小而美的英國斯托克波特微水力電廠

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文、圖─鄭元慶

空拍機從英國斯托克波特(Stockport)市外戈特(Goyt)河上的奧特斯浦(Otterspool)攔河堰下游升空後,可看到攔河堰左邊有棟建築,從建築物伸出兩台鋼製的綠色螺旋式水輪機,在水流推動下轉動產生綠電,這裡就是英國的斯托克波特微水力電廠,也是英國社區電廠成功的例子。

這個攔河堰興建於兩百多年前,原計劃用來提供紡織廠所需的電力,但廠房卻因故未能建成;想不到如今化身微水力電廠,對地球的生態環境,帶來比紡織廠更多的貢獻。

河水變綠能

時間回溯至2007年底,當時聯合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)發布的報告指出,氣候變化絕大多數是人類活動的影響,除非減少碳排放,否則地球受氣候變化的影響將日益嚴重。

在這種時空因素下,斯托克波特市人口雖只有2萬,但市政當局認為,應順應潮流,利用該市擁有的工業遺產攔河堰,將水位落差轉化為再生能源並減少碳排放,因此委託H2ope水資源公司對9座攔河堰進行設廠的洪水風險、水資源、魚類保護、所需經費等調查,最後奧特斯浦攔河堰雀屏中選,目前擔任斯托克波特水力發電公司(Stockport Hydro Limited)董事長兼執行長的亞歷山大(Ben Alexander),因身處該社區又有經營管理顧問經驗的背景,而受聘擔任計畫主持人。

根據目前英國水力協會(British Hydropower Association)對水力電廠的分級為:微微水力為5kW以下,微水力5kW至100kW,小水力100kW至5MW。亞歷山大表示,微水力裝置容量低於100瓩,因為規模較小,適合裝置在社區,供社區居民使用。當初蓋廠的目的很簡單,就是希望能與攔河堰旁的社區合作生產綠電、減少碳排,並靠綠能讓社區獲益。

籌措建廠資金主要來自社區股票發售,亞歷山大回憶,當時以「購買斯托波克水力電廠股份,可在不耗費地球資源的情況下生產綠能、提升地社區生態,且可獲合理報酬」為號召;股東們也確實是希望能為潔淨環境做出貢獻並獲益而投入資金。由於這是一項高風險的投資,因此政府給予股東們減免稅收。

亞歷山大表示,這個計畫除了少數釣客有意見之外,獲得社區大力支持。水力電廠以每股250英鎊的價格,募資30萬英鎊。此外,還有銀行貸款23萬英鎊、政府撥款10萬英鎊,以及因洪災影響延誤工期追加4萬英鎊,總建設金額為67萬英鎊。資金到位後,即開始建廠工作。2011年動工、2012年兩部阿基米德螺旋式水輪機正式併聯發電。

與河流生態系和諧共存

亞歷山大表示,由於是綠能發電,相關的建設也考慮到生態環境和野生動植物的平衡。

在建廠時期,清除了入侵性的非本土植物物種,並安裝4個蝙蝠巢箱、1個木梯和橋樑,供田鼠、水獺等哺乳動物,能在河邊自由出入,確保河流生態系穩定。

值得一提的是,水力電廠規劃取水口要高於堰堤6公分,不讓河水完全流向水輪機;在水輪機兩旁建築鋼筋水泥護欄,一方面保護水輪機,也提供多餘的空間讓水保持流動,形成人工魚梯。這也是從奧特斯浦攔河堰興建兩百多年以來,魚群首次可上溯迴游。

亞歷山大說明,當初水力電廠規劃時就確立使用有「友善魚類」之稱的阿基米德螺旋水輪機,它被公認是對魚類危害最小的水輪機。相較於其他有加壓裝置的水輪機,阿基米德轉速低,且可在正常的大氣壓力下運轉。在運轉過程中,魚類可安全地沿水輪機旁的水道通過。而其他水輪機則需加壓,這使得水流加快,對魚類有害。

「雷電」與「閃電」

水輪機兩側都有鋼筋混凝土保護,左、右側機組上方分別有Lightning(雷電)和Thunder(閃電)字樣,亞歷山大指著水輪機說:「他們是水力電廠的兩大支柱。」

相較於其他電廠僅以1號、2號的阿拉伯數字為機組命名,這裡的「雷電」和「閃電」別具創意,讓冰冷的機械設備,多了一些想像和趣味;更特別的是,他們是由當地伍德利小學(Woodley Primary School)的5年級學生想出的名字。

