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  • 標題:風力發電之渦輪機新技術
    參考資料之來源及日期: “The Troubled Quest for the Superconducting Wind Turbine ” , Jul 26, 2018, (網頁:https://spectrum.ieee.org/green-tech/wind/the-troubled-quest-for-the-superconducting-wind-turbine?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+IeeeSpectrum+%28IEEE+Spectrum%29)
    參考資料之作者:Samuel K. Moore

    離岸風力發電所利用之海上風力,較陸地上風力大,可比陸域風力發電之電力產能高,惟其建置成本較陸域高出許多。在風力發電系統中,以發電機所占成本最高,其重量亦直接決定風機的成本,且對風機支撐結構的尺寸、重量亦具有重要影響。因此國外不斷有將風力發電之渦輪機輕量化之技術研究。參考資料之作者Samuel介紹目前具競爭力的二種技術,一是利用超導體,另一是產生新的永磁技術。

    超導體渦輪機係由超導線圈製成較輕的電磁鐵,代替直接驅動的永磁體。因為超導體可以承載大量的電流(即具有高電流密度),而使電磁鐵相對較輕。以往採用之高溫超導材料:釔鋇銅氧化物(Yttrium Barium Copper Oxide, YBCO),截至目前為止僅有少數幾台超導體渦輪機係採用該材料製作而成,似乎是有其他更佳的高溫超導材料可供選擇。作者Samuel表示歐洲最近的超導風力渦輪機計畫多數選擇了不同的高溫超導材料:二硼化鎂(Magnesium Diboride, MgB2)。MgB2超導性係在2001年被發現,它或許不是目前所知最佳的高溫超導材料,但卻較YBCO便宜許多。

    作者Samuel以圖顯示高溫導體材料MgB2的長絲被包裹在銅和其他材質的帶狀支撐結構中。然後將帶子小心地纏繞成「跑道」形狀,以形成渦輪機的高功率電磁鐵。不過,作者Samuel亦表示要限制繞組溫升,並在海上完成,目前仍是很大挑戰。

    另方面英國正在開發一種先進磁性齒輪系統:稱為虛擬直線驅動器(Pseudo Direct Drive, PDD),是超導體渦輪機的重要競爭對手,尤其是近年來永磁體價格下跌,使得超導體風機更難與之競爭。何謂PDD?簡單說係將永久磁鐵做特殊配置,使風力渦輪機的高扭矩轉變為發電機所需的快速旋轉磁場;其採用更小尺寸的齒輪傳動渦輪機,而不會遭受機械齒輪中的能量損失。綜上,PDD較現有技術,使用更少的銅繞組,亦較高溫超導材料MgB2設計輕,且不需要冷卻系統降溫,進而減少能量消耗。

    行政院於「推動風力發電4年計畫—潔淨能源 乘風而起」新聞稿表示台灣擁有全世界最好風場可以發展離岸風力發電,也有機械、電子等製造基礎,國內相關業者可以台灣風場為產業鏈本土化練兵場域,搶攻亞太離岸風場。為能供應國外離岸風機未來新技術設備、零組件需求,以上資訊提供國內相關業者關注及參考。

    (進一步內容詳見參考網頁)

    經濟部能源局107年度「電力工程技術研究發展及業務推動計畫(2/2)」
    台灣綜合研究院電力工程研究團隊 編輯
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