100%
經營變革

火力發電 供電不打烊與時俱進的臺灣電力發電王

電力是現代化生活的基石,也是經濟成長、產業發展不可或缺的動力。臺灣缺乏天然礦產資源,水力、風力不足,火力發電一直是供電主力,伴隨著國人從50年代工業萌芽、帶動60至70年代經濟起飛,使臺灣成為亞洲四小龍、外匯存底屢創新高。至今,火力發電仍居臺灣電力供應的龍頭地位,隨著環保意識抬頭,各火力發電廠在污染防治、生態維護都有長足進步,且屢創佳績。雖一路走來篳路藍縷,台電仍在設備、工法上不斷演進創新,毫不鬆懈,持續寫下新猷。

臺灣光復後,政府為發展電業,於民國35年成立台灣電力公司,早期以水力發電為主。50年代中期以後,因工業發展,用電量劇增,台電在深澳、林口、大林開發大容量、高效率的火力機組,電力供應由「水火並重」進入「火力為主,水力為輔」期。至60年代,大林、協和、興達都引進高效率的燃油及燃煤機組,每部機組容量高達37.5萬瓩至50萬瓩。

為提升火力電廠運轉人員技術,台電於63年在大林發電廠(大林電廠)成立模擬訓練中心。而後因二次石油危機,油價高漲,考量發電成本與能源多元化,大林電廠將燃油機組分別修改為燃煤(大一、二機)、燃氣(大五機)機組,陸續興建的興達、台中發電廠等新建機組,都採燃煤、容量55萬瓩的「亞臨界壓力機組(汽力機組)」;其中台中廠自74年開始先期工程施工,是第一座通過環境影響評估的發電計畫,且規劃為公園化電廠。

台中發電廠 發電冠全臺

台中發電廠(台中電廠)是因應當時中部電力需求吃緊,為避免南北輸送電力的線路損失,並考慮國外進口燃煤的運輸成本,決定在臺中港航道南端,緊臨大肚溪出海口北岸建廠。「當時海面一望無際,281公頃基地全部在海平面底下,連看都看不到;公司採取抽砂回填,花五、六年把地弄好,才開始建廠。」

主導台中電廠的核能火力發電工程處(核火工處)董帝鎮計劃工程師,回想73年開始推動,平均每月出差兩次,一到現場都被強烈的海風捲起砂子,打得滿身滿頭,每回出差結束,全身衣服都沾滿砂塵,至今印象深刻。

董計劃工程師說,75年起先蓋一至四號機組,79年起五至八號機組接著做,每部機組都是55萬瓩,為及早運轉,都採雙線作業,日夜趕工,等於八部機組同時施作,忙到不行,光工程師就有上千人。當時施工方式是買設備來自己安裝,並由經濟部成立國內的顧問公司幫忙整廠設計。此舉雖有技術自主、培養人才的好處,但各個設備介面多、程序繁複;後來公司以此經驗,有系統地將施工、採購設備朝向模組化,逐漸改為買設備、安裝都由廠商負責。

此種工法改變,順利簡化介面,使每部機組縮短半年工期,可提前三至六個月運轉,花費雖高,但工期短,對日後其他電廠新建機組及國家經濟助益很大;且為避免日後維護有技術斷層,施工時都留下大量資料。

「74年開始實施加強環評方案,台中電廠是全臺第一座通過完整環評的發電計畫;擁有十部機組,總容量550萬瓩,也是全球最大的燃煤電廠。」台中電廠規劃12部機組,蓋一至八號機時環保抗爭沒那麼大,仍依規定通過環評,蓋九、十號機已有抗爭壓力,十一、十二號機因抗爭太大、京都議定書等外部影響,一直沒蓋;目前正規劃把十一、十二號機改為燃氣。

台中電廠九、十號機因當時經濟成長趨緩,且燃煤排碳量大,要設法減量,因此較晚蓋;同樣的,林口、大林電廠新增機組也都晚好幾年。如今台中電廠加排煙脫硫等設備,不但符合法規限制,自我要求空污排放都低於法規標準,具有最佳可行性的污染控制技術(BACT),也是亞臨界機組中,效率最高、成本最低者。

「燃煤機組對電價穩定度的貢獻巨大,也是經濟發展的基本要素之一;若燃煤不蓋,改蓋燃氣、燃油,雖然碳排放較小,但電價勢必倍增。」臺灣沒什麼礦產,都仰賴進口;煤較便宜,燃氣比燃煤每度電的成本高一至二元,燃油又比燃氣貴,而風力、太陽能需有大面積土地及充足自然條件,臺灣不易推行,因此燃煤機組對穩定電價格外重要;如何維護經濟發展及環境平衡,是必須面對的兩難課題。

