A new electric power generation method johnson@erp.tw

1. 新綠能
帆纜發電系統
Rev: 3.4
Inventor: 許議中 (Johnson Hsu)
email: johnson@erp.tw
line: yichung_hsu

2. 傳統風力發電問題
• 一組扇葉 ( 一般三到四個 ) 風場範圍有限 ,
一組扇葉就需要一電機 .
• 要獲得較大風場得建造大型風機 .
• 選址不易 .
• 離岸風力發電機成本高 , 維護不易 .
• 風機再大都只能獲取低空風能 , 比起高空
風能 , 能量小且不穩定 .

3. 帆纜發電原理
• 當風吹在可以自由轉向的三角旗 , 旗的布
面總是與風向平行 , 旗的三角尾端左右飄
蕩 .
• 將旗尾稍微拉回 , 旗就會形成翼型帆狀 .
• 利用扭力彈簧 , 當風以一角度吹帆面 , 扭
力彈簧就會拉回一部分 .
• 這時候的帆面是彎曲的 , 帆面二側壓力不
同 , 形成伯努利效應 , 提供了額外的動力
原理請參考帆船航行的原理

4. 帆纜發電原理
• 帆面橫向有彈性裝置 , 當風越大 , 帆的
彎曲程度增加 , 帆的二側壓力差隨之增
加 , 伯努利效應隨之更明顯 , 當風變小 ,
帆面彎曲減少 , 使伯努利效應可以持續 .
• 當風力過大 , 將因風吹凸起面使彎曲減
少 , 而帆與風向角度變大 , 將使帆轉向
力量減少 , 而彈簧扭力增加 , 所以帆面
會拉回 .
• 當風向 , 風力大小改變 , 帆面也隨之自動
改變迎風角度 .

5. 帆纜發電原理
• 當伯努利效應發生時 , 其施給帆力量的方向並
不與纜繩方向一致 , 其與纜繩方向垂直的分量
將使帆傾斜 , 垂直分力越強 , 帆的傾斜越大 ,
利用此現象在帆前頭延伸橫桿 , 末端增加一重
物 , 可使帆與纜繩夾角增加 , 減少垂直分量 ,
增加水平分量 , 也就是減少傾斜 , 增加推動纜
繩力量 , 換句話說 , 就是抓到伯努利效應最佳
角度 .
• 在一定範圍內 , 彈簧的強弱對系統取得風力大
小並沒有太大影響 . 當彈簧較強 , 帆面角度拉
回較大 , 伯努利效應中垂直纜繩的分量較大 ,
傾斜也會較大 , 此時橫桿上的重物也會因此拉
回橫桿較多的角度 .

7. 帆纜發電原理
• 把一群前述的帆掛在纜繩上 , 像纜車般讓纜繩形
成一迴路 , 當風吹在帆上 , 將帶動纜繩運動 , 將
一圓盤接在纜繩上 , 圓盤的轉動就可以帶動發電
機 .
• 想像一下 , 把帆船掛在繩子上就是了 .
• 帆船是可以逆風 ( 側逆風 ) 行駛 , 當然此系統側逆
風時也有能量產出 , 也就是帆來回都可能有動力
輸出 .
• 即使有方向是正逆風 , 此方向的帆會左右擺動 ,
將不會有動力 , 但也不會有太多阻力 .

9. 優點
• 可在非常大範圍風場運用 , 僅需一部發電機 , 發
電機可放在地面 , 便於防範與維護 .
• 裝設容易 , 維護簡便 , 價格便宜 .
• 一些傳統風機無法運用的地方 , 如建築物間的風
口 , 建築物周圍 , 圍牆 ... 等都可以裝設 .
• 可在地面固定二端 , 帆由一個固定點放上去 , 當
帆上升到一定高度 , 會被第二固定點往下拉 , 而
後面的帆跟隨上升 , 纜繩帶動前面的帆往下掉 ,
經過第二固定點後回到第一固定點 , 再重新往上
升 , 擷取高空的風能
• 可像漁船灑網般放到洋流中 , 擷取洋流能量

