彰工火力电厂供煤系统规划研究.doc

彰工火力電廠供煤系統規劃研究姚武田宇泰工程顧問有限公司 規劃部經理一、前言台電公司為因應國內電力成長需要，計畫在彰濱工業區之崙尾區內興建彰工火力電廠，位置如圖1所示。彰工火力電廠將採分期開發，近程先設置二部800MW燃煤機組，預計民國100年商轉，中程擴充為四部800MW燃煤機組，遠程再擴充至六部800MW燃煤機組。近程每年燃煤量約340萬公噸，遠程則高達1,020萬公噸，全部需由國外進口來供應。圖1 彰工火力電廠計畫工址位置圖彰濱工業區係填海造地而成，既定開發計畫中雖未規劃碼頭設施，但允許工業興辦人自建工業專用港或碼頭。由於彰工火力電廠所需燃煤均仰賴進口，如在彰工電廠旁闢建卸煤碼頭直接進口燃煤，當可大幅節省燃煤轉運成本及增加供煤之可靠性。此外，彰濱工業區與台中港間距離約僅20公里，在地理區位上可歸屬於台中港之服務範圍。由於台電公司已在台中港投資三座專用卸煤碼頭及卸儲運設施，只要再投資適當之轉運設施，即可利用台中港進口燃煤再轉運至彰工電廠，應可節省龐大之工程費用支出。基此，是否可以利用台中港港灣設施及台中火力電廠儲煤場之餘裕能量來轉運燃煤，或直接在彰濱工業區闢建深水碼頭供大型煤輪靠卸直接進口燃煤，均值得深入研究評估。二、背景環境與相關計畫(一)氣象風力：全年風速超過(含)10m/s的機率約佔10.4%。夏季風向分佈是多向性，幾乎各方向均有；冬季風向以NNE向(佔59.1%)及NE向(佔18%)為主。颱風：影響彰濱工業區之颱風平均每年1.84次。降雨：彰濱工業區年平均雨量為991.1mm，年平均降雨日數約為74天，降雨量以五至八月較多，十至十二月較少。氣溫：各月平均最高溫度為七月之31.0，最低為一月之12.7，並以七、八月之溫度較高，一、二月之溫度較低。相對濕度：彰濱工業區之年平均相對濕度高達85%，各月平均相對濕度變化不大，約介於83%87%。霧日：根據台中港區梧棲測站資料，各月中出現霧日以三月最多，平均約1.9日，年平均霧日數約6.8日。(二)海象潮位：依水利局在鹿港及寓埔水文觀測站之潮位統計資料，平均潮差為3.5m。波浪：根據台中港測站之波浪實測資料，冬季波浪以波高1.02.0公尺出現機率最高，約佔全冬季48.4；夏季波浪以波高小於1.0公尺出現機率最高，約佔全夏季79。海流：夏季平均流以東北向為主，冬季流向以順風向之南南西向為主，崙尾水道流速約界於40cm/s90cm/s。漂沙：彰濱工業區沿岸屬沙質海岸，漂沙方向於冬季時由北向南移動，夏季時由南向北移動，但沙量較少。(三)地形、地質、地震地形：彰濱工業區海域地形相當平緩，-10m-20m之地形分佈相當寬廣，從-20m等深線至工業區海堤間之最短距離長約7公里，其間地形平緩且水深分佈相當不規則。地質：彰濱工業區海域主要由烏溪、田尾排水構、番雅溝、洋子厝溪、員林排水溝與舊濁水溪等水道之輸砂，經潮汐及波浪沖積而成，組成物質主要為砂及粘土間雜紅土礫石台地之沖積物，表層屬於現代堆積層，其下為更新世地質地震：根據台電公司新建火力電廠暨主要發電設備之耐震設計規範，不分震區均依震一甲區之標準辦理結構設計，即水平地表加速度PGA=0.33g，垂直地表加速度為水平向之2/3(即PGA=0.22g)。