缺水照樣發電?用小水力解決極端氣候問題

作者 | 發布日期 2022 年 09 月 05 日 8:30 | 分類 環境科學 , 能源科技 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


氣候變遷持續衝擊全球,今年夏天北半球的氣溫創新高,加上長期無降雨,河川降到歷史低點,缺水現象嚴重,影響各國經濟發展和民眾生活,在美國德州的恐龍谷州立公園甚至因為河川乾枯,使長期藏在水底的恐龍足跡露出。

而缺水,不僅造成工廠停止運作、運河無法運輸貨物、甚至農損等,全球許多依賴大壩發電的水庫型電廠,水位過低和水溫上升都影響發電系統的運作,使發電量減少、甚至停止運轉。

水力發電大國因缺水,發電量砍半

舉幾個靠水發電的大國為例:

  • 美國最大水庫胡佛水壩,每年發電量足夠供應130萬人使用,乾旱問題導致今年發電量剩下去年的將近一半。
  • 義大利五分之一的電力靠大型水力發電,該國今年夏天的水力發電量不到去年夏天的一半,這是工業史上從未有過的情況。
  • 義大利北部缺水尤其嚴重,由於降雨、雪量減少、雨水溫度升高,加上需要將有限的水量導至其他民生必需用水(如灌溉系統),因此多數發電廠被迫停止運轉。
  • 法國是歐盟國家中水力發電容量最大的國家,今年上半年發電量較前年同季度少了四分之一。
  • 凈零探排模範生挪威的再生能源發電量已經超過總電力使用量,而全國總發電量中,大約有88%來自水力發電,而有「歐洲蓄電池」之稱的挪威也因缺水緣故,宣布未來可能限制電力出口,甚至國內的限電。

台灣颱風不來,用水量少三分之一

台灣狀況一樣嚴峻,我國有三分之一的用水量來自颱風,而今年一個颱風都沒登陸,且已經連續3年沒有颱風侵台。根據台灣水庫即時水情統計,今年夏天新山水庫蓄水率跌破5成,中南部的曾文水庫、霧社水庫,蓄水率也都不到五成,連號稱雨都的基隆都缺水,延續去年上半年堪稱80年來最嚴重的全台大旱,今年可能再破紀錄。

缺水,但小水力持續在發電!這是什麼道理?

水庫式的大型水力發電顯然是逃不過旱災的危機,但20,000kw以下的小水力運作方式和大水力式不一樣的。根據「再生能源發展條例」的定義,小水力是利用既有的水利設施,而這除了天然的河川、瀑布之外也包含圳路、污廢水、地下伏流水等。不同於大型水力發電廠,小水力所使用的水源很多是維繫人們生活的水,這些水量不大但很穩定,且具有可蓄積、可引導的特性,因此這樣的水域很多是必須保持全年有水的狀態,比如灌溉溝渠、自來水廠通常不太容易停水,因為一停水民生必需就會斷鏈。

小水力發電的關鍵就在「選址」,主要影響小水力發電的要素有兩個:水的高低差(H)和水量(Q),若能選到源源不斷的水、加上有高地落差的水頭,基本上可以一年24小時一年365天不間斷發電(需扣除歲修)。小水力的水基本是人為可控,那要怎麼控?小水力發電可簡單分為離槽式和在槽式兩種,離槽基本上就是拉壓力管的方式引導水源到發電處,在槽則是利用既有圳路發展的發電形式。而根據前述小水的水流雖小卻是源源不絕,可以透過人工引流達到Q,並透過設備的設計來符合需要的H,讓機組能夠維持穩定的運轉。

小水力發電對環境影響極低、且長年可運轉,設備年利用率是太陽能的6倍多、躉售費率又低於光電和風電,是最好的再生能源基載電力,也相對不會受到氣溫或雨量的影響,是極端氣候下水力發電的一個解決方案。

不是杯水車薪,是救命水

讀者可能會認爲,那麼厲害那到沙漠用小水力發電看看?當然這麼「極端」的狀況是不可能的,本文提到的小水力基本上還是要有水,只是不用那麼多水,就可以轉換出需要的綠電。

小小的水流、不小的發電量,只要選對位址,這個綠色基載可以在多點開發,乾旱時期仍能持續穩定發電。日本已經示範,以多點開發的小水力取代一個大型水力發電,既不影響環境又能擁有基載電力穩定的特性,積少成多也能達到相當可觀的發電量,小水力發電就是台灣這個海島型國家現在需要的解答。

(首圖來源:pixabay

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