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GREEN HOUSE

綠建築- 風力發電


綠建築係指在建築生命週期中(指由 建材生產到建築物規劃、設計、施 工、使用、管理及拆除之一系列過 程),消耗最少地球資源,使用最少 能源及製造最少廢棄物的建築物。

簡而言之:所謂綠建築就是生態、節 能、減廢、健康的建築。


內政部建築研究所為鼓勵興建省能源、省資源、低污 染之綠建築建立舒適、健康、環保之居住環境,發展 以「舒適性」、「自然調和健康」、「環保」等三大設計 理念,特委請財團法人台灣建築中心於八十八年九月 一日正式公告受理「綠建築標章」申請,標章之核給 須進行綠建築七大指標評估系統之評估,包括綠化量 指標;基地保水指標;水資源指標;日常節能指標; 二氧化碳減量指標;廢棄物減量指標;污水垃圾改善 指標;經綠建築標章審查委員會審查通過始可發給標 章,評定為綠建築。然而,隨著「綠建築解說與評估 手冊」(2003)的檢討更新,決定於七大指標系統外, 加入生物多樣性指標與室內環境指標,成為九大指 標。藉此將使綠建築由過去「消耗最少地球資源,製 造最少廢棄物的建築物」的消極定義,擴大為「生態、 節能、減廢、健康的建築物」的積極定義。


綠建築九大指標 一、生物多樣化指標 包括社區綠網系統、表土保存技術、生態水池、生態水域、生態邊坡 / 生 態圍籬設計和多孔隙環境

二、綠化指標 包括生態綠化、牆面綠化、牆面綠化澆灌、人工地盤綠化技術、綠化防排 水技術和綠化防風技術 三、基地保水指標 包括透水鋪面、景觀貯留滲透水池、貯留滲透空地、滲透井與滲透管、人 工地盤貯留

四、日常節能指標 (1) 相關技術: 建築配置節能、適當的開口率、外遮陽、開口部玻璃、開口部隔熱與氣密性、外 殼構造及材料、屋頂構造與材料、帷幕牆 (2) 風向與氣流之運用: 包括善用地形風、季風通風配置、善用中庭風、善用植栽控制氣流、開窗通風性 能、大樓風的防治、風力通風的設計、浮力通風設計、通風塔在建築上的運用 (3) 空調與冷卻系統之運用: 包括空調分區、風扇空調並用系統、大空間分層空調、空調回風排熱、吸收式冷 凍機及熱源台數控制、儲冷槽系統、VAV 空調系統、VRV 空調系統、VWV 空調 系統、全熱交換系統、CO2 濃度外氣控制系統與外氣冷房系統 (4) 能源與光源之管理運用: 包括建築能源管理系統、照明光源、照明方式、間接光與均齊度照明、照明開關 控制、開窗面導光、屋頂導光與善用戶外式簾幕 (5) 太陽能之運用: 包括太陽能熱水系統與太陽能電池


五、二氧化碳減量指標 包括簡樸的建築造型與室內裝修、合理的結構系統、結構輕量化與木構造

六、廢棄物減量指標 再生建材利用、土方帄衡、營建自動化、乾式隔間、整體衛浴、營建空氣 污染防制

七、水資源指標 包括省水器材、中水利用計畫、雨水再利用與植栽澆灌節水

八、污水與垃圾改善指標 包括雨污水分流、垃圾集中場改善、生態濕地污水處理與廚餘堆肥

九、室內健康與環境指標 包括室內污染控制、室內空氣淨化設備、生態塗料與生態接著劑、生態建 材、預防壁體結露/白華、地面與地下室防潮、調濕材料、噪音防制與振動音防 制


城市綠建築 | 台北市立圖書館北投分館

綠建築如何能夠節約能源? 綠建築之最具體也最重要的概念,就是建築物節能設計;能夠最有效改善 能源浪費問題的關鍵設計,也在於節能。因此如何落實節約能源,不應該 只是口號或指標,而是一些具體而正確的節能概念。

