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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  捉風
  那福忠 November 17, 2008
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   捉風捕影,或是捉影捕風,在文字上形容虛無縹緲,也有用來評譏媒體的捏造不實報導,在科技的實用上,影子的用途不多見,但風的用途就大了,風力發電已經成為重要的再生能源,可以替代化石燃料。風既然有這麼大的用處,最理想的當然是能把風捉住,經過整理再妥善運用,只是這樣的技術還需時日發展。運用風力的主要考量,一是風力、二是方向,如果能隨時掌握這兩項變素,在運用上就順暢得多了。唯天有不測風雲,風力與方向隨時變動,成為風力發電一大挑戰。

   如眾所周知,風力發電是靠風車,風車好像一個龐大電風扇,以相反程序運轉。電風扇是把扇葉連到馬達,加電能讓馬達旋轉,帶動扇葉旋轉;風車是把巨大的扇葉連到發電渦輪,風吹扇葉轉動,帶動渦輪發出電能。孤伶伶一具風車發電有限,很多風車聚在一起,在高山、海邊、甚至海裡有風的地方,彼此相連、成為一個風車電廠,效能就相對提高。近年能源短缺,全球適合風力發電的地方,莫不相繼安裝風車,上圖為丹麥沿海岸的發電風車群(點選放大),景致頗為壯觀。

   風車運轉的效能,除了風力的大小,更與風的方向有密切關連,來風的力道正好打在扇葉上,效能最大。專家們說,來風的方向與風車扇葉的角度,每差一度,風車的效率就減少百分之一。風的動能快速變化,吹的方向與風車扇葉完美搭配的機會微乎其微,而氣象的風力預測多是長期的、廣域的,無法針對每一風車瞬間風向變化。於是就有人想,如果能在吹到風車前 300 公尺測到風的動態,讓風車有足夠的時間來調整機械,用最佳的面向迎風,風車的效益必能提升。美國一家稱為「捉風」(Catch the Wind) 公司,就發明了這樣的捉風機器(如圖、點選放大)。

   這個雛形的捉風機稱為 Vindicator,沿用多普勒雷達 (Doppler Radar) 偵測氣象的原理,發出的無線電波,遇到雲層阻擋,就會反射回來,依反射回來的速度,決定距離遠近。但 Vindicator 以光纖雷射 (Fiber Optic Laser) 為媒介,發出三條光束,來偵測遠處空氣顆粒的移動,根據顆粒移動的資料,計算出水平與垂直的風力,以及風吹的方向。如果偵測的是 300 公尺以外的風力,風車就有 20 秒的時間調整扇葉方向、角度,以及旋轉的速度。初步估計,至少可以增加風車的運轉效益10%,同時因為即時調整所避免的強風損害,也減少了 10% 的維護費用。

   目前風車用的測風儀,有的是機械的,也有的用最新的光學遠距測量 LIDAR (Light Detecting and Ranging) 的方式,這些可安裝在觀測站,長期收集風向的動態資料。但測量即時風向動態,僅有小型安裝在風車裡面的測風儀器,卻又因為安裝在扇葉的後面,來風先被扇葉打亂,測量的結果並不準確。另一個問題是來風先打到扇葉、然後再測量,如果來風太強勁或方向不對,風車就要在反應之前先承受幾秒鐘的衝擊,增加了風車損壞的機率。如果能把 Vindicator 裝在風車裡,預知 300 公尺以外的風力,這些問題就都不存在了。

   專家們說,LIDAR 設備需用精準的鏡面反射運作,並不適用安裝在風車之內,風車的震動、溫度的變化,都能破壞鏡面反射準確度,Vindicator 以光纖雷射替代鏡面,不怕震動,所以能放在風車裡面。雛形的 Vindicator 正在加拿大風能學院 (Wind Energy Institute of Canada) 測試,把這個捉風器架在三角架上測試,據稱效果良好,下一步就是實際裝在風車裡測試了。

   捉風公司總裁 Philip Rogers 對他們的捉風器充滿信心,認為把光纖雷射與風車整合到一起,是最大的優勢,不但可內建在新的風車,更可以加裝到數以千計運轉中的風車,他估計明春可讓大家 Beta 測試,2010 後半年成熟的捉風器可正式上市。

   這年頭就是要創新,有人捉風了,不知道也沒有人想過要捕影。



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