工業技術研究院

人類利用風力發電的起源甚早，19世紀末丹麥的氣象學家保羅‧拉‧庫爾（Poul La Cour）即建造了世界上第一台的風力發電機。隨著近年來石油危機及地球暖化的效應影響，各類型替代能源快速發展，全球風力發電也持續成長。根據世界風能協會（World Wind Energy Association）發布的報告指出，2009年全球風力發電的總裝置容量超過159GW（百萬瓩），所發出的3,400億度電力，約占全球發電總量的2％。

不過在全球的風力發電量中，超過98％都是來自於陸域式風力發電機，僅有不到2％是來自所謂的「離岸式風力發電」。所謂的離岸式風力發電，簡而言之即是將風力發電機裝置在海上，利用較陸地上大20％的海上風力，讓風力發電機可以較陸域式平均多出40％的電力產能。

離岸式成本仍高

雖然離岸式風力發電的效能較佳，但因為其裝置成本是陸域式的1.5至2倍，因此還無法普及。工研院綠能與環境研究所所長童遷祥指出，再生能源是21世紀的發展重點，大家都在談這個題目，也都投入許多資源，什麼樣的項目值得進一步的研發呢？「只要是價格還無法跟化石燃料競爭的，就表示技術還不夠成熟，若要當成替代能源，就還需要投入研發」。童遷祥說，目前替代能源中，以風力發電的成本最低，尤其陸域式風力發電機的發電成本已經和化石燃料相當接近，因此建置的數量最高，而離岸式則還無法與化石燃料競爭。

離岸式風力發電機成本高的最主要原因，為裝置在外海，牽涉到運輸、吊裝及輸電等成本，而且目前均以陸域機種直接搬到海上使用，並未考慮離岸式風力發電機的需求與陸域式不盡相同。不過，現在世界各國都在研發海上專用的風力發電機，以期降低成本。例如，離岸式風力發電機將走向大型化，裝置容量朝5百萬瓦（5MW）以上機型發展，來降低造價成本。又如離岸式風力發電機裝置在海上，往往因風浪使維修更困難，所以穩定度及可靠度也必須較陸域式風力發電機為高。此外，由於離岸風力發電機還涉及海底地基及電纜鋪設等基礎建設工程，這些部分要如何降低成本，也都是考量的課題。

為了降低離岸式風力發電機的成本，工研院機械所的研發團隊，在經濟部能源局專案支持下，決定先從風力發電機的關鍵技術著手。童遷祥表示，成本與可靠度是目前離岸風力發電機研發的兩大課題，例如，目前的風力發電機，為了避免葉片造成的噪音，所以轉速都有限制，在受限的轉速下，就必須在風力機系統內裝設增速齒輪箱來提高發電機的轉速，但是增速齒輪箱既增加了發電機的重量，也提高了製造成本。

高溫超導體的契機

為了解決這個問題，工研院便研究以高溫超導體來當做發電機的轉子（發電機構造中繞固定中心轉動的部分）。童遷祥解釋，高溫超導體的特性，是體積小但是帶大電流，因此可以產生很強的磁場，將巨大的扭力直接轉換成電力，而省去增速齒輪箱。如此一來，以高溫超導體做為風力發電機轉子的技術，既可以降低風機的重量及成本，可靠度也隨之提升，是非常適合離岸式風力發電機使用的前瞻技術。

童遷祥進一步說明，高溫超導體是僅1微米厚、4毫米寬的薄膜，目前尚無大規模商業應用，因此成本偏高，這也是工研院目前針對高溫超導體應用的研發重點，希望能夠突破目前高溫超導體電流密度的上限。當高溫超導體每單位電流的成本小於純銅導線的2倍時，就可以讓這種材料大量運用在風力發電機上，也就能跟美國高溫超導體的領導廠商American Superconductor或Super Power等談合作案，帶動國內離岸式風力發電機的產業起飛。

