甚麼是風能?

很早以前人類已經懂得利用風能。風的動能可以轉化為其他能量，例如是機械能或電能。

風是如何形成的?

理論上，太陽發放至地球的輻射能，只有百分之一至二會轉化成為風能，而這百分之一至二的能量，相當於全球能源總消耗量的百倍以上。

下圖展示風的形成過程:

風的特性

一般而言，每當風速增強一成，風 力發電機的輸出功率就可增加約三 成。

一般而言，每當風速增強一成，風 力發電機的輸出功率就可增加約三 成。

風速對風力發電機的運作及效率非 常重要。要推動風力發電機產電， 風速通常最少要達到每秒3米。

風速對風力發電機的運作及效率非 常重要。要推動風力發電機產電， 風速通常最少要達到每秒3米。

風是難以預測的，它會受到氣候和地理因素影響。

• 風只會間斷出現。
• 風可以出現在地面或海上。
• 風速受到地勢影響。
• 地勢越高，風速越高。

如何收集風能?

風力發電場: 時至今日， 世界上愈來愈多地方利用 岸上或離岸風力發電場發 電。 Photo Courtesy of Shell Wind Energy

風力發電場: 時至今日， 世界上愈來愈多地方利用 岸上或離岸風力發電場發 電。 Photo Courtesy of Shell Wind Energy

風力發電機: 當風速達到 切入風速時，便可啟動渦 輪產電。 Courtesy: DOE/NREL Credit: TVIG, Inc.

風力發電機: 當風速達到 切入風速時，便可啟動渦 輪產電。 Courtesy: DOE/NREL Credit: TVIG, Inc.

所有移動的物體都帶有動能。蘊藏在風中的動能 – 即空氣流動時產生的能量 – 可以轉移到其他的物體上，例如用於推動帆船或啟動風力發電機產生電力。

風力發電機如何產生電力?

風力發電機如何運作?

• 當風吹向葉片時，葉片兩面會產生不同的壓力，壓力的差異便會產生動力，轉動葉片。
• 葉片產生的動力會推動相連的轉動軸、變速機及發電裝置。
• 變速機將轉動軸的旋轉速度加快，令到發電裝置產生電力。
• 風力發電機內的對風控制裝置，使風力發電機能隨風轉向，有助收集最多風能。

橫軸式及直軸式風力發電機

橫軸式

橫軸式 Courtesy: DOE/NREL Credit: Milligan, Michael

橫軸式 Courtesy: DOE/NREL Credit: Milligan, Michael

• 利用對風控制裝置，令葉輪迎向風源。
• 與直軸式風力發電機相比，橫軸式風力發電機的效能系數較高，故此較為普及。

直軸式

直軸式 Courtesy: DOE/NREL Credit: Thresher, Bob

直軸式 Courtesy: DOE/NREL Credit: Thresher, Bob

• 能夠接收各方向的風力。一般規模較小，由於機身較矮，加上發電裝置安裝於地面，因此維修比較方便。
• 按現時的技術，直軸式風力發電機的效能系數較橫軸式為低，並且需以馬達作起動。

風力發電場

風電場可建於陸上或海上。

岸上風電場

建築在陸地上的風電場，仍是現今世界的主流。

• 優點

  建造成本較離岸風電場低，維修保養較容易，方便接駁電網。

  
  

• 限制

  興建在高地上的風電場一般都受到高度限制，風源不穩定，噪音及外觀可能影響環境。

離岸風電場

位於丹麥Rødsand的離岸風電場，擁有72 座機組，總裝機容量為165.6兆瓦。 Source: Nysted Offshore Wind Farm

位於丹麥Rødsand的離岸風電場，擁有72 座機組，總裝機容量為165.6兆瓦。 Source: Nysted Offshore Wind Farm

海上的風電場通常建於人口稠密及缺乏適合興建岸上風電場的地方。

• 優點

  可收集較陸上強勁及穩定的風力資源，外觀對環境造成的影響較小，不用像岸上風電場一樣受到高度限制。

  
  

