Lentis/風能

北海比利時使用 5MW 渦輪機的海上風電場

風能是從風中獲取的能量。它可以以多種形式出現，例如風力渦輪機發電，風車發電，風泵，甚至帆船。大型風電場由許多風力渦輪機組成，可以建在海上或陸地上。海上風電場的優勢在於遠離視野，且能提供更多能量，但維護成本也更高。

風能是一種可再生清潔能源，可以作為化石燃料的替代品。然而，風能發展中存在許多問題，限制了其增長。

歷史

維基百科關於風力發電歷史的文章

除了運輸之外，風能作為能源的最早已知用途是在公元前 1000 年到公元前 200 年之間在波斯將其轉化為機械能。該轉換器是一個垂直軸風車，它旋轉一塊磨石，用於研磨穀物生產麵粉。這種設計後來可能由十字軍帶到歐洲，到 1200 年代，風車的數量急劇增加。 1888 年，查爾斯·布魯什設計並建造了第一臺用於發電的風力渦輪機，該渦輪機將電能儲存在電池中供他家庭使用。 該系統產生約 12 千瓦，持續了約 20 年。1892 年，丹麥科學家丹·波爾·拉科爾提出了基於空氣動力學原理的第一臺現代風力渦輪機設計。

除了電力之外的替代用途

伊朗亞茲德的杜拉塔巴德花園中的巴德吉爾，世界上最高的巴德吉爾，高達 34 米

歷史上，風已被用於非發電技術，例如風塔。風塔已被用於幾個世紀，以在伊朗中部建築物中創造自然通風。該結構將風引導到建築物內部，並將空氣從建築物的另一側拉出。建築物內部通常有一個水池或一個裝飾性噴泉。由於該地區的空氣溼度非常低，水的快速蒸發可以顯著冷卻建築物，並充當天然空調系統。儘管風塔已經被遺忘，以至於即使是伊朗人也可能沒有聽說過它們，但它們可能捲土重來。BBC 在 2007 年報道了一種零排放房屋設計，聲稱它將為未來所有新房屋設定環境標準。主要組成部分之一是用於通風的風塔。

風能的益處

雖然使用化石燃料導致的環境汙染和二氧化碳排放對健康、環境和可持續經濟增長構成威脅，但風能是一種清潔、無汙染的電力來源。風力渦輪機在執行期間幾乎不產生任何排放，在製造、安裝、維護和拆卸期間也只產生很少的排放。根據美國能源部的資料，1990 年，加州的風力發電廠抵消了超過 25 億磅二氧化碳和 1500 萬磅其他汙染物的排放，而這些汙染物原本會產生。 要達到相同的空氣質量，需要 9000 萬到 1.75 億棵樹組成的森林。此外，風能可以為農村地區帶來收入。

下表顯示了不同能源來源的每千瓦時成本比較。直接成本包括維護和燃料成本，並按容量係數加權。間接成本基於社會影響，如健康成本、氣候成本、廢物處理和退役。

能源來源	直接成本	間接成本	總成本
煤炭	3.14	6.43	10.29
核能	2.16	0.25	3.31
天然氣	4.95	2.27	8.09
太陽能	18.12	無法量化	18.12
風能	3.14	無法量化	3.45

到 2020 年，根據歐洲風能協會的預測，180 吉瓦的風能將每年發電 425 太瓦時，風力發電將帶來以下年度節省：

• 2.15 億噸 CO₂

• 26.1 萬噸 SO₂

• 33.3 萬噸 NO_x。

技術問題

行業衝突

風能的一個重大缺點是它對雷達系統的負面影響。風力渦輪機可能會產生遮蔽效應，隱藏其他船隻的雷達訊號或使操作員感到困惑，因為它們的雷達形狀會隨著旋轉速度的變化而不斷變化。反過來，使用雷達的行業，如商船、空中交通和天氣預報，可能會受到影響。2014 年，一篇文章估計，由於雷達干擾，近 20 吉瓦的風能被擱置。