(四)主要相關計畫1.彰化濱海工業區開發計畫彰濱工業區包括線西、崙尾、鹿港三區以及其聯外道路，總開發面積共3,643公頃。原定在90年12月完成所有圍堤造地工程，受到近年來全球性景氣不佳影響，工業局正研議將未來開發時程往後遞延。目前已完成圍堤填地之分區包括有鹿港區、崙尾區西區、線西區東區與西1、西2區。此計畫與本計畫之相關性如下崙尾東區開發時程仍不確定，未來電廠施工及營運期間聯外交通可能仍必須依賴線西區聯外道路系統。工業區內規劃有遊艇港基地、休閒遊憩用地、及海洋公園等，在研擬供煤方案時須儘可能降低環境衝擊。如計畫在崙尾水道內建卸煤碼頭，除工址水域須大幅浚深外，對已完工之護岸、海堤之安全問題應採取適當措施。如計畫在崙尾水道內建卸煤碼頭，碼頭配置須儘可能避開在崙尾水道規劃之廢水排水設施。2.台中火力電廠開發計畫台中火力電廠原有八部燃煤機組，於民國80年至86年間陸續商轉，為配合供電需要，已利用廠區西側之緊急灰塘用地增建#9、#10號燃煤機組，容量均為55萬，每年進口總燃煤量約1,250萬噸(不含林口及深澳電廠燃煤)。現有三席卸煤專用碼頭(#101、#102、#103)，其中#101、#102碼頭可供12.5萬噸煤輪滿載泊靠，#103碼頭可供Panamax煤輪滿載泊靠，俟台中港航道浚深拓寬計畫及港口第二期擴建計畫完成後，即可進泊12.5萬噸級煤輪(須候潮)。廠內台中煤場現有儲煤煤容量約240250萬公噸(含死堆)。增設#9、#10二部55萬KW機組後，則45天所需的安全存量為168萬公噸，煤場儲存容量仍足以因應。此計畫與本計畫之相關性如下台中電廠之供煤能力是否能再兼容轉運彰工電廠燃煤需求。如考量由台中煤場轉運，需考量廠區內是否尚有足夠空間供本計畫設置轉運設施。3.台中港整體規劃及未來發展計畫台中港整體規劃及未來發展計畫(9195年)於92年取得行政院核可，計畫在完成港口北防波堤第二次擴建及航道浚深拓寬工程後，可供12.5萬噸級煤輪候潮進泊。此計畫與本計畫之相關性如下台中港與彰濱工業區僅相距約20公里，如考慮從台中港轉運至彰工電廠，不但可充分運用台中港港埠資源，同時亦可避免在彰濱工業區興建卸煤碼頭之困難與環境衝擊。台中港在完成航道浚挖及港口擴建工程，進港船型將可提高到12.5萬DWT級，其卸煤能量將可進一步提昇，惟是否足夠兼容本計畫之需求仍需進一步評估。4.大肚溪口野生動物保護區保育計畫大肚溪口野生動物保護區位於台中縣龍井鄉與大肚鄉及彰化縣伸港鄉與和美鎮間之濱海地區，計2,669.73公頃，主要保育對象包括河口、海岸生態系及其棲息的鳥類。此計畫與本計畫之相關性如下未來彰工電廠燃料若考慮由台中港輸入轉運，則部份內陸轉運方案輸煤路線通過該野生動物保護區將最為便捷。未來輸煤路線規劃時應特別注意野生動物保育法、水利法等相關法令之規定，並儘可能降低對大肚溪口野生動物保育區之影響。三、供煤方案研擬(一)供煤方案之基本考量1.供煤方案須配合電廠各階段之用煤需求採分期開發為原則基於國內發電需求及電力調度考量下，彰工電廠機組分近、中、遠程等三階段設置，本計畫在規劃彰工電廠供煤系統時，必須配合電廠各階段之用煤需求採分期開發為原則。