核能展望

【摘要】如果能克服技術和經濟上的重重困難，未來核能的實用價值必與日俱增，它在能源供應上，會占有更高的比例……

前言

當國際原子能總署（International Atomic Energy Agency, IAEA）在1957年七月二十九日成立的時候，也就是在證實鈾原子的分裂可產生能量之後的十五年，已有三座總容量105百萬瓦（MW）的核能電廠在IAEA的會員國中運轉。二十五年後，更有277個反應器在24個國家中運轉，總容量高達157,500MW，約占世界總發電量的9％。

這些數目顯示，在二十五年的發展中，核能已成為一種可靠而經濟的能源。藉著廣泛的研究以及特定的發展計畫，如分析可能發生的事故及其相似的效應，同時研究有效的安全設施，這些比傳統技術更嚴謹的措施正是核能發展的基礎。

當1950年代第一座核能電廠問世時，就有十個以上不同的構想、設計在發展中，某些並已進入測試階段。今天，在核能發電方面被大量使用著的反應器主要有四種，分別是：

一、壓水式反應器（pressurized water reactor, PWR）,

二、沸水式反應器（boiling water reactor, BWR）,

三、重水式反應器（heavy-water-natural-uranium reactor）,

四、氣冷式反應器（gas-cooled reactor）。而過去二十年中核能發電的成長率由圖一就可明白。

由於有更多的反應器加入運轉的行列，實際的經驗也相對地增加。這些經驗使我們能更詳細地設計並建造更經濟可靠的核能電廠，同時符合嚴苛的安全規定，並且減低事故的發生及人為失誤的因素。看情形，核能發電的設施，在未來的能源供應已足以擔當更重要的角色。更進一步地說，快滋生（fast breeder reactor, FBR）及高溫反應器的問世，將使核能在世界的能源問題中占有更重要的地位，甚而取代了石油。

殘酷的事實

然而實際的結果並不符合技術與經濟的發展！

在過去的二十年中，有關核能的預估已有大幅度的修正。在IAEA的年度報告中，由圖二可知到西元2000年的容量裝置計畫。1975∼1980年短期間已有持續衰退的跡象，而1975年後的報告，對1990∼2000年的預測更有戲劇性的減少。即使是在1970年代的中期，石油危機發生時，許多的方案都由其他的能源取代石油，但在七十年後期為1990及2000年所做的預測也是直線下降。1980年出版的年度報告中，關於1990及2000年的容量裝置預估是1973或1974年出版報告中的1/3~1/5。

雖然，六年來石油的價格至少上漲了七倍，而水力與煤的供應又顯著地短絀，但衰退的趨勢仍不可避免。縱使1990年的容量裝置計畫預估業已到了最低點，而最近的一些研究報告仍顯示，2000年的實際情形仍將比1980年的預測值至少減少20％。

造成衰退的原因是多方面的：

首先是經濟因素。能源密集產業的減少以及更有效率地使用能源，加上全世界的經濟不景氣，致使電力需求的成長趨於緩慢。因此在許多國家中，更新式的核能電廠並未如期建造。

其次，由於民眾對反應器安全與廢料處理的過度關切，以及對事故危險程度的誤解，造成對核能喪失信心，致使大型反應器的採用遭到裁撤。許多國家之所以遲遲不敢做長久的決定，正為了這種政策的牽制。

最後一個因素，誠如國際核燃料循環評估研究報告（International Nuclear Fuel Cycle Evaluation Study, INFCE）所指出的，雖然利用商業核子設備來製造核子武器不是一種平常而有效的方式，但其可能性卻為某些原料與技術供應國的政府及民眾所最關切的，同時也使先進國家與開發中國家對核能作進一步地研究和採用遭到阻礙。

修正後的預估

在某種程度上，至本世紀末核能電廠的擴充可以大致地估計。至1990年，核能發電的容量約可增至4億3000萬瓩（430GW），或是占世界總發電量的18％。在二十一世紀，我們不預期核能會有驚人的成長。計畫中1985∼1990年總發電量方面核能部分只有1％的成長，其中還不包括政策與經濟的變動、複雜而嚴密的法令程序，以及缺乏電廠暨主要機組的標準等因素所造成的影響。毫無疑問地，在這種情形下，許多國家核能工業的進展在二十一世紀將益形艱難。

