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資料時間:2018/3/18     提供者 : 劉禹伸&簡筠  
 

行波反應爐的創新技術發展有可能改善核電安全性的疑慮


摘要

微軟前總裁比爾.蓋茲成立的泰拉能源公司(TerraPower),計畫與中國核工業集團公司(CNNC)合作興建「行波反應爐(Traveling wave reactor, TWR)」,行波反應器是一種小型、模塊化的核反應爐,不過仍然處於開發階段;這種新一代的反應爐可以利用耗乏鈾作為燃料。

行波反應爐與傳統的核反應爐不同,其可使用貧化鈾(或耗乏鈾)、天然鈾、釷元素等燃料,其中貧化鈾為現行核反應爐的副產品,即為「核廢料」。行波反應爐在利用貧化鈾發電之後,無需將核燃料移出,因此不需進行後續的處理。

行波反應爐不但運轉時間長、功率強大,同時更解決了核擴散與核廢料的問題。更重要的是,核能沒有碳排問題,將有助於減少溫室氣體的產生,更保護了環境。

泰拉能源透過超級電腦,將行波反應爐的運作過程給電腦模擬運算,得到了接近實際結果的數據,因此將要進入實際建造的階段,這部分就是與中國大陸合作。泰拉能源的目標是在2020年中期,實現第一具行波反應爐的啟動,隨後就能商業運轉,推廣到全球。


評析

根據世界核能協會(World Nuclear Association)於今(2018)年2月更新之世界核能現況報告(Nuclear Power in the World Today), 縱觀2015年到2016年,全球核能電力供給從2,441 TWh成長至2,476 TWh (請參見圖1)。報告中指出,世界各地均可發現核能發電設施的增設,並逐步取代化石燃料發電裝置(尤其是燃煤發電裝置),以滿足各國日益增長的電力需求。以2016年各國之發電燃料結構觀之,有16個國家的核電占比超過1/4:法國約有3/4的電力來自核能;匈牙利、斯洛伐克、烏克蘭的核電占比超過其整體發電結構一半;比利時、捷克、芬蘭、瑞典、瑞士及斯洛維尼雅超過1/3;韓國、保加利亞則超過30%;美國、英國、西班牙、羅馬尼亞、俄羅斯,核電占比約有1/5。

世界核能現況報告中並指出,在2017年,全球電力來源有66.3%來自化石燃料發電,其中有39.3%來自燃煤發電、燃氣發電22.9%、燃油發電4.1%;而核能發電約占10.6%(見圖2)。根據經濟合作暨發展組織(OECD)在2017年發布的世界能源展望中,於永續發展情境,提出透過推動可靠的低碳潔淨能源,並擴大核能供電,以達到降低空氣汙染的目標。

圖1、1970-2016全球核能電力生產分佈[4]

1970-2016全球核能電力生產分佈(詳如內文所述)

圖2、2017年全球發電結構[4]

2017年全球發電結構(詳如內文所述)

在核能消費方面,根據英國石油公司(BP)統計,2016年全球核電使用量達2,616.5TWh,其中使用最高的國家是美國,達到847.7TWh,占全球的32.4%,其次是法國,達403.2TWh,占全球的15.4%,中國大陸核能消費為213.2TWh,約占8.1%,俄羅斯核能消費為196.6TWh,約占7.5%。[5]

因應全球氣候變遷與環保意識抬頭,各國紛紛投入能源轉型,各國因各自面對轉型路徑上不同的挑戰,對於未來能源願景之著眼點也就不盡相同。核能因運維安全(Golay, 2001)疑慮而有所限制。茲以表1探討日、德、中、韓、法等國對於核能之相關立場與其能源轉型政策。[6]

表1、各國對核能之相關立場與能源轉型政策[7][8][9]

國家

對核能立場與相關能源轉型政策

日本

重啟核能

2015年制定「最佳電源構成方案」,在2030年以前,將核能比例由從2%增加到20%-22%,再生能源從15%提升至22%以上。

德國

明言棄核

福島核災後,德國總理梅克爾宣布最遲2022年底全面廢核,隨即關閉8座核電廠。德國政府計劃推能源轉型,在10年內以再生能源取代核能,並計劃2030年將再生能源發電比例提升至50%。

德國政府在2000年推出《再生能源法》,至2015年再生能源佔全國電力供應超過30%。

中國大陸

持續發展核能

2015年「十三五規劃」,自2016年起,每年新建核電廠6至8座。

韓國

積極發展核電

韓國同樣積極發展核能發電,2014年核電佔全國總電量30.4%。韓國首爾市政府推出「減少一座核電站」節能政策,於2012年起在民間推動實行減少等同一座核電站發電量的節能目標。

法國

降低核電占比

法國能源轉型法案(ENERGY TRANSITION FOR GREEN GROWTH ACT),將目前的核能發電占比從75%大幅下修到50%,並極力發展再生能源。

根據我國能源統計月報,我國發電裝置容量結構(如圖3)中,以2017年結構觀之,燃煤發電占比仍為最高,有37%,其次是燃氣發電,占30.6%,核能發電占比10.3%,而逐年增加的再生能源占比,目前已達10.6%(不含抽蓄水力發電)。

我國發電裝置容量比例(詳如內文所述)

