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TEPA109.10.29TEPA明潭抽蓄水力參訪專題報導及學生參訪花絮(中原大學.成功大學)

  • 發布日期:2020-11-07
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  • 資料來源:台灣電力企業聯合會

台灣電力企業聯合會(TEPA)明潭抽蓄水力參訪專題報導

  10月29日在台中高鐵站,是個風和日麗的好天氣,TEPA 會員及工作人員共35 名滿懷期待的心情前往明潭發電廠,了解抽蓄電廠運作及儲能功能。本次參訪主題為與儲能有關議題,原本安排在今年(109)2月19日參訪明潭電廠,但受到新冠疫情影響,延後至10月29日方得成行。

  對於本參訪活動,台電明潭電廠非常重視,劉廠長不但親自接待,還特別指派許副廠長全程陪同解説。明潭抽蓄電廠坐擁日月潭明媚風光,在建廠之初是全亞洲最大抽蓄電廠,對電力系統的安全與穩定擔負著非常重要的角色。104年蘇迪勒颱風、106年大潭電廠天然氣供氣中斷、108年麥寮電廠跳機等事件,都有賴明潭抽蓄電廠才穩住電力系統。目前再生能源正逐漸併入系統中,預定到114年將達24.2GW,屆時明潭抽蓄電廠的角色更行重要,整個儲能產業也將風聲水起,電廠兼具「發電」跟「儲能」的任務,在電力系統的安全與穩定中扮演重要的基石。

TEPA會員參訪明潭抽蓄電廠合影

  參訪第一站是明潭電廠轄下的鉅工分廠,「鉅工」是由蔣宋美齡夫人親自題名,為裝置容量43.5MW的慣常式水力電廠,此廠是在日據時代民國26年完工啟用,當時稱為日月潭第二發電所,是濁水溪流域日月潭地區水力發電系統中重要的發電廠之一。咱們進入電廠前,就看到2支粗壯的壓力鋼管,許副廠長電順帶說明二戰時部分鋼管受到空襲受損補修的歷史見證,待進入廠房,看見2座已經運轉了83年的水力發電機組仍健壯如常,即可驗證台電人員對設備維護的用心。

  鉅工分廠旁還設置兩部不同型式的微水力發電機組及太陽光電裝置為明潭微水力示範區,許副廠長表示這裝置是台電同仁自行設計、施工、安裝,台電發揮創新、突破作為,以因應世代的變遷。

TEPA參訪人員在鉅工電廠前合影

  第二站是本次參訪的重頭戲明潭抽蓄水力電廠,電廠在82年竣工即為當時世界最大的抽蓄水力電廠之一,目前仍是東南亞最大、全球第九大的抽蓄水力發電廠。一行人在劉廠長、許副廠長及林經理的引領之下,進入深入山腹地下5層的發電機組廠房,看到巨大的廠房、廠房通道、電纜道、通風直井、出水口及變壓器等設施。林經理沿途詳細解說抽蓄水力機組的特性,並安排觀看正在運轉中的水輪機,待完成發電機組參觀後,一行人再搭巴士來到明潭大壩上方,廠方特別在大壩上的解說點,放置2張大型解說版,詳細說明大壩及下池的一些相關議題,隨即進入電廠行政大樓,並由劉廠長親自簡報「台電抽蓄電廠的回顧與展望」,此再次感受劉廠長廠的重視與用心。

劉廠長向TEPA會員簡報明潭抽蓄電廠的回顧與展望

  第三站安排參觀明潭/大觀抽蓄水力發電廠的上池(即日月潭),電廠特別安排搭乘大觀二號電動船,進入日月潭儲水區觀察明潭/大觀一、二進水口、邊坡保護工程、重力抽排沙測試等明潭/大觀抽蓄水力的相關設施及水土保持作業,除了做發電外,更成為灌溉用水、民生用水及觀光多元用途的水源區。

  TEPA利用返回台中高鐵站的巴士上進行大夥兒交流,大夥兒表示不虛此行,對參訪標的及接待極感滿意,對TEPA 工作同仁用心亦深表感動.

  本次活動承台電公司明潭抽蓄電廠劉演鎮廠長、許副廠長、林經理、廖經理等相關人員熱忱接待、導引解說並安排聯繫事宜,使活動圓滿完成,特此致謝。

TEPA參訪會員於大觀一廠進水口合影
 

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成功大學學生參訪明潭抽蓄水力發電廠心得

賴香蓓詹喩涵

參訪日期-1091029

鉅工分廠壓力鋼管,雄偉而壯闊,為抽蓄水力發電廠不可或缺的一環

    俗話說: 「讀萬卷書,不如行萬里路。」這是此次參訪中最大的體悟。首先,第一座來到的發電廠為明潭鉅工分廠,迎目而來即為兩隻巨大壓力鋼管。平日於研究室,大部分是電廠及機組結構圖或自照片上認識發電設備,鮮少親眼目睹,自然難以想像實際的規模,經由現場看到電廠的壯闊,體認到發電機組遠比想像中的複雜,不僅外觀結構還有機器間交錯複雜的連接及運作機制。

