現在位置首頁 > 博碩士論文 > 詳目
論文中文名稱:廠房類建築屋頂結合導風板裝設小型風力發電之成本效益分析 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Cost-Benefit Analysis on Small Wind Turbines Applied to Installation for The Factory buildings Roof with Deflector [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:99
出版年度:100
中文姓名:汪禺塵
英文姓名:Yu-Chen Wang
研究生學號:98428049
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2011-06-20
論文頁數:105
指導教授中文名:林正平
口試委員中文名:林祐正;吳獻堂
中文關鍵詞:小型風力發電機屋頂導風板成本效益分析
英文關鍵詞:Small Wind TurbinesRoofDeflectorCost-Benefit Analysis
論文中文摘要:  在現今能源短缺之情況下,如何有效利用再生能源成為目前非常重要的課題之一,目前較被廣泛利用之再生能源為太陽能發電及風力發電,太陽能發電發展至今已被許多民眾利用並裝設於屋頂上,因此本研究欲探討小型風力發電與建築結合之發電情形。但建築物為一有限高度之物體,當氣流在通過一個有限高度之物體時,其部分氣流會沿著建築物之迎風面形成上升氣流,使流體產生會分流現象,使建築物樓頂上產生渦流區,形成之渦流區使樓頂風場呈現紊亂狀態。
  由於屋頂上之紊流情況使得風力發電機發電效益下降,本研究利用CFD數值模擬呈現屋頂結合導風板後之流場情形,藉由導風板穩定屋頂上紊亂之流場後,利用風力發電公式計算發電量,以模擬不同葉片長度之小型風力發電機裝設於不同角度導風板後之發電情形。
  根據CFD程式模擬結果顯示,建築物結合導風板後確實可穩定屋頂風場,而在本研究之模擬情境中,以20度導風板上裝設風機之年發電效益較佳。經由成本效益分析及敏感度分析後,於導風板角度18度時,搭配葉片半徑2.5公尺之風機且設置數量在12台時,其淨現值(NPV)為NT $2,950,777,期滿所能獲得之終值(FV)為NT$5,056,227,並於躉購期間第10年還本。
論文英文摘要:  In the situation of lacking power resources, how we should make use of renewable energy efficiently has become one of the important issues nowadays. For the time being, solar energy and wind energy are two kinds of renewable energy which are more broadly used. Concerning the solar energy development so far, solar energy has been used by many people and its generation device has been commonly installed on rooftops. This research aims to discuss the electricity generation condition when miniature wind energy generation devices and buildings are combined. Buildings are objects in certain limited heights. When airflow passes through a building, a part of the airflow becomes an upward current along the windward side of the building. The fluid then creates different separated flows, making a vortex zone above the building. The vortex turns the wind filed into turbulent flows. Thus, Stable wind field and wind speed are the main elements for wind turbines to have electricity efficiency.
  As the turbulent flow on rooftop makes the electricity efficiency of wind turbines decrease, this research presents the airflow on rooftop with CFD simulation after a deflector is installed on the roof. After the deflector steadies the unstable airflow, we calculate the quantity of generated electricity with the wind energy formula in order to imitate different electricity generation conditions in which small wind turbines with fan blades in various lengths are installed on deflectors in different angles.
This research shows that deflectors installed on buildings can indeed stabilize the wind field on rooftop according to the result of CFD simulation. In the context of this simulation study, when degrees deflectors to the angle of 18 degrees installed in wind turbines the power generation efficiency of better. By the cost-benefit analysis and the sensitivity analysis, when 12 deflectors are adjusted to the angle of 18 degrees, along with fan blades in the radius of 2.5 meters, the NPV is NT $2,950,777 and the FV by the expired date is NT$5,056,227. The repayment of principal will be resumed ten years after whole purchase.