1990年代33個擁有運轉中反應器的國家，將僅有10個是開發中國家。這10個國家中的38座核能電廠總發電容量為24GW，相當於所有開發中國家總發電量的5％左右。對其他的工業先進國家而言，這個比率相當於20％。（這項估計係基於近二、三年來運轉中、建造中及計畫建造的反應器來計算）

至本世紀末，世界上主要國家集團的核能發電容量由表一可知，而其全部的發電量與核能部分的比率則列於表二中。基於核能電廠將持續地供給基本負載（base-load）（註一）電力的假說，表中顯示即使核能發電的可靠性獲得改善，到本世紀末全世界核能發電部分也僅能達到23％而已。

而在許多接近完成階段或運轉中的電廠，業已面臨財政、營運、執照及技術上問題的困擾。世界上有將近30座核能電廠如此，相當於27GW。這其中的17座，包括伊朗的Busher及澳洲的Zwentendorf，它們從未運轉或無限期地停止30∼100％的運轉。在1982年的上半年，13座美國的核能電廠也步其後塵，主要是因為營運不當、財政困難及電力需求下降。政策的異動也占相當重要的部分，世界上已有7座電廠因為兩年連續大修，再裝置及執照的理由不能運轉，而有許多電廠更因嚴重的汽機問題被限制在50％功率運轉的狀態。

可靠性、停機與能源損失

為改進核能的可靠性，IAEA「功率反應器資料系統」（power reactor Information system, PRIS）所記錄的資料，包括最近所發生問題的詳細情形，可以用來評估永久性停機的影響及發電量的損失。

到目前為止，核能工業已經累積了超過2,280萬小時（或2,600年）的運轉經驗，而PRIS記錄了超過2/3的運轉情形，相當於1,490萬運轉小時（或1,700個運轉年）。在這個資料系統中，包括了1963∼1980年間計畫執行索引與發電的數據。而在其停機資料的專欄中，則記錄了大約9,000次的完全停機，相當於從1971∼1980年中330萬個運轉小時（或380個運轉年）。

我們可以舉例說明核能的可靠性對經濟方面的影響。假定參考的負載因素（load factor, 註二）是80％，由許多國家的電廠運轉經驗中，顯示這個參考值是可能達到的，而實際上從1960∼1980年平均的負載因素僅達到58.9％，相當於在二十年內共損失了9,665億瓩-小時（966.5TWh）或是這些電廠發電量的26.6％。

事實上，由於PRIS的停機資料並不完全，二十年來總發電量的損失可能已高達1,500TWh，這相當於蘇俄在1980年核能總發電的二十倍。（這項估計尚不包括停機一年以上的電廠損失，如1979年三哩島事件後的TMI-1和TMI-2二部機組。）

表三列出1971∼1980年因非計畫性完全停機造成能源損失的大概情形。這些損失相當於5,470億瓩-小時或是這些電廠總發電量的16％。非計畫性完全停機狀況的發生，經常是因為某些陳舊的組件失去效用所致，諸如汽機系統（16.4％）、主熱移除系統（14.4％）、蒸汽產生器（10.9％），當然非計畫性的維護檢修也是其中之一（10.4％）。至於由法規限制所導致的損失約占7.7％（或420億瓩-小時），相當於1980年西德全國的核能發電量。

然而這些停機事件中，絕大部分都未引起安全上的問題。法規限制的結果，可以比較三哩島事件前二年的發電損失（15.5TWh）和後二年的損失（46.6TWh）即可明白。（在表四中的這項比較並不包括1979年四月二十八日發生事故的三哩島電廠本身。）這裡必須注意，無論如何，在這段期間內壓水式電廠（PWR）的容量增加了1.2倍，這必須算進我們的發電損失當中。

