川流式发电
川流式发电（英语：Run-of-the-river hydroelectricity，ROR），也称作径流式水电[1]，为一种虽借由水力但仅需要少量的水或不需储存大量的水来进行发电的水力发电形式。川流式水力发电几乎完全不需要水的储存，或仅需要兴建极小的储水设施，而在兴建小型储水设施时，这种储水设施便被称为调整池或是前池。由于没有大型储水设施的建置，川流式发电对于引用水源的季节性水量变化十分敏感，因此川流式发电厂通常被定义为间歇性的电力来源。而如果川流式发电厂中建置一座可在任何时间调节水流量的调整池，将可作为一座调峰电厂或是基载电厂。
概念
川流式发电被认为是最理想于维持发电厂所在溪流最小的流量或调节湖泊或水库注入来源的上游水量。[2][3] 这类型的水力发电模式，通常会在发电厂所在溪流的上游兴建一座小型水坝，以利于有足够的水流量可进行发电，然后透过进水口、导水路，再进入压力钢管，将水以位能转换动能向下冲入位在较低海拔高度的水轮机，水流进入水轮机后旋转带动发电机发电，后由尾水管吸出，最终排出发电厂[4]相较于没有调整池或前池的川流式发电厂，部分拥有调整池的发电厂会将每日发电负载需求的水量储存于此[2]。一般状况下，川流式发电厂会利用上游的小型水坝截流住部分，或是大部分河川中的溪水（最高年平均流量的95%）并引导至发电厂[5] ，然后水透过水轮机转动发电后，会再度排放至该条河川的下游。[4]
川流式发电厂在厂房外观与设计上，与传统的水力发电方式有着显著的不同。传统的水力发电形式，也就是水库式发电，会兴建大型的水库来蓄存大量用来发电的水流，然而此种方式将可能会淹没大片土地。相较之下，川流式发电并没有上述中对于水坝或水库兴建上不利的问题，这就是为何川流式发电会被认为是较为环保的电力生产方式[6] 在加拿大，自从1980年代以后，已不再兴建会对环境造成重大影响的大型水库。
“川流式（run-of-the-river）”一词，在世界各地的水力发电术语中皆有不同的意义来表达，部分国家的术语中，如果水力发电厂发电时没有进行储水，却设置一座有限的储水设施，也会被定义为川流式发电，部分的水力发电厂设计者也会将计划兴建的发电厂类型定义为川流式发电，以降低社会大众在水力发电对于环境影响的关注目光。印度标准局（BIS）对于川流式发电的定义如下：[7]
一座利用流动的河水进行发电的发电厂，并配有足够蓄水量以满足每日供电需求或每周流量波动的调整池。如此设计的水力发电厂，对于河流的流动的正常状态中不会造成实质性的影响。[7]
目前，一些川流式发电厂的规模与发电量已经媲美于传统的水库式发电[8]。例如：2006年加拿大不列颠哥伦比亚省的一项川流式水力发电兴建案，其设计装置容量达到1,027兆瓦[9]。虽然，川流式水力发电的优势在于不需要大型水库的兴建，然而，川流式发电的特性，因此衍生需要在上游建有大型水库才能够稳定替下游供水的问题，所以部分的川流式发电厂也会兴建在大型水坝或是水库的下游。其中一个案例是1995年，装置容量1,436兆瓦的拉格兰德-1发电厂，其上游的大型水坝与水库，便是1980年代詹姆斯湾工程的项目。
优势
当能源生产开发聚焦于所在的发电厂大小以及位置之下，川流式发电的开发能够创造出一个对于周遭环境生态与居民集住地来说永续能源生产又能低环境影响的极大优势。[4] 优势包括：
更干净的电力生产方式与减少温室气体排放
就像所有的水力发电形式，川流式发电仅需驾驭水流的自然势能，便能够产生电力，而不需要像燃烧煤炭或天然气以产生可供应给消费者与工业所需要的电力。
降低淹没发生/水库
川流式发电不需要像传统的水库式发电一样，当水坝完成时，会有大量的土地遭到淹没。而这样的的结果便使得居住在发电厂上游河岸的居民不需要搬迁，并且，动植物的自然栖息地和肥沃的农田便不会被淹没。
劣势
“不稳定”的电力来源
川流式发电被认为是“不稳定”的电力生产来源，并且川流式发电仅有很少，或根本没有储存电力的能力[10]。因此川流式发电不能协调发电的输出量以满足供电需求。它的发电量极大的取决所在河川的季节性和水流量，当溪水流量极大时（如春季山洪的大量河水）便能够制造出大量的电力，[9] 而如果来到夏季干旱期或冬季干旱期时，河水流量减少，大大降低发电厂的发电量。
可设置的位置
设置水力发电厂的选址即是透过所在位置的水头高度以及水流量来计算其发电潜能。透过在河道上兴建水坝抬高河床，水头高度落差即产生，并将发电机设置在水坝之下进行发电。 其中，水坝的兴建将可能造成长达数百公里的河床抬升，而川流式发电厂便会透过引水道、箱涵或是隧道来将水流引入至厂房中的发电机组进行发电。由于为顾及发电厂上游水坝的兴建成本，河道的陡降坡度成为重要的选址要点。
环境影响
慎重的选址下，川流式发电厂将能够以最小的环境影响下施工[4]。然而大型的川流式发电开发案将会牵涉到更多环境问题。例如：加拿大不列颠哥伦比亚省的深成岩电力公司已取消的布特进水口水力发电开发案，如果该项案件完成，将会有三组大型水坝与17条河流受到人工改道[8]。该计划中的川流式发电厂将把90公里的小型溪流与河川的水流人工改道引入导水隧道及管线中，并新建输电线路443公里，永久维修道路267公里，桥梁142座，而且皆建在荒野地区。[11]