由於彰工電廠中遠程機組商轉時程仍不確定，因此本計畫研擬供煤方案時，應考量初期投資之經濟性及風險性，以及預留遠程計畫發展彈性。2.供煤方案必須考量對大肚溪口野生動物保護區之影響為了保護大肚溪河口海岸生態系及其棲息的鳥類，以大肚溪口野生動物保護區北以台中發電廠邊界及龍井堤防為界，東界從出海口上溯約10公里，南至伸港區海埔新生地田尾排水溝，西至海域約2公里均劃入該保護區範圍，涵蓋了廣達2,670公頃之河口區、河口流域、海埔新生地、溼地潮間帶及魚塭。由於台中電廠與彰濱工業區之間、西濱快速道路以西之全部陸地均屬該保護區之範圍，因此，為降低輸煤路線對該保護區之衝擊，輸煤路線應選擇在既有輸配電線與西濱快速道路間之路廊為宜，以免影響保育鳥類之棲息環境。3.供煤方案必須考量對彰濱海岸自然環境之影響本計畫不論在彰濱工業區闢建卸煤碼頭進口燃煤，或以台中港轉運燃煤，其新增之設施均難免會對彰濱海岸自然環境造成不同程度之衝擊。因此，供煤方案規劃時必須考量如何降低對彰濱海岸自然環境之影響，以減少後續推動計畫之阻力。4.供煤方案必須考量對彰濱工業區開發之影響 彰工電廠位於彰濱工業區內，供煤設施之建設難免需要彰濱工業區相互配合，包括輸煤路線之路權、設置卸煤碼頭及相關港灣設施之用地及水域、道路系統及相關公共設施等。此外，供煤方案規劃時應特別考量降低對工業區內之海洋公園、遊艇港基地負面影響。基本上，供煤方案應以最少改變彰濱工業區開發計畫原整體規劃配置為原則，以減少變更工業區開發計畫所產生之困擾。5.供煤方案必須考量對地方發展之影響本計畫供煤方案所規劃之設施勢必經過彰化縣境內或彰濱工業區土地，因此，對地方發展息息相關，尤其是對地區交通系統、沿線土地開發、工業區貨物運輸、及漁業發展等，而各種影響將會因方案不同而有不同程度之正負面影響。如何降低對地方發展負面影響，增加正面效應，將是研擬供煤方案必須特別考量之方向。6.供煤方案應考慮用地取得問題 本計畫如在彰濱工業區海岸闢建卸煤碼頭供煤輪泊靠，預期將遇到碼頭用地及操船水域取得問題，而利用長程輸煤帶、鐵路等由台中港轉運燃煤時，則轉運設施將會有路權問題，因此，用地取得問題預期將難以避免。如何規劃可行的碼頭及相關港灣設施、以及輸煤路線等，均應審慎考量用地取得問題，以降低將來計畫執行階段所遭遇到之阻力。(二)可能之供煤方式根據彰工電廠工址附近之環境特性，以及近鄰台中港之有利條件等重要因素，初步評估在彰工電廠旁建卸煤碼頭進口燃煤及由台中港轉運燃煤之方式均有可能性，本計畫較可能採用之供煤方式包括下列五種彰工電廠旁建卸煤碼頭直接進口燃煤以駁船由台中煤場轉運燃煤以輸煤帶由台中煤場轉運燃煤以鐵路由台中煤場轉運燃煤以卡車由台中煤場轉運燃煤(三)供煤方案研擬1.近程近程階段之供煤方案不考慮中遠程發展需求，可能供煤方案包括：方案A：彰工電廠旁建卸煤碼頭直接進口燃煤方案B：以1萬噸級駁船由台中煤場轉運燃煤方案C：以輸煤帶由台中煤場轉運燃煤方案D：以鐵路由台中煤場轉運燃煤方案E：以卡車由台中煤場轉運燃煤2.中程當彰工電廠以中程為設廠目標時，供煤方案研擬同時考量近程及中程供煤需求，但為因應中程之二部機組商轉時程未定，供煤方案以近程最佳供煤方案搭配其他四種可能供煤方式，可能之供煤組合方案如下：3.