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資料時間:2018/7/19     提供者 : 林韋廷  
 

Cebulla 與 Jacobson (2018)分析紐約以再生能源取代核電之成本,顯示風力發電的優勢


摘要:
 
Cebulla與Jacobson (2018)刊載於《Journal of Cleaner Production》期刊的研究論文針對紐約電力來源的方案,包括「維持三座北部核電廠的補貼」與「自2016年至2050年以再生能源取代核電廠」,比較其成本與減碳量。該研究假設多種情境,包括:
  1. (對照組) 核電既有之補貼至2028年,之後繼續維持補貼至2050年。
  2. 核電既有之補貼至2028年底結束,之後核電由陸域風力取代。為達到足夠之裝置量,風場規劃與投資建設在2025年即開始,2029年開始營運。
  3. 核電廠即刻規劃關閉,並於2020年底關閉(補貼亦至2020年底為止),由陸域風力取代。為達到足夠之裝置量,風場規劃與投資建設在2017年即開始,2021年開始營運。
  4. 核電廠即刻規劃關閉,並於2020年底關閉(補貼亦至2020年底為止),由陸域風力(50%)、公營規模太陽光電(25%)、屋頂太陽光電(25%)取代。為達到足夠之裝置量,風場與太陽光電規劃與投資建設在2017年即開始,2021年開始營運。
  5. 核電廠即刻規劃關閉,並於2020年底關閉(補貼亦至2020年底為止),由陸域風力(50%)、公營規模太陽光電(50%)取代。為達到足夠之裝置量,風場與太陽光電規劃與投資建設在2017年即開始,2021年開始營運。
  6. 假定核電廠容量因數降低(前述之情境為2015年的0.91,本情境降為0.85),肇因於核電廠老舊而需更多維護,其發電量亦下降(較對照組16,330 GWh降為15,316 GWh),發電量之差額由陸域風電、公營規模太陽光電、屋頂太陽光電取代。

評析:

 
為求公平,其假設情境亦規定再生能源之發電量必須達到對照組核電之相同發電量,且考量容量因數(如陸域風力預設值以紐約當地數據0.25計算、公營太陽光電0.21、屋頂太陽光電0.17)而推估所需的裝置容量(如陸域風力如要達到16,330 GWh發電量,裝置量需至少7.5 GW);為達到該裝置量,建設投資也會提前數年開始,如前面情境2所述。此外,該研究除了再生能源預設之容量因數值,亦分別較高(風力0.33、公營PV 0.21、屋頂PV 0.18)與較低(風力0.22、公營PV 0.18、屋頂PV 0.14)的容量因數情境進行比較,其相應之影響為建設所需之資金成本。而給予核電廠的假設亦已相當寬容,包括假定核電廠的投資已全數折舊,且不列入老舊核電廠所需額外維護、更改與補強之費用,並給定較高的容量因數(0.91)。
 
研究結果顯示情境3「即刻規劃關閉核電廠,並於2021年以風力取代」之方案最佳,無論風力容量因數高或低,都低於對照組所需成本,可節省超過40億甚至超過120億美元。各情境中僅情境2、情境4中,假定所有再生能源的容量因數都低的情況,其成本才會高於對照組。
 
每單位成本之減碳成效比較結果亦顯示情境3效果最佳,且若所節省下的成本再用於投資新的再生能源,每單位成本之減碳成效將更佳。
 
在2019年初的新聞[4]指出加州減少溫室氣體排放之2020年目標提前四年達成,他們的作法為關閉核電廠,並制定政策優先考慮再生能源、能源效率、儲能的投資,這些措施更優先於增設天然氣廠。
 