論文目次:摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機 2
1.3研究目的 3
1.4研究方法與工具 3
1.5研究範圍與限制 3
1.6研究流程 4
第二章 文獻回顧 6
2.1建築環境風場 6
2.2大氣地表邊界層 9
2.3 小型風力發電機之構造系統與型式 9
2.3.1小型風力發電機之構造系統 9
2.3.2小型風力發電機之型式 11
2.4小型風力發電機之定義與發展現況 14
2.5我國設置風力發電補助政策 17
2.6風力能源之相關文獻 19
2.7風力能與太陽能之比較 21
2.8小結 22
第三章 研究方法及工具 23
3.1 CFD數值模擬之發展 23
3.2CFD數值模擬理論基礎 27
3.2.1理論方程式 27
3.2.2紊流模式 28
3.2.3數值近似方法 29
3.3 風力發電理論 30
3.4 成本效益分析 33
3.4.1 成本效益分析之方法 33
第四章 模型建構 37
4.1建築基本資料及環境風場參數設定 37
4.2數值條件設定及收斂標準 40
4.2.1環境流場條件設定說明 40
4.2.2鬆弛因數及收斂條件 41
4.2.3收斂標準 43
4.3導風板上測點位置及角度設置說明 43
4.3.1導風板上測點位置說明 43
4.3.2導風板角度設置說明 45
4.4風機型式及導風板上擺放位置說明 45
第五章 模擬結果 47
5.1建築屋頂有無結合導風板之風場模擬結果 47
5.2風機發電功率及新竹市平均年風向機率 68
5.2.1風機發電功率 68
5.2.2新竹市平均年風向機率 77
5.3風機最大架設數量與年發電量 78
第六章 成本效益分析 81
6.1基本參數與假設 81
6.2模擬情境之財務分析 82
6.3敏感度分析 92
第七章 結論與建議 98
7.1結論 98
7.2建議 99
參考文獻 101
論文參考文獻:書籍
[1] BP, The British Petroleum Company, Statistical Review of World Energy, UK:BP, 2007.
[2] BWEA, “Small Wind Systems UK Market Report.” London, 2010, pp.3.
[3] CHAN S. PARK著,邱垂昱、曾文宏校閱,現代工程經濟,臺北:普林斯頓國際有限公司,2004。
[4] IEC 61400-2, “Wind turbines - Part 2: Design requirements for small wind turbines”, Edition 2.0, 2006.
[5] J. F. Manwell, J. G. McGowan, A. L. Rogers, “Wind Energy Explained: Theory, Design and Application.” New York: John Wiley & Sons Inc, 2002.
[6] Joseph C. Hartman著,鄭純媛、劉福興、吳振賢編譯,工程經濟學與決策程序、臺北:臺灣培生教育出版股份有限公司,2008。
[7] M. G. Melaragno, “Wind in architectural and Environmental Design.” Van Nostrand Reinhold Company, 1982, pp. 684.
[8] 何明錦著,單一建築物樓頂風場特性之研究,臺北:內政部建築研究所,2006。
[9] 牛山泉、三野正洋合著,林輝政審定,小型風車手冊,臺北:國立臺灣大學出版中心,2010。
[10] 朱佳仁,風工程概論,臺北:科技圖書出版公司,2006。
[11] 朱佳仁,環境工程學,臺北:科技圖書出版公司,2003。
[12] 朱佳仁,環境流體力學,臺北:科技圖書出版公司,2003。
[13] 沈熾林,公共投資與成本效益分析,臺北:五南出版社,1990。
[14] 周俊杰,徐國權,張華俊,FLUENT-工程技術與實例分析,北京:中國水利水電出版社,2010。
[15] 劉萬琨、張志英、李銀鳳、趙萍,風能與風力發電技術,北京:化學工業出版社,2007。
[16] 蕭葆羲編著,風工程,臺北:科技圖書出版公司,2005。
期刊論文
[17] A. Sau, R. R. Hwang, Tony W. H. Sheu, W. C. “Yang, Interaction of trailing vortices in the wake of a wall-mounted rectangular cylinder,” Physical Review E, Vol. 68, 056303, 2003, pp. 056303-1-056303-15.
[18] L. Ledo, P.B. Kosasih*, P. Cooper, “Roof mounting site analysis for micro-wind turbines.” Renewable Energy Vol. 36, 2011, pp.1379-1391.
[19] Nalanie Mithraratne*, “Roof-top wind turbines for microgeneration in urban houses in New Zealand.” Energy and Buildings Vol. 41, 2009, pp.1013-1018.
[20] P. D Clausen , D. H. Wood, “Research and development issues for small wind turbines.” Renew Energy Vol. 16, Issues 1-4, 1999, pp. 922-927.
[21] Shuzo Murakami, Ryozo Ooka, “CFD analysis of wind climate from human scale to urban scale.” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics vol. 81 Issues 1-3, 1999, pp57-81.
