台電月刊 - 打開電力新視野

突圍百年大旱 大甲溪發電廠的精進與調適

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

「長達601天的守候,德基女神再現1,400公尺水位、蓄水率近9成的美麗容顏!」今(2021)年8月10日,台電水力系統人員的感性貼文引起迴響,宣告臺灣水力發電重心的大甲溪流域,終於度過建庫以來最大缺水危機。大甲溪發電廠秉持使命必達精神,持續強化體質、精進管理,樹立氣候調適典範。

9月上旬,來到中橫公路台8線,上午7點谷關管制站準時開啟柵欄,十多台往梨山方向車輛抓緊時間前行(僅許可梨山居民以及電廠相關人員通行)。在管制多年的蜿蜒道路上,穿越層巒疊嶂與深邃峽谷,遠方的劍山磅礡聳立,一個轉彎,藏在山坳的青山壩,露出如鏡的美麗容顏,此行的終點則是大甲溪上游、標高1,460公尺(控制大樓8樓)的德基水庫。

921大地震前,這條路徑曾是往來東西部的幹道之一,人車鼎沸,如今盛況不再,但河床溪谷間的水壩、發電機和隧道,在台電細心運維下,仍持續為下游的人類生活運轉服務。

大甲溪源頭,可上溯至南湖大山、雪山山脈以南的南湖溪、合歡溪、七家灣溪等主要支流的匯流。利用上游德基水庫到下游馬鞍機組接近1,000公尺的海拔落差,台電在大甲溪沿岸設置德基、青山、谷關、天輪、馬鞍等5座分廠,並以馬鞍機組為下游最後樞紐,裝置容量約110萬瓩,總發電量佔慣常水力發電的50%,為臺灣水力發電重心,如遇供電不足或緊急狀況時,可機動調增提供系統約3%淨尖峰裝置容量,對系統供電可靠度有關鍵影響。

其中最上游的德基水庫,庫容超過1.86億立方公尺,在全臺水庫容量排名第四(次於曾文、翡翠、石門水庫),也是海拔與壩體(180公尺)最高的水庫。自1974年由台電建造啟用以來,發電之外並同時肩負配合提供中部民生用水重任,發電後尾水經石岡壩再供給下游使用。然而,今(2021)年2月以來的持續乾旱,導致水情吃緊,發電量亦大幅減少46%。2月3日,德基水庫水位降至最低發電取水口的1,350公尺以下,因而停止發電,5月24日更降至1,321.89公尺,此為德基水庫建庫47年以來的歷史最低點。

大甲溪發電廠洪文和廠長直呼:「沒有遇過這樣的情形!」鄭財河運轉經理描述庫底面貌:「並非原本想像的平整,而是如同山稜線般蜿蜒。」天然的河道呈現乾涸且露出淤泥,部分河道沙洲上還長滿茂密芒草。

史上最低水位 戮力協調供水與發電

「發電須兼顧下游用水,雖然台電是德基水庫所有者和管理機構,但必須依據水利署指令蓄水或供水,無法任意放水發電。」洪文和翻著《德基水庫運用要點》指出,「水庫水位超過運用規線時,以電力系統調度為主,必要時配合下游各標的用水需求放水。但當水位在運用規線以下時,就像今年大旱期間,除電力系統處於緊急狀況外,應配合下游各標的用水需求放水。」

自4月6日中部啟動民生限水措施以來,廠方每天上午7時固定向水利署中區水資源局傳遞水情資訊,通報即時水位;因德基水庫水位逐漸下降,在水利署嚴格管控下,供水量由每週320萬噸,縮減至每週180萬噸。