在將舉行的IAEA核能經驗國際研討會（International Conference on Nuclear Power Experience）中，將深入地檢討電廠的運轉經驗，核能的經濟效益及可靠性等在未來改善方面我們得到的教訓。近年來，核能的可靠性，由於對如何使電廠更安全的研究中斷而有降低的情形，而採用核能的主要目的就是其可靠性與經濟性，這正是核能成為一種可行的選擇所必需的條件，但這一點並未受到重視。誠如IAEA在斯德哥爾摩國際研討會中指出的：核能是安全的，而且將會更安全，這是毫無疑問的。

未來的規畫

有什麼方法能阻止核能衰退的命運呢？如何能改善核能的可靠性及經濟效益，同時恢復民眾的信心，使它成為一種可行的能源選擇呢？

經濟上最大的挑戰是如何在不違反高安全標準的狀況下，減少計畫與施工的時間，而使支出降低。目前，一座核能電廠的平均施工期約為67.6個月（5.6年），預計在未來，施工期將延長為100個月（約8.5年）。以西德為例，一座容量1,300MW的核能電廠，施工期如果多延一年，將增加大約9億美元左右的財政支出。

而電廠暨主要機組的標準化是唯一的解決之道，同時必須在國家或國際間從事執照許可、使用及供應等各方面的配合。但在十年內，或者更久一點的計畫中，這樣做是不必要而且無法實現而加以採納的。

許多於電廠施工期間經常改變技術觀念與設計的國家，其施工程序對安全性的改善是很輕微的，但卻得大量地增加財政支出。因此，一個安全分析中明確定義的基本規範與有效地計畫營運，要比在執照的許可下經常地更換設備要來得好。

有一點是不可過於強調的，並非任何的技術觀念都可以容忍某種適度的改變而不違反基本的安全原則。因此，安全必須建立在某些原始的設計概念上，因為這才是使核能電廠在建造與運轉中都能達到工程上安全要求的最有效方式。在這方面，法國與蘇俄的經驗可為世界上大多數國家的借鏡，對一個剛剛採用核能的開發中國家的核能專家而言，這些原則顯然會更加重要。

核能的實用性與競爭能力

唯有當核能競爭得過其他發電系統時，新的核能電廠才會被採用，更因為由核能所造成環境與安全方面的危險度已經降低，競爭力將是未來最主要的挑戰。這項事實可由許多研究計畫與漸增的運轉經驗得以證實──實驗結果顯示，當一個重大的核能事故發生後，其外洩的放射性僅僅是由許多不同理論估計的1/100而已。

商業利益與有效支出直接關係到電廠的實用性，許多在基本負載下運轉的核能電廠，其平均負載因素已能改善至60％，而在某些國家中長期的負載因素甚至可以超過80％。要是能經由較佳的品質保證（quality assurance, Q. A.）、品質管制（qualitycontrol, Q. C.）、更精密的設計及主要機組的國際標準化，則長期非計畫性停機是可以避免的。

而在發展出簡化的運轉程序中，已注意到「人機界面」（man-machine interface）的問題，並且做到主要系統中的自身安全性。世界性的運轉經驗已經廣泛地檢討評估，在執照許可，使用及供應方面，重要的趨勢和經驗的研習已有效地交流。更多的國際合作是重要的，在這方面IAEA應扮演更重要的角色。對某些個別的用戶或小國而言，因重大核能事故而導至的經濟損害是不被允許，而必須減至最小，然而這些事故在未來仍不可避免。

最後，電廠將來廢廠處理的經費及放射性廢料的處置，在財政負擔中是必須考慮的。舉例來說，在瑞典與芬蘭，這項負擔已適當地反應在每一度電費中。

結語

由四分之一世紀以來核能在和平用途方面的經驗，IAEA未來的計畫主要在解決上述發展上的問題，並且幫助開發中的會員國，使他們比前二十五年更廣泛地使用這一個重要的能源。除非我們接受，並努力去克服面臨的種種挑戰，否則，不管是工業先進國也好，或是開發中國家，在未來的能源供應上，核能的實用價值仍不會被肯定。

註一：基本負載指電廠的功率輸出保持定值，不隨外界的用電情形而改變。

註二：負載因素指電廠的運轉時間占電廠壽命的比值，此值愈高，經濟效益愈大。

（本文譯自H. J. Laue,“ Nuclear Energy: facing the future”, IAEA BULLETIN SUPPLEMENT, pp10∼16, 1982）

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