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資料時間:2017/11/27     提供者 : 蕭國鑫  
 

2017全球核能績效及發展趨勢_2016年底全球共有448部核反應爐,累計裝置容量391 GWe,全年發電量達2.48兆度


重點摘述:

  • 2016年是近25年來,全球新增核電裝置容量最多的一年(新增裝置容量超過9 GWe),如圖1。截至2016年底,全球共有448部核反應爐,比2016年初的441部增加7部(2016年有10部核反應爐開始運轉供電,3部關閉),全球累計核電裝置容量達391 GWe (2016年淨增8 GWe),如圖2;另還有61部核能機組處於興建中(包含2016年新開工興建3部核能機組)。而2016年全球核能供應電量比前一年增加350億度(35 TWh),累計核能年發電量達2,476 TWh;這是全球核能發電量連續第四年上漲,且年發電總量比2012年增加130 TWh,如圖3。其中發電量增加因素,主要是新上線營運的新一代核反應爐新增發電量,以及現有核反應爐性能持續改善的結果[1]。

圖1、1970–2016年全球新增與關閉核反應爐數量[1]

圖2、1970 – 2016年全球運轉中與非運轉中的核能發電裝置容量[1]

圖3、1970 – 2016年全球各地區的核能發電量[1]

  • 如圖4所示,2016年除了西歐和中歐地區以外,所有地區的核能發電量均高於前5年的年均發電量;並以亞洲地區的核電發電量成長最為明顯,如2015年較2010年的平均發電量多出72 TWh,特別是中國大陸新增核能發電量的貢獻。

圖4、2016年全球核能發電量相對於2011-2015年平均值之比較[1]

  • 自1996年以來,核電在全球能源結構中的發電量占比,從高峰期約17%下降到10%左右。整體占比下降的原因是全球總供應電力的增加,部分因素是核電發電量下降,尤其是2011年和2012年因應福島核能事故的發生。而從2012年開始,隨著核能機組運轉數的逐漸增加,核電機組在全球電力供應中的占比趨於穩定(2014年占比約為10.6%);而在核能發電國家,核能發電量占其總發電量比例,已從2013年的12.3%上升到2014年的13.6% (圖5)。

圖5、1980 – 2014年核能發電量占核能發電國家及全球發電總量占比[1]

  • 2016年全球核能發電容量係數(capacity factor)平均為80.5%,比2015年的81.0%有些微減少;但自2000年以來,全球核反應爐運轉性能均維持在高水平階段(圖6),例如2016年有64%核反應爐運轉的容量係數高於80% (1976年為24%),而2016年只有8%核反應爐的發電容量係數低於50% (1976年為22%),如圖7與圖8。目前部分容量係數較低的核反應爐性能仍有改進空間,但也有部份核反應爐採負荷跟踪模式(load-following mode);即在此模式的核反應爐可能會減少發電量,以平衡來自其他發電機組的供電變化,從而降低發電容量係數。

圖6、1970 - 2016年全球核能發電容量係數[1]

圖7、1976 - 2016年全球核能發電容量係數趨勢[1]

圖8、2016年全球核能發電容量係數相對於2011-2015年的平均值[1]

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重要評析

  • 世界核能協會(World Nuclear Association, WNA)提出說明,若能穩健和諧(Harmony)的興建新核電廠,規劃到2050年全球新增加裝置容量1,000GWe的目標是可期的;並使核能發電能夠提供全球25%的電力,以滿足全球不斷增加人口所需的電力需求,並盡可能減少對化石燃料發電的依賴。依此規劃目標,全球需要加強的核能建設,2020年前每年併網的核電裝置容量需要增加10GWe,到2025年平均每年增加併網25GWe,從2026年到2050年,平均每年須新增加併網33GWe (圖9)。

圖9、WNA提出到2050年全球新增加核電裝置容量達1,000GWe的目標規劃[1]

  • 依據美國能源資訊局(EIA) 2017年國際能源展望(IEO2017)預測,從2016年到2040年,全球核電產能年均成長1.6%,主要由非經濟合作與發展組織(Non-OECD)國家所引領;預計中國大陸將繼續領先全球核能產業的發展,其次是印度;此一預期成長目標,將抵消美國、日本和歐洲國家核電裝置容量的下降。推估到2040年,全球的核電裝置容量累計也僅達到約500GWe(圖10),與WNA規劃的新增裝置目標達1,000GWe差距甚遠。

Note: OECD is the Organization for Economic Cooperation and Development.

