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石門水庫增設取水工水力發電可行性評估及規劃

石門水庫增設取水工水力發電可行性評估及規劃



書籍介紹

摘 要
一、計畫緣起及目的
經濟部水利署北區水資源局(以下簡稱北水局)為於石門水庫原水渾濁時,引取濁度較低原水供應桃園地區民生用水,故規劃增設取水工引取水庫上層較清澈原水,使桃園地區於颱洪時期供水無慮。由於增設取水工設施具有相當之水頭及放水量,具備水力發電之潛能,遂成立本項計畫進行發電研究。
本計畫前提為不影響石門水庫整體營運及防洪功能之安全條件下,研究增設取水工設置水力發電設施之發電方案,並評估其可行性。
二、環境背景
石門水庫壩區主要之土木工程結構物包括大壩、溢洪道、緊急排洪隧道、發電進水口、桃園大圳進水口、石門大圳進水口、永久河道放水口、後池堰及增設取水工等設施,相關數據摘錄如下:
1.石門水庫
石門水庫具有灌溉、發電、給水、防洪、觀光等效益,滿水位標高EL.245.0m , 最高洪水位標高EL.250.64m , 有效容量約21,782×104m3(96年3月測),設有石門電廠,經兩部發電機組發電後,尾水排放至後池(標高EL.137.0m),供桃園大圳、工業用水及自來水抽用;另於大壩左岸邊坡設有石門大圳,進水口中心標高為EL.193.55 m,供石門大圳及石門農田水利會灌區取用。
2.增設取水工
增設取水工取水口隧道分上、中、下層,其取水高程分別為EL.236m、EL.228m、EL.220m,其設置石門大圳聯通管路與石門大圳連結(銜接點高程EL.190.3m),以及退水路放水於後池;故增設取水工工程兼具供應自來水、工業及農業用水之功能。增設取水工之設計取水量為每日140萬CMD,可供應自來水系統水量為68~140萬CMD,石門大圳水量為12~120萬CMD,主要功能為石門水庫高濁度時期,取得濁度較低之表層水供應桃園地區。
三、電廠規劃
計畫電廠方案評估,經初步檢討與下列三項要素相關,本計畫針對此三項要素加以探討,以瞭解電廠方案之效益與可行性:
1.增設取水工功能定位對計畫電廠可行性之研究。
2.引用石門電廠水量之計畫電廠方案效益可行性。
3.引用石門大圳水量之計畫電廠方案效益可行性。
針對以上三項要素,分為A系列方案(引用石門電廠水量)及B系列方案(引用石門大圳水量);再按廠址方面有後池銜接點、石門大圳銜接點及自來水銜接點等三處尾水出口方案列入評估。
(一)方案評估
1.增設取水工功能訂位之影響
增設取水工目前定位為石門水庫原水渾濁時之原水供水設施,平均每年僅3至4次運用機會,供水運轉天數過少,無充足發電運轉時間而不具設置電廠之條件。因此若要設置電廠,則必須將其原始定位由「備援運轉」修改為「常時運轉」,則計畫方案方為可行。
2.A系列方案評估(引用石門電廠水量)
本系列方案係在石門電廠#1機組維持發電,#2機組改為排砂功能之基礎下,評估石門電廠剩餘水量於增設取水工計畫電廠發電之可行性。經初步評估,A2及A3方案因下游水權不同及水頭過低等因素,不具可行性,僅有方案A1進入下一階段進行效益評估。
方案A1經計算發電效益,益本比僅0.63,不具開發效益;而為增加發電效益另於低水位時期由石門大圳取水口取水,以子方案A1-1規劃,以延長A1電廠之營運利用,但仍無法增加足夠效益,反使益本比下降至0.61,故A系列方案電廠在益本比過低情形下,不建議開發。
3.B系列方案(引用石門大圳水量)
本系列方案發電水量以石門大圳實際用水量(公共給水+農業用水量)進行計畫電廠開發效益可行性評估。經初步評估,B1、B3電廠同樣因為下游水權單位不同及水頭過低等因素不具有開發可行性,而方案B2經計算發電效益,益本比可達0.84,若考慮未來售電費率變動等因素,則此電廠方案逐具其開發之可行性。
4.最佳方案研定
經前述分析以A系列方案A1及B系列方案B2較具發電效益,再以此二方案進行電廠規劃方案比較,評估結果以方案B2益本比為0.84為最佳方案。
(二)最佳方案規劃
(1)取水口水位及尾水位
電廠取水口操作水位為EL.226.0m,尾水位則為石門大圳銜接點常水位EL.193.0m。
(2)進水口