日月潭鉅工分廠發電機組

     關於明潭發電廠令人印象深刻的是2017年發生的815停電事件,當時全台大跳電,而抽蓄水力發電廠變成台灣的救援部隊,日月潭所屬的水力發電廠,包含此次參訪的大觀發電廠及明潭發電廠,第一時間同步發電,緊急補足電力所需。看到815全台大跳電的救援英雄,果然此趟真的不虛此行,整趟參訪印象最深刻的便是在明潭電廠地下廠房,通過長達一公里的隧道,到達明潭發電廠之抽蓄機組,地下一樓的抽蓄機組由人員操控,自第二層起是水輪機組運轉,聲音轟轟不絕,尚有繁瑣交錯的管路、水閥設備、監測儀錶、水輪機、空壓機等,看到高速運轉的機器、聽著台電人員為我們介紹水會通過那些壓力水管到水輪機,及水輪機要如何帶動與其連接的發電機產生電能等,主要由值班人員於控制室操作,並有巡視人員監視運作。透過參訪實際瞭解抽蓄電廠電力的產生,也體會到平時用的電並非可輕易獲得。這些水力發電廠,平時需維持正常運作及監督機組是否異常,若出現異常,要趕緊做修補的動作。

    抽蓄水力機組的特點是提供調整尖、離峰的負載變動,相當於一個天然電池可以將電能轉換成位能儲存,同時兼具儲能及發電兩種功能,能夠搭配綠能進行電力調度,因而成為能源轉型的關鍵角色。以前的抽蓄水力是夜間抽水早上發電,但未來可能會轉變為白天抽水,到達傍晚用電尖峰而太陽下山後(6點到7點),就可使用抽蓄水力進行發電。就本次參訪的電廠來說,明潭電廠目前仍維持夜間抽水,白天發電,但大觀電廠則已改變為白天抽水,傍晚進行發電。而因應2025年所規劃之再生能源發電占總發電量的20%,未來可能所有抽蓄發電時段皆會改變為白天抽水,傍晚發電,以因應再生能源發電的不穩定性,藉由搭配抽蓄水力發電以穩定電力系統。

    由於火力與核能目前仍為主要發電來源,至2025年,冀望能夠達成非核家園的目標,再生能源的部分,以抽蓄水力儲能以解決代太陽能及風能間歇性的問題,期望能在未來提供穩定電力。這次電廠參訪的收穫,是無法自文獻獲得,更能擴展儲能與再生能源方面的視野。此外,目前我們在學校所參與的研究是關於儲能系統及電力系統規劃,此計畫所考量的我國主要再生能源: 一為太陽能,另一個則是風力。由於此兩種發電皆非穩定供電,因此需要抽蓄水力發電來擔任彌補供電上不穩定的角色,而這次參訪正好增加對抽蓄水力發電的認識,無論是運轉過程或是機組基本設施方面,都吸取到更多的知識,這些實務面上的收穫,未來有助於應用於計畫執行上。

    因應政府2025年能源轉型的目標,儲能系統的發展成熟度將攸關我國再生能源占比的多寡,現在雖有抽蓄水力及快速反應機組調節系統頻率,但若沒有普遍性的儲能系統去均衡區域供需,再生能源占比最終將受限在一定程度。在參訪的簡報中有特別提到電力輔助服務,其中包括:快速反應備轉容量、調頻備轉容量、即時備轉容量、補充備轉容量四種,目的是使系統發電及負載得以維持平衡、確保系統穩定,即使再生能源發電量瞬間減少很多也能趕快調度。此外,台電也能和再生能源業者一起合作,建置一套能源管理系統,包括再生能源發電量日前及即時預測、監控及調度管理等,希望透過台電和民間業者的共同努力,為台灣的能源轉型奠定基石。

    最後特別感謝TEPA提供這次的參訪機會,也感謝同業及秘書長對我們的照顧,這次參訪機會真的特別難得,期待往後有更多的交流機會。

            

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中原大學學生參訪明潭抽蓄水力發電廠心得

卓廣霖謝昀展

參訪日期-1091029

      首先,感謝台灣電力企業聯合會舉辦這次的活動,讓我們有機會在學生時代至明潭抽蓄水力電廠進行參訪。本篇文章將針對本次活動所探討到的兩個主題---台灣的儲能設備,以及輔助服務進行探討。

    台灣近年因是否重啟核四、關閉核電廠後,電是否夠用的議題,造成人民對電力不足產生的恐慌,那台灣的電到底夠不夠用?電力的需求與供給必須維持動態平衡(詳見圖1),所謂的電不夠用是指,用電尖峰時段電不夠。為有效解決用電尖峰時段電不夠的問題,台電在用電離峰時段,將水庫的水抽到上游,用電尖峰時段再洩洪,藉此發電;設立時間電價的制度,透過用電離峰時段較便宜的電價,吸引用戶在用電離峰時段用電;推出需量反應負載管理措施,利用價格機制、折扣誘因,引導高壓用戶改變用電習慣。

