小水力大功


台灣政府自2016年起大力推行能源轉型政策,除了政策與產業大力推動的風力與光電之外,在廣袤的農業地區、以及山高坡陡的山地,更是蘊藏著十分豐富的水力資源。而順應電網分散的精神,如何從小型的水力系統當中取得電力的「小型/微型水力發電」,也成為下一個階段再生能源發展的焦點。MoneyDJ專題帶你認識這個未來潛力估達GW級以上的發電形式。

小水力發電到底是什麼?

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    • 裝置容量低於20MW(實務2MW以下

    • 在水道、圳路、管渠或水利設施上建置

    • 取用非抽蓄式水力的位能或者動能發電

水力發電技術發展悠久,擁有超過150年的歷史,同時也是最為「老牌」的再生能源——只要有水,利用水量、流速、落差造成的位能轉換為動能,帶動水輪機產生電力,就能發電,且發電過程零碳排,零廢棄物。

除了原本河川、圳溝邊就有的「水聲」,小水力發電也不會形成額外的噪音。

就法律定義而言,根據《再生能源發展條例》,小水力發電是指「利用水道、圳路、管渠或其他水力用水以外用途之水利建造物之原有水量及落差,以直接設置或另設旁通水路設置之方式,轉換非抽蓄式水力為電能,且裝置容量未達20MW的發電方式。」根據水利署統計,台灣的川流式發電潛力有108處、裝置容量潛力達130MW、灌溉溝渠約 30MW,不過業界認為,如果把更小型的場域農田水利系統的灌溉溝渠等納入,積沙成塔,涓滴成河,整個台灣蘊藏的的小水力數字將會是數倍之多。

在台灣,包括蘊含了豐富水力資源的大甲溪,以及台灣最大湖泊日月潭,都設有多座大容量的水力發電機組。不過,由於過去台灣水力電廠的開發,多數都是以大規模開墾、建設水壩或者攔河堰後,再加設壓力鋼管等方式,再以水力蘊藏的位能差來發電,對於環境的影響較大,因此近年來新增設的大型水力發電機組十分有限。

而地狹人稠的台灣,可供設置大型水力發電機組的場址亦日漸稀少,近年來,水力發電的發展重點也逐步從大型機組轉向20MW以下的小型機組。不過,由於2MW-20MW實務上仍是台電的傳統「守備範圍」,民間開發多以2MW以下的小型、乃至於微型水力發電為重心

小水力發電的優/缺點?

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哪裡可以設置小水力發電?

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只要有水流動,可以發電的就是好水

上水:自來水系統

下水:污水處理系統

農業用水: 農業灌渠圳路系統

河水:第一、二級河川

尾水:電廠與水壩的調整池、放流池、發電尾水等

伏流水:各種具有落差的伏流水源

在台灣,由農田水利署管轄的農田灌溉圳路,廣佈於約38萬公頃的國土上,光是具備一定流速與流量的幹線長度,就長達3,666公里。

由於農田灌溉渠道的落差普遍不大,相較於水頭落差的發電方式,農田灌溉系統更適合設置流速型的小水力發電機組,以水流的動能推動發電。針對單一機組發電量較小的缺點,則可以將多組流速型的水力發電機組採取陣列整合,發揮「小水力大功」的效能,提供分散式電網穩定的電力來源。

另一方面,設置在天然河流流域的小水力發電機組,對於水情榮枯仍具有一定的敏感性,因此,將小水力發電機組設置在自來水廠的進水系統、以及出水系統管線也是解決方案之一。透過自來水公司對於民生與工業用水的流量調度,形成水流,只要水情沒有走到限水、停供的一步,裝載在自來水廠上水端的小水力發電系統,理論上的發電也將可以隨著自來水系統而「源源不絕」。

事實上,目前國內已經有多座河川型小水力發電的併網實績,而針對落水頭高差較難覓得合適場址的問題,技術上也已發展出最低僅需不到1.3m落差就可發電的機組。台灣平原廣袤,農田灌溉渠道多而且密集,設置在水道上的小水力發電「不與人爭地」的特性,未來將是台灣綠能發展的一大要角。


製作小組

記者|羅毓嘉

設計|何俊德