大型風力發電機

資 源 潛 力

平 均 風 速 值 、 風 速 中 值 、 常 見 風 速 值

如 果 在 一 年 內 測 量 一 個 地 區 的 風 力 ， 就 可 以 從 收 集 的 資 料 中 很 容 易 看 出 強 風 並 不 多 ， 較 多 的 是 中 等 風 和 清 風 。 風 力 變 化 通 常 用 "Weibull 分 佈 " 來 描 述 ， 如 下 圖 所 示 。 橫 軸 代 表 風 速 ， 縱 軸 代 表 發 生 頻 率 。 曲 線 下 總 面 積 為 1 。 圖 中 此 處 的 風 速 均 值 為 7 米 / 秒 ， 風 速 中 值 為 6.6 米 / 秒 ， 決 定 曲 線 形 狀 的 形 狀 參 數 為 2 。

風 速 均 值 指 的 是 所 有 測 量 值 的 平 均 數 值 。 風 速 中 值 的 藍 色 線 將 曲 線 分 為 相 等 的 兩 半 。 一 半 次 數 的 風 速 低 於 風 速 中 值 ， 另 外 一 半 次 數 的 風 速 高 於 風 速 中 值 。 此 外 需 要 注 意 風 速 均 值 和 風 速 中 值 都 不 等 於 5.5 米 / 秒 的 最 常 見 風 速 。 最 常 見 風 速 指 的 是 發 生 次 數 最 多 的 風 速 。

Weibull 形 狀 參 數

Weibull 形 狀 參 數 決 定 分 佈 形 狀 。 具 相 同 風 速 均 值 但 是 不 同 形 狀 參 數 的 兩 個 地 區 ， 風 能 密 度 （ 單 位 為 瓦 / 平 方 米 轉 子 面 積 ） 會 有 所 不 同 。 這 是 因 為 風 能 隨 著 風 速 的 立 方 而 變 。 要 注 意 ， 風 力 發 電 機 只 能 提 取 少 於 一 半 的 風 能 並 轉 化 為 電 能 。

以 下 圖 表 顯 示 了 風 速 均 值 為 5.94 米 / 秒 而 形 狀 參 數 為 2.1 的 Weibull 分 佈 ：

如 果 風 速 均 值 不 變 ， 而 形 狀 參 數 為 1.5 ， 那 麼 分 佈 形 狀 如 下 圖 ：

風 速 玫 瑰 圖

風 速 玫 瑰 圖 的 水 平 面 被 分 為 12 個 部 分 ， 每 部 分 代 表 30 度 。 在 各 部 份 內 會 按 不 同 風 速 範 圍 出 現 的 頻 率 ， 以 相 應 長 度 的 連 續 線 表 示 。 下 圖 表 示 出 一 個 為 於 香 港 東 面 的 典 型 島 嶼 的 風 速 玫 瑰 圖 。

風 力 測 量

風 力 資 源 隨 地 點 不 同 而 有 所 不 同 ， 特 別 是 多 山 地 帶 。 最 好 的 方 法 是 在 該 地 點 進 行 實 際 測 量 。

風 力 測 量 可 以 採 用 裝 有 風 速 計 、 風 向 儀 和 溫 度 感 測 器 的 測 量 杆 ， 配 以 風 力 測 量 專 用 的 資 料 記 錄 儀 記 錄 測 量 數 據 。 記 錄 下 來 的 數 據 通 過 GSM 數 據 機 （ 如 果 該 地 區 有 GSM 覆 蓋 ） 或 者 其 他 合 適 的 無 線 數 據 機 ， 傳 送 到 伺 服 器 或 者 電 子 郵 件 信 箱 。 除 非 有 高 度 限 制 ， 否 則 可 以 採 用 50 米 高 （ 或 者 更 高 ） 的 測 量 杆 。 採 用 高 測 量 杆 的 目 的 是 讓 測 量 點 盡 量 接 近 風 力 發 電 機 塔 杆 高 度 。

測 量 杆 上 不 同 高 度 安 裝 風 速 計 和 風 向 儀 ， 以 取 得 沿 著 測 量 杆 的 風 速 切 變 曲 線 。 風 速 計 的 準 確 度 、 調 準 和 安 裝 方 法 是 有 一 定 準 則 的 ， 這 些 對 收 集 精 確 的 風 速 資 料 是 很 重 要 的 。

由 於 香 港 夏 季 有 很 多 閃 電 的 情 況 ， 測 量 杆 的 避 雷 系 統 設 計 需 要 小 心 處 理 ， 資 料 記 錄 儀 需 要 安 裝 避 雷 器 以 減 少 資 料 收 集 的 問 題 。

測 量 時 間 通 常 須 要 1 至 2 年 ， 才 能 獲 取 足 夠 的 短 期 全 年 資 料 。

風 流 模 擬 計 算

如 果 風 力 測 量 位 置 與 風 力 發 電 機 安 裝 位 置 有 一 段 距 離 ， 兩 地 的 地 形 可 能 使 得 兩 個 地 點 的 風 力 特 徵 有 所 不 同 ， 那 麼 就 需 要 使 用 特 別 的 風 流 模 擬 電 腦 軟 體 （ 如 丹 麥 國 家 實 驗 室 的 風 力 地 圖 分 析 及 應 用 程 式 (WAsP) ） 去 推 算 風 力 發 電 機 位 置 的 風 速 特 徵 。

產 電 量 估 算

在 完 成 短 期 風 力 測 量 後 ， 可 以 畫 出 該 處 的 Weibull 風 速 分 佈 ， 同 時 也 可 以 獲 得 其 他 主 要 參 數 ( 如 風 速 均 值 ) 。 再 者 ， 由 風 速 資 料 中 得 出 的 湍 流 強 度 ， 對 風 力 發 電 機 型 的 選 擇 十 分 有 用 。

隨 後 必 須 進 行 該 處 風 力 資 源 的 長 期 估 算 。 須 要 收 集 與 短 期 測 量 點 風 向 特 徵 相 類 似 的 參 考 地 點 的 長 期 風 力 數 據 （ 在 香 港 可 以 從 香 港 天 文 台 獲 取 ） 。 以 統 計 方 法 ， 可 以 得 到 測 量 點 風 力 數 據 和 參 考 點 數 據 之 間 的 關 聯 系 數 。 這 些 關 聯 系 數 可 以 用 來 估 算 測 量 點 的 長 期 風 力 資 源 參 數 。

有 了 長 期 風 力 資 源 參 數 ， 某 台 特 定 型 號 風 力 發 電 機 的 年 產 電 量 ， 就 可 以 用 它 的 功 率 曲 線 估 計 出 來 。

必 須 注 意 在 整 個 過 程 中 ， 誤 差 是 不 可 避 免 的 （ 比 如 測 量 誤 差 ） ， 因 此 估 算 得 到 的 年 產 電 量 ， 亦 必 定 有 一 定 的 誤 差 。

如 果 安 裝 不 止 一 台 風 力 發 電 機 ， 就 必 須 使 用 電 腦 軟 件 研 究 整 個 風 電 場 的 產 電 量 。 這 是 因 為 風 力 發 電 機 的 尾 流 效 應 會 影 響 下 游 的 風 力 發 電 機 的 能 量 產 出 。