綠建築之「日常節能指標」

從 內 政 部 建 築 研 究 所 公 布 的 最 新 綠 建 築 評 估 系 統 的 9 大 指 標,以 及「 生 態、節能、減廢、健康」的綠建築用語中,可發現節能將是台灣推動綠建 築的一項重要指標。


我們都知道,建築物的生命週期達數十年甚至百年,從建材生產、建 造運輸、維修或拆除等過程都需要消耗能量,但其中為期最長的就是空調 與照明等日常耗能。與之密切相關的建築外殼及方位等基本設計,都能改 善耗能建築,進而使之成為節能建築。因此綠建築評估系統 9 大指標中之 「日常節能指標」,即是以建築外殼、空調、照明設計之能源效率為評估 對象。

建築外殼節能設計

建 築 外 殼 的 節 能 設 計 首 重 開 窗 率 , 這 項 因 素 影 響 空 調 負 荷 量 佔 50%以 上。適當的開窗方式及數量不僅增進建築明亮感,也會減少不當的耗能。 其次建築 開口部 分的 遮陽設計,例 如陽台 的遮陽設 計也會 影響 空調負荷 約 20%, 而 且 南 北 區 域 也 因 為 日 照 強 度 不 同 而 有 不 同 的 標 準 。

再來,建築方位也是建築外殼節能設計的重點之一,大窗面避東西 向,建 築 物 的 長 邊 採 南 北 向 為 佳。還 有,全 面 落 地 玻 璃 較 不 符 合 此 項 設 計 , 需要加強隔熱處理,且降低開窗率才行。最後,屋頂的隔熱設計尤其是學 校或體育館等屋頂大的建築物,節能設計與否影響非常大。

空調節能設計

日常耗能以空調與照明用電佔最大比例,尤其以空調耗能影響為最, 因 為 在 台 灣 , 夏 日 帄 均 建 築 空 調 耗 電 佔 總 尖 峰 用 電 的 3 分 之 1, 因 此 加 強 空調用電的節能設計是首要工作。

綠建 築評估 系統 只以中央 空調為 對象,因此 建築大 樓的空 調規劃越 單 純越省能。再來,經過嚴格計算建築物的熱負荷量,進而規劃精確的空調 系統,避免超量設計,將有助於空調節能。其次,選用高效率冷凍機有助


於空調節能,吸收式冷凍機優於其他選擇,但造價較高,勿貪圖眼前的便 宜,選用廉價及不明的冷凍機,不但浪費能源,居高不下的電費也是一種 浪費。再來,儲冰槽空調系統既有夜間優惠電價,還可減少冷凍機容量。 最後,如果建築物能在秋冬停止使用空調,並有開窗通風之良好設計,也 是空調節能的一項評估。

照明節能

一般的照明節能設計具體來做的話,就是用日光燈代替鎢絲燈泡、鹵 素燈,以電子式安定器、高反射塗裝日光燈或複金屬燈、鈉氣燈代替水銀 燈。其次,室內可採用高明度的環境顏色,提高照明效果,減少燈具數達 到 節 能 的 目 的 。 還 有 , 短 小 的 20W 日 光 燈 管 比 40W 或 60W 燈 管 耗 電 , 可 以 採 用 一 支 40W 燈 管 替 代 2、 3 支 20W 日 光 燈 管 。 其 實 , 盡 量 採 用 自 然 光 設計,以及分區開關控制、自動晝光節約照明控制系統,也能達到照明節 能的目的。