近幾年環保意識抬頭,台電配合環保法規,各火力發電機組都陸續新設或加裝污染防治設備,包括靜電集塵器 (ESP)、脫硝系統(SCR)、排煙脫硫系統 (FGD)等,使懸浮微粒、硫氧化物、氮氧化物等,都大幅度降低達法規標準以下,且在通霄、南部、興達及大潭電廠大量增建低碳排放、高效率的「燃氣複循環發電機組」。

大林 林口兩大電廠 汰舊換新機

為提高機組效率以節能減耗、減少碳排放,運轉近40年的大林、林口電廠舊機組分別於101年、103年除役,提升為新一代的「超超臨界機組(80萬瓩)」,是世界最先進的燃煤火力機組,效率高達約45%,預定105年併聯供電,成為臺灣發電效率最高、空污排放最低的燃煤機組。相較舊機組相同年發電量,林口電廠未來每部機每年將減少約50萬噸用煤、108萬噸碳排放;大林電廠每部機每年減少約30萬噸用煤、64萬噸碳排放。

「因供電需求有增無減,但近年強調非核家園及環保意識抬頭,火力電廠新址難覓,舊機組除役在原址改建高效率的最新機組,已是必要做法。」時任林口電廠賴如椿廠長解釋54年整地、57年建廠的林口電廠,為何須先拆後建,汰換舊有30萬瓩汽力機組的原因。

他說,興建中的三部「超超臨界燃煤機組」,是目前世界最先進、也是台電首次採用單軸四缸串聯式汽輪機組,裝置容量240萬瓩,是舊機組的四倍,發電效率提高約8.69%,毛熱效率高達44.93%,平均每發一度電,較舊機組減少排碳約20%。

此外,日後儲存及運送煤炭,全程採用密閉式的筒式煤倉及氣浮式輸煤機,利用密閉、集塵及煤廢水回收,杜絕傳統輸煤過程產生的煤灰污染。

賴如椿廠長說,新機組總投資1,525億元,其中環保及景觀費用約209億元,占13.7%,採最先進的空污防治設備,透過「選擇性觸媒還原」、「濾袋式集塵器」及「脫硫吸收塔」,可大幅減少氮氧化物、粒狀物及硫氧化物排放。一號機組在105年正式商轉,將成為全臺灣發電效率最高、最環保的燃煤機組。

為了友善環境,林口電廠還把水資源充分回收再利用,每日約44噸生活污水,全數回收處理後用於沖洗廁所;每日約895噸事業廢水經廠內回收處理後,約可回收140噸再循環利用。廠區另規劃「雨水回收系統」,每年回收約29,000噸,用於綠化澆灌。

新機組條件也達超超臨界的大林電廠,施工過程也有數個特殊作法。例如因土質較鬆軟,為確保八座預力混凝土筒式煤倉及大量堆煤的荷重,以較少見的擠壓砂礫石樁工法先改良地層;鍋爐房鋼構採用槽接式挫曲束制支撐的耐震鋼材,提升耐震力;132公尺高的煙囪則依風洞試驗結果,進行耐風設計,確保安全。

興達電廠 環保優先創未來

除了引進最新式燃煤機組,台電也在數個電廠引進「複循環燃氣發電機組」,其原理為利用燃燒天然氣時產生的熱氣,推動氣渦輪機帶動發電機發電(單循環),再將氣渦輪機的排氣餘熱引入回收鍋爐裡,把鍋爐的水加熱為蒸汽,推動另一汽輪機發電(複循環),具低污染、低成本、裝機及啟動時間短、供電可靠性高等優點。

例如83年,台電配合能源多元化計畫及電源開發方案,且為充裕86至88年間的用電需求、突破新廠址難覓的困境,在興達電廠原燃煤機組預定地增建5部複循環燃氣機組,效率可達46%,是當時火力發電機組中效率最高者。

此外,興達電廠因沒有可供大型煤輪直接停靠的卸煤碼頭,燃煤都由大型煤輪載到大林卸煤碼頭卸煤,再分裝到小型駁船運到興達電廠,耗費兩次裝卸及駁運成本。台電於92年在興達電廠外海,建造可供大型國際煤輪直接停靠卸煤的深水碼頭。

「興達電廠自68年開始蓋,與台中電廠一樣,基地也在水底下,都是鳥不生蛋的地方。」董計劃工程師說,蓋興達電廠也是填海造陸,非常辛苦;如今興達電廠兼具燃煤、燃氣機組,所蓋的深水碼頭提升供煤的經濟性及穩定性,節省二次裝卸、電廠供煤等成本,提高營運績效;碼頭後側還有國內首座具可移動式頂蓋的室內煤倉,類似小巨蛋的移動式屋頂(dome),非常特別。

