臺灣目前之核能概況

作者|蔡宗翰(國立臺北科技大學機電所碩士班)

編按 : 核能這個關係到科學、經濟、社會、健康等等的跨科際議題,日漸受到關注,臺灣日前才舉辦的反核大遊行,聚集了幾十萬名人民走上街頭。SHS計畫電子文庫特此推出環境核能專題,冀能透過多方面觀點讓大家更了解此重要議題。

臺灣在3月時曾發起幾十萬人參與的一場反核大遊行。(圖片拍攝:Jessie Ou)

引言

在開始講現今核能概況之前,筆者希望談一點臺灣電力起始的來龍去脈,如會先描述一點臺灣電力的過往,接著談論現今核電之於臺灣以及一點基礎概念,最後是原能會、臺電對311福島核災後所作的總體建概述,這也是在談論核能安全時,大家所關心的焦點之一,希望看完這篇的讀者能對臺灣電力、核能發電有一些基礎認識。

臺灣電力過往

臺灣電力的起源最早可追朔到清光緒年間(1888年),臺灣巡撫劉銘傳在臺北創立「興市公司」,以蒸汽燃煤發電機提供照明,到了日治時期(1904年),新店建置了臺灣首座水力發電廠,且於西元1919年成立「臺灣電力株式會社」,第一項工程即為日月潭水力發電工程,戰後民國35年(1946年)中華民國政府接收「臺灣電力株式會社」,改組後成立「臺灣電力公司」,之後多以水力發電為主,火力發電次之,到了民國51年(1962年),火力發電量首次超越水力發電,而核能發電在臺灣的誕生,乃是因為1970年代兩次全球性的石油危機,臺電開始進行發電多元化政策,才開始建置核能發電廠,並於民國70年左右陸續商轉了現在的三座核電廠。

核電之於臺灣

我們對核電的存在感,最直接相關的就是它到底佔了臺灣多少發電量呢?我們真的需要它嗎?核電在近10年占總發電比約為18%~20%左右,也就是佔臺灣電力供應的1/5左右,核能發電在去年(民國101年)佔總發電量約為18%,比例最高的是燃煤30%,其次是天然氣約23%以及18%的民營電廠,而這些比例每年都會有些許改變。

每一座核電廠皆有兩個機組,機組最關鍵的就是反應器,也就是核分裂連鎖反應的地方,在此先不細說各反應器廠商、型式與裝置容量(千瓦)了。臺電為了讓核電運轉資訊更加普及,在網站上開放了「核電廠即時運轉資訊」,資料每五秒會更新一次,提供運轉狀態、功率(%)、發電量(MWe)的資訊,通常我們可以看到運轉狀態是「發電運轉」,而因為核電廠需要定期填補燃料棒與維修期,也有可能看到「機組大修」的說明,運轉狀態的說明也包括顏色,綠色是發電運轉、白色是機組大修、灰色是檢修或故障……等因素,而功率通常是100%,但發電量會有細微差異,小到不會影響功率大小。

而國際上是以什麼標準評論核電廠的好壞呢?核電廠運作狀態的好壞評比有一個重要指標——「跳機次數」。核電廠會因為異常現象跳機,最常見的異常諸如溫度、壓力超出運轉範圍。以壓力來說,反應器在設計時會有操作壓力與設計壓力之分,操作壓力是正常工作下的壓力,而設計壓力是這個裝置所能接受的最高壓力,工程師以此判斷機組的安全狀態。不管是哪種發電方式,工程設計都會為了安全而有保守估計,就像風力發電,不會設計成風愈大愈好,而是有機組所能承受的風速範圍,風速過大就會停止轉動。回到跳機次數來說,臺灣核電廠近十年來的跳機次數普遍來說是愈來愈低的,民國94年有三次跳機,去年有兩次跳機,而民國99年和100年則是零跳機紀錄。

除了臺電本身是營運單位之外,其他單位包括管制、研發,也有學會在運作。原子能委員會,簡稱原能會,屬於管制單位;核能研究所,簡稱核研所,屬於研發單位。原能會對臺電有安全監督的職責以及法規的訂定,而核研所並不只是研究核能,現今研發領域相當廣泛,舉凡各種工程領域,土木、機械、材料、工業工程、醫學……等,早已不是以前刻板印象只做核能研究。另外還有中華民國核能學會、臺灣核能級產業發展學會(TNA),前者較無繼續更新資料,後者則有持續更新各方面的資訊,由於核電廠各種零件都強調「核能級」規範,TNA的成立主要是希望臺灣能有自主認證的權利,而不需要臺灣製造國外認證。而管制全球核電廠的單位稱為國際原子能總署(IAEA)。