核電廠的高成本與經濟效應不高的論點在近年增加。Morgan等人(2018)認為目前的核電廠因成本高昂、高複雜性,美國在未來幾十年新建核電廠的可能性低;該文也指出小型模組化反應爐雖然較大型輕水反應爐成本低了許多,然而每單位功率之成本可能更高。在新聞[4]中引述《原子科學家公報》,小型模組化反應爐需要高額資(稅)金投入;該新聞亦引述前聯邦核能管理委員會成員Peter Bradford之言論,認為:「新的核電廠已經無法競爭……甚至不會是解決暖化的重要解方。」另外,《原子科學家公報》[5]論文之標題則直接表明應放棄增殖反應爐,認為過去60年、全球投入超過1,000億美元研究與開發,仍無法做出與傳統輕水反應爐具經濟競爭力的成果;快中子反應爐無法使用水作為冷卻劑,然而若使用液態鈉則會有安全性的風險,例如日本文殊反應爐在1995年歷經火災而停機15年,於2010年規劃3年測試,然而最終仍於2016年決定除役,且至2047年才能夠完全拆除[7],而這座反應爐耗資3,750億日元,只運行共250天[8]。
 
機會成本、科技鎖定效應(technology lock-in)也是核電廠需要面臨的問題[1][6],當核電廠建造及營運將支付成本30年以上,甚至後期除役與核後端相關處置,同樣還需要數十年。在支付這些成本的期間,很可能已有更新、更便宜的技術。
 
再生能源成本過去十年來有明顯的下降,而其發電的變動性則可以結合儲能技術;Cebulla與Jacobson (2018)之研究提及儲能所需並未如想像之高,即便再生能源之採用率高達80%,儲能容量僅需電力需求的1%,其亦引述Lovins (2017)之研究,不需大量裝設儲能系統,就可以實現可靠穩定的再生能源供電結構。新聞[6]中引用英國能源與氣候智庫(Energy and Climate Intelligence Unit, ECIU)首席分析師Jonathan Marshall所述,英國政府已默默減少對核電的期望,而轉向價格下降的再生能源與智慧電網,亦表示以再生能源填補核電發電量的差額需增加推廣,確信英國有能力可以達成,而英國裝設再生能源的速度目前亦在加快當中。
 
根據前述之研究,如欲更完整考量減碳,則可進一步考量該發電技術的生命週期溫室氣體排放量。例如:核能發電在營運期間並未直接排放溫室氣體,而是透過鈾礦開採與濃縮等前端作業、核電廠建設、核後端處置與除役等間接排放。例如Lenzen (2008)分析澳洲輕水反應爐之生命週期溫室氣體排放為每度60克二氧化碳當量,而最重要的影響參數就是鈾礦品質與濃縮方法;目前仍有諸多針對發電技術生命週期分析之研究,所採行之分析方法亦有多種不同作法,而近年評估風能每度排放二氧化碳當量相當低。
 
能源的價值觀建立可透過提供多種不同面向,除了營運發電期間之碳排放外,建設成本、機會成本、生命週期溫室氣體排放、期程、穩定供電方案組合、除役等切入點亦可提供為民眾選擇之參考。
 
政府應考量一般民眾的先備知識,以推出大眾化的能源價值觀判斷,讓一般民眾瞭解不同技術優缺點、相關期程、替代方案之比較。
 

參考資料:

[1] Cebulla, F. & Jacobson, M.Z. (2018). Carbon emissions and costs associated with subsidizing New York nuclear instead of replacing it with renewables. Journal of Cleaner Production, 205, 884-894.
[2] Morgan, M.G., Abdulla, A., Ford, M.J., & Rath, M. (2018). US nuclear power: The vanishing low-carbon wedge. PNAS, 115 (28), 7184-7189. 
[3] Lenzen, M. (2008). Life cycle energy and greenhouse gas emissions of nuclear energy: A review. Energy Conversion and Management, 49, 2178-2199.
[5] Cochran, T.B., Feiveson, H.A., Mian, Z., Ramana, M.V., Schneider, M., & Von Hippel, F.N. (2010). It's Time to Give Up on Breeder Reactors. Bulletin of the Atomic Science, 66(3), 50-56.
 
 

 


關鍵字標籤 核電廠;再生能源;風力;太陽光電;成本


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