加拿大不列颠哥伦比亚省的山区以及丰富的大型河川已使该地区成为全球的试验各种新兴川流式发电技术的地方。截至2010年3月，该省政府收到628张尚未决议的水权申请牌照，并且这些申请的目的皆仅用于发电 - 代表该地区拥有超过750个具有潜能的水力发电开发点。[12]
顾虑
川流式发电中，对于兴建时的全方面影响，目前仍然没有完全明白或考虑周全，包括以下内容：
- 截流大量的河水，并减少河流流量，影响水流速度与河流深度，大限度的减少了鱼类与其他水生生物栖息地的范围；夏季时，降低流速的河水会河水水温升高而影响河流中的鲑鱼与其他鱼类。[4]如果依照原本位于不列颠哥伦比亚省的布特进水口水力发电计划，其中三条兴建水坝的河流年平均流量将可能被截流掉至少95％。[5]
- 为施工与维护发电厂而辟建的新道路与输电线路将可能导致许多生态物种广泛的栖息地被破坏，必然会导致入侵物种和不受欢迎的人类活动增加，如非法狩猎。[4]
- 累积影响 — 发电厂兴建对周遭环境的影响总成不仅有发电厂本身的兴建，还有维护道路、输电线路，以及因发电厂兴建而带来的周围发展 — 这些影响皆难以测量[4]累积影响是电力供给来源接近高密度用电聚集区域的一项特别重要参考要素，例如：在加拿大不列颠哥伦比亚省目前有628张尚未核准水权申请，并且，大约有三分之一的申请位于该省西南部，而全国的四分之一申请来自该省。[12] 该地的人口密度与相关的环境影响是最高的。
- 水权申请的许可由不列颠哥伦比亚省环境部门所核发，使得开发人员能够依法截取水流，[13]并且不包括指定条件改变时是否需更改水权的条款，这意味着维持水生生物基本生存水量和发电时节流河水的冲突更加无法掌控或往后发电厂管理者会任意决定是否增加发电水量，并减少向下游流放水生生物所需的基本水量。[12]然而，根据不列颠哥伦比亚省水法案第101条中指出，关于水权申请的规定可以由政府在任何时间更改，包括所有水力发电厂，以释放能够保护水生生物的河水流量。[14]
主要案例
- 贝卢蒙蒂水坝，巴西，帕拉州11,233兆瓦特（15,064,000匹马力）
- 约瑟夫酋长水坝, 2,620兆瓦特（3,510,000匹马力）
- 博阿努瓦水力发电厂，1,903兆瓦特（2,552,000匹马力）[15]
- 色秋溪发电厂，加拿大，不列颠哥伦比亚省16兆瓦特（21,000匹马力）
- 邦尼维尔水坝, 1,092兆瓦特（1,464,000匹马力）
- 纳宾札基水坝印度，萨特莱杰河 1,500兆瓦特（2,000,000匹马力）
- 加齐 - 巴罗塔水力发电开发案，巴基斯坦，印度河1,450兆瓦特（1,940,000匹马力）
- 拉格兰德-1发电厂1,436兆瓦特（1,926,000匹马力）
- 科哈拉发电厂，巴基斯坦，穆扎法拉巴德，杰赫勒姆河1,100兆瓦特（1,500,000匹马力）
- 尼兰 - 杰赫勒姆发电厂，巴基斯坦，自由克什米尔，穆扎法拉巴德，杰赫勒姆河969兆瓦特（1,299,000匹马力）
- 巴加里哈水坝，印度，奇纳布河900兆瓦特（1,200,000匹马力）
- 钟楼发电厂，加拿大，魁北克省752兆瓦特（1,008,000匹马力）
- 上塔马库希水力发电开发案，尼泊尔，456 MW
- 上鸟羽谷水力发电开发案，加拿大，不列颠哥伦比亚省196兆瓦特（263,000匹马力）
- 福雷斯特克尔水力发电开发案，加拿大，不列颠哥伦比亚省195兆瓦特（261,000匹马力）
- 帕特林德水力发电厂，巴基斯坦，昆哈河150兆瓦特（200,000匹马力）
- 上鸟羽谷水力发电厂，加拿大，不列颠哥伦比亚省123兆瓦特（165,000匹马力）
- 上科德马尔水力发电开发案，（UKHP）斯里兰卡，塔勒沃凯莱150兆瓦特（200,000匹马力）
台湾
台湾由于本身的地形与气候因素，导致河川坡陡流急，不利于大型水库的兴建，因此台湾大多数的水力发电厂皆是川流式水力发电厂，从最高数百米的水头，至最低20米以下的水头高度，皆能够建立川流式发电厂[16]。
参见
注释
- ^ run of river （页面存档备份，存于互联网档案馆） - 术语在线
- ^ 2.0 2.1 Dwivedi, A.K. Raja, Amit Prakash Srivastava, Manish. Power Plant Engineering. New Delhi: New Age International. 2006: 354. ISBN 81-224-1831-7.
- ^ Raghunath, H.M. Hydrology : principles, analysis, and design Rev. 2nd. New Delhi: New Age International. 2009: 288. ISBN 81-224-1825-2.
- ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Douglas T, Broomhall P, Orr C. (2007). Run-of-the-River Hydropower in BC: A Citizen’s Guide to Understanding Approvals, Impacts and Sustainability of Independent Power Projects 互联网档案馆的存档，存档日期2008-08-28.. Watershed Watch.
- ^ 5.0 5.1 Knight Piesold Consulting. Plutonic Hydro Inc. Bute Inlet Project. Summary of Project Intake and Turbine Parameters （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Knight Piesold Consulting.
- ^ Hydromax Energy Limited. Hydromax Energy Limited website （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
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- ^ 8.0 8.1 Plutonic Power (2008). Revised Project Description for Bute Inlet Hydroelectric Project Requirements. P1 （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Plutonic Power.
- ^ 9.0 9.1 Wilderness Committee. Wilderness Committee Comments on the Draft Terms of Reference, Bute Inlet Hydroelectric Private Power Project. Letter to Kathy Eichenberger, Project Assistant Director. P1 （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Wilderness Committee.
- ^ Douglas, T. (2007). “Green” Hydro Power: Understanding Impacts, Approvals, and Sustainability of Run-of River Independent Power Projects in British Columbia （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Watershed Watch.
- ^ The Bute Inlet Hydroelectric Project, Backgrounder (PDF). Watershed Watch Salmon Society. Watershed Watch: 2. 2009 [2010-08-03]. （原始内容存档 (PDF)于2019-05-22）.
- ^ 12.0 12.1 12.2 IPPwatch.com website. IPPwatch.com 互联网档案馆的存档，存档日期2011-01-13..
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- ^ BC Water Act. Legislation. [May 20, 2011]. （原始内容存档于2020-02-12）.
- ^ Hydro-Québec Production, Hydroelectric Generating Stations (as of December 31, 2010), Hydro-Québec, 2012 [2011-05-17], （原始内容存档于2010-12-13）
- ^ 萧永盛, 水力發電 (PDF), 中兴工程顾问公司电力部, [2016-02-06], （原始内容存档 (PDF)于2016-02-06）
资料来源
- Freedman, B., 2007, Environmental Science: a Canadian Perspective; 4th edition, Pearson Education Canada, Toronto, pp 226,394.