台灣三大核電廠將在2025年全數退役,屆時核電將走入台灣歷史。然而綜觀全球,雖然福島第一核電廠事故掀起全球對核能的疑慮,但到了2020年代,淨零碳排成為全球共識,近130個國家將此定為目標,綠電尚難以填補能源缺口,在這樣的背景下,核電被視為可靠的零碳能源替代方案。
根據IEA(國際能源署)在2018年的統計,核電在全球能源占比為10%,而在先進國家,18% 電力來自於核電廠。在低碳能源當中,核能提供了2,724TWh 的電能,僅次於水電的4,239TWh,是全球規模第二大的低碳能源,遠高於風電的1,217 TWh與太陽能的582TWh。
雖然在科技發展與國家政策的推動下, 風電與太陽能發電容量將取得長足進展,但在2050 年淨零碳排的壓力下,許多國家仍將核電納入選項。依據世界核能協會資料,截至3月份,32個國家境內有反應爐正在運轉,還有56座反應爐正在施工,已明確制定建設計畫者更達96座。其中,中國有19座反應爐正在建設、另計畫34座反應爐,數量遙遙領先居世界第一;大打戰爭的俄羅斯此刻有3 座正施工、另計畫興建27座,印度在建反應爐也有8座,另計畫12座,土耳其在建3座、計畫1座,韓國在建反應爐4座,美國、英國各有2座施工中。然而,核電廠址選擇不易,建設需投注大量資本,還有安全上的爭議,因此核電在各國皆是燙手山芋,發展不易。
為解決核電廠相關爭議,近年「小型核電廠」技術竄出,在能源界掀起波瀾,不僅比爾蓋茲、馬斯克支持,美國、中國、俄國、南韓等大國也在發展。這項技術,是傳統核電廠外的第二選項。
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▲小型核電廠與傳統核能有何差別?圖為美國三哩島核電廠,目前已除役。(美聯社)
優勢:規模小、模組化,SMR興建門檻低
小型核電廠的標準名稱是小型模組化反應爐(SMR, small modullarreactor),顧名思義,那是一種規模較小的核反應爐。SMR技術源於核動力潛艦的反應爐,根據IAEA(國際原子能總署)的數據,傳統核電機組的發電容量為700MW 起跳,但SMR的發電量最高僅300MW,不到傳統核電廠的40%。
由於規模小,成本低與靈活性高是SMR的主要優勢。SMR占地小,冷卻條件也相對低,因此能夠設在過去難以建設核電廠的地方,例如偏遠地區、離島,或是缺乏水源的內陸,提供該地區低碳電力。SMR也能參照當地的用電成長率擴增模組,滿足用電需求,而非一次性投注大量資本,興建昂貴的傳統核電廠。
也因為規模較小,除了發電,SMR還有其他應用,例如淡化海水、提供工業熱能,或用於石油探勘、軍事基地等等。根據IAEA的報告,目前全球已開發超過70種SMR機組,未來皆可能投入產業界,例如做為工業區的專屬能源廠, 提供所需的電能與熱能。
另外,傳統核電廠必須根據廠址客製化設計,但SMR具有模組化的特點,能在工廠生廠標準化的機組,再送到工地組裝,流程相對簡單,能縮短興建時間,資本投資也只有傳統電廠的一半。
能源補充也是SMR的優勢。傳統核電廠平均1到2年就要補充燃料,但SMR約3到7年才補充一次,部分機組甚至可以運轉30 年都不用補充燃料。
SMR還有安全的優點。相較於傳統反應爐,SMR的設計更簡單,可設置於地底,而且安全機制更仰賴被動系統,不需要人力、外力介入,只要觸發特定的內部機制,就能在緊急情況下自動關閉系統。而且SMR的規模小,就算發生意外,釋出輻射物質的可能性也較低。因為結構簡單,SMR容易除役,相較於傳統核電廠,例如核一廠長達25 年的除役時間,SMR除役精簡很多。
專家疑慮:經濟效益不佳 要蓋更多才有同樣發電量?
但SMR 的小規模也是許多專家的疑慮點。傳統核電廠發電容量之所以大,是為了取得規模經濟效益,但SMR頂多300MW,代表要達到同樣的發電量,必須興建更多的SMR。卡內基國際和平基金會的核能專家Hibbs表示,要達到一座傳統核電廠的發電量,需要10座SMR才辦得到。總體來看,SMR的成本效益可能不如傳統核電廠。
興建也是問題。核電廠需要取得證照才能興建、營運,但各國政府的法規皆是針對傳統核電廠設計,SMR的規則需要時間建立。另外,雖然核能專家聲稱SMR更安全,但在一般民眾心裡,SMR就是核電廠,疑慮並不會因規模而減少。且SMR 相當於將傳統核電廠分拆在多處興建,自然要取得更多不同區域的居民同意,溝通成本加總起來,恐怕只會更高。
英國能源顧問機構Energy andClimate Intelligence Unit指出,輿論對SMR 最重要的質疑是,這項技術才剛起步,尚未廣泛應用,因此建造時間、資金成本數據大多只是推算,尚未得到完整的市場驗證,經濟效益是否真如規劃美好,仍有疑慮。
SMR機組已在2020年首次商轉,發電容量70MW
SMR 是年輕技術,但全球已有多個國家評估採用SMR,光是在美國西部,就有超過30 個城鎮考慮建設SMR,而核反應爐公司NuScale 設計的SMR獲得美國核能管制委員會(U.S. NuclearRegulatory Commission )批准,將在2027 年於羅馬尼亞建造SMR。
目前英國16% 電力來自於核能,首相強森表示,要將核能占比拉高到25%。英國預計建造16座SMR,勞斯萊斯看好SMR 的潛力,將其視為未來的潛在收入來源。勞斯萊斯SMR董事長PaulStein表示,有望在2024年取得英國政府批准,並於2029年將SMR併入電網發電。
另外,法國政府計畫在2030 年前投資SMR數十億資金,中國核工業集團公司也有建造SMR 的計畫。而俄國於2020年啟用海上核電站羅莫諾索夫院士號(Akademik Lomonosov),是全球第一座商用的SMR 電廠,內部搭載兩組35MW 的SMR 機組,發電容量共70MW。
SMR 具有建設成本低,選址靈活性高的優點,可與再生能源搭配,提供穩定電力,也有海水淡化、工業加熱等應用。然而SMR 仍在商用初期,效益與競爭力仍有待檢驗,未來是否能成為淨零碳排的能源方案,還有待市場驗證。
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▲俄羅斯的海上核電廠:羅莫諾索夫院士號。(美聯社)
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3年後台灣沒核電 「小型核電廠」與傳統核能有何差別?
新新聞
2022/5月 第1835期
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