「乾旱期間,全國都緊盯德基水位,每天照三餐接應媒體電話,有時加宵夜都要回答!」大甲溪發電廠副廠長王義燾和運轉經理鄭財河雙雙苦笑,秀出手機裡的LINE群組,滿滿都是記者、上級單位詢問水情的訊息。除了忙於公關應對,電廠人員這段期間更得在限制供水量的大前提下,仔細調配上下游各水庫與水壩的蓄水量,嚴謹操作發電機組,「雖然發電量減少,能放水還是要盡量發,除了幫助電力系統調度,也將水資源利用最大化。」王義燾解釋。

即使2月3日之後,德基分廠因水庫水位過低無法取水發電,但仍可透過「永久河道放流口」放水至下游的電廠發電,且大甲溪支流仍能為德基下游的水庫挹注部分水量,不過放水量與時機仍需跟水利署及中水局密切協商。

趁旱維護水工設施 老天眷顧解除空庫危機

德基水庫是今年最遲「解渴」的水庫,「5月底水庫水位達到最低點,僅庫存196萬噸,德基水庫流量微小到僅有3CMS(立方公尺/秒)。」如何理解這破天荒的「小」?鄭財河生動比喻:「家戶水塔容量1座約1噸,3CMS的流量,就像每秒只有3個水塔的水量流過河床!」大約是德基滿載發電時180CMS流量的60分之1,不難想像乾旱期水量捉襟見肘的窘況。

眼看就要面臨空庫危機,「幸好隔幾天就迎來梅雨,感謝老天眷顧。」鄭財河翻開手上厚厚一疊水位資料,可見5月底入流量遽升的明顯變化。6月6日,中部終於解除民生限水令。雖然德基水位線在6月初就回升到最低發電下限的1,350公尺,但仍受限於水利署的供水調控。直到8月初颱風帶來西南氣流持續為德基水庫大進帳,8月12日才正式回復發電。

另一個助德基水庫撐過難關的措施,是支流志樂溪的水量挹注。「電廠的土木組很努力,把斷了好幾年的志樂路搶通,恢復從志樂溪引水進德基,加上志樂溪78平方公里的集水區,可以多添1.5CMS流量,對枯水期而言真的是如獲甘霖,得以維持供水水位。」王義燾說。

在等待天降甘霖的期間,即使因缺水而減少發電,大甲溪發電廠也沒有閒下來,而是趁著低水位出動空拍機拍攝裸露設施與邊坡,同時盤點需要保養的設備,進行水庫安全檢查及維護、壩座及周圍邊坡地錨檢測維護、堰面底欄補修維護等水工設施修護工作。「面對氣候變異,電廠必須改善硬體體質,提升應對下一波衝擊的能力。」洪文和指出。

多管齊下排砂清淤 厚植防護力

大旱期間,大甲溪發電廠也趁機加強清淤。今年8月初豪雨來襲時,德基水庫水位一舉達到1,400公尺以上,德基女神再現滿水美景,下游的谷關、天輪及馬鞍壩便趁此時機進行空庫排砂操作,「一時間水流聲、落石聲、工作聲響徹原始的大甲溪河谷。工作同仁『全廠一命』,利用水力排砂,為下游的各水庫洗洗澡,排渾蓄清,以利蓄存珍貴水資源,也讓水力機組提前歸隊。」發電處水力營運組洪文龍組長生動描述。

雖然德基水庫淤積率約19.64%,相較其他大型水庫而言較為健康,但德基水庫庫容佔大甲溪5座水庫的97%,扮演整體控制的樞紐,其入流量、清淤成效,都會影響下游各水庫的庫容變化。德基水庫成為經濟部列管的13座重要水庫之一,且要在2031年達水庫泥砂進出平衡。

鄭財河說,上一次為大甲溪沿線電廠帶來豐水的颱風,是2016年9月的梅姬颱風,當時為德基水庫帶來2,500CMS的超大入流量,排洪量2,300CMS,為歷年最大排洪量。但梅姬颱風過後至今,德基水庫未再操作排洪。

