缺水如何影響供電? 水力發電那些小而重要的事——全台最大儲能電池「日月潭」的乾涸危機 | 環境資訊中心

缺水如何影響供電? 水力發電那些小而重要的事——全台最大儲能電池「日月潭」的乾涸危機

2021年05月25日
環境資訊中心記者 孫文臨報導

今年5月連續發生兩次全台大停電事故,缺電傳言再次甚囂塵上。經濟部坦言,氣候變遷導致台灣史上最嚴重的缺水與破紀錄的5月高溫,使得電力系統應接不暇。為什麼缺水連帶影響電力供應?除了許多慣常水力機組無法發揮,全台最大儲能電池——「日月潭」逐漸乾涸也是一個原因。

跟著環境資訊中心走一趟中部用水源頭,來到水位創下歷史新低的日月潭,蓄水量只剩兩成五,為了留住珍貴水資源,面對發電與儲水的難題。


台灣面臨史上最嚴峻的旱災,全台最大水力發電設施日月潭水庫露出大面積龜裂的潭底。孫文臨攝

一滴水發無數次電  認識全台最大儲能系統日月潭

馳名中外的名勝日月潭,每到旅遊旺季總是遊人如織,但遊客們可能不知道,這座美麗的淡水湖泊,不僅是一座離槽水庫,更是維持台灣供電穩定的重要發電設施。

日月潭的水來自濁水溪上游的武界壩與栗栖壩,攔截溪水後,經由15公里長的引水道送水入日月潭;水社壩與頭社壩完工後,日月潭水庫才算完成,設計容量約1.7億立方公尺,有效容量現在僅剩約1.3億立方公尺,淤積率約20%。

利用高低落差的水流力量推動發電機的原理,水力發電是世界主要的電力供應來源之一,世界前十大發電廠中,就有8座為水力發電機組。


日月潭水位已下降逾17公尺,有不少遊客直接走在乾涸的日月潭水庫內。資料照,孫文臨攝

台電說明,水力發電僅需3~5分鐘即可支援電網,是升降載最快速的發電機組,且為乾淨能源。也因此,有別於水利署管理的水庫以供水為主要能力,中部地區的德基水庫、霧社水庫、日月潭水庫都是由台電管理,肩負發電的任務。

有如「最大電池」  日月潭善用水力發電  堪比半座中火

水力發電大致可分為「慣常水力」與「抽蓄水力」兩種類型,慣常水力發電後的尾水直接排至下游;抽蓄水力則像一座巨大的儲能設施,在用電尖峰由上池放水到下池「發電」,發完電後把水貯存在下池,待用電離峰時,再將水從下池抽回上池「充電」,反覆利用。

日月潭共有三個出水口,分別將水送到大觀一廠、大觀二廠及明潭電廠發電。「大觀一廠」是最早興建的機組,1934年日治時期就已啟用,共有5部慣常水力機組。發電後的尾水排到下游調整池,供「明潭電廠鉅工分廠」2部慣常水力機組再次發電,發電後尾水會排至水里溪,並與濁水溪匯流至集集攔河堰,供水給彰化、雲林地區的民生、農業及工業使用。

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大觀發電廠二廠以日月潭為上池、明湖水庫為下池,經310公尺的高低落差進行抽蓄水力發電。孫文臨攝

大觀二廠及明潭電廠則為抽蓄式水力發電,分別啟用於1985年、1995年。「大觀二廠」以日月潭為上池、明湖水庫(復旦池)為下池,共有4部發電機組,裝置容量約1000MW,發電後的尾水會貯存於明湖水庫,再抽回日月潭,或放流至明潭水庫。

明潭電廠則以日月潭為上池、明潭水庫為下池,有6部發電機組,裝置容量約1600MW,是世界第十大的抽蓄水力電廠,發電後的尾水貯存於明潭水庫,再回抽到日月潭,或透過水里機組發電後排放到水里溪,再與濁水溪匯流至集集攔河堰,替濁水溪下游地區供水。

大觀二廠與明潭電廠的抽蓄機組裝置容量合計2600MW,將近半座台中火力發電廠。相較之下,同樣利用日月潭水庫發電的慣常水力機組(大觀一廠、鉅工、水里等共8部機組)總裝置容量僅約166MW。

濁水溪流域電力設施圖。圖片來源:台電

大觀發電廠。圖片來源:水利署第四河川局

日月潭水庫由台電大觀發電廠管理,右側即為大觀二廠的下池明湖水庫。圖片來源:水利署第四河川局

缺水時期  有水也不能發電  日月潭快成「乾電池」

在缺水時期,慣常水力機組難以全速運作,而抽蓄水力為了蓄水,也無法完全發揮發電功能。如同燃氣機組需要天然氣的穩定供應才能運轉,水力發電機組也需要充足的水資源才能發電,今年嚴重的乾旱,已讓諸多水力發電機組停擺。

