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風中奇源──風力建置與海水淡化

2004/07/05 經濟部能源局 點閱人次: 394

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▓撰文:陳文樹

台灣屬海島地形,許多地區年平均風速皆在每秒5公尺以上,而平均風速大於5公尺的區域總面積則近乎有2,000平方公里,且以沿海、離島以及山峰迎風面等地區風速尤強,因此前述地點約有超過半年的時間可充分採行風力發電,發展潛力無窮。

民國90年7月,台電公司擇定於澎湖白沙鄉的中屯附近,建竣一座發電容量2,400瓩之新式風力發電廠。此一工程由日本日立製作所擔任技術指導,並由國內中興電工公司承包施工,裝設四部德製的Enercon風力機組。每部風力發電機各具600瓩之容量,在二級風速之下即可發出電力,十二級風時達到滿載發電,啟用後的最大發電量可達澎湖用電量的7%。

風力電廠完建後,風車已成當地著名地標之一,澎湖縣政府並著手進行在當地設置一座觀光公園。除了澎湖中屯風力發電示範系統具有的2,400瓩發電容量外,在政府以能源研究發展基金補助的政策激勵之下,迄92年止,台灣地區已有2,640瓩之容量的麥寮風力發電示範系統、3,500瓩的竹北春風風力發電示範系統,合計有8,540瓩的發電容量。

大風吹向台電去

在政策鼓勵之下,台電公司將再推行設置風力機組之兩期計畫,第一期為裝設60部風力機組,容量共為10萬瓩,分屬於多處不同區域之電廠區。其中台電公司自有廠區部份,預計核一廠有6部、核三廠3部、大潭電廠3部、台中電廠4部等四個廠址,計有16部風力機組,除核一廠係設置600瓩之風力機組外,餘者均各為1,800瓩。上述四個廠址業已於92年5月取得經濟部核發之施工許可,並已完成公告招標,進入工程施工階段,預定可於93年7月後第一部機組開始商業運轉,迄94年10月可望全部商轉。

台電公司另又向林務局及台中港務局租用土地廠址,包括桃園大園觀音(20部)、新竹香山(6部)及台中港區(18部)等三個廠址,共設置44部單機裝置容量為1,800瓩之風力機組,現已分期完成向經濟部能源局申請籌設許可,於取得籌設許可後將進行廠址租用合約之簽訂,申請核發施工許可,俟取得施工許可後立即進行工程招標及施工。預計於93年底第一部機可望開始商轉,至94年10月全部商轉,即於該月分與自有廠區內之16部風力機組,同時完成全部之商業運轉。

另為積極開發台灣西部沿海豐富之風力資源,台電公司業已覓得彰化濱海工業區之線西區與崙尾區之綠帶以及雲林縣麥寮、台西、四湖區域濱海防風林帶等適於風力發電之地點,做為第二期計畫之廠區。現已完成該等廠址之佈置規劃,另亦已洽請相關地方政府暨土地主管機關支持,以租用方式取得該等廠址之使用權,俾可加速推動於該等廠址設置風力發電機組,儘速完成「風力發電十年發展計畫」之目標。

以風力進行海水淡化

早在90年代,工業技術研究院即對多風少雨的澎湖,提出一個綜合性構想:先設置風力機組,藉由強風產生動能,再以水壓位能驅動逆滲透機組以過濾海水成為淡水,大幅降低造水成本,未來尚可推廣至沿海地區受海水嚴重入侵的深水井,俾增加民生與灌溉水源。

若以總溶解固體(Total Dissolved Solid)為計算基準,海水含有的鹽分濃度大約是25,000ppm,當水中含鹽量在1,000~10,000ppm之間時通常稱之為半鹹水,過量抽用地下水將使得大量淡水變成為半鹹水。依照世界衛生組織訂立之飲用水水質標準,水中含鹽量濃度須在500ppm以下,故半鹹水不能直接用作飲用水,必須先予以淡化。淡化海水常用的方法則有蒸餾法(Distillation)、電解法(Electrodialysis)和逆滲法(Reverse Osmosis)三種,皆需耗用大量能源。

逆滲透之海水淡化法,係將海水分離成淡水和氯化鈉濃度極高的滷水(Brine),此法頗耗用能源。若以風力施行半鹹水之逆滲透淡化,則可避免消耗化石燃料。而半鹹水淡化法所伴生的滷水,因濃度較低故不致於對海洋生態造成不利影響。施行海水淡化必須維持的逆滲透壓力在500psi以上,而半鹹水淡化法所須維持的滲透壓則可減至200psi以下,且得利用風能轉換而獲得,效益甚佳。以風力推行的逆滲透科技,還可以應用在其他的水資源,像是在海岸地區施行人工補注地下水,將可促使地下水位回升以及縮小混合區範圍,且原本僅能抽取出半鹹水的給水井將可重新再抽取出水質良好的淡水,另方面也可減緩並遏止海岸地區因長期過量抽取地下水而造成的地層沉陷問題。

藉由風力推動的逆滲透半鹹水淡化系統組成包括:抽水風車、壓力穩定槽及逆滲透器三個主要單元,利用風力泵浦(Windmill Pump)將吸收的風能轉換為水壓,經壓力穩定槽的儲存與壓力控制,施加壓力於透析膜(Membrane)上以進行造水的工作。在實際操作過程中,端視半鹹水的水質狀況,而需於此系統內附加上若干其他項目的處理設施。

該風力逆滲透淡化之造水系統,最先是在經濟部「水土資源開發與保育技術發展」計畫之分項計畫「水資源之合理利用技術」下進行研發,於87年開始推動,對於周邊組件如壓力的貯蓄與施壓的穩定控制等,則就其功能需求進行設計製作及功能試驗;經由試驗同時收集運轉資料,例如風速、進水╱出水的水量、水質等資料,建立完善的系統理論及設計要點,再進一步改善系統機組與開發組件,其試驗場址則選定於澎湖白砂鄉赤崁村的地下水庫。此為一項具環境保護與永續發展功能的技術,甚值有關單位的重視並大力發展,嗣後在系統與技術研發完成後,將可更廣泛的推行利用。(作者為中華郵政公司技術處研究員)


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