據悉,興達電廠外海卸煤碼頭,是臺灣第一座無遮蔽外海海域構建的大型深水碼頭,委由國內知名的宇泰工程顧問公司規劃設計及監造,創新的設計理念與施工方法,證明台電有能力完成這種海上大型碼頭的設計與施工,另因下列三項因素,榮獲96年度第八屆「公共工程設計品質金質獎」及97年度「中國工程師學會工程優良獎」:

1、特殊性:國內首例外海大型深水碼頭、無遮蔽海域施工環境;大口徑超長鋼管樁、60公尺跨距大鋼橋、大型預鑄構件海上吊裝。

2、挑戰性:外海惡劣施工環境,精度與品質比港內要求更高,且於28個月內完成龐大工程量體。

3、創新成果:碼頭採全預鑄工法,大跨度單一箱型鋼橋,興築階段採動態差分式全球衛星定位系統。

興達電廠另投資293.4億元在多項污染防治設備,因此94年起連續三年獲環保署企業環保獎,97年獲亞洲電力獎最佳環保電廠金牌獎,另取得ISO9001、ISO14001、OHSAS18001及臺灣職業安全衛生管理系統TOSHMS、ISO14064–1等驗證,並獲得節約用水績優單位獎、全國標準化第一名等優良紀錄。

大潭電廠 穩定供電功不可沒

另一複循環機組的具體範例,就是94年啟用的大潭電廠,六部複循環機組總裝置容量達438.42萬瓩,發電效率高達58.75%,是國內最新型、最具效率的機組,且一度是當時全球最大的燃氣複循環電廠(現僅次於沙烏地阿拉伯)。

時任大潭電廠陳建益廠長說,複循環機組效率最高,是因氣渦輪機作功後排出的熱燃氣高達637℃,排掉既浪費且污染大氣;將熱燃氣引入熱回收鍋爐,把鍋爐水加熱為蒸汽,不花一毛錢就可兩次發電,因此第一次氣渦輪發電一度、熱回收再發電0.5度,整體加起來效率就高。未來大潭電廠將再增加300多萬瓩容量機組,總計可達約750萬瓩。

「複循環機組與超超臨界機組各有千秋,前者效率高但成本也高,燃煤成本低很多,因此目前仍要靠燃煤,不能全靠燃氣。」大潭電廠103年每度電成本3.3∼3.4元,每度約虧本0.5元,103年發電240億度,就虧了120億元;104年天然氣價格稍跌,約在損益平衡邊緣。大潭電廠不但補上過去中電或南電必須北送的400萬瓩缺口,穩定供應北部地區電力,且減少南電北送的大量線路耗損;103年台電創下線損率僅4.09%的歷史佳績(104年線損率3.72%之新低紀錄),較往年平均約4.5%減少許多,若以營收600億元計算,就是增加30億元,這項佳績,除電力調度處及供電與輸電單位共同努力外,大潭電廠功不可沒。

陳建益廠長說,大潭電廠用人最精簡,值班人力每班僅20人,但戰力非常強,建立不少精進措施;例如污染控制方面,排碳不到燃煤的一半,硫氧化物、懸浮微粒幾乎是零,氮氧化物僅25ppm,低於環保標準(40ppm),除了燃氣較具優勢,主要是同仁精進「燃燒調校」技術,把污染壓到最低,使大潭電廠成為最環保的電廠。

此外,大潭電廠也推動43項節能措施,例如使用太陽能熱水器、改善熱回收鍋爐的效率提升2%等;節水方面例如製程的沖放水回收率逾七成,收集雨水做澆灌及沖廁所等等。

由於表現優異,大潭電廠連連獲獎,包括94年起連續六年獲經濟部評核為優等計畫;循環水泵設備製造安裝工程於97年獲得「第九屆公共工程金質獎」設計品質優良獎;100年獲亞洲電力獎「年度亞洲電廠」銀牌獎;101年獲經濟部愛水節水特優獎;102年及103年獲能源局溫室氣體減量績優廠商獎;103年獲國營事業生產事業組節水優等獎、通過水足跡盤查、獲企業環保獎銀質獎、亞洲電力年度環境提升計畫金牌獎。

104年除了蟬聯企業環保獎銀質獎連續兩年赴總統府受獎,另獲得節水績優獎、節約能源優等獎、在泰國召開的「年度亞洲電廠」會議獲亞洲電力獎金質獎,且推動能源管理系統 (ISO50001)認證為公司第一個推動認證單位。

