台電月刊 - 打開電力新視野

微水力小而美 全臺陸續轉動綠色未來

739期

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裝置容量在100瓩以下的「小而美」微水力,是國家能源轉型的重要螺絲釘,台電近年不僅走入社區,協助居民建置微水力機組,也在蘭陽發電廠打造微水力測試平台,提供民間業者練兵場域,盼壯大微水力產業,最終願景是串連全臺水圳,轉動綠色未來。

2050淨零目標仰賴多元綠能,早年支撐臺灣經濟起飛的水力發電,在「物盡其用」的思維下,逐漸發展出水道、圳路、管渠等水量及落差帶動水輪機發電的小水力,台電依據聯合國及世界銀行標準,將裝置容量在100瓩以下的機組再細分為微水力。

雖然微水力發電量較低,但優勢在對於環境的衝擊小、工程較簡易快速、建造成本較低,同時也能將水資源的利用極大化,達到「小兵立大功」的效果。截至目前,台電已結合各水力發電廠轄區,自行設計安裝12部微水力示範機組,總裝置容量約 21瓩。

東部發電廠立霧微水力 設計製造全程DIY

環島一圈,總能發現微水力蹤跡,其中,東部發電廠立霧機組平均年發電量1.6億度,為花蓮地區提供穩定的綠能電力,也是台電首個進行微水力發電測試的地點。

有鑑於水資源珍貴,電廠評估可善用砂卡礑冷卻水約45公尺的落差,加上流量達到每秒0.06立方公尺,意外展開一場「落差型」微水力發電機組DIY之旅。東部發電廠廠長李重億表示,一開始是從網路平台購買水車,但因穩定度不高,水車軸承磨損太大,後來同仁決定自行改造水車,並改以感應機作為發電機,而感應機為銅門機組調速機更新時之汰舊壓油馬達,等於是廢物循環運用,再搭配電容器等,最後共耗時半年改造完成,6瓩發電併入廠內使用,自106年8月發電至今累積發電量已逾22萬度電,現微水力機組每月約可提供6分之1的廠內用電量。

值得注意的是,東部發電廠本就有自主大修能力,因此從微水力配管、閥體元件規劃、水車採購、發電機組與變壓器配裝,控制系統、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,監控和資料收集)系統建立等,均能依靠自主設計、規劃、組建完成,台電同仁的專業可見一斑。

東部發電廠是自動化電廠,李廠長表示,因為微水力機組構造單純,管控相對容易,亦納入遙控系統監測範疇,若觀察到即時發電量減少,多半是因為水源阻塞,常見漂流物包含枯枝、落葉、藻類、土石、寶特瓶等垃圾,就要派人去現場清理。

社區微水力 具防災微電網潛能

李廠長表示,立霧微水力的成功,讓外界看見微水力發展機會,但大家多半只知道「灌溉溝渠有水」,卻不知如何建置微水力,也因此,電廠決定「走出去」,微水力也成為台電與社區交流的新媒介,讓台電得以透過電力專業,拉近與地方距離,也兼具企業社會責任意義。

例如花蓮縣吉安鄉南華村福慧農場旁的水圳,109年便架設了一部由東部發電廠設計製造的川流式微水力機組,配電箱放置在水圳上的涼亭內,該機組發電量有200瓦,相當於20支手機可同時充電,至今持續正常發電,電力用於居民農具噴霧機、泡咖啡、烘焙蛋糕用,以實際行動節能減碳愛地球。

李廠長分享,社區後來申請預算,以微水力為核心進行周圍環境美化、設計營造,如今涼亭已變身為「韌性防災緊急充電與教育場域」,吉安鄉南華村也是全臺首創農村微水力示範場域。

109年6月中旬,社區舉行微水力示範場域成果發表會,村民帶著手機、電熱壺等來試驗充電成果,肯定韌性防災緊急充電模式,李廠長也受邀出席,見證「小而美」的微水力如何支持社區走向永續未來。花蓮縣福慧農場已成為當地「能源自主」的標竿,李廠長表示,目前台電退居幕後,擔任技術諮詢角色,若其他社區在微水力建設過程遇到任何挑戰,同仁便會提供技術支援,幫助社區克服難關。

微水力除了象徵綠色未來,李廠長表示,微水力發電原本就具有防災備用電源功能,在系統全黑斷電時,可即時提供緊急救災電源。舉例來說,福慧農場的自主電源即是「微電網」,只是沒有和台電系統併接,若遇上大停電、道路中斷,可提供防災型電源,讓手機充電,確保天災時通訊暢通。

蘭陽發電廠測試平台 壯大微水力產業鏈

往北走一點,蘭陽發電廠的天埤機組尾水,則兼具微水力發電機組測試平台重任。

蘭陽發電廠位於宜蘭縣三星鄉,主要取蘭陽溪水源用於運轉發電,蘭陽發電廠包含天埤及圓山機組,天埤機組有4部發電機組,總裝置容量8,375瓩,圓山機組有2部發電機組,總裝置容量18,000瓩,每年總發電量為1億3千萬度。其中,天埤機組是日治時期建成的,至今已經運轉百年,不僅帶動羅東的木材經濟,還促進宜蘭的農業和觀光發展。

時任蘭陽發電廠廠長藍家安表示,考量蘭陽發電廠水資源豐沛,尤其天埤機組尾水道是明渠,流速穩定,最大流量達30CMS(立方公尺/秒),頗具發電效益,因此在民國108年設置一座5瓩微水力發電機組。

不過,萬事起頭難,藍廠長回顧,當時研發製作的漂浮流速型微水力機組,水車可隨水位高低調整,但因運轉時水車拍打水面聲音過大,附近居民多次反應運轉噪音造成生活困擾,因此持續進行機組降噪修正設計,調整運轉時段至白天,也開放學生團體、有興趣投入微水力的業者參訪。

除此之外,110年4月台電進一步在天埤機組尾水建置流速型微水力測試平台,藍廠長表示,啟用至今已有4、5家廠商於平台進行測試,在測試期間,蘭陽發電廠會依廠商自行設計的水輪機、入水深度與葉片型式等重要參數,與廠商進行討論,協助他們提高機組運轉效率。

藍廠長補充,當時測試的機組都是廠商自行使用鋼材焊接而成,近年隨著相關經驗、資訊愈來愈多,現在廠商都有現成的模板可以參考,不用再自行設計,這也代表流速型微水力測試平台有發揮功效,助攻微水力產業發展,吸引更多民間業者一起加入、推進臺灣綠能目標。

一滴水用4次 微水力遍地開花中

源自蘭陽發電廠發電尾水的宜蘭三星安農溪,可說是微水力首選之地,除了台電之外,民間廠商「恆水創電」也是以這裡為據點,進行微水力發電,甚至已與半導體代工龍頭台灣積體電路製造公司(台積電)簽訂購售電合約。

因應淨零排放目標,國內積極發展綠能,藍廠長表示,微水力是最友善的資源,小至灌溉溝渠都有發展潛力,有不少業者正在尋覓合適微水力設置地點,或已在申辦手續階段,若能將全臺水圳串連起來,必定能積少成多,促進微水力遍地開花。

他進一步說,水資源可一直循環利用,例如蘭陽發電廠發電尾水「1滴水可以利用4次」,從蘭陽發電廠發電開始,發電後尾水流經廠內微水力發電機組、微水力測試平台,流至下游後更能提供給三星、羅東等區域的民生、農田灌溉用水,如此善加利用便能達到資源效益最大化。

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