丹麥風力渦輪機公司維斯塔斯和英國國防承包商 QinetiQ 展示了第一臺“隱形”風力渦輪機葉片。這項技術借鑑了隱形飛機技術。使用類似的塗層有助於消除塔架的訊號，但會使葉片過重。葉片結構中使用了複合材料。這項技術只是解決方案的一部分，因為“關鍵因素包括使用的雷達型別、距離雷達塔的距離以及風力渦輪機的型別和分佈。”

法國是第一個建造“隱形”風電場的國家，並提議在 2015 年之前投入運營。該風電場將成為當時法國最大的風電場，因為它將產生 96 兆瓦的容量。據估計，由於可能干擾軍事或氣象雷達，以及軍事飛行訓練，6 吉瓦的風能專案已被阻止。

風暴和風力渦輪機在多普勒雷達系統上的回波的視覺比較

據估計，2009 年英國約有 10 吉瓦的風能專案因雷達干擾而停滯。2009 年，英國正在與總部位於加拿大的雷聲公司合作開發訊號處理演算法，該演算法可以識別風力渦輪機等靜止物體並忽略其訊號。雷聲公司預計將在 2011 年推出這些產品，“用於短程和遠端雷達系統，並將證明它們不僅可以從雷達螢幕上消除風電場，而且可以保留有效的靜止目標，如熱氣球或氣象氣球。”

在美國，許多風能專案因雷達干擾問題而停止或放緩，例如馬薩諸塞州的 Cape Wind 專案。該專案因靠近奧蒂斯空軍基地和另外兩個雷達站而被擱置。美國國土安全部委託進行的一項研究提出了一種解決方案，即“用現代數字裝置替換老化的模擬雷達站”。美國聯邦航空管理局正在與 Cape Wind 談判，以實現這一解決方案，解決風能專案的難題。這一方案以及類似於雷聲公司雷達計劃的產品的使用將有利於雷達基礎設施和風能專案。

供應和儲存問題

風能的最佳選擇是分散式發電。風能發電產生的電力在不同的時間尺度上可能具有高度的可變性：從每小時到每天，再到季節性。風能往往與太陽能互補。這意味著風能是一種間歇性技術，只有在資源可用時才能使用。風能的間歇性阻礙了該資源的經濟競爭力，因為瞬時發電量和消耗量必須保持平衡，以維持電網的穩定性。

成本問題

儘管風能的成本在過去 10 年中大幅下降，但該技術所需的初始投資高於化石燃料發電機。風能發電的間歇性和不可排程性會增加監管成本、增量執行備用成本，並可能需要增加現有的能源需求管理或儲能解決方案。

環境問題

雖然風電場對環境的影響相對較小，與化石燃料發電廠相比，但環境問題包括渦輪機在景觀中的外觀、它們發出的聲音以及它們對鳥類和其他野生動物的影響。總部位於安大略省的可再生能源開發公司吉列德電力公司提出了一個全面的計劃，以監測奧斯特蘭德角風力發電場對周邊生態系統的影響。該計劃包括如果結果不符合當時制定的聯邦法規的應急措施。擬議的建設後觀察旨在評估對“繁殖鳥類、遷徙陸地鳥類、遷徙猛禽（秋季）和蝙蝠死亡率、干擾對繁殖鳥類、遷徙陸地鳥類和兩棲動物的影響；以及以石灰岩恢復和管理形式進行的緩解措施的有效性”。

噪音

與所有機械系統一樣，風力渦輪機在執行時會產生一些噪音。近年來，工程師對設計進行了改進，以減少風力渦輪機產生的噪音。次聲波和低頻噪聲是健康和環境影響爭論的焦點。次聲波和低頻噪聲被認為會導致使用可聽定位的物種的交配習慣發生干擾，並且是風機綜合徵的主要貢獻者，將在後面更深入地討論。風能的特定反對者在其網頁的特定部分專門用於宣傳噪音對野生動物的生物影響，例如網站 www.windturbinewildlifehell.org。