「同仁以廠為家、全心付出,至今令我感動。」陳建益廠長說,建廠初期又溼又冷,常滿地泥濘,人力雖少,但為盡速營運,又需測試全臺最大的開關場,同仁常重感冒仍戴著口罩,從早上7點工作到晚上11點,整天除了睡覺就是工作,且因沒有眷屬宿舍,常整周無法回家,順利達到每年有一部機組試運轉完成。

此外,因應921地震全臺大停電,台電原擬花30多億元在大潭電廠設計增設一部八萬瓩全黑起動機組;不過陳建益廠長率同仁花三、四年,成功研發讓14台氣渦輪機組具有「孤島運轉功能(House Load)」,當全臺大停電、系統全黑時,機組仍可維持最低負載運轉,一旦系統故障清除,就可在無任何外來輔助動力下,啟動系統快速恢復供電。這項研發,使台電取消另設全黑起動機組計畫,貢獻度估計逾百億元。

目前台電也在通霄電廠更新複循環機組,新一號機預計106年7月商轉,將是繼日、韓,全世界第三個擁有單機容量達89萬瓩的燃氣複循環機組,也是全臺最大容量、效率最高、氮氧化物排放僅5ppm為全國最低的複循環機組,並具備孤島運轉能力。

林口電廠 台電第一座生態電廠

各火力電廠除了致力轉型為高效率、低污染的「環保電廠」,也積極敦親睦鄰、營造生態。例如為北臺灣供電46年的林口電廠,在103年8月除役後,目前正更新改建,將於105年商轉,徹底改頭換面,化身為開放觀光的「生態電廠」。

「在國人眼中,電廠往往蒙上神祕面紗,尤其四周高牆、大門有警察站哨,增加民眾的距離感,因此林口電廠轉型的第一步,就是拆牆。」賴如椿廠長說,除了拆除四周高牆,破除隔閡感,另在廠區增加11公頃綠地(約占全廠20.6%),並開放部分綠地與居民共享,再透過開放觀光,讓民眾深入瞭解電廠運作。林口電廠也投入約一億元,在電廠所在地的下福里,進行為期四年的下福里公共空間改善工程,讓鄰近社區與電廠整體發展,從農村、聚落、文化、地質、傳統等空間營造,併同林口生態電廠構成景觀新風貌。

賴如椿廠長說,以往林口在春季因鐵炮百合爭相綻放,美不勝收,被稱「野百合故鄉」,如今已因人為開發與環境改變而芳蹤難覓;為了讓里民找回美好的共同回憶,除了102年冬天在廠區栽培7,000株野百合,新建廠房的外觀在造型、顏色也都與環境搭配,煙囪設計野百合花意象,象徵野百合故鄉地標,要讓林口電廠除了發電本業,也化身漂亮的公共藝術造景。

「電廠轉型需淘汰一些老舊設備,都令同仁、里民們不捨。」賴如椿廠長說,例如早年專門運煤的桃林鐵路,長19.2公里、總造價7,180萬元,93年10月轉型為客運鐵路,成為居民及桃園高中的免費通勤火車,到101年12月27日停駛,許多人至今印象深刻;廠區留下一部G.E.260HP牽引型機關車頭,將待新廠完成後開放參觀。

此外,矗立廠區20多年的電廠煙囪,高達120公尺,是旅人返抵桃園機場時,隨著飛機緩緩下降,最早印入眼廉的辨識地標。這次改建廠區要拆除煙囪,因距西濱公路、民宅或廠區僅十幾公尺,拆除過程稍有不慎,重量等同於一萬輛小汽車的龐然巨物,恐釀嚴重事故。

他說,光評估各種拆除工法,就花整整一年,最後在煙囪左、右及前方架設鋼索,再加上支撐,引導它朝預定的位置倒下,才順利拆除;新機組會有新煙囪,高達168公尺,將成為林口的新地標、出國旅人返家的新指引。

另一例是大潭電廠,雖然廠區臨海,風強、鹽害大,不利植栽,廠方持續多年透過網室,從小樹苗開始培育,終找出合適的樹種,如今廠區逾30%都已綠美化,尤其103年趁通霄電廠蓋新機組,有百餘棵樹木面臨移除,其中不乏成長多年的扁柏、羅漢松等珍貴樹種,大潭電廠接收整批樹木,既美化廠區,也省下很多採購經費。

火力發電至今仍是臺灣發電主力,未來不管哪一座電廠,都將以環保議題為電廠發展主力,並以全新的風貌呈現,繼續供應優質電力,照亮寶島臺灣美麗的夜空。