• 限制

  建築成本較高，受水深限制 (現有的離岸風電場一般都安裝在水深少於20米的水域，如果水深超過30米，則需作特別考慮)，維修保養不及岸上風電場方便。

風力發電站的選址

風力發電場可同時作其他用途，例如用作耕地。然而，高大的樹木或建築物會阻擋風勢，影響風力發電機的效率。

一般而言，風電場選址的考慮因素包括：

• 有強勁和穩定的風力。
• 地點要空曠，兩台風車之間最少有相當於葉片直徑五至七倍的距離。
• 靠近現有電網。
• 要有良好道路運輸配套，地質亦要適合。
• 對附近環境影響少。

風能產電最多的國家

以總裝機容量計算，德國、西班牙及美國是現時全球風能產電最多的國家。

德國 裝機容量約18兆瓦的Schuby風力發 電場，位於Schleswig附近。 Photo Courtesy of Nordex GmbH

西班牙 裝機容量約19.2兆瓦的 Leitza-Beruete 風力發電場，位於 Navarre。 Photo Courtesy of Acciona Energía

美國 裝機容量約80兆瓦的White Deer風 力發電場，位於德州。 Photo Courtesy of Shell Wind Energy

德國 裝機容量約18兆瓦的Schuby風力發 電場，位於Schleswig附近。 Photo Courtesy of Nordex GmbH

西班牙 裝機容量約19.2兆瓦的 Leitza-Beruete 風力發電場，位於 Navarre。 Photo Courtesy of Acciona Energía

美國 裝機容量約80兆瓦的White Deer風 力發電場，位於德州。 Photo Courtesy of Shell Wind Energy

應用例子

丹麥

位於丹麥的Rejsby Hede風力發電場，設 有40台風力發電機組，總裝機容量為24 兆瓦。 Source: Elsam Kraft

位於丹麥的Rejsby Hede風力發電場，設 有40台風力發電機組，總裝機容量為24 兆瓦。 Source: Elsam Kraft

截至2004年年底為止，丹麥的風電總裝機容量為3,118兆瓦，縱使只是排行全球第四，但卻公認為現代風力發電的先驅。

丹麥是全球採用風力發電比率最高的國家。在2004年，風力發電佔該國總用電量百分之十八。大部分現代風力發電機使用三塊葉片，其設計概念源自丹麥。該國為主要風力發電機組製造商，全球市場佔有率達四成。

中國

位於內蒙古的輝騰錫勒風電場，擁有72 台風力發電機組，總裝機容量為42.7兆 瓦。 Photo Courtesy of IT Power

位於內蒙古的輝騰錫勒風電場，擁有72 台風力發電機組，總裝機容量為42.7兆 瓦。 Photo Courtesy of IT Power

截至2004年年底，中國在全球總裝機容量榜上排行第十，約有764兆瓦。近年隨著國內的經濟發展，對能源的需求日益增加，政府正大力推動風能發電。位於內蒙古的輝騰錫勒風電場，擁有72台風力發電機組，總裝機容量為42.7兆瓦。

風力發電的優點

• 環保能源不會造成污染
  風力發電機不會釋出溫室氣體，不會導致全球暖化。
  
• 不會耗用資源
  風力發電機每生產一百萬度電，就能減少使用大約350公噸燃煤。
  
• 相比其他可再生能源成本較低
  由於風力發電的技術日趨成熟，興建及營運成本亦相應減低，更具成本效益。
  

風力發電的限制

Courtesy: DOE/NREL Credit: Spink, Todd

Courtesy: DOE/NREL Credit: Spink, Todd

• 風力間斷且難以預測
  電力的特性是要按需求而生產相應的電量，目前科技仍未能以具效益的方法將電力大量儲起。由於風速及風向都難以預測，風力發電機的產電量亦難以控制及預計，所以不能依賴風能作為唯一的發電資源。
  
• 需佔用大範圍的空地
  在人煙稠密及土地資源有限的地方，興建風力發電場存在一定困難。 
  
• 對環境造成影響
  風力發電機可能會對飛行中的候鳥構成危險，或造成視覺及噪音滋擾。 

風能發展的歷史