禽類/蝙蝠死亡率

鳥類和蝙蝠的死亡是與風力渦輪機相關的最具爭議的生物學問題之一。鳥類和蝙蝠在風電場場地的死亡引起了漁業和野生動物管理機構以及保護組織的擔憂。

• 衡量問題

《野生動物學會簡報》在 2013 年 3 月進行了一項研究，該研究“估計每年有 888,000 只蝙蝠和 573,000 只鳥類死亡”，這是由於美國的風力渦輪機造成的。從這個死亡人數來看，有 9.7 億隻鳥撞擊建築物，1.75 億隻鳥撞擊電線，7200 萬隻鳥死於殺蟲劑，100 萬隻鳥死於石油和天然氣洩漏。

• 立法

2013 年 11 月，美國政府裁定，杜克能源公司在承認殺害 14 只鷹和 149 只其他鳥類後，將支付 100 萬美元的罰款。這是美國曆史上第一次政府強制執行保護鳥類免受風力渦輪機農場影響的環境法。這一裁決可能是唯一的，因為奧巴馬政府在僅僅幾周後的 12 月 6 日宣佈，它“將允許一些公司在長達 30 年的時間內殺死或傷害白頭鷹和金雕而無需處罰，這是為了促進綠色能源的開發和投資，同時平衡其環境影響”。。這一決定並非沒有反對意見，因為環保組織擔心，這種“免死金牌”會加劇鳥類死亡的數量，而不是鼓勵努力開發更安全的風電場。

• 最先進技術

已經提出了許多預防措施，以減少風力渦輪機對鳥類和蝙蝠種群的影響。一些技術包括用黑色或紫外線油漆塗刷渦輪機葉片、使用雷達跟蹤鳥群、在鳥群接近時手動關閉渦輪機以及在常見飛行路徑周圍建造渦輪機。對這些預防技術的探索尚處於起步階段，研究人員試圖確定鳥類撞擊渦輪機的具體原因以及如何降低發生率。

健康問題

風機綜合徵

有人認為，風力渦輪機可能對人類健康和生活質量產生影響。“風機綜合徵”最初是由反風能活動家妮娜·皮蓬博士提出的。她在 2009 年自費出版的書籍中，將睡眠剝奪、頭痛、頭暈、焦慮和眩暈等症狀歸因於風力渦輪機產生的次聲波和低頻噪音。自從皮蓬博士發表了她的研究成果以來，來自世界各地的農民和城鎮居民紛紛站出來聲稱他們確實遭受了這些症狀。

風能的支持者，如美國風能協會 (AWEA) 和美國能源部，反駁了這些說法，他們引用了一些研究，這些研究將這些症狀與煩惱和壓力相關聯，而不是與身體健康影響相關聯。批評者還指出，皮蓬博士沒有使用有效的樣本量，她沒有親自見過她的受試者，她的工作沒有經過適當的同行評審，並且在她研究之前沒有記錄任何投訴。這意味著，在對該現象進行進一步研究之前，“風機綜合徵”不能作為阻礙風電場建設的唯一理由。

政治因素

美國

風力發電在美國是一個新興行業，因此其公眾曝光度有限。隨著人們對可再生能源的興趣日益濃厚，新聞媒體報道了更多關於風能的故事。儘管媒體關注度不斷提高，但克利克和史密斯 (2010) 的研究人員進行的一項研究對 600 人進行了關於風能的民意調查，發現公眾意見並不強烈。

