風和日「力」 雙綠能成績亮眼

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台電在中臺灣彰濱工業區打造的「彰濱雙綠能」計畫,其中太陽光電裝置容量100MW,每年約可產生1.4億度電力;35部陸域風機,總裝置容量71.2MW,年發電量約2億度。「風和日力」,台電兩大再生能源生力軍,每年發電量超過3.4億度,減碳量達19萬噸,成績亮眼。

當我們同在億起

太陽能可說是「天上掉下來的禮物」,專家估計,太陽照射地球數小時的能量,如果可以完全轉換成電力,就幾乎可以滿足全球一年的能源需求。而且太陽能清潔無污染,不會產生二氧化碳。

不過,由於目前技術尚未完備,可被利用的太陽能比率並不高,仍有很大的成長空間,因此談論再生能源時,太陽能總是令人期待又備受矚目的焦點。隨著太陽光電板價格逐漸下跌、電力轉換系統技術不斷進步,各國政府及產業皆將太陽能視為明日之星。

小小一片太陽能板,究竟要怎麼發電?台電再生能源處太陽光電廠林恆山廠長解釋,光電板裡面有60片太陽電池,是以p-型與n-型半導體材料接合,構成正極與負極。當太陽光照射太陽能板時,陽光的能量會使半導體材料內的正、負電荷分離,分別往正、負極方向移動並且聚集。將太陽電池正、負極接上負載時,就會產生電流,讓燈泡發亮、馬達運轉。

從民國107年10月發出第一度電起至108年12月16日止,彰濱太陽光電場已累計發出超過1億2千萬度電。為慶祝發電量破億,再生能源處特別在108年聖誕節前夕舉辦「當我們同在億起」彰濱光電累計發電量預測抽獎活動,讓民眾一起來預測截至108年12月24日23點59分為止,彰濱太陽光電場的總累計發電量。

這個像太陽能板聚光一樣、聚焦眾人目光的預測發電量活動,背後有個簡單的科普動機。再生能源處陳一成處長表示,未來太陽光電在臺灣的再生能源占比會愈來愈高,民眾是否了解「太陽光電」的真正意涵,對我國的能源轉型十分重要。「當我們同在億起」活動,主要是讓大家了解太陽光電和日照之間的關係,活動網頁提示民眾:在一般情況下,一片太陽光電板一天可發1.1度電;但陰天發電量可能降低到剩下0.2度。了解太陽能板的基本發電量後,民眾依循陽光愈強、發電量愈大的原則,參考每天的天候狀況,預測發電量。

為了讓大家更有感於一片太陽能板的功能,陳處長進一步解釋1度電的概念:「在發電端,1度電等於1,000瓦模組1個小時的發電量;在使用端,10人份的電鍋煮一頓飯,大約需要1度電力。美髮院使用1,000瓦吹風機吹頭髮1小時,也約需1度電。」以一般家庭每日平均用電量約10度計,一個家庭只需要安裝10片太陽光電板模組就足夠了。

善用臺灣最佳風場

風力發電是再生能源的另一主力,目前台電運轉中的風機共有169部,而整個彰濱工業區共有77部風機,台電占35部,年發電量超過2億度。

再生能源處陸域風電廠劉全梤廠長指出,臺灣海峽是個非常好的風場廊道,尤其是秋冬季節,條件更稱得上是世界級的。因風場的條件佳,彰濱風機的發電量比整個台電風力發電量的平均值還高。

劉廠長表示,陸域風力發電是低污染、不需燃料且便宜的潔淨能源,不會有碳排、輻射、空污等問題。且除了建造成本之外,預定服役年限20年間,只要把風機維護好,不需再花費額外的燃料費用。這次與光電場一起啟用8部新機型的風機,在彰濱地區有4部,還獲頒行政院公共工程委員會的「公共工程金質獎」,非常難得。