核安總體檢概述

有鑑於福島核災,臺灣出現很多反核聲浪。(圖片拍攝:Jessie Ou)

接著我們來看看福島核災後,臺灣在核能安全體檢的內容與改變。民國100年3月11日發生了全球矚目的福島核災,原能會要求臺電對核電廠進行核能安全總體檢,其實除了臺灣,各國的核電廠也都在體檢自家的各個核電廠,原能會於去年(民國101年)8月完成了「國內核電廠現有安全防護體制全面體檢方案總檢討報告」,其宗旨就在於「不讓福島事故在臺灣發生 lessons learned from Fukushima」,方案內容包括「核能電廠安全防護措施」與「輻射防護及緊急應變機制」,報告亦參考了福島電廠之經驗回饋以及美國、日本、歐盟之重要資訊。

首先我們要知道福島事件的成因是規模9級地震導致超過14公尺高的海嘯,此海嘯高度已遠超過其設計的5.7公尺,結果使緊急柴油發電機失效,也就是發電機泡水了不能用,而其後的各項決策程序與操作也直接影響了核電廠的救援,最終導致爐心熔毀、灌入海水用以冷卻爐心,放棄救援的可能,所以原能會要求臺電強化的重點就在地震、海嘯及洪水危害的設計基準評估,以及長期喪失電源之應變能力。

筆者需要強調一點,福島事故的元兇來自地震引發的海嘯,而非受地震本身,電廠的土木結構並未受到地震重創,因此應付海嘯的能力成了這次總體檢的首要項目,雖然根據設計,各電廠廠址的設計高度皆高於歷史最高海嘯,但保險起見,所有安全設備都加裝水密門與防海嘯閘門,此法作用在於如果海嘯高度真的超乎預期,至少不會沖入安全設備和廠房。而在耐震方面,核電廠房基礎在建設時就已經直接打到岩盤上,打到岩盤的作用是當地震來臨時,核電廠可有效降低搖晃程度,且機組皆有自動急停設定,遇到地震時就會自動停止運轉,福島電廠在遇到311強震時即有自動急停成功,目前核二核三的防震設計值皆為0.4g,至於是否將核一廠的0.3g提升為0.4g,原能會已對臺電做出要求,臺電預期在民國103年6月完成評估,目前依補強範圍,預估了改善費用大概是200億臺幣。

更重要的是,這次福島事故肇因於失去緊急用電來源,才導致後續一連串的事故,所以緊急用電是為非常重要的一環,臺灣核電廠每部機組都配有兩部緊急柴油發電機,作用是在維持冷卻系統需要的緊急外部供電,福島事故就是因為無法緊急外部供電,導致爐心熔毀。臺灣一個核電廠有兩部機組,亦即兩個反應器,所以一個核電廠就有四部緊急柴油發電機,另外再搭配第五部緊急柴油發電機,以及在高處還有兩部氣渦輪發電機,總共就有七部,雖然已有這麼多緊急發電方式,但為了預防設備在緊急時刻出現狀況,電廠還配有備用電池,且於核安總體檢後再擴充電池容量,從八小時提升到二十四小時,並額外增加活動式電源車與移動式電源設備,緊急時可供應72小時電力。

還記得上面提到福島電廠最後以海水灌入反應器,如果臺灣的核電廠不幸發生類似事故,臺電在核電廠附近的高處備有緊急冷卻水,緊急冷卻水是數萬噸的大型水池,必要時直接以重力的方式注入反應爐,也就是說不需要額外電力讓水注入,只要閥門一開,淡水就會直接灌入反應爐,所以水池的耐震結構相當重要,否則地震振壞水池,那緊急冷卻水沒了,就有可能重蹈福島事故,因此在水池與反應爐、用過燃料池的連接上有加建軟性水管,大大降低被振壞的可能。

此次也著重「機組斷然處置」,也就是在核電廠發生嚴重事故時的操作程序,到時候將不會考慮經濟效益,全力防止爐心熔毀,臺電在參考311福島核災後,將處置分成三個階段,事故發生第一小時內就必須備妥緊急水源與緊急電源、8小時內電源車引接待命與用過燃料池補水、36小時內達復原狀態,這項程序啟動後等於放棄了核反應器,但至少不會發生爐心熔毀、輻射外洩的擴大災害事件發生。

結語

要了解臺灣現今的核能概況,就一定要了解面對福島事故,我們的管制單位是如何看待國內核電廠的安全性,以及如果沒有核電,那有多少比例的供需需要調度。至於龍門電廠(核四)、核電廠的延役以及臺灣在面對減碳的標準上,各項能源又扮演什麼樣的角色等議題,有機會再以另外的專文與讀者分享。

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