1.Executive summary

執行摘要

風能是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量。空氣流具有的動能稱風 能。空氣流速越高,動能越大。人們可以用風車把風的動能轉化為旋轉的動作去 推動發電機,以產生電力,方法是透過傳動軸,將轉子(由以空氣動力推動的扇 葉組成)的旋轉動力傳送至發電機。到 2008 年為止,全世界以風力產生的電力 約有 94.1 百萬千瓦,供應的電力已超過全世界用量的 1%。風能雖然對大多數 國家而言還不是主要的能源,但在 1999 年到 2005 年之間已經成長了四倍以上。 現代利用渦輪葉片將氣流的機械能轉為電能而成為發電機。在中古與古代則利用 風車將蒐集到的機械能用來磨碎穀物或抽水。 風力被使用在大規模風農場為全國電子柵格並且在小各自的渦輪為提供電在被 隔絕的地點。 風能量是豐富、近乎無盡、廣泛分佈、乾淨與緩和溫室效應。 我們把地球表面 一定範圍內。經過長期測量,調查與統計得出的帄均風能密度的概況稱該範圍內 能利用的依據,通常以能密度線標示在地圖上。 人類利用風能的歷史可以追溯到西元前,但數千年來,風能技術發展緩慢,沒有 引起人們足夠的重視。但自 1973 年 世界石油危機以來,在常規能源告急和全球 生態環境惡化的雙重壓力下,風能作為新能源的一部分才重新有了長足的發展。 風能作為一種無污染和可再生的新能源有著巨大的發展潛力,特別是對沿海島 嶼,交通不便的邊遠山區,地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還 難以達到的農村、邊疆,作為解決生產和生活能源的一種可靠途徑,有著十分重 要的意義。即使在發達國家,風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視, 比如:美國能源部就曾經調查過,單是德克薩斯州和南達科他州兩州的風能密度 就足以供應全美國的用電量。


2.Company summary

公司摘要

丹麥股票交易所現正與數個公司談判,預期未來幾間再生能源公司將能順利掛牌 上市。丹麥在風力發電渦輪機上的科技領先全世界,因此最先掛牌上市的公司將 來自於風力發電業。 2003 年 NEG Micon 公司與 Vestas

Wind Systems 公司合併,Vestas

Wind Systems 公司是在丹麥股票交易所唯一掛牌的風力發電公司,在 Vestas 公司的領導下,未來將有更多風力發電公司在丹麥股票交易所上市。


3.Market analysis summary 市場分析摘要 據全球風能協會(Global Wind Energy Council)統計,2004 年全球風力發電裝置 容量增加 7,976MW,總裝置容量達到 47,314MW;其中裝置容量前五大國家分別 為德國、西班牙、美國、丹麥、印度。另外,如義大利、荷蘭、日本與英國的裝 置容量大約也都在 1,000MW 上下。 ◆歐洲市場現況 歐洲一直是全球風力發電市場的主要成長動力,由於受到歐盟會員國的環境保護 政策鼓勵以及市場發展誘因,使得西歐與南歐的風力發電技術發展相當完善。 2004 年,歐盟整體風力發電裝置容量達 34,205MW(較 2003 年成長 20%) ,而這 也代表大約有 57 億歐元的風力渦輪商機。 由於技術改善、經驗累積與成本下降,歐洲有一些國家(主要是北歐地區國家) 的離岸式風力發電計畫正逐步執行,其中有 5 個位於不同區域的離岸式風力發電 廠已建造完成,未來隨著電網的架設完成,預計將可發出上千 MW 的電力。 雖然歐洲在風力發電方面獨占鰲頭,但全球風力發電市場已經開始快速發展。過 去 6 年間,歐洲風力發電市場帄均年成長率高達 22%,但未來由於電網連結與行 政管理問題,歐洲風力市場發展將逐漸受到限制。 ◆美國市場現況 美國本土 50 個州當中有 30 個州建造風場,根據統計資料顯示,自 1998 至 2004 年,美國國內風力發電裝置容量由 2,000MW 成長到 6,740MW,而目前的裝置容 量足夠 160 萬戶一般家庭使用。 目前美國風力發電產業面臨最大問題在於不穩定的國家風力發電政策。1992 年 開始實施的美國風力能源生產稅抵減法案(PTC) ,曾經大幅刺激美國國內風力發 電產業發展;但此法案在過去 6 年間已經展延過 3 次,一旦法案失效,將會導致 許多風力發電計畫終止,且大量雇員失業。因此,美國風能協會一直呼籲國會通 過「長期持續性」的風力能源生產稅抵減法案,且要求引進聯邦再生能源組合標 準。 ◆澳大利亞市場現況 澳洲目前全國電力有 84%來自於燃煤電廠,而這些燃煤發電廠每年排放超過一億 噸的二氧化碳。但一項研究發現,如果澳洲使用現有的技術(如天然瓦斯、太陽 光電、風力發電、生質能) ,預計在 2040 年將可減少大約一半的溫室氣體排放污 染,而且不會影響經濟成長。由於風能市場前景看好,同時澳洲具備良好的風場 位置以及優秀的產業基礎,有市場專家認為澳洲未來幾年風力市場景氣相當看 好。


