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  • 基本介紹
  • 風能觀測與數值模擬分析
  • 風能與地理資訊套疊
  • 台灣地區風能特性

    風力發電開發首重找尋風力潛能佳之開發場址,風能的好壞攸關開發場址發電效益,所以當特定場址鄰近地區無任何觀測資料可作為分析或參考依據時,透過中尺度數值模擬結合局部風能評估之方法,可得到高空間解析度與高時間解析度的資料,以彌補觀測資料之不足,進而有效性及快速性地得知場址風力潛能。

    本手冊則是透過地理資訊系統的應用與台灣地區各地風能模擬數據,建置成可快速翻閱查詢的使用手冊,地理資訊系統可以在一個區域中提供不同的圖層,以便於了解該區域的各種資訊,風能模擬數據可作為風力開發潛能的估算依據,這些資訊可以幫助開發業者與一般民眾快速瞭解台灣各地的風能分布情況,作為風能開發潛能與篩選潛在場址之參考。

    但必須注意的是風力發電的效益與設置地點周遭地型與地物等環境因素有極大的關係(very local sensitive),而區域之基本風能分布為一較大範圍之風能評估,僅可作為選址與初步規劃之參考。若欲實際設置風力機時,則必須進一步作詳細現場調查與細部場址規劃(micro-siting),以獲得最佳之發電效益。同時基本風能分布為大區域數值模擬的結果,具有一定程度之不準確性,若欲大規模開發風力發電場(wind farm)時,則必須於規劃場址事先架設測風儀器,蒐集至少一年以上之風力資料(最好能有數年資料,因為每年之風力亦會變化),以確保最大之投資效益。

    觀測資料

    風能觀測部份包含工研院嘉義、屏東、宜蘭陸域風能觀測站與嘉義外傘頂洲海域風能觀測站(10 m、30 m、50 m、60 m)、台電公司彰濱風速塔(10 m、30 m、50 m、70 m)以及中央氣象局29個局屬測站(10 m),資料包含逐時風速、風向、氣壓、溫度等觀測項目;全球氣象網格資料部份包含NCEP Final Analysis以及QuikSCAT衛星風場,分別作為氣象模式初始場以及加強海域觀測數據。

    數值模式

    使用『The Weather Research and Forecasting Model 3.0』,WRF模式系統架構可以分為前處理系統(WRF Pre-Processing Systam;簡稱WPS,模式初始場之建立),系統模擬中心(WRF ARW model),及後處理系統(Post-Processing & Visualization,模式之輸出繪圖與診斷分析)。WPS作為模式初始化的前處理系統,主要作為統計場與domains網巢設定、分析場與預報資料的網格處理、氣象資料依照設定網格做水平內插,主要流程是先由處理模擬的地圖投影部份,並將地形與地表之特徵建立且內插至模式之網格中,再引進低解析度之全球觀測分析資料作為模式網格的初始場。前處理系統所產生之初始場內差至WRF模式網格系統後,經積分運算所獲得之結果透過後處理系統輸出處理,藉由繪圖軟體將結果加以分析並進行風場之繪製。

    資料分析與修正

    使用WRF數值模式,動力積分解模擬台灣陸海域地區風能特性。模擬作法以Cold start run的方式進行2008-2010年真實個案時序列模擬,每次模擬時間為48小時,每隔6小時更新一次大尺度邊界條件,模式每小時有一筆輸出。透過數值模式可得大範圍高解析度風場分布情形,再利用Model Evaluation Tools(由美國國家大氣研究中心(NCAR)之發展測試中心(DTC)針對WRF數值模式所發展之驗證工具),進行模式結果與陸海域實測資料之比對。

    分析結果採用模式Domain 3 2 km × 2 km解析度輸出之U向量與V向量,以網格內插方式計算風能觀測資料所在之網格點(U,V)風場大小,除了模式原本輸出設定有10 m高(U10,V10)之風場外,還有14層staggering(U,V)風場輸出。由於模式設計是採隨地勢座標,每一層在不同時間點輸出的高度場皆不盡相同,為了與風能觀測站10 m與60 m進行比對,其模式輸出的風場需額外藉由內插方式求得10 m高度之風場,模式第一層則約為60 m高。爾後利用風能觀資料修正本模式10 m與60 m逐時風場。

    地理資訊系統

    ESRI ArcGIS是一套整合性的應用產品,可以建立完整與適用的地理資訊系統(GIS),其中Desktop GIS是將地理資訊與知識加以彙編、著作、使用的主要平台,其伴隨的操作介面有包含ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox及ModelBuilder,其中ArcView本身即具有強大的GIS工具,可著用於GIS資料的使用、製圖、製作報表及基本分析。ArcView提供許多資料使用功能包含進階的符號學及編輯工具、動畫製作、科學統計及視覺化圖表、詮釋資料管理及即時投影。本手冊使用Desktop ArcView 10建立與編輯地理資料,以進行風能資料視覺化、分析與整合。

