人類未來能源的七種選擇(核能Nuclear Power)

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人類未來能源的七種選擇(核能Nuclear Power)
知識通訊評論第71期

一九八六年四月二十六日,烏克蘭車諾比核電廠四號反應爐熔解,輻射落塵污染歐洲大片地區,由於這場災難,使得核能工業在西方世界蒙塵三十年。

 

核能
有發展潛力,但政治困難大過技術問題

一九八六年四月二十六日,烏克蘭車諾比核電廠四號反應爐熔解,輻射落塵污染歐洲大片地區,由於這場災難,再加上先前美國賓州三哩島事件,使得核能工業在西方世界蒙塵三十年,不過以全球而言,情況則並無太大轉變。

國際原子能總署為全球核能稽查監督機構,根據其最新資料,二○○七年共有三十五座核電廠在興建,幾乎全都位於亞洲,目前已在運轉的四百三十九座反應爐總產能為三千七百億瓦,約占全球總發電量的百分之十五。

成本
成本因反應爐設計、位址需求與資本貶值率而有不同,以多數核電廠採用的輕水反應爐為例,發電成本約在每度○點○二五美元至○點○七美元,相關技術經過數十年龐大經費研發,政府也提供購電補助,才得以將價格壓低,否則很難想像核電可有今日規模。

產能
由於核電需要燃料,故產能受燃料庫存限制,國際原子能總署與經濟合作暨開發組織合作的最新評估報告「紅書」中,指出世界已知鈾蘊藏量約五百五十萬噸,每公斤開採成本必須低於一百三十美元才有獲利空間,以目前每年使用六萬六千五百噸為例,還剩下約八十年的存量,而鈾礦現價也超過一百三十美元的門檻。

地質上相似的未開採礦藏估計約為已知礦藏的兩倍,低等級礦藏則更多。鈾並非特別稀有物質,在地殼內與鋅同樣常見,不過各界對蘊藏量估算差異很大,不過可取得礦藏約為三千五百萬噸。鈾亦非唯一可做為核能燃料之自然物質,釷反應爐具發展潛力,只是相關技術還未發展,若能成真,核電燃料蘊藏量便可提高一倍。

雖然現有反應爐燃料只能單次使用,但未來設計可能改變。滋生式反應爐可以用無法發電的鈾同位素製造鈽,而且可以有效生產的燃料,比所用鈾同位素更多。每一公斤的天然鈾,在新型系統的滋生反應爐或可供應產出超過六十倍的能量,不過實際上可能還無法達到這個倍率。

滋生反應爐還未證實可投入商業運轉,若全面採用,全球電力都可由核能供應,縱使沿用現有技術,核能也能再提高二至三倍產能,並可以再運轉百年。

優點
核能燃料成本相對較低,且幾乎能持續以最大產能運作,美國的核電廠產能便達九成,故很適合隨時提供全國基載電力需求,由於鈾礦產地分布平均,故供應上較不會受政治因素威脅。

人們一想到核能,便很難與核武擴散脫勾。

缺點
核電廠過去五十年間製造核廢料,各界對於該如何處理並無共識。若無長期解決方案,特別是在政治上更難說服人民提高核能產量。另一項問題是,人們一想到核能,便很難與核武擴散脫勾。燃料周期包括回收,其間會產生鈽,也格外令人憂心。縱然排除核武擴散疑慮,核電廠也很容易成為恐怖份子或敵軍的攻擊目標(水力發電廠亦有相同隱憂)。

若要長期大幅增加核能的利用,必須讓大眾不但接受現有科技,甚至也接受如釷反應爐、滋生式反應爐等的創新科技,這些創新科技也必須獲投資者與核管規範者的支持。
核能為資本極度密集產業,如果電廠可營運時間長,電廠營運成本相對較低,故以短期而言,核能成本相當昂貴;技術勞工不足也可能是一大隱憂,興建與運作核電廠需要大批經高度訓練的專業人士,新電廠數目若加倍,尋找人才勢必更為不易,關鍵零組件的生產能力也需提高。

雖然種種阻礙在前,各界對核能在未來扮演的角色看法差異甚大,歐盟理事會的「世界能源科技二○五○年前景報告」(World Energy Technology Outlook — 2050)便相當樂觀,認為隨著大眾接受度提高與新反應爐科技進步,二○五○年核能將可以提供一點七兆瓦電力。國際原子能總署的分析較為保留,該組織的計劃與經濟研究領導人羅納(Hans-Holger Rogner)預估,核電產能至二○五○年頂多達一點二兆瓦。麻省理工學院於二○○三年的跨領域研究提出具體評估,認為在美國、日本與歐洲持續努力下,二○五○年的核電產能會較目前成長三倍至一兆瓦。不過這項數字是以改善現有反應爐為前提來推估,並未考量全新或是改良的設計。

總結
未來數十年內,核電要達到上兆瓦產能在技術上是可能的,但政治上相當困難。若再度發生如車諾比電廠的事件或恐怖攻擊,輿論對核能的接受度隨時會翻轉。

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