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水力發電

日月潭原貌

日月潭是臺灣最大的湖泊,風光旖旎秀麗。全潭以拉魯島(Lalu、光華島)為界,北半部形如日輪、南半部形如月鉤,因而得名。

  未興建日月潭水力發電工程之前 未興建日月潭水力發電工程之前
日月潭海拔 726.8公尺 745.45公尺-748.48公尺
潭面面積 4.55平方公里 27公尺
潭的最高深度 6公尺 27公尺
最大貯水量有效容量 - 1.24億立方公尺

註:

當時水力工程師認為尚可提高3.03公尺,故取水口之設計仍保留提高3.03公尺之容量。因此在興建明湖及明潭水力抽蓄發電工程後,日月潭水位由海拔745.45公尺上升至748.48公尺。

緣起

臺灣經濟的發端-臺灣電力株式會社
日治大正年間,臺灣總督府欲在既有的殖民基礎上發展輕工業,並多元充分利用水力資源,以提供臺灣工商發展所需電力。大正8年(1919)4月,臺灣總督府命令籌組臺灣電力株式會社,並於同年7月30日成立,是為臺灣經濟的另一個開端。

日月潭司馬按工務所
日月潭位處臺灣的地理中心位置,地理形勢相當特殊,在日治1919年始,即利用濁水溪、日月潭、水里溪間的海拔高度落差,來建造日月潭的水力發電工程,期間曾因經費短缺而中輟,迄至1931年復工,於1934年工程竣工,並且透過輸電電路供電至全島,對臺灣的民生用電和臺灣工業化奠定良好的基礎。

潭水哪裡來
「東洋第一」的水力發電工程

濁水溪是臺灣最長的溪河,長178.6公里,但未流入日月潭,日月潭水力發電工程係從濁水溪的取水源頭,建一武界水壩,流經15.12公里長的引水隧道、暗渠、明渠、水路橋,將水流入日月潭,並建水社壩、頭社壩,使日月潭成為一座大型的貯水庫。

日月潭引水工程

自武界水壩取水口至日月潭間之距離全長共15.12公里,皆處於中央山脈的叢山峻嶺間,每一座山峰的高度都很高聳,有的甚至在海拔2,000公尺以上,要在此險峻的地形興建導水措施和進行施工,是一間難上加難的工程。

為了在高山地帶興建日月水力發電引水工程,在埔里街區東南方之水頭谷架索道,以流籠搬運材料至武界工區。而工人皆搭此流籠前往工區,坐在流籠上有如「空中飛人」。

空中飛人-1
空中飛人-2
鑿壁穿山

自武界水壩引水到日月潭共建有八座隧道,長達13公里,其不僅是一項浩大工程而已,而是施工的技術更是困難重重,加上當時尚未有挖土機、預拌機等大型機具,而此項工程皆在岩洞內施工,如何避開滲水是一項挑戰。

因地質大都為軟弱板岩,因此必須架設支架始能進行施工,但許多工區為降坡之工段,所以坑內常常出現大量的湧水,造成施工上的困難。此一浩大工程,在叢山峻嶺搬運施工材料,無論是電車、纜車、台車,皆需要大型的動力機具,並須具備各類技術人才。

鑿壁穿山
日月潭貯水庫工程

日月潭原潭面面積約4.55平方公里,為了發電需要,增加貯水的容量,於是在日月潭畔興建兩座水壩,完成後日月潭水位因此增高18.18公尺,潭面積較原來增加1.7倍,而蓄水容量增加6.72倍。

頭社壩 水社壩 頭社壩
溢水處 水尾溪的溪澗,將水尾溪堵塞而成 頭社溪的溪澗,將頭社溪堵塞而成
高度 28.9公尺 18.8公尺
長度 372公尺 166公尺

水社水壩和頭社水壩皆採用「心壁式」之填壩,其有許多優點,因為心壁(core)是一層厚厚的鋼筋混凝土所見的壩心,因此可以防止滲水,而在心壁兩邊先以泥土漿水擠壓來填充,外部則砌上石堆,用來防止潭水的沖刷。 一面興建水社壩的壁心工程,一面進行壩堤的填土及滾壓固土作業

日月潭貯水庫工程
有了水,那怎麼發電呢?