    套疊輸出資訊

    風能評估資訊以2 km × 2 km解析度之逐時數值模擬分析資料為主;地理呈現則分為台灣本島陸域、離島以及海域三個部份,以鄉鎮市區地方行政區劃分,包括直轄市、市所管轄的區,以及縣所管轄的鄉、鎮、縣轄市。

    平均風速與平均風能密度

    就風力潛能而言,大區域風能初步鑑定是依據風速資料、地形地貌、周遭環境等關鍵因子,評估出大區域範圍的風力資源,其中有關風速資料的部分一定要先瞭解鄰近地區長期的觀測資料或是氣象資料。由於風能大小與風速的三次方成正比,風速的大小是最直接影響風力電場電力輸出的一個因子,即可快速地瞭解所評估場址其風力潛能的優劣。利用垂直風速剖面分佈之風切經驗值(陸域α=0.143;海域α=0.1),推估至80m高之風速(m/s)以及風能密度(W/m2),並進行2008年至2010年逐時數值模擬結果長期統計分析,以年平均風速與年平均風能密度分布圖呈現。

    台灣地區各縣市鄉鎮分區對照表

    ESRI ArcGIS是一套整合性的應用產品,可以建立完整與適用的地理資訊系統(GIS),其中Desktop GIS是將地理資訊與知識加以彙編、著作、使用的主要平台,其伴隨的操作介面有包含ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox及ModelBuilder,其中ArcView本身即具有強大的GIS工具,可著用於GIS資料的使用、製圖、製作報表及基本分析。ArcView提供許多資料使用功能包含進階的符號學及編輯工具、動畫製作、科學統計及視覺化圖表、詮釋資料管理及即時投影。本手冊使用Desktop ArcView 10建立與編輯地理資料,以進行風能資料視覺化、分析與整合。