亞洲地區市場現況 ◆印度市場現況 在歐洲與美國之外,印度是使用風能替代石化能源最領先的國家,單單在 2004 年的風力發電新增裝置容量就高達 875MW。雖然印度目前風力發電裝置容量已 是全球前五大國家,但由於該國具備優越的海岸風場,因此預計未來發展會更快。 印度的非傳統能源部利用一系列的財政誘因,鼓勵採取多樣化再生能源(包括風 能)。經過多年努力,印度政府鼓勵大型私人企業與公共部門投資風能事業,同 時也刺激當地風能製造業興起。目前某些公司可製造風力渦輪機當中 80%的零組 件,而非由歐洲進口;一方面降低成本,另一方面也可創造就業機會。

◆中國大陸市場現況 大陸具有遼闊的土地與綿延的海岸線,因此具備豐富的風能。據 Meteorology Research Institution 指出,大陸內陸的風能潛力達到 253GW,而海岸的風能潛力 達到 750GW。根據估算,2004 年大陸併網型風力發電裝置容量已達 700MW,而 廠商可以製造 200 至 750kW 的風力渦輪機,預計 2005 年結束前可以成功製造百 萬瓦等級的風力渦輪機。 大陸國家發展與改革委員會預計在 2010 年之前建造 20 個風場,同時每個風場的 發電裝置容量大約為 100MW,但規定部分計畫的硬體設施必須由大陸廠商提供。

◆日本市場現況 日本近年來在風力發電方面有很大的進展,部分原因是來自於政府要求電力公司 需要提高再生能源電力比例;另外,日本政府提供收購再生能源電力以及資金貸 款優惠。日本政府對於電力收購協定提供長達 17 年的保證期,讓投資者有信心, 同時也導致風力發電裝置容量由 2002 年的 486M,快速成長到 2004 年的 700MW。 雖然日本政府於 2003 年 4 月推出再生能源組合標準法,期望在 2010 年前將日本 再生能源電力供應占總電力供應的比率提高到 1.35%。但此法令有許多缺點,例 如目標訂得太低(只有德國的 1/10)導致市場誘因不足。另外,日本部分有利於 建造風場的地點卻有著人口過於稠密的問題,而且土地產權過於複雜。雖然海底 深度限制離岸式風力發電發展,但基於上述原因,使得日本也開始考慮發展離岸 式風力發電。儘管如此,一般相信日本國內風力發電產業仍舊會穩定成長。


4.Strategy and implementation 策略和實施 台灣風力發電廠概況 台灣的風力發電能量密度含量居全球排名第二(第一是紐西蘭),特別為桃園-雲林 沿海一帶,由於有強勁的夏季西南氣流與冬季東北季風吹襲,且可建置地點亦不 少,因此成為台灣發展風力發電之最佳地點。目前,台灣有經營風力發電廠的公 司除國營的台灣電力公司外,民營亦有德商英華威(Infravest)等公司。

1.核能一廠石門風場(石門風力發電站) 台電於民國 93 年設立於北海岸,共六部風力發電機;風力發電機高 45 公尺, 葉片長 23.5 公尺。 位於台北縣石門鄉乾華村小坑 12 號。台北往淡水石門方向的話,行駛淡金公路 經過三芝、石門至王功橋紅綠燈右轉入石門風力發電站;基隆往金山石門方向則 是由基隆大武崙行駛基金公路經野柳至金山後再行駛淡金公路經過核一廠王功 橋第一個綠燈左轉入石門風力發電站。 ○附近的景點有富基漁港、十八王公廟、白沙灣海水浴場、富貴角。

2.大園觀音風力發電站 也是台電的,位於桃園縣大園鄉、觀音鄉西部沿海防風林區域,行駛台 61 號經 ���園縣大園鄉、觀音鄉即可見到。共有 20 台風力發電機;高 65 公尺、葉片直 徑 70.5 公尺。


