翡翠水庫水力發電

To fully utilize the hydropower of Feitsui Reservoir, the Feitsui Hydroelectric Power Plant has an output capacity of 70MW, which is the largest Hydroelectric Power Plant in Xindian Creek Basin. In 1986, the power plant was put into full operation. By using the gravitational force of falling water, which causes a large drop in elevation to turn the turbine. The generator of the power plant on average, can generate up to 220 GWh of renewable electricity per year.

一、臺灣水力發電概述

(一)臺灣電力發展概況

  臺灣光復初期的電力供應是「水主火從」,水力發電多於火力發電,民國40年代初期水力與火力占比約為80%比20%。之後臺灣經濟成長迅速,用電需求增加,水力發電開發受限天然環境要求,水力發電無法滿足用電需求,開始擴大火力電廠的開發,並以火力為主。
  依據台電公司資料顯示,目前臺灣電力系統全年總發電量為約為2仟億度,其中火力發電量占比達82.2%,水力占比為1.9%。

(二)臺灣水力發電起源

  新店溪流域是臺灣地區水力發電廠的起源,位於新店溪上游南勢溪與北勢溪交會處的龜山發電所(2部機500瓩) 是臺灣第一座水力發電廠,於1905年7月完工運轉,於1943年撤廢停止運轉。


龜山發電所歷史照片

  新店溪下游的粗坑發電廠為是臺灣第二座水力發電廠,於1909年完工運轉,亦為臺灣現役最古老的水力發電廠。


粗坑發電廠

  目前新店溪流域共有翡翠、烏來、桂山、及粗坑等4座水力發電廠,翡翠發電廠位新店溪上游的北勢溪,為新店溪流域4座水力發電廠中裝置容量最大的水力發電廠。


翡翠發電廠

(三)水力發電原理

水力發電的必要條件是「落差」與「流量」。而落差的形成是在河流上游適當的地方建築一座水壩,攔阻河水以抬高水位,或引水使其順著輸水管路送到下游的水力發電廠取得落差。利用水位落差的天然條件,將水的位能轉為水輪的機械能,再以機械能推動發電機,而產生電力,藉由水輪機與發電機精準的搭配以達到最高的發電量,可供給廉價且無污染的電力。


水力發電原理圖

  因水力發電廠的發電機組啟停機非常迅速,相較火力及核能電廠等機組,運轉機動性強,電力系統即可藉由水力機組快速啟動或停止來調節系統的頻率及電壓,提高系統的電力品質,對於整體電力系統調度極具貢獻性。
  翡翠電廠提供電力亦是大臺北地區尖峰及緊急用電之重要電力來源,例如88年之729大停電及921大地震引發之大停電時,翡翠發電廠便立即連續發電支援供電,快速協助緊急用電及北部地區供電之所需。

(四)水力發電廠的型態簡介

川流式:

築小型堰壩設取水口引取河川天然流量,經導水路至下游電廠發電。臺灣大多數的水力發電廠屬於此型式,如烏來、桂山及粗坑發電廠等。


川流式發電廠相關設施示意圖

調整池式:

攔河築堰,並於堰頂設置閘門蓄水,調蓄一日或一週流量,形成一調整池,於每日尖峰時段發電。
如義興、銅門、龍澗發電廠即屬於調整池式水力發電廠。


調整池式發電廠相關設施示意圖

水庫式:

橫跨河川興建高壩形成一水庫儲水,並獲得落差,壩上游所攔蓄之水量可供季節性或整年流量調節。
水庫式發電廠的運轉情況不隨河川的流量而變化,而是視電力系統負載的需要而定,可作為尖載電廠(擔任尖載電廠通常必須具備快速的升降負載能力),對電力調度極具貢獻。
如德基、曾文、石門及翡翠發電廠即為水庫式水力發電廠。


水庫式發電廠相關設施示意圖

二、翡翠發電廠

(一)興建歷史

  翡翠水庫以供應大臺北地區自來水水源為主要目標,為充分利用水資源,水庫興建時並設置裝機容量7萬瓩(相當於提供3萬5,000台家用冷氣使用)之翡翠發電廠1座。
  翡翠發電廠於民國75年5月27日11時10分裝機完成初次併聯試運轉,於75年8月28日正式商轉。


發電機轉子吊裝情形(75.02)


翡翠水輪發電機組初次併聯試運轉發電(75.05.27)


翡翠發電廠初期運轉發電全景(75.08)

(二)發電流程

  發電過程為利用大壩攔蓄之高水位庫水,從發電進水口引進壓力鋼管流入渦殼,推動水輪機發電機轉動,於發電機加入勵磁後,使發電機定子感應輸出13.8kV電壓,產生之電力經由主變壓器升壓至69kV後,經由兩回路架空線路輸分送至七張及粗坑變電所,與台電公司電網併聯統一調度供應各區用電需求。



發電進水口:
位於大壩右側上游面,在標高108m、128m及148m處分設3個進水口,以配合水庫實際操作需求調整運用。


壓力鋼管:
設置於發電廠與進水口間,以直徑4.8m,長262m之壓力鋼管連接。


水輪發電機組:
裝置容量7萬瓩的法蘭西式水輪發電機組,將水的動能轉換為電能。


發電尾水渠:
發電後的原水經由尾水渠流至河道供下游自來水淨水場取用。

(三)電廠設施數據資料

1.發電進水口

a.最大流量

102.1立方公尺/秒

b.取水口底檻

上層

148公尺

中層

128公尺

下層

108公尺

2.壓力鋼管

a.直徑

4.8公尺

b.長度

262公尺

3.發電廠

a.廠房

45.8公尺高,35公尺長,21.5公尺寬

b.主閥

蝶形水閥4000mm∮

c.水輪機

豎軸,法蘭西斯式,額定轉速200RPM,
出力82,800KW

d.發電機

豎軸,傘型,封閉空氣冷卻,
3相,額定電壓13.8KV,額定電流3,254A,
功率因數0.9,額定容量70,000KW,
頻率60Hz,額定轉速200RPM

e.調速機

數位式調速機

f.遙控與監視系統
(SCADA)

遙控、現場自動/手動控制

g.主變壓器

3相,90MVA,13.2KV/69KV

h.開關場設備

屋外型,69KV,SF6 GIS

i.廠房起重機

電動架空移動式,主吊230公噸,
副吊40公噸,單軌吊機11公噸

4.輸電線

69KV 翡翠-七張線(10.19公里)及翡翠-
粗坑線(6.38公里)等兩回路

(四)翡翠發電廠與其它水力電廠比較

  • 翡翠發電廠的裝置容量7萬瓩,是臺灣北部地區單一機組裝置容量最大的發電機組。
  • 翡翠發電廠是國內委託台電公司營運的4座水力電廠之一。
  • 翡翠發電廠所使用的法蘭西斯水輪機組,是國內水力電廠使用最多的水輪機型式。
  • 翡翠發電廠是國內10座水庫式水力發電廠之一。

(五)綠能減碳效益

  翡翠發電廠產出之電力屬潔淨綠色能源,與其它火力電廠等相比,無需大量煤炭、石油、天然氣等燃料,有利減少溫室氣體排放,統計自102年至107年期間,本電廠發電對溫室氣體排放的年平均減碳效益為11.71萬噸二氧化碳當量,約等於316座臺北市大安森林公園碳匯量。(大安森林公園面積約26公頃,1年可吸收370公噸二氧化碳。)