10. 優點
• 風能與風速立方成正比 , 80 米高的風力發
電機平均風力約 5 米 / 秒 , 而 800 米高空
則有 7 米 / 秒 , 換算下來 , 風能比率是
1:2.744
• 高空風能穩定的多 , 也就是可以預期有較
穩定的電能輸出 .
• 台灣的中央山脈就很適合高空風能 , 有研
究指出 , 其風能足以提供超過全台電能使
用 .
• 高空風能分析

11. 優點
• 如果是洋流發電 , 能量密度又是傳統風能的 800 倍 .
• 台灣的黑潮既穩定 , 離岸也不太遠 , 如能利用來發電 , 可
以提供全島電力 (1/4).
• 如能有效運用山上的風能 , 加上洋流的能量 , 不僅不再需
要核能 , 火力發電廠也可關閉 , 空氣品質可大幅改善 , 排
碳量也可大幅減低 .
• 與一般高空風箏式發電相比 , 多了利用柏努利效應 , 在相
同條件下 , 可以獲得一倍以上動力
• 與飛翼型相比 , 結構簡單 , 重量輕 , 安全 , 費用低廉 .
• 是目前所有風力發電中 , 唯一可以不需要開闊地形 ,
可以隨環境設定纜線行經路徑 . 可以通用於高低空與
洋流 .

12. 現狀
• 利用個人業餘時間製作原型 , 基本功能驗證成功 ,
正在設計細項 .
• 目前已可使帆在繩上運動 , 在設法使角度更精
確 , 使其可以獲得更高風能用於運動方向 , 而
這一步驟將一直進行 , 換句話說 , 在發電設施
上線後 , 還可以不斷以改進結構方式提升效率
.
• 超新鮮 , 剛申請專利 , 並以綠能項目申請加速審
查 .
• 10 月 1-3 日在台北國際發明展展出 ,
攤位 B1117.

13. 誠徵
• 個人才疏學淺 , 資源有限 , 希望藉此次公
開徵求 , 使此技術能獲得良好快速的發展 .
• 歡迎有興趣的人員加入團隊 .
• 歡迎投資者 , 這會是一個非常好的投資 ,
不僅會有良好回報 , 也會有良好的名聲 .

14. Q&A
• 1. 跟傳統風電相比效率問題 .
A. 一開始主打的市場是風口 , 如大樓間 , 山
谷 , 這都是傳統風機無法安裝的地方 , 其
效率為零 , 任何一個數值跟零比是無限大 .
• 2. 作成單軸較簡單 .
A. 作成單軸就跟傳統風機可以使用的地方一
樣了 , 那就無法取的大樓間 , 山谷 ... 的風
力 , 失去了利基 .

15. Q&A
• 3. 風力發電的成本中 , 主要都是機電設備 ,
擷取風力的部分只是零頭 , 這樣看帆纜發
電似乎沒啥價值 .
A. 就是因為機電設備昂貴 , 帆纜發電的機電
設備不論在那一型的應用中 , 都是放在地
面不高的地方 , 可以好好保護 .
另外此作品可以大面積擷取風能 , 而僅需
一套機電設備 .

16. Q&A
• 4. 在公共地方應用會有比較大的阻力 .
A. 一開始或許是 , 但會用造景方式 , 先展示 , 大家看到他
的好處後自然會要求裝 , 更何況這是可銷往全世界的產品
, 只要做出來 , 一定會有地方要 .
• 5. 效率問題 .
A. 效率問題與帆的彎曲及方向角有關 , 一開始可能會較差 ,
但逐漸修正後 , 可以逐漸提高效率 , 而修正時只需要修正
一些小零件 , 整體結構不變 , 換句話說 , 先安裝的日後可
以無痛升級 .
• 6. 可以拿來作為廣告 .
A. 是的 , 如果搭配造景與廣告 , 有可能讓該處使用免費的
電力 .

17. Q&A
• 7. 電力系統搭配問題 , 可否售電 .
A. 此一作品的目的是在於取得動能 , 至於取得動
能後轉換成電力要怎麼處理 , 不在範圍內 , 但跟
以往綠能使用方式是一樣的 , 其實也不一定要轉
成電力 , 可以用來直接驅動水車 , 取水 ...
• 8. 專利很好避開 .
A: 改良專利或許是 , 但帆纜發電是前所未有的 ,
只寫了很基礎的把帆掛在繩子上 , 只要用這結構
就跑不掉 .