今年10月1日《聯合報》有一則新聞，報導強颱薔蜜來襲時，台電架設在台中港的風力發電機斷裂傾倒。從圖片中看來，近200噸的機組與葉片破碎地橫陳於路面，上億元的投資因而泡湯。這次意外雖然是國內頭一遭大風吹垮風力發電機，然而風力發電機的災難卻並非僅此一樁。
2006年台電香山風力發電機遭遇火災，因為機組安置在76公尺高的塔架上，超出雲梯所能到達的範圍，迫使消防隊員只能望著「風火輪」乾瞪眼。今年初，英華威公司在苗栗後龍海岸設置的風力發電機，35公尺長的旋轉葉片突然斷裂砸落農田，把附近的農民嚇得六神無主。
發展再生能源是國際上都很關注的方向，其中風力發電更是主流項目。今年全世界風力發電產能為1億瓩，而全球風力能源委員會預估在2012年以前將可達到2.4億瓩。台灣雖然打算降低對進口石化燃料的倚賴程度，但是核能發電的安全性又遭到民間強烈質疑，因此使得發展清潔的替代能源，成為刻不容緩的課題。但是除了大風吹垮本想利用風能的發電機之外，即使安然健在的機組，是否已經發揮原來設定的功能，也頗令人擔心。
今年6月有媒體披露，台電62％的風力發電機無法運轉。台電雖然出面澄清，但也證實在82部商業運轉的機組裡，4、5月確曾有41部發生故障。如此高的故障比率，值得讓人檢討目前機型的設計，是否有水土不服之處？是否能有根本性的改良？
目前風力發電的渦輪機，架設在幾乎有30層樓高的塔頂，三片極長的葉片，像早期飛機的螺旋槳。這種設計一方面維修困難，另方面一旦墜落就損失慘重。
效法古人，取經宋代風車
其實中國農民自宋代就善於利用風力，而且發展出一種獨特的立軸式風車。這種風車活用了海上行船靠風帆的原理，在中置立軸的八稜柱框架上，掛起了八片風帆。每當帆片轉到順風處，會自動調整與風向垂直，可受極大風力。而轉動至逆風方向時，帆片自動與風向平行，所受阻力也變成極小。
最妙的是，無論風從哪邊吹來，整個風車旋轉的方向總是保持一致，如此才能有效地把風能轉換為便於使用的機械能。另外如果風力真得過於強烈時，帆片也可以適度調降，從而避免全機被吹毀的慘劇。
這種設計巧妙的風車，除了用於農業灌溉與排水外，也被廣泛用於吸取海水製鹽。1950年代渤海之濱還有不下600餘架立帆風車，後來逐漸為電動或內燃機水泵取代，到1980年代就已從大陸絕跡。台灣南台科技大學在江蘇鹽城老匠人協助下，2006年於校園裡曾經復原一架高八公尺，直徑十多公尺的立帆式風車。
發展風力發電既然是我國願意投資的方向，似乎應該吸取古人的智慧與經驗，在西方橫軸螺旋槳式的風力發電機之外，嘗試研發現代型的立帆式風力發電機，發揮其既容易架設，又可避免颱風損害的特性，為人類利用再生能源的技術做出貢獻。
（作者為中央研究院數學研究所研究員，本專欄由周成功、李國偉共同主持）