圖10、IEO2017參考情境推估2010 – 2040年全球核能裝置容量分布[2]

  • 中國大陸目前有38部運轉中的核反應爐,總裝置容量約33GW;其中2017年新增加裝置容量2GW (福清四號和陽江四號核能機組)。而目前仍有19部核反應爐正在興建中,總容量為19.9 GW,約占全球正在興建核電廠計畫的1/3以上。另外,中國大陸也規劃新建58GW裝置容量的新核電廠,EIA估計到2024年可以完成,並推估到2032年中國大陸有望超過美國,成為全球核能發電量最大的國家。
  • 印度人口居全球第二位;因應未來的人口增加及經濟快速成長,電力需求成長速度最高;所以需要大力發展核能發電來輔助電力的不足。截至2017年8月底,印度境內共有22部核反應爐,總裝置容量5.3GW;尚有6部總裝置容量達3.9GW的核反應爐正在興建中。另印度與俄羅斯已達成協議,在印度的庫丹庫拉姆(Kudankulam)核電廠新建兩部核反應爐,以提升用電需求。
  • 目前美國擁有全球數量最多的核電機組,共有99部核反應爐,總裝置容量100GW。EIA推估到2040年,美國境內的核電裝置容量可能下降到88.2GW,主因是部分核電廠宣布在運轉許可證到期之前退役。目前新的Voglte 3號和4號等兩部核反應爐正在興建中,而原先規劃興建之V.C. Summer 2號機與3 號機已經暫停(suspended)興建。另依據EIA資料,2016年美國的核能年發電量8,053.3億度,約占美國年總發電量的19.7%,如圖11與圖12。

圖11、1957 – 2016年美國的年總發電量與核能年發電量情形[3]

圖12、1957 – 2016年美國的核能年發電量占年總發電量比例[3]