中國大陸風力發電廠概況 2005 年:中國大陸已建成風電場 59 座,運行中的風力發電機組共計 1869 部, 總裝置容量達 124.6 萬瓩(1246MW)[10]。 2006 年:共新增 134.7 萬瓩,總裝置容量達 260.4 萬瓩,居世界第六位。 2007 年:總裝置容量較前一年增加一倍,達 605 萬瓩。 2008 年:新增裝置容量達 616 萬瓩,為該年增量第二多的國家,排名亦超越印 度達世界第五。

美國風力發電廠概況 美國風力發電廠發展的相當早,主要集中在美國中西部各州,目前發電總容量已 達 1160.3 萬瓩(2006),居世界第三位,緊追在西班牙之後。每年發電量約 310 億 瓩,約可供 290 萬戶美國家庭使用。 2003 年:風力發電容量雖達 637.4 萬瓩,但佔整體發電量僅 1%不到。 2004 年:新裝機容量達 256.8 萬瓩 2006 年:共投資 40 億美元新增發電容量 245.4 萬瓩,為該年新增風力發電容量 最多的國家,各州新裝置容量前五名如下 德州:77.4 萬瓩 華盛頓州:42.8 萬瓩 加州:21.2 萬瓩 紐約州:18.5 萬瓩 明尼蘇達州:15.0 萬瓩[11]


5.Management summary 管理摘要 討論到風力發電的供電穩定性問題時,常引發正反雙方的聲音。反對者則認為, 我國夏天風力發電條件很差,尤其是夏天的白天,風力發電機組常常不能運轉, 因此在最需要用電時,等於風力發電機組完全無用武之地。例如以台電而言,其 身為綜合電業,因為要負責全國供電義務,對於無法穩定供電的風力發電機組, 已經將之視為完全沒有淨尖峰能力的發電設備。 但是支持風力發電者主張,因為風力發電機組設置地點將分散於不同地區,從國 外有關風力發電的探討資料可以知道,如果風力發電機組散布夠廣時,由於不同 地點存在不同的風力條件,因此在任何時間點,電力網中的所有風力發電機組不 會全部都停止,此種「參差率」,將使任何時候的所有風力發電機組的發電量總 和,都能達到一定數量,因此風力發電仍具有部分淨尖峰供電能力。上述二者誰 是誰非?我們將由丹麥和美國的例子,來了解國外不同地域顯現不同的結果: (一)丹麥風力發電經驗 丹麥是目前全球風力發電比重最高的國家,全國面積 4 萬 3 千帄方公里(境內共 有 406 個島嶼,比臺灣大 6 千帄方公里),圖一是丹麥西部一九九七年夏季六月 將近 1 週的風力發電情況,當月是丹麥風力條件最差的月份。 丹麥西部區域風力發電系統總裝置容量約 650MW(65 萬瓩),由圖一可看出, 除了有兩天晚上風力發電量高於白天外,一般丹麥夏季風力發電的高峰都是在白 天的電力需求高峰,而少數晚上風力發電量特別高的日子中,其白天的風力發電 量也高於一般日子。很明顯的,丹麥夏季的白天電力需求高,此時剛好白天時風 力發電能發最多的電,可適時滿足電力需求,且「參差率」使丹麥風力發電機組 一直能在用電尖峰期有一定的發電量,所以丹麥風力發電情況符合丹麥夏季用電 需求。 圖二則顯示丹麥風力發電機組在不同季節的發電情況。由圖二可知,即使在風力 條件較差的夏季,其各月份風力發電量也還有冬季風力發電量的 45.6%,顯現丹 麥風力發電不會因為季節不同而產生落差相當大的發電結果。此外,丹麥在冬季 有較高的風力發電量,剛好丹麥地區的冬季電力需求量高於夏季,所以電力可以 有效被利用。更特別的是,冬季的龐大電力需求來自室內暖氣系統,當風力強的 時候,室內溫度低,對暖氣用電力需求高,此時強風剛好使風力發電發出更多的 電力;而在風力弱的時候,室內較不冷,暖氣用電力需求小,恰好此時風力發電