在進行技術研發的同時，其實商業化的布局也在進行當中。工研院於2010年7月底，促成了國內產業界和中國相關單位簽訂一份備忘錄，雙方共同合作，投入離岸式風力發電機的技術開發及生產製造。兩岸之所以致力於離岸式風力發電機的開發，是因為台灣、福建和浙江等台灣海峽沿岸，都具備極佳的風場條件，可以做為離岸式風力發電機的裝設地點。

童遷祥舉例，一般認定風力發電機每一年全速運轉的時數，也就是所謂的「每年滿發小時」，若是可達到2,200小時以上，就算是有效率的優良風場。而澎湖一帶，就可以達到4,000小時，若是能夠突破高溫超導的技術，配合這一帶極佳的風場條件，可望創造極大的電力和產業效益。若以單項替代能源對化石能源的替代率能達到5％為標準，來篩選優先投入研發的項目，以未來十年的技術水準來衡量，風力發電的機會最高。

此外，台灣的機電、電控、資訊、鋼構元件等相關工程產業技術能力，也有一定的水平，再加上國內業者已具備開發風力發電機中基本元件的能力，對產業來說已具備相當堅實的基礎。

若以全世界的替代能源來看，風力發電也是潛力無窮的產業，童遷祥表示，根據研究，若要在不影響全球經濟的前提下，降低二氧化碳的排放，需要各國極大的努力，例如在50年內將風力發電的總量提升至2,000GW，也僅能達到降低二氧化碳排放總目標的七分之一。根據世界風能協會的推估，2020年全球風力機組累計裝置容量就將上看1,900GW，若以每瓦1.5美元的建置成本計算，總產值將達2.85兆美元，因此各國目前對推動風力發電可謂不遺餘力。

依據經建會管制考核處的資料指出，目前全世界共有12個國家擁有離岸式風力電場，前三大都位於歐洲，分別是英國、丹麥及荷蘭，其中丹麥的Horn Rev II，更是全世界裝置容量最大的離岸式風力電場。

研發及產業環境的突破

除了發電效率高之外，離岸式風力發電更因為海上氣流穩定，風力發電機疲勞負載較小，壽命可提高25％；而且台灣地小人稠，要尋找大面積的土地開發陸域式風力電場的難度甚高，又容易碰上景觀、噪音及土地徵收等問題。面積廣闊、靜風期短，每年可發電時數較高的海洋，就成為風力發電下一階段重要的發展方向。

經濟部在2007年即已公告「第一階段設置離岸式風力發電廠方案」，申請備案時間至2010年8月底止，此一階段的總裝置容量以300MW為上限。由於離岸式風力發電廠申設過程涉及漁業、海巡、國防、航政、環評等業務，童遷祥建議，離岸式風力發電廠應由政府主導，用工業區的模式開發，由政府出面統合上述相關業管單位，再讓相關業者來申設電廠。目前經濟部則是設有單一窗口受理，簡化相關程序以協助業者申請，並邀集其他單位成立聯合審查小組，以加速審查時效，促進離岸式風力發電產業發展。

風力機組是相當具有地域特色的產品，未來發展離岸式風力發電機，必須考量台灣周圍海域的風速、風向、潮汐、波浪、水下溫度、海中生態、海底岩盤狀況等數十項變數，是極為複雜的工程，因此離岸式風力發電機並不是直接把陸域式搬到海裡就可以發電，必須依照各地不同的海洋環境重新設計。尤其在台灣，更需要考慮到防颱及耐震的因素，童遷祥舉例，像是扇葉部分就必須採用玻璃纖維加碳纖維的複合材質，才能應用於強風的氣候。另外，台灣高溫高濕多鹽害的環境，也讓許多歐美風力發電機產生水土不服的情形，因此，將台灣在ICT產業的強項技術，用於風力機在特殊環境下健康狀況的遠端監控，也是重要的研究項目之一。

要發展離岸式風力發電，必須讓此一產業能夠生根在地化，才能達成能源自主及減低二氧化碳排放的目標。未來台灣若能在關鍵技術上有所突破，再透過國際合作引進國外相關技術，製造出適合台灣海域的離岸式風力發電機，才真正有機會讓此一新興領域形成產業力量。