  • 歐洲的核能計畫,如芬蘭之裝置容量達1.6GW的Olkiluoto-3核能機組即將興建完成(預計2018年開始運轉),並成為15年內歐洲第一個新增的核電廠。另推估歐洲和歐亞地區的核電總裝置容量將會下降,主因為德國和法國等國家將淘汰、或減少核電占比政策的決定,抵消了俄羅斯、烏克蘭(Ukraine)、白俄羅斯(Belarus)及羅馬尼亞(Romania)等Non-OECD組織的新建核電裝置容量。其中德國因應日本2011年福島事故,已宣布逐步淘汰所有核電機組,即將在2017年底關閉境內10部核反應爐,並預計2022年最後一部核反應爐亦退役。法國2015年也已批准,到2025年核能機組發電量占全國發電比例,將從75%下降至50%。
  • 目前日本有42部可操作的核反應爐,總裝置容量39.8GW。福島事故後,日本的原子能規制委員會(Nuclear Regulation Authority, NRA)已經初步批准9部機組重新啟動的申請,另外12部正在審查中。目前這些核反應爐有5部已在停工後重新啟動,而4部核反應爐已經獲得NRA的最終批准,預計將在2018年重新啟動;其餘12個核反應爐預計將在2040年之前退役[1]。
  • 未來的核電廠建設,部分會往小型且在海面上可自由移動的發電廠發展。此浮動式核電廠的構想,早在1963年美國就將設計的MH-1A核能發電裝置,裝設在二次世界大戰期間建造的“自由號”輪船上,以解決當時巴拿馬運河用電不足問題;但後來因為運轉費用過高,以及軍方的核反應爐計畫終止而退役[4]。法國近年亦研發了下沉式海上浮動核電廠Flexblue,其核反應爐的安全系統在外部斷電的情況下依然能運轉[5]。韓國的GBS式浮動核電廠採用混凝土重力基礎結構作容器和支持結構,並對核電廠設施採用模塊化設計,運轉後具備每天有4萬噸的海水除鹽能力[4]。俄羅斯在2007年開始動工興建全球第一座海上發電設施;即將小型核反應爐裝置在海上的浮動平台上,且在區域內可自由移動,為偏遠地區沿海城市、以及供電成本過高的海島提供電力和熱能等[7]。
  • 俄羅斯首座漂浮式核能熱電廠「羅蒙諾索夫院士(Akademik Lomonosov)」號,已於2016年9月完成建造並下海測試,2017年10月30日完成測試;此海上浮動核電廠裝設兩部KLT-40型的核反應爐,可輸出70MW電功率或300MW熱功率,並可以和沿海地區的基礎設施相連接,藉由電纜為俄羅斯接近北極的城市提供電力,初步評估可提供20萬人電力使用;且船上的海水淡化設備可為居民提供每天24萬立方米的淡水,除了為西伯利亞北部的堪察加半島威爾尤欣斯基鎮(Vilyuchinsk),提供穩定的清潔電力和飲用水之外,還將為海上石油平台供應電力。俄羅斯還規劃未來將組成一系列海上浮動核電廠,為沿海地區的大型工業、港口城市、海上油氣鑽探平台等提供足夠的應用能源[7]。
  • 依據俄羅斯提出羅蒙諾索夫院士號海上浮動核電廠的安全標準說明,並不亞於陸地上的核電廠設施;除了有多重措施防止核洩漏,並能在海嘯等其他自然災害情況下,保證核反應爐的安全,且壽命可達35-40年。實際上,海上浮動核電廠通常採用小型核反應爐,安全性高;並且浮動式核反應爐和陸地保持一定距離,即使發生地震,地震波也不會因為海水傳遞,從而使得浮動平台受地震或海嘯影響,而有重大的破壞。
  • 中國大陸宣稱擁有18,000多公里的海岸線,以及管轄300萬平方公里的海域;對於海洋經濟的開發和基礎設施的建設,一直持續加緊布局中,所以亦規劃未來會朝此方面發展。初步規劃興建15 - 20座海上核電廠,例如中國核工業集團公司(中核集團)和中國廣核集團(中廣核)的海上小型核反應爐研發計畫(ACP100S和ACPR50S計畫),均被中國大陸發改委納入能源科技創新“十三五”規劃中。其中如中廣核營運商在2016年11月初,已宣布啟動海上核電廠實驗性核反應爐的興建;此構想若順利推展,未來中國大陸在海洋核動力領域將有大的突破;除了可提供大陸沿海地區短期或急需用電需求的輔助用電外,未來並可供應南海島礁填土造陸後,各個海島區所需的用電;同時也可提供海島開發等的電力能源、海水淡化、開採海洋能源及重要資源等的用電需求。特別是未來在南海地區軍事設施與行動的推展,例如中國大陸在南沙群島最大的3個軍事據點:永暑礁、渚碧礁及美濟礁(3座島礁上均興建停機棚)等新填土海島區,對於將來大量的用電需求都可提供莫大的助益。因此,中國大陸初步規劃2019年完成海上核電廠建造工作,2020首座可移動式海上核電廠完成測試,並啟動相關設施[8];未來再視推展成效,逐步推展到渤海灣等中國大陸東部沿海海域。

參考文獻

[1]  World Nuclear Performance Report 2017, World Nuclear Association, 2017. http://www.world-nuclear.org/our-association/publications/online-reports/world-nuclear-performance-report.aspx

[2]  EIA forecasts growth in world nuclear electricity capacity, led by non-OECD countries, November 8, 2017. https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=33672

[3]  U.S. Energy Information Administration, Monthly Energy Review, October 2017.

[4]  俄罗斯建造的全球首座浮动式核电站9月建成,中國海洋網,2016-07-11。
http://www.hellosea.net/energy/hedian/2016-07-11/31035.html

[5]  Flexblue® Underwater Reactor: Introduction to the Concept and to The Passive Safety Strategy for a Steam Generator Tube Rupture Accident, KnE Energy | International Conference on Nuclear Energy Technologies and Sciences (2015) | pages: 193-211.

[6]  全球首座浮動式核電站將於9月建成,中國電力新聞網,2016-07-11。https://kknews.cc/zh-tw/news/zpkye3.html

[7]  海上浮動核電站已成海洋強國“標配”,全球首堆已下海測試,2017-04-21。
http://mancluboo.com/20170421_529373.html

[8]  俄羅斯海上核電廠,TVBS,2016/12/01。https://news.tvbs.com.tw/world/690396

 





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