台電月刊 - 打開電力新視野

化大旱危機為轉機 水力電廠靈活進擊

706期

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採訪、文字—李宛澍、王舜薇、黃郁晴、陳歆怡、紅藍創意團隊 攝影—發電處、大甲溪發電廠、大觀發電廠、明潭發電廠、王鴻俊、鄭元慶 協助—水利署中區水資源局、台電營建處、發電處、大甲溪發電廠、大觀發電廠、明潭發電廠、綜合施工處 審查—台電月刊編輯小組

氣候變遷影響下,旱澇交替成常態,台電靈活調整水力電廠運維策略,更積極開發小水力與抽蓄水力,善用得來不易的每滴水、每度電,為水力發電擘劃永續願景。

從去(2020)年到今年上半年,除北臺灣外,中南部地區雨量偏少,颱風也未登陸,釀成半世紀來最嚴重旱災。水情告急下,西部縣市紛紛祭出減壓供水、限水、休耕、歇業等措施撙節用水,不只民生不便,更影響到工業生產,水荒上升為國安議題。

最觸目驚心的畫面是水庫見底。石門水庫原被淹沒的土地公廟露出水面,日月潭的九蛙疊像乾涸矗立、大竹湖水域更成了青青草原,1974年啟用的德基水庫因水位低於取水口的1,350公尺,德基分廠史上首度暫停發電。

久旱望雲霓,今年6月進入梅雨季,各地逐漸有水入庫,6月中旬,日月潭水庫水位達到745公尺、蓄水率近9成,重現水天一色美景。8月初,颱風帶來西南氣流持續為德基水庫大進帳,德基分廠在睽違6個多月後,8月12日終於啟動發電,宣告解除旱象危機。

水力發電多重優勢 不可或缺的關鍵少數

據統計,扣除台電所承攬營運的電廠,去(2020)年慣常水力發電的整體發電量僅23.9億度,較2019年度發電量46.2億度相差了22.3億度,發電量銳減近48.29%。今年首季,水力發電量比去年同期下降15%左右,尤其居於龍頭地位的大甲溪發電廠,發電量更大幅減少46%,衝擊供電系統。至於具儲能價值、配合電力系統調度的抽蓄水力機組,因為是將水在上、下池間循環利用,受氣候影響程度較小。

「水力發電的發電量約佔整體發電系統的2%~3%,看似微小,卻是不可或缺的『關鍵少數』。」在台電服務33年,跑遍各地水力電廠的水火力發電事業部執行長兼副總經理郭天合指出,水力發電在確保穩定供電上「從來都不曾缺席」。水力機組具有快速啟動的優點,又是乾淨環保的能源,於今日「再生能源極大化」的政策目標下,更顯珍貴。

抽蓄機組的特性是啟動迅速、升降載速度快,能發揮即時調頻功能,對電力系統穩定運轉至為重要。近3年來,隨著再生能源大量併網與夜尖峰出現,「水力抽蓄機組從以往每天一抽一發,轉為一天兩抽兩發,機組維護頻率與值班人員的工作強度都大大增加。」郭天合說。

郭天合再以今年517大停電為例,說明水力發電做為系統緊急救援的重要角色。當天下午興達發電廠1號機設備故障跳機後,除了火力系統全數滿載發電,也立即調度水力機組,「水情不佳,少了約100萬瓩的慣常機組,10部抽蓄機組則立即併聯,補上260萬瓩的缺口。然而到了傍晚夜尖峰時段,抽蓄機組無法持續發電,各種狀況疊加下不得不分區輪流供電,就差了臨門一腳!」郭天合指出,當晚明潭發電廠協調水利署中區水資源局,讓明潭下池再放水到集集攔河堰續存,因此能多出133萬瓩的發電量,爭取電力系統復原時間,未浪費任何一滴水資源。

精算每一滴水的價值 兼顧供水與發電

風調雨順的承平時期,台電身為水庫管理機構,每月會和經濟部水利署轄下各區水資源局召開「水資源調配會議」,計算每旬民生用水的水量,水力電廠再回報給中央電力調度系統,配合系統調度的需要,安排適當時間放水發電,兼顧供水與發電。

