｜離岸風力機機艙之技術挑戰與研發趨勢

摘要：因為具有發電系統，所以傳統風力機機艙是十分沉重的，特別是在海上的應用，機艙內有大質量功率頻率升壓變壓器，以及銅導體發電機等機電組件，更增加其本身重量負荷。例如，一個0.69/33 kV 2.6 MVA變壓器，重量和體積已在6-8噸和5-9立方公尺之間，因此，一個10百萬瓦直驅永磁發電機可重達300噸。此不利因素嚴重地增加了塔架結構和渦輪機的安裝與維護成本。一般而言，塔成本占風力機組件總成本約26 %，而安裝成本則約占整個風力機資本成本的20 %。典型離岸風力機的維護成本約2.3美分/千瓦小時，平均要比陸域風力機高出20 %。本文內容在於闡述如何減少離岸風力機機艙重量和體積的技術挑戰與研發趨勢等議題。另外，本文也就傳統風力發電技術作了全面性的分析與比較。

Abstract: With the inclusion of a power generation system, the nacelle of a traditional wind turbine is very heavy, especially in maritime applications where the nacelle has a massive power frequency step-up transformer as well as the components of copper conductors and electrical generator which further increases its own load weight. For example, the weight and volume of a 0.69/33 kV 2.6 MVA transformer are between 6-8 tons and 5-9 cubic meters. Therefore, a 10-megawatt direct drive permanent magnet generator can weigh up to 300 tons. These serious disadvantages significantly increase the installation and maintenance costs of tower and turbine. In general, the tower cost accounts for 26% of the total cost of all the wind turbine components, while the installation cost accounts for about 20% of the capital cost of the wind turbine. The maintenance cost of a typical offshore wind turbine is about 2.3 cents/kWh, averaging 20% higher than the land wind turbine. The contents of this paper include the technical challenges, as well as the current development trends related to the reduction of weight and volume of an offshore wind turbine nacelle. Furthermore, a comprehensive analysis and comparison of traditional wind power technologies is also presented

關鍵詞：離岸風力機機艙、發電系統、技術研發、緊湊量輕

Keywords：Offshore Wind Turbine Nacelle, Power Generation System, Technical Research and Development, Compact and Light

前言
能源和環境是目前相關全球危機的兩大議題，在科技突飛猛進的引領下，風力發電正逐漸成為這些巨大挑戰的一項有效解決方案。風力發電在全球的成功推展開來，急遽增加的安裝量是一項最好的佐證，使得推動風電技術成為十分具有競爭力的領域。在這種有利的氛圍下，如何找到最有效的風力發電系統與技術，對於科學家和研究人員是至關重要的。

在大氣層中，由於氣團溫度條件的變化，風速隨著時間和高度作不斷的改變。氣團運動不僅是一個全球性現象，同時也是一個區域性與地方性的現象。一般而言，在風力良好的地區，每年尖峰小時數約在2500-3000左右。在能量守恆原則下，風力渦輪發電機（或簡稱風力機）能將風能轉換為電能。如果“A”代表氣流通過葉片的截面積，“V”代表氣流速度，“ρ”代表空氣密度，經由流體力學分析，可以得到功率“P”的計算公式。如（1-1）所示。