风能从过去的昂贵形象，到如今成为最便宜能源选项，以美国来说，陆上风能已经是最便宜的能源来源，这样巨大的转变，主要推动力是风机规模的提升，更高更大的风机更能有效率的撷取更高空更稳定的风力，提升发电效率也同时提升容量因数（capacity factor），不过，如今已经恨天高的风机，要再继续往上突破高度，已经面临技术上的瓶颈。
根据美国风能协会（American Wind Energy Association，AWEA）资料，自 2000 年到 2018 年，美国电网规模的风机，平均高度从 58 米大幅成长到 88 米，平均扇叶直径从 48 米成长到 116 米，可以看出风机规模的快速成长，而风机之所以如此急着长高长大，有很基本的原因。
据美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）于 2019 年 5 月发表的报告《提升风机塔高：机会与挑战》（Increasing Wind Turbine Tower Heights: Opportunities and Challenges），当塔高从 80 米提升到 110 米时，风机所接触到的年平均风速，提升每秒 0.5~1 米速度；当塔高进一步从 80 米提升到 160 米时，风机所接触到的年平均风速，提升每秒 1~1.5 米。
更高的风速，更稳定的风，让更高的风机能享有更好的容量因数，报稿指出，当风机塔高从 80 米提升到 110 米时，风机的容量因数可提升 2~4%，当风机塔高从 110 米提升到 140 米时，容量因数可再提升 2~4%，当风机塔高进一步从 140 米提升到 160 米，容量因数还可再提高 1%。
容量因数即风机实际发电量，除以名目发电容量乘上发电时间的理论最大发电量，所得的比例，容量因数越高，代表风机实际上发出来的电越多，相对于建置成本，每度电的均化成本也就越低。研究显示，在风力资源属于边缘的区域，塔高 110 米与 140 米的风机发电效果最好。
另一方面，高塔身搭配大扇叶（更大扇叶风机有更大名目发电容量）也有优势，研究发现，4.5 百万瓦风机，搭配 140 米高塔身，发电效率提升程度比 3 百万瓦风机更佳。搭配高塔高与大扇叶，研究认为，以 80、110、140、160 米高塔身相比较，在美国 70~90% 的风场地点，160 米塔高的风机都将有最高效率。也就是说，就理论上而言，风机至少还有成长到 160 米塔高的趋势，但是，要成长到如此高度，将需要塔身技术的突破。
需要新的建造高塔技术
据美国风能协会统计，目前美国风力资源最佳的区域，大多仍以 80 米塔高为主流，风力资源较差的区域，则使用 90 米以上塔高，目前美国全国共有 113 处风力发电场，总计 6,800 座风机塔高在 90 到 110 米之间，未来还将有总计名目发电容量超过 5 吉瓦的 31 处风场开发计划预计使用 90 到 110 米之间塔高。目前超过 110 米塔高的陆上风机在美国还是少数，至 2019 年上半年，全美仅有 19 座 110 米以上塔高的风机。
美国风能协会认为，谈到 110 米以上，甚至 140、160 米塔高，绝对是未来式，当打造如此高的塔身时，目前主流的钢造风塔将不再合用，必须打造全新的高塔技术，要建造越高的风塔，不仅在结构设计强度上是相当的挑战，如何才能够坚固又不会重量太重，使得风塔重量本身成为自己的结构负担？目前产业界发展的方式有钢卷管法（rolled tubular steel）、混凝土技术以及钢栅结构（lattice steel），或是以上 3 种的混合技术，到目前为止，其中还没有明显胜出的技术。
此外，对物流能力也是相当相当的考验，目前主流的兴建方式，将风塔组件在工厂先完成，载运至现地组装，随着塔身越高，组件体积重量更大、数量更多，这种做法可能不再划算，而可能是现地直接制造较具优势。例如，混凝土技术可发展现地积层制造，也就是所谓混凝土 3D 打印，而不是目前主流的先完成预铸混凝土再运到现地。
虽然越高处的风力越好，但要打造越高的风机，对塔身结构以及建造方式上也是越大的挑战，但无论如何，在经济诱因下，产业界终究会找出打造更高塔身的办法，直到更高空的风力资源的经济诱因，不足以抵销塔身增高的成本为止。
- Kissing the Sky: The Pros and Cons of Ultra-Tall Wind Turbine Towers
- Wind Developers Ordered More Turbines in Q2 Than Ever Before
- Artificial Intelligence Pushes ‘Commoditized’ Wind and Solar Power Into the Money
（首图来源：Unsplash）