風能轉換成電能要依靠風機,臺灣目前多使用水平軸、三葉式翼型的風機組,主要結構有葉片、齒輪箱、發電機、自動控制系統、塔架、機艙等。其中最重要的就是自動控制系統,系統會隨時偵測風速值來決定下一步的動作,可以360度旋轉的機艙,讓風機葉片隨時對著迎風面獲取最大風力;自動控制系統也會在風速超過關機風速時主動停機,以確保風機運轉的安全。

風機是藉由空氣流動轉動葉片並帶動發電機來發電,葉片愈長,受風的面積愈大,所能利用的風能就愈多。一般而言,風機所產生的電能,大約與葉輪直徑的平方成正比、與風速三次方成正比。劉廠長指出,當風速達到每秒3至4公尺時,台電的風機就會開始啟動,但轉動不一定能立刻產生電力,因為風機的運轉依設定的邏輯來控制,必須在連續數分鐘之內都達到每秒4公尺的風速,風機才會開始發電,風弱,或者葉片轉動太慢也無法發電。當風速達到約每秒14至17公尺,即可滿載發電。而風速過強,10分鐘平均達到關機風速(約每秒25~35公尺,視機型不同而定)就會自動停機。許多民眾不明就裡,看到風機不轉,就以為它故障停機;看到風機轉動就認為有在發電,其實並不盡然。

藍天下矗立的白色風機,遠觀或許美麗,但運轉時產生的低頻噪音,難免對鄰近居民造成困擾,因此風機設置須與住家有一定距離以上才合適。劉廠長指出,台電依循環保署的「風力發電機組專屬噪音管制標準」,尋找妥適的裝置地點,但不可諱言,適合設置風機的位置愈來愈少,再加上民情、政治因素等阻礙,使得陸域風機的設置困難度增加。海域風機相對沒有噪音的疑慮,再加上少了地形地物等障礙物,風能更佳,但因可達率比陸域風機更低,維修的困難度也比陸域風機更高。

巡檢大挑戰

彰濱光電場所有的設備都須小心維護,才能確保其發電量在每天35萬度的水準。再生能源處光電二組游振和組長表示,廠區有34萬片太陽能板,線路、分電箱、機櫃等數量繁多,而且廠區範圍遼闊,光是日常維護工作就是很大的挑戰。

負責巡修維護的光電二組成員柯文川、郭佳育、趙孝哲,都是年輕的社會新鮮人,其中郭佳育更是步出大學校園就來台電任職。他們每天會先到電氣室2樓的控制室,盯著LCD面板監看各項數據,一旦發電效率出現異常,立刻帶著工具、騎著摩托車到廠區實地查看,檢查模組或線路是否有故障,並設法立刻解決問題。「現值與廠商交接前的磨合期,只要發現太陽光電板模組玻璃有破裂的情形,當下就會請承包商更換。」柯文川技術員說。

技術員郭佳育說,即便沒有任何異常,也會去例行巡檢,看看1,400多個直流分接線箱有沒有燒損、冒煙;草太茂盛遮擋太陽能板,就要修剪;面板太髒也必須清洗,否則會影響發電效率。「所幸之前有梅雨,雨水把太陽能板洗乾淨了,所以目前為止還不需要人工清洗。」

由於廠區靠海,如何清除灰塵、鹽分等影響發電不利因素是一大考驗。游組長以台電龍井光電場為例,通常梅雨季的面板會比較乾淨,不需要額外的清洗工作。而為了環境考量,使用清水清洗,絕對不會用清潔劑。

至於如何除草,倒是個還在思考的問題。游組長笑說,之前有媒體來訪,他笑言要放牛吃草,於是「牛電共生」的防治法便上了報。他表示,養牛或羊來吃草確實是一種方式,但仍需經過試驗才知道可不可行,所幸冬天草的長度低於模組,不影響發電,反倒有減少風沙的好處。

廠區從南到北有2.2公里,陣列之間的維修步道有3、4百公尺,偌大的廠區僅靠有限的人力,在有限的時間內,恐無法完成必要的巡檢工作。因此在廠商移交之後,台電會利用電氣室的充電設備,使用電動公務車來幫助巡檢,既環保又節能省時。