按照台電公司所公布之定義,備轉容量率(附件一)低於6%時,係供電警戒,意謂著我國供電系統限電機率增加。而見表2,根據政府資料開放平台所提供之台電數據,可看出我國電力供應備轉容量率低於6%之天數,從2014年的9天,增加到2017年的104天,且原本主要集中在夏季(6-8月),然近幾年供電安全的課題已不再只限於夏季;可從台電公司公開資訊(見圖4),看出2017年4-10月有多日備轉容量率低於6%,可見供電吃緊的狀況明顯。為因應電力需求,於2018年3月27日獲原能會審查完成並同意再轉核二廠2號機,以穩定電力供應(附件二)。

表2、2014-2017年各月份備轉容量率低於6%之天數[11]

單位:天數/

2014

2015

2016

2017

1月

 

 

 

10

2月

 

 

 

 

3月

 

 

 

 

4月

 

3

 

8

5月

 

8

8

8

6月

 

10

14

11

7月

4

6

14

20

8月

 

 

12

18

9月

5

 

1

17

10月

 

 

13

10

11月

 

 

10

2

12月

 

3

8

 

合計

9

30

80

104

圖4、106(2017)年度每日尖峰備轉容量曲線[12]

106(2017)年度每日尖峰備轉容量曲線(詳如內文所述)本評析彙整2014年全國能源會議中討論資料及台電所公布之各類能源發電成本於表3,可見我國各項能源發電成本,以燃油與燃氣發電成本較高,其中雖以燃煤發電成本較低,但在發電過程會產生較高的碳排,而再生能源的間歇性特質無法如基載電力持續不斷的供電,缺乏供電穩定性。核能發電同時具有低發電成本(未考慮核廢料處理成本)、低碳排,以及高穩定性等優點。倘若「行波反應爐」技術更為純熟,我國可考慮使用行波反應爐(或汰換傳統核反應爐),除可降低供電吃緊的情況,亦可解決產生核廢料的問題。

表3、比較各類發電燃料[13][14][15][16](發電成本單位:元/度、碳排放單位:kg-CO2e/度)

能源類別

成本(自發)

成本(購入)

碳排放強度

發電特性(附件三)

(穩定性)

煤炭

1.35

1.8

煙煤:0.84

褐煤:1.2

基載電力

天然氣

2.14

2.83

0.39

中載電力

石油

3.66

-

0.96

尖載電力

核能

1.86

-

0

基載電力

再生能源

1.57

3.69

0

尖載電力

 慣常水力

1.48

1.51

0

間歇性

 風力發電

1.91

2.39

0

間歇性

 太陽光電

8.52

5.74

0

間歇性

 

若依OECD/IEA統計之定義,將核能視為準自產能源(quasi indigenous production),則若我國於發電燃料結構中,規劃增加安全且潔淨之核電,則應可提高我國能源自主程度。唯從近年來新聞情資檢視可知,核能相關之社會輿論爭議性較強,未必為社會大眾普遍接受。因此,透過加強政策溝通、公民參與討論等方式,從創新技術可行性觀點(例如:行波反應爐技術商業化進展),進行客觀的科學論述,將有助於降低發電組合之爭議。

 


參考資料

[1]Bill Gates has a joint venture with China Nuclear Corp to build Traveling Wave Nuclear Reactor, NextBigFuture, 2018/3/18. https://www.nextbigfuture.com/2018/03/bill-gates-has-a-joint-venture-with-china-nuclear-corp-to-build-traveling-wave-nuclear-reactor.html

[2]蓋茲與大陸合製行波反應爐 可消化核廢料,中時電子報,2018/3/19。http://www.chinatimes.com/realtimenews/20180319003991-260408

[3]核二2號機再轉 29日滿載發電,自由時報電子報,2018/3/21。http://news.ltn.com.tw/news/business/paper/1185764

[4] Nuclear Power in the World Today, World Nuclear Association, 2018/4. http://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today.aspx

[5]Statistical Review of World Energy 2017, BP. https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy/downloads.html

[6]Golay, W. "On social acceptance of nuclear power." 2001/8. https://www.bakerinstitute.org/files/2715/

[7]時事議題﹕各國核能政策,明報,2016/5/5。http://www.mingpaocanada.com/tor/htm/News/20160505/HK-gfh1_er_r.htm

[8]能源轉型勢在必行 看看各國怎麼做,民視新聞,2017。https://news.ftv.com.tw/AMP/News_Amp.aspx?id=2017813K06M1

[9]核能大國風向轉! 法國立法極力發展再生能源,社企流,2016/2/9。http://www.seinsights.asia/article/3289/3910

[10]能源統計月報,經濟部能源局,2018。 https://www.moeaboe.gov.tw/ECW/populace/web_book/WebReports.aspx?book=M_CH&menu_id=142

[11]台灣電力公司_近三年每日尖峰備轉容量率,政府資料開放平臺,2018/3/30。https://data.gov.tw/dataset/24945

[12] 今日預估尖峰備轉容量率,台電公司,2018/4/2。http://stpc00601.taipower.com.tw/loadGraph/loadGraph/load_reserve.html

[13]電價成本,台電公司,2018/4/2。https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=196

[14]各種發電方式之發電成本,台電公司,2018/4/2。https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=196

[15]各能源發電優劣比較,白寶實,全國能源會議(2014)。http://2014energy.tw/image/download/symposium/2-2_symposium_data_1128_02.pdf

[16]負載特性與機型配比,台電公司,2018/4/2。https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=212&cid=117&cchk=e28a21f0-0f64-405d-95ba-35f7f7cb25b4


關鍵字標籤 核能 核廢料 行波反應爐



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