在 2008 年和 2012 年的美國總統大選中，風力發電是兩大政黨可再生能源平臺的一部分。民主黨和共和黨都認識到風力發電作為一種清潔能源的潛力，並在 2008 年的競選綱領中，提出了政府激勵措施和資金，以增加可再生能源四年後的 2012 年，民主黨繼續保持他們對可再生能源（包括風力發電）的雄心勃勃的議程，而共和黨不再是執政黨，將他們的可再生能源宣告縮減為幾句話，鼓勵繼續開發可再生能源，但沒有納稅人資金在市場上進行。 由於可再生能源是一個日益增長的政治問題，風力發電將繼續成為國家能源辯論的重點。 。

歐盟

20-20-20 計劃

2007 年，歐盟通過了一項氣候與能源一攬子計劃，以減少整個歐盟的碳排放。該計劃設定了三個目標，要在 2020 年之前實現，被稱為“20-20-20”目標。其中包括將歐盟溫室氣體排放量從 1990 年的水平降低 20%，歐盟能源中 20% 來自可再生資源，以及歐盟能源效率提高 20% 。該計劃的目標是促進整個歐洲的可再生資源開發，以確保全球平均氣溫升幅不超過 2°C。風能將成為歐洲可再生能源的主要來源，歐洲風能協會希望風能供應歐盟電力需求的 35%，從而將二氧化碳排放量減少約 6 億噸。風能也獲得了強烈的公眾支援，根據歐盟委員會 2007 年的一份報告，高達 71% 的歐盟人口支援風能。

雖然歐盟成員國支援 20-20-20 計劃的目標，但一些成員國在如何實施該計劃方面存在分歧。主要批評涉及可再生能源的經濟性。曼哈頓研究所的能源政策作家羅伯特·布萊斯，也是美國能源政策的強烈批評者，聲稱這種環境一攬子計劃大幅增加了成本，但效益卻微乎其微 。雖然可再生能源每兆瓦的成本正在接近化石燃料，但它們的可變能源生產率意味著必須維持這些不可再生能源。這需要補貼來維持閒置的反應堆，以防可再生能源生產不足 。

波蘭等東歐國家聲稱，先前設定的國家目標將對其經濟造成不公平的破壞。與西歐國家依靠天然氣不同，東歐主要依靠煤炭，煤炭歷史上一直更容易獲得 。例如，波蘭高達 94% 的能源來自煤炭 。2010 年，波蘭前環境部長安德烈·克拉斯澤夫斯基批評轉向可再生能源是為了減少碳排放。他表示，能源成本的增加會損害歐洲在全球經濟中的競爭力。此外，減少煤炭消耗需要與俄羅斯等當地天然氣供應商進行貿易談判，以建立儲備能力，降低這些成員國的能源獨立性 。儘管人們擔心經濟影響，但波蘭公眾支援轉向可再生能源，59% 的人表示，他們希望總理唐納德·圖斯克支援到 2030 年將排放量減少 40% 的努力

德國

在最近發生的事件（如福島核災難）之後，德國推動將其大部分能源基礎設施轉向可再生能源，稱為能源轉型 。德國約 30% 的能源來自可再生能源，希望到 2035 年將其提高到 45% 。德國制定了自己的目標，超出了 20-20-20 計劃設定的目標，目標包括與 1990 年水平相比減少 95% 的排放，可再生能源佔一次能源供應的 60%，以及能源效率每年提高 2%。雖然大部分能源仍然來自煤炭和核能，但人們強烈希望減少碳排放和對環境災難的恐懼，迅速推動德國轉向可再生能源。

截至 2011 年，僅風能一項，德國就貢獻了約 29,000 兆瓦的能源，約佔歐洲風能總量的四分之一。德國國內生產的 10% 來自風能，其中包括陸地風電場和海上風電場 。這些大量的風能，得益於積極的補貼政策，2015 年總計 220 億歐元。這種熱情得到了私營部門的回應，像 EON 和西門子 這樣的大型電力公司正在剝離其以化石燃料為基礎的部門，專注於綠色能源的未來。由於這種向可再生能源的推動與到 2022 年關閉所有核電站的推動相一致，人們對能源轉型的可行性表示擔憂。由於可再生能源的生產水平各不相同，在某些時候，可再生能源的生產將不足以滿足需求。德國聯邦網路局釋出的一份報告指出，如果德國不提供適當的儲備能力，可能會發生停電。這透過與奧地利等國的貿易協議得到彌補，但這降低了德國的能源獨立性。