此外還計劃購置無人空拍機,趙孝哲技術員解釋,空拍機上裝置熱影像儀,可以偵測面板是否溫度異常,有沒有熱斑?有了這項裝備,巡檢會省力很多。此外,監看是否有異常狀況及不明身分的人員出入廠區,也是工作項目之一。趙孝哲指出,除了電氣室裡有6個監控鏡頭(Closed-Circuit Television,CCTV)之外,在廠區的重要地點還設置了31個可以360度旋轉的鏡頭,以求做到監控無死角。

陸域風電維運有方法

濱海、地點分散、環境惡劣,加上60、70公尺高的結構,讓風機巡檢與維修的困難度倍增。劉廠長表示,台電風機的葉片每3個月會用高倍望遠鏡目視檢查,如果風力不強而停機的話,可以吊掛人員的方式在外面檢查,看看有沒有裂縫。此外,每兩年停機檢查一次,因為風機葉片的材料是玻璃纖維強化塑膠,長期轉動、受力、震動、變速等因素,久了難免老化、劣化,所以需定期和不定期的檢修。

舊型風機沒有升降梯,光是在鋼製的塔中爬階梯,就令人望之怯步,再加上機艙內常有悶熱、搖晃、震動等不利狀況,維修人員工作的辛苦可以想見。由於風機目標顯著,維修的辛苦民眾看不見,但一旦停機或發生狀況,卻是眾目睽睽,立刻成為話題。

再生能源處風電二組王維新技術員與陳文雄專員負責風機的運維,王維新表示,風機的技術目前已達成熟階段,每部風機都有監控系統,可將風機運轉的各種數據,如溫度、風速、風向、風機葉扇轉速、旋轉角度、機艙內發電機、軸承、潤滑油的溫度等資料,即時傳輸到控制中心,讓負責監看的同仁一目了然, 可做出正確的運維決策。

新加入的4部風機尚在試運轉,「必須試車試到正常,才能交給營運部門」,王維新表示,彰濱這個場域風沙大,沙子容易卡在機艙頂端的風速計上,風速計若偵測不了,風機會發生問題,需要人員上去擦拭或更換。新型風機沒有變速箱,發電機特別大,但也因為沒有齒輪箱,減少了齒輪箱故障及更換的麻煩,也省下一筆開銷。王維新表示,齒輪箱平均每6~8年就可能故障損壞,以風機20年的壽命來說,至少得換2、3次,吊掛加上齒輪箱的費用,也十分可觀,若能免則免。

風光並進 積極邁向能源轉型

「彰濱雙綠能」計畫的光電、風電能否互補?有太陽靠光電,起風則靠風力?陳一成處長表示,風光在策略上是各司其職,因為光電和風電的性質不同。

光電部分,因每日太陽起、落,光亮、光暗,有很明顯的循環;沒陽光的時候就沒有電力產出,必須要有周邊的輔助,需求端的用電戶、產業才會有穩定的電力。風電則有季節性,冬強、夏弱是臺灣風力的特性,它的循環必須看一整年。風電可用來搭配火力電廠的機組維修,當冬天風強,風電量高的時候,火力電廠就可以儘量安排進行歲修,以風力發電來彌補火力發電的缺額;火力機組維修完善,就可在夏季尖峰前加入運轉發電,以補風電不足。

「臺灣的能源一定要多元,單一種類的發電,絕對沒有辦法供給臺灣的電力需求。」陳處長表示,面對全球暖化及碳排減量的議題,台電作為能源的先驅,必須要積極實踐轉型。多元的電力來源,不論大小,每種發電的方式都很有價值。而在能源轉型期間,持續「節能」也很重要。「臺灣的電力其實有不少是浪費掉的,如果能夠節能,當需求端的量減少之後,供給端的壓力自然也會降低,然後就會有機會做最完善的能源調整。」

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