台電月刊 - 打開電力新視野

水力發電的氣候調適策略與風險管理

成功大學水利及海洋工程學系名譽教授 游保杉

706期

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口述—成功大學水利及海洋工程學系名譽教授 游保杉 採訪、整理—李宛澍

氣候變異影響下,缺水衝擊水力發電,影響電力系統調度,進而對淨零碳排目標之達成增加變數,必須及早研提調適因應策略與風險管理措施。

去(2020)年在極端氣候趨勢下,臺灣遭逢半世紀以來大旱,去年臺灣夏天也特別熱,而今年則是高溫提早在5月份到來。不只臺灣,全球各地打破多項氣候紀錄,颶風、野火、熱浪、洪水、乾旱、致災性暴雨、森林野火的畫面觸目驚心,令人印象深刻。高溫、缺水對發電的衝擊大,也影響電力調度系統的彈性,高溫也會降低身體活力、專注力與生產力,影響層面甚廣。今年8月份的《科學雜誌》(Science)便指出,未來新世代將面對常態性的極端氣候,異常現象出現的頻率也會愈來愈高,而這些現象都是不可逆的,對於生存有極大威脅。

旱澇交替成長期現象 對能源轉型構成變數

當極端氣候遇上節節攀升的用電負載,全球必須研擬溫室氣體減量措施,加快腳步發展乾淨的再生能源,並提升發電效能,包括水力、風力、太陽能等。其中,水力發電具有快速啟動的優點,水力也是較低排碳的發電來源,國際能源總署特別呼籲世界各國,重視水力發電對淨零碳排目標達成之重要性,建議將水力發電積極納入能源計畫中。

根據長期紀錄,臺灣平均每年會有3.3個颱風過境,颱風雖會帶來風災,也會帶來雨量。然而,最近5年(2017-2021年),颱風大多只有掃過臺灣邊緣,幸而還有西南氣流帶來雨量。雨量的不確定性增強,使得缺水危機成為新常態,這對水力發電來說是不利因素。

2013年我曾接受台電委託,以聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)於2007年公告的「第4次氣候變遷評估報告」為基礎,評估氣候變遷下,不同氣候情境對大甲溪上游降雨變遷及對大甲溪水力發電的影響。當時估算2020年至2039 年,相較於1980年至1999 年基期,發現在「溫室氣體減量樂觀」以及「溫室氣體減量正常」兩種情境下,大甲溪年平均發電量分別可能增加14.5%及0.4%,但若是在「溫室氣體減量悲觀」情境下,則可能減少11.3%。

提升水力發電位階 共創淨零永續未來

轉眼現在已經是2021年,今年IPCC已經發布「第6次氣候變遷評估報告」,宣布全球進入氣候緊急狀態。回頭看當時預設的氣候情境,極端氣候與溫室效應的狀況都接近預估模型中的「溫室氣體減量悲觀」情境,尤其現階段更惡化、更不樂觀的情境之下,平均溫度已經較當時的預估值提高0.7°C,預估2020年至2039年大甲溪的年平均發電量,相較1980年至1999 年可能減少11.3%。能源主管單位與台電宜全面評估長期氣候與短期天氣變異對水力發電的衝擊影響,提早因應。

以調適策略而言,台電宜提升水力發電在公司管理單位的位階與重要性。臺灣水力發電主力為大甲溪流域與濁水溪流兩大系統,大甲溪水力發電系統以德基水庫為主,濁水溪流以霧社水庫與日月潭為主。然而,德基水庫目前淤積近20%,霧社水庫淤積近70%,減少現有水庫淤積、進而增加水庫有效容量為當務之急,建議能訂定逐年恢復水庫有效蓄水量的長期計畫與經費編列。

以短期風險管理措施而言,建議可導入未來幾個月之流量預報產品,了解未來可用水量與發電量,及早掌握短期水文變化對於水力發電之可能影響,以利整體用電調度與即時因應。同時,定期針對水力發電廠重要核心設備進行脆弱度盤查,改善高脆弱度之核心設備,以提升水力電廠之發電韌性。

另一方面,未來水力發電量的減少,勢必得由其他能源來替代,而有可能因此增加碳排放量,對淨零碳排目標之達成將增加變數。因此,應盡速依據IPCC最新發布的氣候變遷情境,盤點水力發電廠的風險評估,以了解氣候變遷與極端事件對水力電廠年發電量可能衝擊,適時調整減碳對策,以達成2050年淨零碳排目標。

用水與發電使用的是同一水源,在實務操作上,是由水利單位主導水資源的分配順序,民生用水優先,水力發電其次。然而,在極端氣候下,水資源會愈來愈珍貴,尤其乾旱期間,水力發電會與其他用水形成競爭合作的關係。面對未來將反覆出現的高溫、缺水情況,為免衝擊電網彈性與電力調度,需要有更靈活智慧的用水/發電協商機制與調控模式,善用寶貴的每一滴水。

推廣小水力 還需政策引導與配套

臺灣未來很難再興建大型水庫,除了持續強化現有的水力發電系統外,也要另闢蹊徑將水力資源極大化,利用現有水庫發展抽蓄水力,以及開發小水力,是明確可行的方向,台電已在評估進行抽蓄電廠計畫,也與水利署轄下各區水資源局合作推動小水力中。

先前水利署已盤點全臺可以發展小水力的潛力場址,包含灌溉系統、河川共有79處。另外,農委會農田水利署正在調查微水力的潛力場址,共有27處。在這些調查基礎上,能適應各種流速與水頭落差的水輪發電機,都可以應用與配合。站在鼓勵再生能源的立場上,政府必須透過提高躉購費率或提出具有誘因的配套政策,才能進一步推廣小水力、微水力。

游保杉名譽教授

英國伯明罕大學土木系博士,現任成功大學名譽教授、亞通利大能源公司獨立董事。曾擔任台灣電力公司營建處工程師、國家災害防救科技中心洪/旱災害防救組召集人、國家實驗研究院臺灣颱風洪水研究中心資深顧問、國立成功大學工學院院長。

專長為水文水資源、洪水預報、氣候變遷對水資源之影響、韌性水城市等。

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