日月潭水經開渠、取水塔、壓力隧道、平壓塔、壓力鋼管來推動水輪機和發電機組來發電。

日月潭電力系統

日月潭電力系統,係大都使用濁水溪水流為水源,亦稱濁水溪電力系統,日治時期包括有北山坑發電所、濁水發電所、日月潭第一發電所、日月潭第二發電所、萬大發電所,其中北山坑發電係為日月潭發電工程而建,引用烏溪之水流來發電,是唯一沒有使用濁水溪為水源的電廠。戰後又興建霧社水壩和霧社發電廠,民國70年代又建明湖、明潭抽蓄發電廠、水里發電廠,皆屬日月潭電力系統。

日月潭第二發電所 (明潭電廠鉅工分廠)

於1937年完工啟用,為「調整池式發電廠」,位於水裡坑水里溪與銃櫃溪交會三角地帶,為濁水溪流域日月潭區電力開發主要電廠之一。

日月潭第二發電所主要為利用第一發電所的尾水引導,另與銃櫃溪水匯合,流入銃櫃調整池蓄水發電。日月潭第一發電所的放水,經過4,409公尺長的引水隧道,以有效落差為123.6公尺的水力來發電,得43,500瓩的電量。

第二世界大戰末期,日月潭第二發電所曾遭盟軍戰機轟炸,機組設備受創嚴重,終戰後,臺電員工在材料缺乏,並以高度智慧及克服萬難精神連日夜趕修,才得以恢復運轉。民國35年蔣宋美齡親書「鉅工」兩字,發電所易名為「鉅工發電所」。

抽蓄水力發電

電力系統產生之電力無法貯藏,唯獨用抽水方式可以貯藏。抽蓄的原理即為利用系統離峰(深夜)之剩餘電能自下池將存水抽貯入上池,至尖峰時間(中午及傍晚),再由上池放水發電,再存於下池,如此循環利用,因而將低價值之電,轉變為高價值之電。

抽蓄水力發電
明湖水力抽蓄發電廠 (大觀發電廠大觀二廠)

於民國74年8月竣工,是台灣第一座抽蓄發電廠,當時也是遠東地區最大的地下發電廠。

以日月潭為上池,另於水里溪中游築一混凝土重力壩為下池,進水口設於日月潭西岸,其下游接兩條隧道,兩座平壓塔,兩條埋入式壓力鋼管,下端共分為四支,安裝四部抽蓄水輪發電機組,各有尾水道一條。緊鄰尾水道出口即為下池,下池係在水尾溪建一混凝土重力式水壩,貯水而成,水壩高度57.5公尺,壩頂長度169.5公尺,並建有排沙道,每秒最大可排582立方公尺,並置有閘門兩門,遇洪水時以排洪之用。

明潭水力抽蓄發電廠 (明潭發電廠)

位於大觀發電廠和鉅工發電廠之間,與明湖抽蓄發電廠同屬抽蓄式水力發電,均利用深夜剩餘電力抽水儲存於上池日月潭,尖峰負載時放水發電。為台灣第二座抽蓄發電工程,亦為台灣有史以來最大水力發電工程,機組容量無論就單機26.7萬瓩、或總設備容量160萬瓩均屬空前。

進水口亦設於日月潭西岸,出水口設於明潭下池壩上游左岸,其輸水路有兩條,每條包括頭水隧道、平壓塔、壓力鋼管及三條尾水隧道,廠房設於下池壩左岸山腹內,裝置六部各26萬7瓩之抽水/水輪機及300MVA之電動/發電機。

明潭發電廠混凝土重力壩

日月潭是一所大型的戶外教室,遊客在此可欣賞日月潭的美麗風光之外,在此可以學習與體驗本地的生活文化,在此可以學習邵族文化,在此可以學習到日月潭發電知識,在人與大地之間的文化關係,日月潭呈現出人的生命、生活、生產與生態的和諧關係。

日月潭風景

文字、歷史照片來源民國91年日月潭國家風景區管理處編印 「臺灣心電圖」

水力循環的永續典範

日月潭是世界上少數幾座巨型抽蓄水力發電廠,利用約380公尺的水位落差推動發電機組,透過「抽水蓄能」的循環原理,讓水資源得以重複運用。發完電的水會流至下游水庫,經自來水廠過濾後成為生活與旅遊用水;使用後的廢水再送至污水處理廠(日月廠、水社廠),並作為下一次發電的水源,真正達成「一滴水發N次電」的永續利用,展現了人與自然共生的智慧。

永續日月潭循環圖
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