寧願我不要 (NIMBY)

維基百科關於 寧願我不要 (NIMBY) 的條目

隨著美國試圖透過增加使用替代的清潔能源來減少碳排放，國民對風能的看法一直是積極的。美國風能協會 2010 年 3 月進行的一項調查指出，89% 的美國選民認為，美國應該增加風能的使用。此外，77% 的人支援實施一項國家可再生能源標準 (RES)，該標準將強制規定從可再生能源獲得的能源數量。

儘管美國轉向更多可再生能源的支援勢不可擋，但全國範圍內風能技術的安裝仍然面臨著來自擬建場址附近居民的強烈反對。當地對風能的反對被貼上了 NIMBY（“不是在我的後院”）的標籤。“NIMBY”指的是那些因為問題與他們距離很近而反對問題的人，或者支援某項事業（如風能），但不想為此付出任何犧牲，就像搭便車者一樣。

對於風能來說，這些犧牲可能包括上述問題，以及僅針對擬建風力渦輪機附近居民的其它問題。與風險感知一致，研究表明，居住在擬建風電場附近的人，由於距離和風險感知之間存線上性關係，因此特別反對風電場。類似地，距離現有風電場較遠的人，由於缺乏地方經驗來緩解風險，因此反對進一步的風能開發，如下圖所示。

改編自 van der Horst. 2007: NIMBY or not? Exploring the relevance of location and the politics of voiced opinions in renewable energy siting controversies. 基於 Warren 等人 2005 年的資料：Green on green: public perceptions of wind power in Scotland and Ireland

由於風機綜合徵的醫學合法性存在爭議，有人認為 WTS 是由 NIMBY 提出以支援他們對風能開發在其家附近進行的反對。

涉及風能的案例

科德角風電場

科德角風電場 是一家獲批的海上風電專案，位於科德角附近。該專案最初由吉姆·戈登及其公司 科德角風電公司 於 2001 年提出，該專案將在南塔基特海峽的一個淺水、高風區（被稱為馬蹄礁）安裝 130 颱風力渦輪機。該公司聲稱，這個風電場將能夠提供科德角和群島所需電力的 75%。

在該專案提出後，保護南塔基特海峽聯盟 成立。該組織被反對者貼上了 NIMBY 的標籤，他們認為科德角風電場專案的方向是對的，但地點不對。他們認為科德角風電場將對野生動物、經濟、公共安全和風景造成不利影響。兩個關於擬建風電場從岸上看起來的樣子 的計算機生成模擬顯示了反對群體如何利用影像來影響人類的感知。 儘管這兩張影像是從距離科德角風電場相同距離的地方拍攝的，但很明顯，細微的差別是為了說服觀看者以不同的方式思考。除了影像之外，雙方都用他們聲稱是事實的內容來支援他們的論點。這些事實隨後被對方貼上謬論的標籤。一些爭論最激烈的問題包括電價、對海洋生物的影響以及風力渦輪機在視野中的可見度。

風電場的支持者表示，大多數反對意見是出於對房地產價值的擔憂。他們聲稱，反對者並不真正關心野生動物或健康，而是擔心風力渦輪機會損害他們房產的價值。一個值得注意的例子是羅伯特·肯尼迪·小，他擁有擬建風電場附近的房地產。肯尼迪表示他支援風能，但反對該具體專案。

