330集-綠能,能不能? 3.水圳發電



提到水力發電,各位觀眾應該不陌生,台灣許多水庫都設有水力發電設施,但大家有想過,自家附近的灌溉水圳或小河道就可以發電嗎?高1.5公尺、寬1公尺,不大的機組,裝到水圳裡,馬上就可以產生電力,這是日本近年來最新的研究發明,大幅的增加小流量小落差的發電效率,而台灣也將在今年引進做為示範,不久的將來,也許農田邊就可以看到一座座水圳發電廠。大型水輪發電機組嘎嘎作響,劃破了寧靜,台東縣卑南鄉檳朗村山腳下的這間廠房,供電雖不到台東縣用電的1%,卻是全國第一座,利用灌溉水圳發電的民營電廠。

[水力發電廠員工
徐連有]
水就從台東農田水利會那提申請水權,水權它的水源就從鹿野溪,鹿野溪的源頭就是紅葉山谷那邊,紅葉翠谷那邊,在那邊有做一個築水的砂壩、水門,水門經過初鹿一個山,那座山的隧道,導水隧道有4公里遠。

早在30年前,電廠前東家在此設立矽工廠,為供應工廠電力所需,和台電公司購買了兩部,1920年製的淘汰機組,自行發電,不巧,國際矽價一落千丈,矽工廠倒閉,直至民國93年接手的廠商,重新修復開始專營水力發電。

[水力發電廠員工
徐連有]
水量如果有,以(每)秒來說,(有)5.6立方公尺的話,就等於可以滿載,滿載就對了,滿載這樣就,一台,我一台機組有1千1百KW,兩台就有2千2百KW,2千2百KW來講,我們對台電方面的契約就1千9百KW。

利用卑南上圳水頭52.5公尺的高低落差,及每秒近5立方公尺的流量,這個水力發電廠,滿載時每小時平均可以產出2千度電,每年可產出1000萬度電,相當於2000多戶家庭一年的用電量,而發電過後的水也沒有一點浪費,回到水圳灌溉作物,可惜的是,每年乾旱期水量降低發電效率也就不高。

[水力發電廠員工
徐連有]
乾旱就期水量比較少,颱風期呢,颱風期就是這樣下雨,雨水不穩定,下大雨(的話)這樣攔沙壩會被沖走,沖走就無法入水,要入水,這段期間就全部要停機。

類似卑南上圳的水力發電廠,其實全台有許多,像是台電的美濃竹子門發電廠,或是新竹軟橋發電廠,也都是導入灌溉水利用高落差來發電,但因為這些電廠發電效率,比大壩式水力發電廠低,以往台電都曾想關閉淘汰,畢竟,大壩式水力發電廠的流量落差更大,它的發電效率可達九成以上。

[中興大學土木工程系
教授 陳榮松]
水力發電它本來就是動能跟位能,把它轉換成電能,我們講過在大流量、大落差這個都沒有問題,它的轉換效率可以高達0.9以上。

但大壩式水力發電廠伴隨著生態威脅的爭議,因此並不被列入再生能源,而利用圳路自然水量與落差的,川流式水力發電系統,才算是再生能源,早在30多年前,經濟部便曾調查,全國具開發小型水力發電潛力的灌溉設施,當時初估年發電量的潛能可達2億度,但有卑南上圳這樣高落差的水圳,畢竟有限。1984年,經濟部嘗試低落差水圳的發電可能性,並投資了1千7百萬元,在台中后里圳設置了首座低落差示範電廠。

示範電廠利用由大安溪引水的后里圳上,原有第一到第三號跌水工間設置發電設施,有效落差僅有3.6公尺,發電機裝置容量110千瓦,當時評估,年發電量可達62萬度,然而目前實際年發電量卻只有20萬到30萬度,不到預估值的一半。