[22] 江易儒,「小型風力發電機零組件分析」,金屬中心風力發電月刊,高雄,2007。
[23] 馬振基,「永續可再生能源-垂直軸中小型風力發電機」,永續產業發展,第45期,臺北,2009,第32-37頁。
[24] 陳子秦,「太陽能電池產業製程及汙染防治簡介」,環保技術e報,第59期,臺北,2008,第1-11頁。
[25] 陳正和,「風力發電之應用和效益」,台電月刊,527期,臺北,2006,第30-33頁。
會議論文
[26] 左峻德,「台灣中小型風力機發展報告」,2010全國中小型風能設備行業年會暨產業發展論壇,廣州,2010。
[27] 林顯群、莊福盛、王子綜、王世宇,風力發電機於大樓屋頂之流場分析,2008台灣風能學術研討會,臺北,2008,第61-65頁。
[28] 周伯丞、林世峰、鍾博任、江哲銘,「非正交格點系統技術運用於建築流場數值模擬之研究」,中華民國建築學會第十六屆建築學術研究發表會論文集,中華民國建築學會第十六屆建築研究成果發表會,E64,臺北,2004,第328-331頁。
[29] 經濟部,「再生能源電能躉購費率計算公式及使用參數說明」,99年度再生能源電能躉購費率計算公式及使用參數說明聽證會,臺北,2010。
[30] 蔡建雄、李佳言、周伯丞、江哲銘、吳賦斌、林世峰,「建築流場數值模擬之研究(2)-格點系統與紊流模式之影響」,2004能源與冷凍學術暨建築物能源管理技術研討會論文集,2004能源與冷凍學術暨建築物能源管理技術研討會,臺北,2004,第6-7-1-6-7-6頁。
學位論文
[31] 王馨珮,再生能源發展政策工具之獎勵基礎,碩士論文,國立政治大學財政學研究所,臺北,2007。
[32] 宋長紘,建築物結合雨水供水與小型風力發電系統之可行性研究,碩士論文,國立臺灣海洋大學河海工程學系,基隆,2008。
[33] 李昆祐,計算流體力學對雨屏牆等壓性能之初探,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2006。
[34] 周伯丞,建築軀殼開口部自然通風效果之研究,博士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2000。
[35] 林俊宏,太陽能-風力混合發電系統之可用度及成本效益分析,碩士論文,清雲科技大學電機工程研究所,桃園,2005。
[36] 邱素敏,電力部門能源替代方案成本效益分析,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災研究所,臺北,2008。
[37] 邱瓊萱,通風管管頂型式對室內通風效益影響之研究,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2004。
[38] 姜偉智,太陽能與風力複合式發電系統應用於教學大樓之效益分析,碩士論文,僑光科技大學工程科技研究所,台中,2010。
[39] 施華,社區發展太陽能發電系統之成本效益評估,碩士論文,國立交通大學工學院碩士在職專班產業安全與防災組,新竹,2009。
[40] 徐偉森,住宅臥室空間自然通風效果之研究-濃度衰減法實驗與數值模擬之解析,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,1997。
[41] 張書萍,高科技廠房營建工程特性之調查與分析,碩士論文,國立交通大學土木工程學系,新竹,2000。
[42] 莊俊雄,都市大樓之小型風力機風能計算分析與評估-以臺北市中央研究院物理所新大樓為例,碩士論文,國立臺灣海洋大學河海工程學系,基隆,2009。
[43] 郭世勳,台灣地區離岸式風力發電成本效益分析,碩士論文,國立台北大學自然資源與環境管理研究所,台北,2008。
[44] 陳旭彥,台灣地區小型風力發電應用於中高層建築之法制化可行性研究,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2008。
[45] 陳明煌,台灣推廣設置小型風力發電機之個案研究與效益評估,碩士論文,國立台北大學自然資源與環境管理研究所在職專班,台北,2010。
其他
[46] 大葉大學太陽能發電計畫網站,http://www.gauss.com.tw/dyu/首頁.htm,2011。
[47] 中央氣象局全球資訊網,http://www.cwb.gov.tw/,2011。
[48] 日本矢野經濟研究所,http://www.yanoresearch.com/,2011。
[49] 台灣電力公司網站,http://www.taipower.com.tw/,2011。
[50] 美國風能協會(AWEA),http://www.awea.org/index.cfm,2011。
[51] 國家再生能源實驗室(NREL),www.nrel.gov/,2011。
[52] 新高能源科技股份有限公司,http://www.hi-vawt.com.tw/tw/tw_welcome.html,2011。
[53] 新興能源研究中心(EER),www.emerging-energy.com/,2011。
[54] 經濟部能源局,http://www.moeaboe.gov.tw/Default.aspx,2011。
[55] 經濟部能源局,中華民國一百年度再生能源電能躉購費率及其計算公式,2011年3月2日經能字第10004601130號函核定。
[56] 經濟部能源局,公共工程或公有建築物設置再生能源設備作業準則,2010年4月30日經能字第09904602570號函核定。
[57] 經濟部能源局-風力資訊整合平台網站,http://wind.itri.org.tw/,2011。
[58] 經濟部能源局風能之旅網站-台灣地區基本風能分佈, http://wind.itri.org.tw/demonstration/Documents/TaiwanWindAtlas-3.PDF,2011。
[59] 經濟部能源局網站,能源統計月報,http://www.moeaboe.gov.tw/opengovinfo/Plan/all/energy_mthreport/main/11.htm,2011。
[60] 經濟部能源委員會,再生能源發展方案,2002年1月17日行政院臺經字第0910000755號函核定。
論文全文使用權限:不同意授權