自今年4月6日中部啟動民生限水措施以來,水情檢討機制提升至中央層級的經濟部,民生用水量計算頻率則從一旬縮短為每日。水利署同意,德基水庫若遇到電力系統備轉容量低於10%,德基機組可以發電放水,經大甲溪串聯式電廠發電後,尾水先存放在馬鞍後池,待需要民生用水時,再將水放至石岡壩,供民生用水使用。「至於一天之內何時放水,就由電廠配合電力調度精準調控,哪時最缺電,就哪時放水發電。」發電處簡進興副處長說。

大旱期間,水力電廠的管理思維和策略也即時做出調整,不因沒水發電而清閒,反而有更多防患未然的基礎功要忙。

首先,要延長水庫壽命與效能,必須定期排砂、清淤,達到泥砂「進出平衡」,也兼達成政府水資源永續經營、國土保育的目標。簡進興指出,乾旱期水利署與台電都加強清淤力道,然而乾旱期只能靠陸挖清淤,效果有限,水力排砂則是趁著颱風天水大時開啓排砂孔道,利用水力將淤積的砂石沖積到下游,「清淤量至少10萬噸起跳,百萬噸正常,效益最高。」至於抽泥船是以機具抽砂疏濬,成本較高。

以日月潭水庫為例,其淤積量約18.9%,在全臺水庫屬於資優生,但今年趁著乾旱期,由台電、國軍與河川局共同完成清淤3.29萬立方公尺,台電也趁機清除潭區垃圾、對裸露邊坡緊急空拍建檔,以更精準掌握設施狀況、邊坡地形與淤積數據。為了在2031年達到泥砂「進出平衡」目標,台電去年起著手辦理日月潭「水力發電排砂」方案,預定2022年開始執行,做法是在大竹湖抽取淤泥與發電用水混合,經由長4公里的水下管線送到大觀一廠進水口,透過水力機組同時發電與排砂,經下游鉅工分廠尾水出口流入水里溪,並排定排砂時機執行操作,避免影響到水里溪居民的生活與觀光遊憩。

「臺灣難以再擴充興建水庫設施,將既有水庫的效益極大化,不但兼顧用水,也有助穩定供電,可謂雙贏。」郭天合副總點出。為求長治久安,目前台電已經編列50億預算要整治淤積嚴重的霧社水庫,將在水庫旁另闢排砂隧道,利用水力排砂,預估年排砂量75萬立方公尺,加計機械抽泥之年清淤量60萬立方公尺,估計每年可增加約135萬立方公尺的淤泥去化量。台電另將推動武界壩改造計畫,要將排洪門底檻下降6公尺,藉由提升排洪期間水力排砂效能,增加武界壩有效庫容,同時提高沉澱泥砂效果,以減少進入日月潭之泥砂量。

趁著今年乾旱期間,台電同時對水力機組重點檢修,已陸續完成粗坑、天輪3號機、馬鞍1號機、天埤3號機等13部機組的大修工作,面對氣候變異,各種預防性維護機制將持續辦理,提升電廠防護力。

小水力涓滴成電 抽蓄機組多功應變

按照政府2025年再生能源占比20%目標,慣常水力發電裝置容量需從現有的209.3萬瓩提高到215萬瓩,台電早有策略藍圖,包含開發小水力與中型水力計畫。

小水力意指利用圳路或既有水利設施,設置未達2萬瓩的水力發電系統。目前台電與水利署各區水資源局合作,施工中的小水力有10處,裝置容量共計約2.6萬瓩。

中型水力計畫方面,台電正規劃萬里、北克萊及大馬等3處計畫,裝置容量共計約11.2萬瓩,目前萬里計畫正在進行環評前的調查工作,北克萊及大馬計畫將進行初步可行性評估。

因應再生能源變動性、夜尖峰調節、強化電力事故因應能力等需求,台電也正規劃利用現有水庫增建抽蓄水力發電機組,其一是「大甲溪光明計畫」,利用既有的德基水庫為上池,谷關壩為下池,裝置容量35萬瓩,工期預計9年,目前陳經濟部審查中;其二是規模較小的「石門水庫右岸計畫」,刻正進行可行性評估。

極端氣候遇上能源轉型,對水力發電的永續經營提出叩問,也是蛻變的契機。根據科技部「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台」今年8月提出的臺灣氣候變化趨勢報告指出,「每年連續不降雨日數」、「年最大1日暴雨強度」在未來30年都有增加趨勢,可見「旱澇急轉」是未來氣候型態,氣候調適措施勢在必行。

大旱考驗,台電正面迎擊,多管齊下調整體質,結合智慧科技精進管理,期許水力發電與山川共存、代代傳承、輪轉不息。

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