圖 1電力供需平衡示意圖

    除此之外,電網系統的供需平衡也是相當重要的一環,若電力的供需不平衡,沒有維持在60Hz,可能使設備跳電,也可能提升設備毀壞的風險。因應我國2025年目標將再生能源的能源佔比提升至20%,屆時電網系統將併入大量間歇性再生能源,而間歇性再生能源將嚴重影響電網系統的彈性與電力供需平衡。為避免隨天氣情況變動的再生能源發電量破壞電力供需平衡,傳統發電機組的發電量將不斷進行調整,而此時電網系統的傳輸模式也將發生重大變化,並挑戰電網系統的調度能力。為此,增建可靈活調度的儲能設備是必須。

一、儲能

    當提到儲能設備,多數人會先想到鋰電池或是燃料電池,不過目前仍有許多新型技術正在蓬勃發展,例如接下來將介紹的液態空氣儲能系統(詳見圖2)。

圖 2液態空氣儲能系統示意圖

    液態空氣儲能是一種將空氣液化、低壓儲存,需要用電時,再提高空氣溫度使其膨脹,驅動發電機的儲能系統。液態空氣儲能的優點如下:

1.可以通過加裝飛輪或超級電容器來進行快速反應,使液態空氣儲能電廠能在1秒內反應電網頻率事件,緩解用電尖峰的供電壓力,維持電網穩定性。(詳見圖3)

圖 3加裝飛輪或超級電容器後反應模式

2.液態空氣儲能所擁有的低溫電池(CRYOBattery)技術,性能相當於化石燃料驅動,但更環保,且零碳排放,儲能時間可長達數個月。

3.若以200MW/2GWh規模的系統來估算,液態空氣儲能系統每MWh的成本約為143美元,低於鋰電池每MWh的成本約為187美元(詳見圖4)。

                                                                                   

圖 4液態儲能系統成本

4.液態空氣儲能系統還能藉由收集工業廢冷,例如連接至液態天然氣(LNG)接收站,在充電階段減少液體儲氣罐充電期間冷凍設備的工作量,提高充電效率(詳見圖5);同理也可以就由收集工業廢熱,例如連接至火力發電廠、鋼鐵廠等,在放電階段減少充電期間壓縮收集之熱量,降低低溫儲能設備的支出,提高放電效率(詳見圖6)。透過上述的方法,不僅能進一步提高系統效率,還能增加液態空氣儲能系統與其他產業的連結。

                                                                              

圖 5廢冷應用流程

                                

圖 6廢熱應用流程

5.液態空氣儲能工廠除了可運轉40年,還可以任意選擇安裝地點,能夠有效與再生能源相輔相成。

    即使液態空氣儲能系統有上述眾多好處,但目前發展仍不完善,市面上也只有兩座液態空氣儲能電廠,容量分別為360kW/2.5MWh、5 MW/15 MWh,與一座正在興建容量為50MW/400MW的液態空氣儲能電廠。除此之外,雖然與其他儲能系統相比,其運維成本較低,但整體建置成本仍偏高。

二、輔助服務

    輔助服務是即時的電力調度,用於頻率控制與建立即時備轉容量,並藉由電費扣減誘因,提高用電戶參與度。輔助服務又概略分為以下三種(詳見圖7),調頻備轉輔助服務,即時備轉輔助服務與補充備轉輔助服務,分別對應不同反應時間之電網事件。

                                 

圖 7輔助服務方案

    以一系統頻率突降事件為例(詳見圖8),在0~3秒時發生系統頻率突降,調頻備轉輔助服務(dReg)需在數秒鐘內反應,接著調頻備轉輔助服務(sReg)也在一分鐘內提供穩定輸出功率,減緩頻率變動幅度,抽蓄水力電廠在輔助服務即扮演此角色;即時備轉輔助服務在十分鐘內反應,調度發電機組出力或發佈需量反應事件要求參與用戶卸載,使系統頻率回復至60Hz;而補充備轉輔助服務則視調度中心需求使用。

                              

圖 8系統頻率突降事件範例

    除了上述的知識外,這次參訪也讓我們大開眼界,不但看到明潭水力電廠難能可見的大修時模樣(詳見圖9);看到水力電廠調度人員親自調度電力(詳見圖10);還實地至明潭水力電廠的上下池進行參訪,也讓我們對微型水力發電設備(詳見圖11)有初步的認識;對抽蓄水力機組發電的流程與現在、未來的充放電時機有進一步瞭解;更清楚未來電網系統傳輸模式、水力電廠將扮演的角色。不僅如此,台電的前輩們在參訪時,仔細地介紹各種機組、設備,於中午簡報時間的專業報告與問答,也讓我們收穫良多。另外,業界的前輩們不只於參訪時,提出專業的問題增廣我們的見聞;放棄中午休息時間,熱情地向我們分享自己的工作經驗;甚至於遊覽車上也熱絡的交流各自對於台灣未來電力發展的看法,讓我們充分感受電力產業的能量。最後,還要再次感謝電力企業聯合會舉辦如此完美的活動,讓我們能增廣見聞,並與業界建立良好的連結。

                                                                                       
                                                                                                                         

圖 9進行大修的水力機組

                                             

圖 10水力電廠調度人員調度電力

                                       

圖 11明潭發電廠鉅工分廠微水力發電設備

 

 

 

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