因水位過低,大甲溪最上游的德基水庫2月起停止發電;濁水溪最上游的霧社水庫需每天蓄水約20個小時,才能發電4小時;日月潭水庫的水力發電機組,則考量貯存珍貴水資源,配合中區水資源局調度,每天定量放水到集集攔河堰,無法全力發電。

武界壩與與栗栖壩攔截溪水送入日月潭,進水口淤積明顯。圖片來源:台電月刊

武界壩與栗栖壩攔截溪水送入日月潭,進水口淤積明顯。圖片來源:台電月刊

水力發電機組的需水量多寡,和其高低落差有關。大觀二廠發電機組與日月潭落差約310公尺,約須93CMS(立方公尺/秒)的水才可推動一部250MW的發電機。而明潭抽蓄式發電機組則有380公尺的落差,82CMS即可推動一部267MW的水力發電機。

不過,正如同充電電池有容量限制,抽蓄式水力發電同樣也有容量限制,除了上池的水用完就要停止發電外,下池一旦放滿了,也無法再放水發電,除非將水再往下游放。明湖與明潭兩座水庫總容量合計約為2000萬噸。

517停電時,台電就臨時從明潭水庫放流約20萬公噸的尾水排至濁水溪,引起爭議,但台電大觀電廠澄清,放流的水仍會蓄存在下游集集攔河堰,目前每日需供水約60萬噸到集集攔河堰,前一天多放的水,隔一天就會少放一點水,因此水資源並無浪費。

用水與用電的兩難  中部地區用水怎麼來?

台灣中部的大甲溪與濁水溪,從上游到下游都有多座水庫,濁水溪由最上游的霧社水庫放水發電,水會經過武界壩流入日月潭,經抽蓄機組多次反覆發電後,再經由慣常水力發電機組放流回水里溪,與濁水溪匯流至下游的集集攔河堰,在此才會進入自來水系統,並分別供應麥寮六輕、農業用水及家家戶戶的水龍頭。

台電大觀電廠表示,日月潭的抽蓄機組順利運轉,水位約需至少732公尺(海拔),蓄水量有3000萬噸。但由於乾旱嚴峻,日月潭水位目前僅剩海拔733公尺,蓄水量剩下2920萬噸,若水位再下降,低於海拔727公尺,慣常與抽蓄水力發電機組都將無法運作。

事實上,日月潭原始水深約5公尺,是1934年水庫完工後水深才提高到27公尺,滿水位約海拔749公尺,如今水位已下降17公尺,若再降低5公尺,日月潭或將回到百年前邵族族人在此生活的模樣。

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台灣面臨史上最嚴峻的旱災,全台最大水力發電設施日月潭露出大面積表土。孫文臨攝

對於供電與缺水的兩難,經濟部次長曾文生在514大停電時的記者會上坦言,當所有最壞狀況疊加在一起的時候,真的應付不來,「但政府不該讓人民兩者擇一,我們必須努力做到滿足用水用電,讓人民不用選擇。」

小而重要的存在  抽蓄水力僅佔全台用電1.3%  卻是最佳救援投手

事實上,全台共11座的水力發電廠,中部地區就佔了七成以上,雖然水力發電的年發電量僅約佔2%。去(2020)年一整年的總發電量,抽蓄水力更僅佔1.3%,但因為快速起降以及儲能功用,抽蓄水力卻是「小而重要的存在」,扮演穩定供電的關鍵角色。

地球公民基金會副執行長蔡中岳曾針對「為何備轉10%亮綠燈,電還不夠用?」在臉書上評論指出,抽蓄水力作為儲能設備,就是應對臨時缺電的最大救援投手,「發電量不在多而在即時救援能力。」

以517夜間停電50分鐘為例,若這50分鐘,日月潭有水可以發電就能撐過,但在缺水的情況下,當天下午興達電廠1號機故障時,僅有的水力已經被用完,晚上就無力救援。

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台灣面臨史上最嚴峻的旱災,全台最大水力發電設施日月潭露出大面積表土。孫文臨攝

蔡中岳說,抽蓄水力就像電池,必要時拿出來用,但用完就沒了,除非有更多電池。「長期規劃儲能設備,應有更完整的評估,多做未必就好,譬如現在缺水就無法派上用場。」

作者

孫文臨

又名小鹿,經常把筆搬來搬去,喜歡潛水、爬山、旅行、音樂、文學、電影、煮咖哩、吃甜點...族繁不及備載。身而為人有點抱歉,也以鹿刻Luke為名寫字,努力辨識海中每一滴水的真名。