而后里圳示範電廠的售電價格,每度僅1元左右,負責維護管理的台中農田水利會,根本入不敷出,又不能輕易停止運轉,早已是燙手山芋。

[台中農田水利會月眉站
站長 鄭富仁]
它這個是屬於一個示範電廠,所以它這個產權現在不是我們會裡面所有,那我們會是,只是說委託管理這樣子而已,每年又要雇工來處理,然後還要每年的維修費,這些大概就,比我們這些發電(賣)的錢還要多。

后里圳示範電廠完成後,原定還要陸續在全圳,建置共700千瓦的發電機組,卻因為發電效率不高,計畫也胎死腹中。

[水力發電設施業者
黃琮裕]
我們一般講中小型水力發電,大概就是介於1千kW(千瓦)以下,那1千kW以下呢,目前大部分都是民營的電廠,那由於水力發電還是受限於天然的條件,所以中小型水力發電,目前在台灣的發展並沒有很順暢。

其實,在效率的考量下,水力發電多集中在高落差或高流量的發電模式,而低落差又低流量的小水力發電模式,幾乎少有研究,但今年農委會與中興大學合作,將引進日本最新的微型水力發電系統,更顛覆了小型水力發電低效率的認知。

[中興大學土木工程系
教授 陳榮松]
它(日本)發展了大概3、4年之後,已經可以把現行的這個,所謂的效率,從0.2到0.3已經可以提升到0.6以上,那當然水流量越大它效率會越好。

這個微型水力發電系統,改進了傳統的螺旋式水車,水流量只要有每秒0.1立方公尺,落差只要1公尺就可以發電,而2千瓦的裝置容量,發電效率也有五成以上,即將安裝在苗栗公館的3千瓦的發電機組,預估每小時將可以生產2.3度電。

[中興大學土木工程系 
教授 陳榮松]
2.3(度)乘以24(小時)的話,一天就有55度,一天就有55度的電,所以你不要,對 你不要看它小小的,它其實可以供應好幾個家庭在用。

高1.5公尺,寬只要1公尺,體積小不會妨礙原有水路,對環境生態衝擊也低,因此,造價近百萬元台幣的微型水力發電機可運用範圍,也就不僅一般的灌溉水圳。

[中興大學土木工程系
教授 陳榮松]
其實它只要把水導進去,那有很多地方還是可以裝,就譬如說像污水處理廠,自來水放流廠,這些其實都有你可以看到這水非常多,因為(污)水處理廠處理完以後\有很多水也是要排掉,那個落差其實都可以利用。

而在日本,自2011年311地震,逐年減核後,更把以往的小型水力發電躉購價格,提高了三倍,日本各地的農田水利會,也開始大量採用微型水力發電系統。

[中興大學土木工程系
教授 陳榮松]
從去年開始,(日本政府)已經把買小水力發電,這種的民間發電的錢,已經從一度電10日圓漲到35.8,漲了3倍半,這樣的話就是說,當初我如果發現說,我20年才能回收,或30年才能回收的,我現在不用到10年我就可以回收了。

然而,由於目前台灣的川流式水力發電躉購價格,每度電只有2.46元,若採用此微型水力發電系統,預估成本回收,雖比后里圳低落差示範電廠快,但也需40年左右,因此學者便建議,在川流式水力發電躉購價未調漲前,先以區域自用為主。

[中興大學土木工程系
教授 陳榮松]
我們現在正在推廣的那個概念就是,你如果(售電)賣不好,就是自己用嘛,先自己用,這技術的成熟哪一天,我們真的要廢核,那電不夠怎麼辦,那自然很多可以發電的方式就會被受到重視。

自1905年,新店龜山完成第一座水力電廠迄今,水力發電利用已達百年的歷史,然而可供興建水庫的地點有限,較具規模及經濟性的水力發電場址,大多已開發利用,而水庫式發電的環境爭議又大,因此水力發電漸漸不被視為再生能源的主力,然而,隨著小型水力發電技術的提升,未來農田邊微小型水圳發電廠,將是可期的趨勢。

採訪/撰稿 陳君明
攝影/剪輯 徐偉文
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