為了防淤,台電正辦理德基水庫抽泥規劃,預計2023年底前抽泥86萬立方公尺,未來德基水庫清淤策略是低水位時採取陸挖清淤,高水位時庫區抽泥為主。

洪文和廠長表示,土木組正在試驗「混水發電」,即為抽取庫底沉泥攪拌均勻後發電,同時,機組「過流件」(水流過機組時接觸到的零件之統稱)也將陸續做硬面處理,電廠還與廠商合作,利用新開發的材料如聚脲材料,塗布於排洪堰道混凝土上以加強耐磨力。「多管齊下是為了加強綜合成效,延長水庫壽命與提升機組韌性。」

天公伯賜雨不確定 科技系統促效益

臺灣中南部河川水量豐枯交替,流量變化大,是水力電廠的宿命。半世紀首見的嚴重旱災,讓未來水力電廠運轉更具挑戰,除了應付緊急危機,更須前瞻思維、有備無患。特別是大甲溪為串聯式水力發電,上游至下游各壩連動影響,必須整體掌握,減低天災帶來的連鎖效應。

洪文和將水力電廠經營分為三面向:電能、水資源、企業人文管理,「其中最難掌握的是水資源,因為天候有很高的不確定性。」而電廠的因應之道是善用大數據智慧管理,並持續強化電廠體質。

因應氣候變遷對水力發電的影響,大甲溪發電廠曾委託台電綜合研究所,於2016年建立完成「德基水庫1至48小時水位預測」系統,可在海上颱風警報發布時,即掌握水庫入流量及水位的變化,進而實施水庫最佳化運轉操作模式,以獲得最大發電效益,並確保下游各水庫運轉操作安全。

這項預測系統結合集水區雨量預報資訊及雨量站、水庫水位、排洪量與發電量的即時監控及操作資訊,運用類神經網路技術開發而成,曾獲2017年亞洲電力獎「再生能源計畫—水力發電計畫」金牌獎之殊榮。

洪文和說,今年乾旱期間,電廠建立了更為詳細的每日水情資料庫,另導入科技化管理作為,整合既有水庫安全監測系統、水文資訊系統、地震監測系統、泥砂濃度監測系統、邊坡自動經緯儀監測系統等資訊,建立智慧化安全管理平台,可自動即時分析與判釋並及時預警,以利即時管控水庫安全風險,並提升水庫管理成效。

氣候頻頻出考題 積極尋求最佳解

異於過往的氣候型態,還帶來其他新挑戰,需要適時改變策略。例如,枯水期讓河床芒草迅速增長,待雨季大水一來,草全部被刨剜,加上長時間旱象後的雨水帶來大量泥砂、垃圾及漂流木,擋住攔污柵,造成阻塞無法取水,大甲溪靠近下游的天輪、馬鞍河段芒草淤積狀況尤甚,必須電廠全體動員全力清淤,才能發電。

「以前都沒有遇過這種問題,一旦除污量大,靠人工清理,根本緩不濟急,應改為自動清污設備。這些都是看似微小,但會造成系統性效應的問題。各種方法都要不斷嘗試,才能強化電廠韌性。」洪文和堅定表示。

身兼電廠環境教育講師的鄭財河,對電廠周圍的花草樹木、蟲魚鳥獸如數家珍,每次導覽完,他總會提醒來訪者水電共生的價值:大甲溪的水庫蓄水主要仰賴西南氣流與颱風帶來的豐沛水氣,每一滴水都非常珍貴,經過電廠人員辛勤節流,與日復一日維護機組,再經過長距離輸電線送至家家戶戶,每一度電都得來不易。「維護好自然生態,水力發電才能永續。」

從921大地震、桃芝和敏督利颱風以來,大甲溪發電廠屢屢遭逢自然的嚴峻考驗,半世紀首見的大旱,更是新型態挑戰的起點。台電秉持「使命必達」的精神,將如以往以科學和技術戮力解決困難,面對大自然也懷抱謙卑態度,審慎應對氣候變遷挑戰。

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