儘管有這些反對意見，但 2007 年的輿論調查公司調查發現，84% 的馬薩諸塞州居民支援該專案，科德角有 58% 的居民也支援。

歐洲海上風力部署中心

歐洲海上風力部署中心最初於 2003 年提出，計劃建在蘇格蘭阿伯丁灣巴爾梅德海岸外 2 公里處，用於測試新風力渦輪機設計在蘇格蘭未來風電專案中的效能。 規劃申請於 2011 年 8 月提交，得到了兩家公司，瓦滕福爾和 Technip 的支援。

然而，這塊土地歸屬於私人擁有的梅尼莊園，巴爾梅德，阿伯丁郡，蘇格蘭，該莊園於 2006 年被唐納德·特朗普收購，用於建造一個頂級旗艦級連桿式 高爾夫球場，作為更大的 16 億美元“度假村”的一部分，度假村還包括第二座高爾夫球場、一家酒店、豪華度假屋和一個住宅區。 特朗普一直阻礙該中心的建設，因為他擔心風力渦輪機會破壞他新莊園的景觀和價值。2011 年 9 月，特朗普對規劃申請提出異議，並暫停了其新度假村的建設。 除了法律糾紛外，他還經常公開風能批評者，就鳥類死亡率和健康問題發表評論。

特朗普只能延緩程序，而無法完全阻止該中心。2013 年 3 月，蘇格蘭最終批准了在阿伯丁灣巴爾梅德海岸外 2 公里處建設測試區域。特朗普在最後一刻發起了一項法律挑戰，反對蘇格蘭批准建造風電場， 但該挑戰於 2014 年 2 月被駁回，導致特朗普放棄了在阿伯丁的計劃。

最初反對該風電場的另一個參與者是英國皇家鳥類保護協會（RSPB）。他們擔心海岸上的野生動物，並在 2006 年表達了擔憂。 然而，他們在 2012 年放棄了反對，因為計劃的風力渦輪機數量減少，佈局也進行了重新設計。

諾曼底

2011 年，法國提議在庫爾瑟勒-敘-梅爾海岸外約 6 英里處建造一座海上風電場，庫爾瑟勒-敘-梅爾是加拿大步兵在諾曼底海岸登陸的地方。擬建風電場擁有 75 颱風力渦輪機，預計可生產約 450 兆瓦電力。建設計劃於 2015 年開始 。宣佈之後，該計劃遭到了反風能組織的攻擊，例如歐洲反對風電平臺，該組織組織了一次反對該專案的請願活動。該組織認為，這些海灘是一個歷史遺址，不應該在沒有徵求戰爭老兵的意見的情況下進行改變 。他們得到了“諾曼底重返”組織的約翰·菲普斯的支援，該組織為英國老兵組織諾曼底之旅，他表示，諾曼底的海灘如果有風電場，就不會那麼純粹了 。然而，其它組織的領導人，例如諾曼底老兵協會的全國秘書喬治·巴茨，支援該專案，只要風力渦輪機不在海灘上本身 。雖然風電場區域已經縮小，但風電場不會搬遷，因為這可能會中斷捕魚或其它海上活動 。截至 2014 年 12 月，風電場建設仍計劃於 2015 年開始 。

結論

從風能技術的社會介面可以汲取一些教訓。

• 技術路徑依賴。技術可以在一個方向上發展和進步，這個方向或路徑成為未來發展的焦點，而其他選擇則難以取得相關性。
• 不同技術在世界不同地區的可行性。並非所有技術都適合所有地方。經濟、文化和地理因素影響著技術的實施。例如，風力渦輪機在多風的地方經濟可行，而風捕集器只在極低溼度氣候中可行。
• NIMBY。人們可能普遍支援某個想法，但當它的弊端直接影響到他們時，他們就會反對。大多數人根據激勵做出決定，優先考慮個人利益而不是公共利益。提供個人激勵的技術會蓬勃發展，即使它們對環境有害。我們在世界各地都看到了這種情況，因為人們或企業基於最大化利潤做出決定，而忽視了環境影響。為了成功地拯救環境，我們必須開發提供個人激勵和環境效益的技術。