遠程當彰工電廠以遠程為設廠目標時，供煤方案研擬同時考量近程及中遠程供煤需求，但為因應中遠程機組商轉時程未定，供煤方案以近程最佳供煤方案搭配其他四種可能供煤方式，可能之供煤組合方案如下：三、最佳供煤方案選定 (二)供煤方案之評選模式為評選出彰工電廠最適燃煤供應方案，本計畫採用層級分析法(Analytic Hierarchy Process；AHP)將複雜的評估系統簡化為簡單明瞭的層級系統。AHP評估階層包括工程技術性、營運可靠性、投資經濟性、環境影響性、計畫執行面等五個不同層面，而各評估層面下依需要再提列評估準則、評估要素來進行更詳細之評比作業，有關彰工電廠評選最佳供煤方案之評估階層關係如表1所示。評選過程以問卷調查法彙集台電公司實際參與者的意見，以成對比較方式計算出各評估準則的權重，各方案在各評估準則的評分同樣以問卷調查法以反應外界(包括工業局、台中港務局、地方政府及鄉鎮公所)量化的觀點，然後加上顧問公司對技術性層面專業的評分，經不同標準(正規)化模式計算後，最後根據各評估準則之權重與各供煤方案在各準則下之績效值予以乘積後累計評分，並排定各供煤方案之優先順序，作為決策依據。表1 彰工電廠最佳供煤方案評估階層關係(三)最適供煤方案彰工電廠計畫設置之總機組容量會影響最適供煤方案之選定。近程二部機組及中遠程四部、六部機組為設廠前提所評選出之最佳供煤方案分別為1.近程二部機組為目標之供煤方案當彰工電廠僅設置二部機組時，由於年燃煤需求量僅340萬噸，就供煤經濟性而言，以卡車由台中煤場轉運供煤方案最具經濟性。而在計畫執行面、環境影響性、工程技術性、營運可靠度等層面上，因卡車轉運方案工程規模遠小於其他可能方案，轉運系統之負面影響性與其他四種供煤方案之差異較為有限，較大之衝擊為卡車轉運期間對交通之衝擊，惟因運量少，且台中港至彰工電廠間已闢設有西濱快速道路，台中港務局亦正積極建設港區道路系統，運煤卡車可經由港區道路(特三號高架道路)直接進出西濱快速道路，運輸便利性極佳，運輸過程不會與外界平面道路產生干擾，對彰濱工業區及台中港之影響亦小，從工業局及台中港務局所表達之意見中，對於彰工電廠僅設置二部機時，採用卡車轉運方案所獲得之支持度最高。基此，近程階段以卡車由台中煤場轉運燃煤方案最佳。2.中遠程四部、六部機組為目標之供煤方案當彰工電廠必須發展至中遠程階段時，年燃煤需求量將分別達到680萬噸及1,020萬噸，運量倍增後，如再以卡車轉運，前述各項評比層面之優勢隨之降低，各相關單位亦不建議繼續採用卡車轉運。根據供煤方案之評選結果，顯示在彰工電廠旁建卸煤碼頭直接供煤之方案在整體層面之評估較優於其他供煤方案，雖然其經濟性低於輸煤帶轉運方案，但整體層面之可行性表現則為最佳，基此，中遠程階段以彰工電廠旁建碼頭直接供煤方案最佳。五、最適供煤方案規劃(一)近程(以卡車由台中煤場轉運燃煤方案)1.供煤方式由台中港101103碼頭及台中電廠煤場卸取彰工電廠燃煤，再以卡車經西濱快速道路運到彰工電廠，運送距離約30公里。每小時運輸37車次(單向)。2.船運計畫及碼頭使用率彰工電廠年燃煤量340萬噸，加上台中電廠10部機燃煤需求，101103碼頭年卸運量計1,590萬噸，年進港船數172艘，6萬噸、8萬噸、12.5噸級以上煤輪船數採1：1：2規劃，碼頭平均使用率約51.8%。