自增設取水工中線鋼管P’0+500.00處新設分歧管引水進電廠,亦發電進水口為增設取水工之取水口。
(3)電廠引水路
引水路全線採壓力鋼管佈設,全長60m,直徑3m。進電廠前約9.5m處束縮成直徑1.52m續接水輪機組。里程B0+055.8處設置分歧管銜接直徑1m壓力鋼管,後接油壓式錐形洩壓閥減低水錘壓力,並以箱涵退水於後池。
(4)廠房
廠房為長17.7m,寬15.6m,高24m之混凝土結構物,地面1層、地下2層之地面式電廠。
(5)尾水路
電廠尾水路長約83m, 於里程B0+077.7 ~ B0+085.7 為寬4.01m、高2.41m之壓力箱涵以漸變斷面銜接直徑為3m壓力鋼管,並銜接下線鋼管P”0+170.00將尾水排放至石門大圳。
(6)永久性機電設備
豎軸式法蘭西斯式水輪機1台
 設計水頭:43.53m
 裝置容量:4,400瓩
 設計流量:12cms
(7)輸電線路
本計畫輸電線路建議採長約0.45公里架空線路引接至石門電廠之開關場併入台電系統。
四、施工計畫
估計36個月完成,其中設計階段工作估計於12個月內完成,施工階段工作於24個月內完成施工。
五、工程成本
以民國97年之物價為估算基準,總工程費約為新台幣5.0億元。
六、電力研究
依「石門水庫民國65~90年石門水庫營運統計表」之石門大圳輸水量,並以石門水庫水位,作為計畫發電水頭計算依據,年平均發電量及年發電效益下層取水口約26,602仟元,年平均發電量13,301千度。
七、經濟評估
1.財務評估結果
依所得稅率25%、折現率6.0%、貸款比例70%、貸款利率5%、貸款年限15年、經濟壽齡50年等基本參數進行,財務評估結果無法於經濟年限內回收。
2.具開發效益之售電費率評估
本計畫電廠經評估分析益本比為0.84,尚不符合開發效益。而未來售電費率提升本計畫電廠或將有開發機會,經分析結果顯示,未來若售電費率調升至每度2.4元時,方案B2之益本比將提升至1.01,此時電廠方具有開發效益。
八、營運檢討
(一)設置電廠對水庫營運之影響
1.A1電廠設置對水庫營運及供水影響A1電廠係以未來石門電廠#1發電、#2排砂時,依0.28:0.72比例與#1機組分配石門電廠發電用水。當0.28倍石門電廠發電用水大於16.2cms時,應將A1電廠滿載後之剩餘水量均以#1機組發電排放,以滿足後池下游需水量。
2.B2電廠設置對水庫營運及供水影響
原石門大圳取水量改以增設取水工引取,並經B2電廠發電後尾水再排回石門大圳。供水發電期間若石門大圳需水量大於12cms(目前石圳最高取水量約達13.36cms),則應以灌溉用水優先輸送電廠發電排放石圳,其餘不足之公共給水可由平鎮第二原水抽水站取用。
經以上檢討,不論以何方案設置電廠,均對原本之供水標的不生影響。
(二)綜合石門水庫發電及防淤改善增供水源整體效益評估結果
「石門水庫既有設施防淤改善工程計畫」於民國94年由水利署研擬實施,預計以既有設施包含:永久河道放水口、電廠設施及排洪隧道進行排砂,其中電廠防淤工作經初步評估,未來以石門電廠#1機組發電,#2機組改為排砂方案規劃。
依「高台水庫可行性規劃(3)-專題報告」得知,當缺水指數0.5時,若不改善現況,則水庫淤積50年後之公共給水供水能力為每日127.1萬立方公尺,較現況供水能力每日154.1萬立方公尺降低27.0萬立方公尺。
經分析石門電廠排砂增供水源及發電效益與增設取水工發電效益之整體評估後,結果顯示以石門電廠兼具發電及排砂功能(#1發電、#2排砂),並由增設取水工B2電廠發電之整體效益3.72億元最高;併同考量北部地區全黑啟動功能及現有堪用石門電廠機組不應浪費棄置之原因,建議未來石門電廠兼具發電及排砂功能(#1發電、#2排砂),並搭配增設取水工電廠發電,以兼負石門水庫原有功能,及北部地區全黑啟動之任務,使水資源得以充份運用及延長水庫使用夀命。

分類 其他詳細資訊
  • 適用對象:成人(學術性)
  • 關鍵詞:水力發電,水力排砂
  • 附件:CD-ROM
  • 頁/張/片數:350
授權資訊
  • 著作財產權管理機關或擁有者:經濟部水利署北區水資源局
  • 取得授權資訊:聯絡人:周家培聯絡電話:03-4712001#303聯絡地址:桃園縣龍潭鄉佳安村佳安路2號