水力電廠靠水吃飯,利用水的位能轉為動能,再轉為水輪機的機械能,再以機械能推動發電機而得到電力。「雷電」和「閃電」這兩兄弟,利用攔河堰1.35公尺的水位落差來發電,戈特河水量充足時,每分鐘最多可通過260公噸的水量發電,兩部水輪機總裝置容量為68瓩。水輪機每分鐘26轉,為能與發電機兼容,其頂部的調速機可將轉速提高到1,000轉。

「雷電」和「閃電」可獨立操作並改變轉速,在水位較低的時候,也能產生潔淨綠能。水力電廠預期可使用40年,供應當地60戶家庭的用電,每年可減少100多噸的碳排放量。

亞歷山大表示,水力電廠2012年10月正式商轉,並納入國家電網,開始售電。不幸的是,在2015年初,「閃電」機組的混凝土基座崩壞,而被迫關閉。幸好,「雷電」仍然表現出色。經過冬季低水位的修繕,2016年3月4日「閃電」重新啟用。

亞歷山大利用2017年的乾季,對「雷電」和「閃電」進行自動化系統升級,以提高效能。該自動控制系統讓工程部門,可以遠端監控水輪機運轉和發電情形,並可測量河流流速和水位,將產生的功率與可用的水流匹配。若河水流量減少,變速控制可降低水輪機的轉速。在流量更低時,其中一部水輪機可停止運轉,以減少磨損並進行例行維護。

社區志工共同巡守

2019年10月筆者受邀參觀斯托克波特水力電廠時,適逢雨量充沛,土壤含水量達到飽和,只要下雨,雨水就直接灌進河中,帶來困擾。

亞歷山大表示,強大水流夾雜石塊雜木堵住進水口前端的攔污柵,讓水流不穩定,碰到這種情況,兩個水閘門中的一個會自動降下關閉,那部水輪機也會自動停止運傳。同時,在攔污柵之前的水流會形成漩渦,這股力道可以把污物帶離進水口,從旁邊的攔河堰往下游流走。

這個過程大約耗費10分鐘,之後攔污柵的雜物清除,閘門重新開啟,水流帶動水輪機運轉,不會損壞機器。若沒有這樣的機制,碎石、雜物和木頭會溢過架設發電機的平台,流進發電機室,損害發電設備。

誰都無法預料水流會夾帶什麼東西,在電機室裡收集了一些攔污柵清出的「紀念品」,包括洋娃娃、安全帽、各種球類等,這使得日常清淤的工作顯得格外重要,惟有進水口前端潔淨,才能保有穩定的發電量。

志工團工程組長菲利浦表示,幸好他們擁有一支35人的敬業志工隊,由當地退休股東組成,定期排班輪流查看、清除攔污柵的落葉雜物,避免堵塞發電設備,以確保水輪機持續且安全地運作。再者,全廠區都有閉路電視覆蓋,也有志工透過電腦螢幕,負責在遠端監看畫面,一發現問題就通知負責人到場排除。

減碳增電 盈餘投入環保公益

水力電廠四分之三的收入,都來自政府的躉購方案,這代表政府以長期的優惠電價來收購綠電,這筆收入可以用來逐年攤還建設與經營的成本,並提供股利給投資者。

與一般商業公司不同的是,除了投資人可以拿到2.5%~4%的利息外,公司每年也提撥約4千英鎊成立環境挑戰基金(Environmental Challenge Fund),來資助社區的環境計畫。

水力電廠在2017年11月達到1 GW的累計發電量。2018年,水力電廠的銀行抵押貸款全部還清,亞歷山大終於鬆了一口氣,他和志工們多年的心血和付出,以及股東們的投資,終於有了回報;目前該電廠的盈餘持續增加。

亞歷山大表示,今年基金可用額度為3,970英鎊,用來資助當地學校、社團提出對生態環境有益的主題計畫。3月公布17個受補助項目,包括協助樹外科醫生放置鳥類和蝙蝠箱、補助森林學校的工具和設備、宣傳節能戰略活動、提供誘捕和研究飛蛾和野生動植物的設備等。

斯托克波特微水力的例子說明,即使發電裝置容量較小,但積少成多。「水流經常變動,要和水流共存,減少損害,獲取最大發電量。」亞歷山大有感而發。再生能源別忘微水力發電,應善用既有水流,創造再生能源及利益。

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