3.台中煤場端卸運系統計畫在TR-24轉運塔南側興建一座卡車裝煤站、另外新增一條輸煤帶及修改TR-24轉運塔。裝煤站四周設有環站道路並與台中港環港道路銜接，進出口各設有管制站，裝車區設有7座儲倉，可同時供7部卡車裝煤。4.彰工電廠端卸運系統計畫在廠區南端靠近進水口附近設置卸煤站。卸煤站四周同樣設有環站道路，另外在進水口後方設一條道路與工業區西側海堤道路銜接。站區進出口各設有管制站、地磅站及清洗站，卸車區採半遮蓋式，設有四座地下收煤漏斗，可同時供4部卡車卸煤，卸下之煤炭直接經由輸煤帶送入煤場。(二)中遠程(彰工電廠旁建碼頭直接供煤方案)1.供煤方式自中程階段起，在彰工電廠旁、彰濱工業區崙尾水道口興建卸煤碼頭供煤輪直接泊靠，燃煤經碼頭卸煤機卸下後，直接以輸煤帶運入彰工電廠煤場。2.船運計畫及碼頭使用率彰工電廠中程年燃煤需求量680萬噸，遠程年燃煤需求量1,020萬噸，計畫船型以88,000DWT煤輪為最大船型，船隊組成另包括6萬噸級煤輪。中程年進港船數約100艘，遠程約150艘，運煤船隊中6萬噸級與8萬噸級船數比例均採1：1規劃。中程以二席碼頭配置三部2,000TPH卸煤機負責卸煤，碼頭使用率約47.2%；遠程增設一部2,000TPH卸煤機，碼頭使用率約56.5%。3.卸煤碼頭及港灣設施平面配置卸煤碼頭計畫設置2座，另外為便利船舶進出及進行裝卸作業，在工業區計畫興建之南北攔砂堤外再增建1,450m北防波堤及700m南防波堤，供煤輪進出之航道水域則設置一道約7公里長、350m寬外航道，一座直徑800m迴船池及350m450m寬內航道。在卸煤碼頭東側也設置二席浮動碼頭供港勤船平時停靠用。4.港池靜穩度數值模擬經以數值繞射模式分析主要波向對卸煤碼頭水域靜穩度之影響如圖2。圖2 彰工電廠最佳供煤方案由計算結果可看出WNW向偏北之波浪受到北防波堤阻擋，外海波浪僅能影響到南、北防堤堤頭附近之水域，防波堤以內之水域及碼頭前方水域靜穩度相當良好。但W向偏南之波浪對操航水域之影響相對較大，其中以W向影響最大，颱風影響期間W向颱風浪可能入侵到碼頭船席水域，迴船池、內航道及船席水域，結構設計須考量此波向颱風波浪之影響，後續工作建議再進行水工平面遮蔽試驗驗證碼頭前波浪場狀態，以供結構設計參考依據。5.海流數值模擬分析本項分析主要在提供Fast Time操船模擬及地形變遷影響分析所需之流場環境，模擬分析工作由成功大學水工試驗所負責辦理。為配合Fast Time操船模擬試驗所需海流流場，海流數值模擬計算領域，南北向自彰濱工業區南邊之永興海埔地北堤至線西區北堤2公里外範圍計26公里，海域邊界至平均水深約25公尺位置計12公里。因計畫區域無大面積完整實測地形資料，基於計算需要，計算範圍內之海域地形水深採用民國90年3月實測地形水深，潮間帶則採用民國89年7月實測底床高程數據。海流數值模擬成果採每隔30分鐘輸出一筆全流場數據。經比對分析各時間點之流場分佈狀況，本計畫計選定四種在漲潮及退潮時段對操船影響最大之流場資料供Fast Time操船模擬試驗使用，包括：風向NNE，風速15m/sec，漲潮。風向NNE，風速15m/sec，退潮。