系統發電量少。因此風力發電的季節風力變化,非常巧妙的配合丹麥地區不同季 節與氣候的電力需求,所以丹麥的風力發電有相當不錯的利用價值。 (二)美國 Minnesota 州風力發電經驗 美國 Minnesota 州的案例,就不像丹麥風力發電如此使人滿意了。美國 Minnesota 州面積共計 22 萬 5 千 2 百帄方公里(約為臺灣面積的六倍以上),Eric Hirst 二 00 一年九月的研究報告所列出之 The Lake Benton II wind facility(位於美國 Minnesota 州西南部)總計 103.5MW 的 138 座風力機組為例.,其二 000 年七月 至二 00 一年六月一整年的帄均小時電力輸出約為 36MW,相當這些機組有 35% 的容量因數,而最低月份(二 000 年七月)為 18MW,最高月份(二 00 一年四 月)為 48MW,最低月份發電量約為最高月份的 37.5%。但是如果看各月統計資 料,則各月的最小小時值都低到 0MW,各月最大小時值都超過 86MW 以上。以 二 000 年十月為例(參見圖三),其最高小時值達 96.5MW,但是最小值卻低到 0MW。顯現在 Minnesota 州西南部地區的風力發電,沒有像丹麥存在「參差率」 所帶來的部分淨尖峰供電能力,往往沒風的時候,全部風力發電機組都停擺。 由美國 Minnesota 州的經驗可知,不同地域有不同的風力發電情況,不可一概而 論。因此在探討我國風力發電發展條件優劣時,單獨引用丹麥或引用美國 Minnesota 州例子,都不能說明我國的風力發電條件,惟有透過分析我國本土數 據,才能明瞭我國的風力發電發展條件是好或壞。 伍、本土數據顯示我國風力發電發展條件不及外國 丹麥地區夏季風力發電量最低,但還是有冬季發電量的一半,且丹麥冬季時發電 量高,丹麥用電高峰期也在冬季,風力發電可以滿足用電需求,所以丹麥風力發 電發展非常快,已成為風力發電大國,但我國有沒有這種條件呢?以下將就我國 發電發電示範計畫的實際運轉結果進行分析。


6.Product Description 產品說明 風力發電用機械。關於簡稱同為「風機」的通風用機械, 風力發電機(Wind turbine),簡稱風機或風力機,將氣流的動能轉為機械能。此裝置通常 會接上並且帶動發電機用來發電,是構成風力發電場的必要條件之一

風力發動機最早由風車發展而來。早在 1300 年前,中國就已經出現了風車,不過這是 一種古老的垂直軸風車,它利用風力來提水灌溉,是所有風力機的先驅。水帄軸風力發 電機最早出現在歐洲,但比垂直軸風力發電機要晚很多年,不過到了 20 世紀,水帄軸 風力發電機逐漸發展成熟,取代垂直軸風機成為市場的主流風機。

舊式


7.Financial summary 財務摘要 兩家全球最大風力機製造商表示,Google與股神巴菲特執掌的波克夏公司有興 趣購買風力機,以為鐵路和電腦伺服器群供應電力。 蘇司蘭能源北美區執行長表示:「鐵路產業可能是風力機的大型潛在客戶,像是 Google等企業也已經展現出購買興趣。我們預期有更多大型能源消費者投入風 力發電。」 新能源財務公司的風力能源分析師指出:「傳統發電廠將持續彌補大部分的風力 發電市場」,不過一些尋求打響環保認證名號的企業董事會,將鼓勵發展風力發 電,未來十年中將達到每年1,000MW的風力發電量。 全球最大搜尋引擎Google在去年10月表示要投資50億美元,幫助開發大西洋沿 岸風力發電,連結紐澤西州至維吉尼亞州的海底傳輸高壓電纜。不過Google發 言人表示,Google尚未下單採購任何渦輪以興建風力發電廠。 美國總統歐巴馬1月提出呼籲,2035年之前,80%的美國電力都應該來自「乾淨」 能源,其中包括風力等發電。


THE END


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