國在1980年代中期開始使用風力發電，目前(2015年)的風力發電廠裝置容量達4494.6萬瓩僅次於中國和美國為世界第三，其中離岸風力發電廠的裝置量329.4萬瓩則僅次於英國排世界第二。

  • 1995年：風力發電機總容量達121.1萬瓩，年發電量15億度
  • 1999年：風力發電機總容量達443.5萬瓩，發電量佔德國總發電量1%
  • 2004年：風力發電機總容量達1661.2萬瓩，發電量佔德國總發電量4.1%
  • 2009年：風力發電機總容量達2566.2萬瓩，發電量佔德國總發電量6.5%，德國第一座離岸風電廠啓用
  • 2015年：風力發電機總容量達4494.6萬瓩，發電量佔德國總發電量12.3%（佔德國總用電量13.3%）

德國風力發電廠列表

丹麥風力發電廠概況

主条目：en:Wind power in Denmark

在1970年代，丹麥是發展商業風力發電的先驅，并且今天近50％的世界各地的風力渦輪機是由丹麥製造商生產，如維斯塔斯和西門子風電以及許多元件供應商。在2008年，風力發電提供丹麥發電的18.9％，和發電容量的24.1％。[31] 丹麥是世界上風力發電廠最為普及的國家，同也是全世界風力發電量佔該國整體發電量比例最高的國家。在2012年，丹麥政府通過了一項計劃，以增加風能電力生產的比例，到2020年达到50％。[32]

2005年，丹麥風電裝機容量3,127 MW，生產23,810 TJ（6.6 TW·h）的能量，實際平均產量為755MW，在容量因子（Capacity factor）為24％条件下[31]。2010年，容量增長到3,752 MW，一年的增長大部分來自Rødsand-2（英语：Rødsand II）離岸風電場。在2011年底，丹麥的容量达到3,927 MW，風電佔該國整體發電量比例為28％。[33]

丹麥風力發電廠列表

參見

维基共享资源上的相关多媒体资源：風力發電廠
相關條目
其他種類的發電廠

參考文獻

  1. ^ 存档副本. [2013-09-09]. （原始内容存档于2013-03-27）. 
  2. ^ 歐盟統計局: Electricity statistics 2017 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  3. ^ 《丹麥風力發電廠商維斯特來台設立子公司》，《中華民國招商網》，[1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  4. ^ 4.0 4.1 http://srren.ipcc-wg3.de/report/IPCC_SRREN_Annex_II.pdf （页面存档备份，存于互联网档案馆） see page 10 Moomaw, W., P. Burgherr, G. Heath, M. Lenzen, J. Nyboer, A. Verbruggen, 2011: Annex II: Methodology. In IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation.
  5. ^ US and China in race to the top of global wind industry. [2009-02-19]. （[tt_news=177&tx_ttnews[backPid]=4&cHash=3a1c08c3ac 原始内容]存档于2016-03-06）. 
  6. ^ "US, China & Spain lead world wind power market in 2007 （页面存档备份，存于互联网档案馆）", GWEC, February 6, 2008
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  8. ^ "Global Wind 2005 Report （页面存档备份，存于互联网档案馆）", GWEC, July 4,2006
  9. ^ "GLOBAL WIND POWER CONTINUES EXPANSION 互联网档案馆的存檔，存档日期2006-09-24.", GWEC, June 3, 2005
  10. ^ Renewable Energy World July-August 2004, Volume 7 Number 4
  11. ^ "European wind energy achieves 40% growth rate", EWEA, November 13, 2002
  12. ^ BP: Statistical Review of World Energy 2019 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  13. ^ 來源 Global Wind Energy Council:Global Wind Report 2015 PDF （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  14. ^ 來源 Global Wind Energy Council:Global Wind Report 2010 PDF （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  15. ^ 來源 Global Wind Energy Council:Global Wind Report 2006 PDF （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  16. ^ Observ'ER Wind energy barometer 2016. [2016-05-14]. （原始内容存档于2021-01-15）. 
  17. ^ Observ'ER Wind energy barometer 2011. [2016-07-25]. （原始内容存档于2017-03-26）. 
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參考資料

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  2. 李欣哲，《再生能源發電現況及展望》，工研院能源與資源研究所，2003年10月30日，[4]
  3. 呂威賢，《風的故事──從風車到風力機》，《科學簡訊》，2004年11月，383期6～13頁，[5][永久失效連結]
  4. 馬小康、唐敏，《我國風力發電技術之評估及建議》，《工業污染防治》，2005年4月，第94期
  5. 馬小康、唐敏，《我國風力發電技術之評估及建議》，《工業污染防治》，2005年4月，第94期

外部連結

資料
相關風能組織
相關風力發電廠商（包含製造商與經營公司）