風向S向，風速12m/sec，退潮。風向S向，風速12m/sec，漲潮。5.地形變遷數值模擬為評估卸煤碼頭等港灣設施對彰濱海域地形之影響性，本計畫委託成功大學水工試驗所辦理數值模擬及影響分析工作。(1)漂砂臨界水深與輸砂量分析彰濱工業區海岸年輸砂量介於20萬立方公尺至200萬立方公尺之間，其中約有85%以上之輸砂量係發生於水深小於5m區域。以輸砂區間而言，彰濱工業區鄰近海岸輸砂量最大區域發生於田尾水道外緣淺灘，水深小於5m區域年總輸砂量達180萬立方公尺，其次是鹿港水道外緣淺灘，水深小於5m區域年總輸砂量達120萬立方公尺。由不同區位砂量變化，可以預知田尾水道至海洋公園之間海岸將是未來幾年中彰濱工業區鄰近海岸淤積最快速區域。相對地，烏溪河口至田尾水道之間區域應該是侵蝕最快速區域，然而受到烏溪每年約200至400萬立方公尺輸砂量淤積影響，烏溪河口至田尾水道之間區域過去幾年來並無嚴重侵蝕情形。由於烏溪上游河川輸砂淤積之影響，田尾水道至烏溪河口之間海岸並未出現侵蝕情形。然而同樣是侵蝕速率快速的鹿港區海岸，不僅無河川砂源補充，又受到崙尾海堤阻擋由北往南輸砂影響，使得鹿港水道南側淺灘侵蝕現象由1999年鹿港水道外緣，往南擴張至漢寶溪河口位置。依據此一結果，預知未來幾年中鹿港區海岸侵蝕情形並無緩和趨勢。於水深5m至10m區域輸砂量分析結果中，以崙尾水道位置年總輸砂量最大達100萬立方公尺。然而受到北攔砂堤興建後之影響，相同區位年總輸砂量由1999年之100萬立方公尺減少至2000年之80萬立方公尺，2001年又降低至60萬立方公尺。然而由輸砂量變化區位，海洋公園至崙尾水道水深小於5m區位，年總輸砂量由海洋公園往崙尾水道方向遞減，而水深介於5m至15m區位，年總輸砂量反而海洋公園往崙尾水道方向遞增。此結果顯示海洋公園至崙尾水道之間海岸，水深超過5m區位侵蝕量呈現加劇情形。(2)對鄰近海岸地形變遷影響漂沙模擬成果顯示(詳圖3圖4)，本計畫在彰濱工業區建卸煤碼頭與港灣設施，對附近海域地形影響相當輕微，航道水域將會有明顯淤積現象，估計年平均淤沙量約98萬方。對鄰近海岸地形變化之影響，主要反應於興建後五年內。另外從地形變化量之比較結果，顯示卸煤碼頭及其港灣設施興建完成一年後，地形變化影響範圍除了外航道兩側外，主要影響範圍集中於鹿港區海岸，完成後兩年影響範圍雖然擴大，但是主要影響區域仍是鹿港區海岸，顯示卸煤碼頭及其港灣設施興建完成後鹿港區近岸侵蝕量將大幅度降低，而不受北防波堤遮蔽之遠岸區域侵蝕量將增加。至卸煤碼頭及其港灣設施興建完成後第五年，主要地形變化影響範圍仍侷限於鹿港水道南側一公里內，然而鹿港漁港南側以及漁港航道位置將由侵蝕專為淤積。依據此一結果，鹿港漁港航道冬季將受到保護不致發生侵蝕，然而夏季期間則可能發生淤積，因此於彰工電廠興建卸煤碼頭及其港灣設施時，應該注意對鹿港漁港遮蔽效應所發生影響。圖3 工址區未興建港灣設施時五年後之地形變化圖4 工址區興建港灣設施五年後之地形變化(3)海岸保全措施建議由海岸地形變化模擬結果，可歸納出彰工電廠在崙尾水道興建卸煤碼頭及港灣設施對彰濱海域海岸地形之影響，主要有鹿港區海岸地形變遷、外航道土方回淤與防波堤堤頭沖刷、以及潛在侵蝕區等四方面。本計畫依據