    編號 縣市 區劃 轄區列表
        全台   全台   全台及海域四週
    A-1   台北市   12區   松山區、大安區、大同區、中山區、內湖區、南港區、士林區、北投區、信義區、中正區、萬華區、文山區
    A-2   基隆市   7區   仁愛區、中正區、信義區、中山區、安樂區、暖暖區、七堵區
    A-3   新北市   13區   板橋區、三重區、永和區、中和區、新莊區、新店區、土城區、蘆洲區、泰山區、樹林區、鶯歌區、三峽區、烏來區
    A-4   新北市   8區   淡水區、五股區、林口區、三芝區、石門區、八里區、金山區、萬里區
    A-5   新北市   8區   汐止區、瑞芳區、深坑區、石碇區、坪林區、平溪區、雙溪區、貢寮區
    B-1   桃園縣   5市5鄉   桃園市、中壢市、平鎮市、八德市、楊梅市、蘆竹鄉、大園鄉、龜山鄉、新屋鄉、觀音鄉
    B-2   桃園縣   1鎮2鄉   大溪鎮、龍潭鄉、復興鄉
    C-1   新竹市   3區   東區、北區、 香山區
    C-2   新竹縣   1市2鎮6鄉   竹北市、新埔鎮、竹東鎮、湖口鄉、新豐鄉、芎林鄉、寶山鄉、北埔鄉、峨眉鄉
    C-3   新竹縣   1鎮3鄉   關西鎮、橫山鄉、尖石鄉、五峰鄉
    D-1   苗栗縣   1市3鎮5鄉   苗栗市、竹南鎮、頭份鎮、後龍鎮、公館鄉、頭屋鄉、西湖鄉、造橋鄉、獅潭鄉
    D-2   苗栗縣   3鎮3鄉   苑裡鎮、通霄鎮、卓蘭鎮、大湖鄉、銅鑼鄉、三義鄉
    D-3   苗栗縣   3鄉   南庄鄉、三灣鄉、泰安鄉
    E-1   台中市   14區   西區、北區、中區、東區、南區、南屯區、西屯區、北屯區、大里區、太平區、潭子區、大雅區、烏日區、霧峰區
    E-2   台中市   8區   大甲區、清水區、沙鹿區、梧棲區、外埔區、大安區、大肚區、龍井區
    E-3   台中市   6區   豐原區、東勢區、后里區、神岡區、新社區、石岡區
    E-4   台中市   1區   和平區
    F-1   彰化縣   1市3鎮6鄉   彰化市、鹿港鎮、和美鎮、溪湖鎮、線西鄉、伸港鄉、福興鄉、秀水鄉、花壇鄉、埔鹽鄉
    F-2   彰化縣   1鎮4鄉   二林鎮、埤頭鄉、芳苑鄉、大城鄉、竹塘鄉
    F-3   彰化縣   3鎮8鄉   北斗鎮、員林鎮、田中鎮、芬園鄉、大村鄉、埔心鄉、永靖鄉、社頭鄉、二水鄉、田尾鄉、溪州鄉
    G-1   南投縣   1市3鎮5鄉   南投市、草屯鎮、竹山鎮、集集鎮、名間鄉、鹿谷鄉、中寮鄉、國姓鄉、水里鄉
    G-2   南投縣   1鎮2鄉   埔里鎮、魚池鄉、仁愛鄉
    G-3   南投縣   1鄉   信義鄉
    H-1   雲林縣   1鎮7鄉   北港鎮、麥寮鄉、東勢鄉、褒忠鄉、台西鄉、四湖鄉、口湖鄉、水林鄉
    H-2   雲林縣   4鎮4鄉   斗南鎮、虎尾鎮、西螺鎮、土庫鎮、大埤鄉、二崙鄉、崙背鄉、元長鄉
    H-3   雲林縣   1市3鄉   斗六市、古坑鄉、莿桐鄉、林內鄉
    I-1   嘉義縣   2區   西區、東區
    I-2   嘉義縣   2市2鎮8鄉   太保市、朴子市、大林鎮、布袋鎮、民雄鄉、溪口鄉、新港鄉、六腳鄉、東石鄉、義竹鄉、鹿草鄉、水上鄉
    I-3   嘉義縣   6鄉   中埔鄉、竹崎鄉、梅山鄉、番路鄉、大埔鄉、阿里山鄉
    J-1   台南市   11區   鹽水區、麻豆區、佳里區、學甲區、下營區、西港區、七股區、將軍區、北門區、安定區、安南區
    J-2   台南市   11區   新營區、白河區、後壁區、東山區、柳營區、六甲區、官田區、大內區、楠西區、玉井區、南化區
    J-3   台南市   15區   南區、東區、北區、中區、西區、安平區、永康區、新化區、善化區、新市區、山上區、左鎮區、仁德區、歸仁區、關廟區、龍崎區
    K-1   高雄市   12區   岡山區、大社區、橋頭區、燕巢區、阿蓮區、路竹區、湖內區、茄萣區、永安區、彌陀區、梓官區、楠梓區
    K-2   高雄市   16區   鹽埕區、鼓山區、左營區、三民區、新興區、前金區、苓雅區、前鎮區、旗津區、小港區、鳳山區、林園區、大寮區、大樹區、仁武區、鳥松區
    K-3   高雄市   5區   田寮區、旗山區、美濃區、杉林區、內門區
    K-4   高雄市   5區   六龜區、甲仙區、茂林區、桃源區、那瑪夏區
    L-1   屏東縣   1市10鄉   屏東市、長治鄉、麟洛鄉、九如鄉、里港鄉、鹽埔鄉、高樹鄉、內埔鄉、瑪家鄉、霧台鄉、三地門鄉
    L-2   屏東縣   2鎮14鄉   潮州鎮、東港鎮、萬丹鄉、竹田鄉、萬巒鄉、新埤鄉、枋寮鄉、新園鄉、崁頂鄉、林邊鄉、南州鄉、佳冬鄉、琉球鄉、來義鄉、春日鄉、泰武鄉
    L-3   屏東縣   1鎮5鄉   恆春鎮、車城鄉、滿州鄉、枋山鄉、獅子鄉、牡丹鄉
    M-1   宜蘭縣   1市3鎮6鄉   宜蘭市、羅東鎮、蘇澳鎮、頭城鎮、礁溪鄉、壯圍鄉、員山鄉、五結鄉、三星鄉、冬山鄉
    M-2   宜蘭縣   2鄉   大同鄉、南澳鄉
    N-1   花蓮縣   1市4鄉   花蓮市、新城鄉、吉安鄉、壽豐鄉、秀林鄉
    N-2   花蓮縣   1鎮4鄉   鳳林鎮、光復鄉、豐濱鄉、瑞穗鄉、萬榮鄉
    N-3   花蓮縣   1鎮2鄉   玉里鎮、富里鄉、卓溪鄉
    O-1   台東縣   2鎮4鄉   成功鎮、關山鎮、東河鄉、長濱鄉、鹿野鄉、池上鄉
    O-2   台東縣   1市3鄉   台東市、卑南鄉、延平鄉、海端鄉
    O-3   台東縣   4鄉   大武鄉、達仁鄉、金峰鄉、太麻里鄉
    P-1   連江縣   4鄉   南竿鄉、北竿鄉、莒光鄉、東引鄉
    P-2   金門縣   3鎮2鄉   金城鎮、金湖鎮、金沙鎮、金寧鄉、烈嶼鄉
    P-3   澎湖縣   1市5鄉   馬公市、湖西鄉、白沙鄉、西嶼鄉、望安鄉、七美鄉
    P-4   台東縣   1鄉   綠島鄉
    P-5   台東縣   1鄉   蘭嶼鄉