替代能源-水力發電

水力發電

水力發電基本原理

水力發電是運用水的位能轉換成電能的發電方式，其原理是利用水位的落差，配合水輪發電機產生電力，也就是利用水的位能轉為水輪的機械能，再以機械能推動發電機，而得到電力。

以水位落差的天然條件，有效的利用流力工程及機械物理等，精密搭配以達到最高的發電量，可供給廉價又無污染的電力。

一般水力發電流程

1. 河川的水經攔水設施攫取後，經過渠道或隧道、壓力鋼管等水路設施送至電廠。
2. 當機組須運轉發電時，打開主閥，後開啟導翼（控制輸出力量的小水門）使水衝擊水輪機。
3. 水輪機轉動後帶動發電機旋轉，於發電機加入勵磁後，發電機建立電壓，並於斷路器投入後開始將電力送至電力系統。

水力發電的種類

• 慣常式水力發電：
  1.川流式水力發電
  （取水堰 - 進水口 - 水路 - 沉沙池 - 水路 - 水槽 - 壓力鋼管 - 電廠 - 尾水路）
  2.水庫式水力發電（水庫 - 進水口 - 壓力鋼管 - 電廠 - 尾水路）
  3.調整池式水力發電
  （調整池 - 進水口 - 水路 - 沉沙池 - 水路 - 水槽 - 壓力鋼管 - 電廠 - 尾水路）

• 抽水蓄能式水力發電（上池 - 進水口 - 壓力鋼管 - 抽蓄電廠 - 下池）

• 潮汐發電

慣常式水力發電－川流式水力發電

• 大部分時間依河川的自然流量運轉，流量大時，輸出電力可達設計時全廠總容量。流量小時，可能只輸出全廠容量不到三分之一的電力。
• 當河川流量大於全廠總發電用所需的水量時，多餘的水量無法利用，只好直接排放到下游去。
• 川流發電廠所利用的落差範圍甚廣，高可達數百公尺，低可為20公尺以下。
• 無法依據電力系統負載之需求來調節發電機組輸出，一般均作為「基載電廠」（可提供長時間穩定運轉且變動成本低的發電廠）。
• 臺灣大多數的水力發電廠屬於此型式。

慣常式水力發電－水庫式水力發電

• 如果一個水力發電廠的水庫蓄水量很大，可以吞沒一季或一年的洪水量，供該發電廠配合電力系統負載需求使用時， 稱為水庫式發電廠。
• 水庫發電廠的運轉情況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）。
• 水庫的型式不外乎下列兩種：
  由攔河壩之壩後迴水所造成者，以及利用天然湖泊加以整理後而成者。

慣常式水力發電－調整池式水力發電

• 水量運用的主要情況和川流發電廠相同，只是它的蓄水池較川流式水壩蓄水量大，蓄水量與自然流量充分配合時， 可使全廠各機滿載運轉若干小時。
• 河川的自然流量如果超過蓄水池容量，過多水量只好任其溢去。
• 取水口設於水壩側旁，不受水流直接衝擊的地方。取水口與廠房間，有一段相當長的距離，以便取得足夠的落差。
• 為應付負載的尖峰，蓄水量甚為重要。
• 調整池可以調整發電廠用水量與河川自然流量之差值以配合電力系統負載需求。

抽蓄式發電廠

• 又稱為揚水式發電廠，與一般水力發電廠的主要不同為必須有兩個相當大的儲水池，一為在上游的前池，一為在下游的後池。
• 後池多係利用尾水路外的河流，構築欄河壩攔堵尾水而形成為一個水庫。
• 抽蓄發電大都利用深夜離峰供電時間所剩餘廉價之電力， 把下池的水抽回上池，而於電力系統尖峰供電時間由上池放水發電，成為價值較高之尖峰電力。
• 台灣目前擁有抽蓄式發電廠有明潭發電廠及明湖(大觀二廠)發電廠。

潮汐發電

潮汐發電就是利用漲潮與退潮來發電，與水力發電原理類似。當漲潮時海水自外流入，推動水輪機產生動力發電，退潮時海水退回大海，再一次推動水輪機發電。
潮汐發電與普通水力發電原理類似。在漲潮時將海水儲存在水庫內，以勢能的形式保存；在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉， 帶動發電機發電。差別在於海水與河水不同，蓄積的海水落差不大，但流量較大，並且呈間歇性，從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。潮水的流動與河水的流動不同，它是不斷變換方向的。

水力發電的優點

• 沒有污染性物質產生並排放到空氣中或水中，也沒有廢熱或熱污染的問題。
• 水力發電廠的運輸只依賴再生能源資源( 如水)，電廠運轉的生命期可達數十年，且維護要求較少。
• 可依實際電力需求隨時進行調整，即使是尖峰負載也能符合電力調度要求。
• 建立的水庫具有多重功能，例如蓄水以供灌溉、防洪及提供都市飲水等。

水力發電的缺點

• 泥沙會堆積在水庫中而形成淤泥，淤泥所引發的問題目前為止尚無解決的對策。一旦淤泥堆積至無法儲水，水庫的維護將是一大負荷。此外，若水壩潰堤，大量淤泥對下游所造成的危害將無法估計。
• 水壩的建立會對環境造成某種程度的衝擊、歷史人文景觀的改變及生態的破壞。
• 水庫下游人口將暴露在水壩潰堤所造成危害的風險中。若發生天然災害（如地震） 或人為破壞（如戰爭），其可能造成大量人口的傷亡及都市破壞。

全球使用水電的情況

據2004年統計，世界上大約有20%的電力供應是來自水力發電，至2011年則下降至16%。

現在全球有150個國家使用水力發電，有24個國家的水電比重超過90%，至少有三分之一的國家的電力供應以水電為主。有75個國家主要依靠水壩來控制洪水，全世界約有近40%的農田是依靠水壩提供灌溉。