例如台灣,2017年經濟部能源局預計在陸域及離岸增加風電場,在2025年風力發電量達約140億度、年減碳量約710萬噸;瑞士也將在2050年之前百分之百使用再生能源;其中風力發電佔比仍低,但冬季來臨時,可大幅彌補太陽能發電的不足。
瑞士的再生能源發電比例,夏季以太陽能為主,冬季以風力為主。圖片來源:瑞士聯邦能源局
傳統風力機有哪些限制?
然而,傳統的風力機有三個限制:
- 用地
很多民眾支持能源轉型,但多數人都不希望風力機架在自己住家附近。
有關風力機設置的相關規定愈來愈嚴格,以德國為例,巴伐利亞邦2014年訂定新的規定,要求風力機至少要離住戶至少兩公里以上。 - 噪音
風力機產生的噪音高達100至105分貝,讓居民無法接受。 - 鳥擊
一台傳統風力機,一年至少會造成40隻鳥誤闖葉片致死,頻頻引起動物保護團體抗議。
德國預計在2030年達到65%的電力來源由再生能源產出。圖片來源:德國聯邦經濟事務和能源部
垂直風力機的優勢?
瑞士新創公司敏捷風電(Agile Wind Power),開發了一款垂直風力機,取名為垂直天空(Verticle Sky)。故名思義,葉片是垂直地繞著圓軸轉動;遠遠看,就像一個手機訊號基地台,與外型如一個大電扇的傳統水平風力機截然不同。
另外,這款風力機風扇轉動速度較慢,不容易讓誤闖的動物或鳥類受傷死亡。
設計人說,通常鳥類被葉片夾死,是因為葉片從下方往上旋轉;所以當葉片是水平旋轉,鳥類就可以看清楚而逃生。
瑞士鳥類研究所專家完成的動物危害評估指出,大型鳥類在白天飛行,牠們可以清楚地看見垂直葉片轉動的方式,避開風險。
此外,垂直風力機最大的競爭優勢是產生的噪音較低,僅80到85分貝;對噪音極度敏感的瑞士人來說,是一項福音。(延伸閱讀|台灣要蓋「海上風電」萬里長城?除了錢與人,還缺這5塊基石)
垂直式風力機與水平式風力機外觀不同。垂直式風機葉片是水平旋轉,鳥類就可以看清楚而逃生。圖片來源:Agile Wind Power
德國的能源轉型政策?
德國與瑞士都有能源轉型的壓力,都預計在2050年之前,達到以再生能源為主的供電模式。
敏捷風電創辦人瑞奇(Patrick Richter)是瑞士人,目標卻是進軍國際市場;垂直風力機雖然是瑞士公司研發生產,卻受到德國社會的欣賞與重視。由於德國樂意提供場地進行再生能源的研發與測試,垂直風力機在大規模量產前,選在德國人口最多的邦、北萊因威斯伐倫(North Rhine-Westphalia)地區進行測試。
目前,德國風力發電已達總電力的16%,但德國仍積極架設更多風力發電機;此款垂直風力機優點多多,未來若外銷到其他國家,德國也能從中獲益。
試驗場從德國小鎮開始,風機高度為105公尺,可以產生750千瓦電力。
德國不來梅應用科技大學風力專家朗吉(Holger Lange)表示,垂直風力機能助產業跟民間,達到住家附近的電力自給自足,稱之為「隔離解決方法」——即該區的人可由該區的發電機來供給;甚至有多餘電力,給耗電驚人的地下污水處理廠或水泥、金屬相關產業使用。
朗吉表示,垂直風力機有助於目前的能源轉型;這樣的裝置雖無法生產足夠的電力給每一戶用戶,但應該可以達到5%的能源供給量。
過去,垂直風力機只應用在小型發電機,例如小規模的屋頂發電;但當規模放大時,因為向心力的原理,會對輪軸產生極大的力道,導致葉片破損及變形,這是目前的挑戰。
在試運轉階段,2020年11月風力機曾經發生倒塌意外;2021年2月調查報告指出,風力塔承受了前所未有的風力及扭力,導致渦輪機過載折斷風扇。該公司已重新設計所有裝置,並反覆測試,避免類似意外發生。
垂直風力機的創辦人瑞奇強調,不論如何,他全力衝刺,期許2022年在德國及美國安裝20座垂直風力機,為替代能源帶來新希望。(延伸閱讀|德國沒落小鎮北堤 1500人靠離岸風電翻身)