「台山核電廠意外疑雲」對台灣有影響嗎?極權國家發展核能的風險 (06/17/2021 聯合報)
作者:蔡中岳
根據CNN報導,位在中國廣東的台山核電廠有輻射外洩的高度風險,訊息揭露後引發各方討論。這訊息因為法國電力集團(Électricité de France, EDF)旗下的核電產品供應商法馬通(Framatome)公司向美國政府兩度求助因而曝光。
此公司是台山核電廠中法共同營運的廠商,在其與美國政府求助的信件中強調,台山核電廠有「迫在眉睫的放射性威脅」,且因中國政府面對風險的方式,是以「不斷調升放射性物質檢測標準上限」,而非停止核電廠運作,且檢測標準已超過法國的安全準則,所以希望美國出手相助。
此消息一出,法馬通公司表示正在協助台山核電廠解決問題,而中國的中廣核集團則發聲明表示一切正常沒問題。但由於台山核電廠距離香港僅有130公里,諸多香港媒體也追蹤報導,普遍評論都希望中國能將核電廠的資訊更加公開,甚至對中廣核集團的粉飾太平,以及跟法馬通公司的不同步感到不滿。
台山核電廠距離台灣台南將近800公里,比香港遠多了,看似對台灣不會有太直接的影響。但別忘了2011年距離台灣2,200公里的福島核電廠發生意外後,仍對台灣有輻射水、輻射食品的威脅,洋流也對漁業造成影響。因此,台山核電廠若真有外洩事件,也難保不會對台灣造成影響。而更令人擔憂的,是核電廠資訊不公開,只能靠外部監測來檢視,終究無法得知完整狀況,造成更多恐慌。
全世界仍在發展核電的只剩中國、俄羅斯
根據報告,從2017年到去年七月,三年半的時間裡,全世界新加入運轉的核電反應爐僅有19座,而這19座裡面有12座是在中國、5座在俄羅斯。另一方面,核電占全世界的發電量也從1996年的17.5%降至2020年的10.5%左右,由此趨勢可以很清楚的看見,核電一來已經不是現在選擇要發展的新能源選項,二來全世界仍在發展核電的就是中國、俄羅斯等極權國家。
極權國家發展核電的優勢在於,政策是不需要民主溝通的。無論在選址、核電計畫的審查、甚至營運成本的討論,都由政府直接決定,沒有民眾抗爭、溝通的各種可能。但縱使在這些「便宜行事」的過程中,《2020世界核能績效報告》表示,全球2019年核反應爐平均建設時間為9.8年,既曠日費時、無法解決氣候即時的問題,甚至時間拉長也造成成本提高,這也是全世界越來越少新建核電的原因之一。
另一方面,曾在1986年發生過車諾比核子事故的俄羅斯,直到上個月都被偵測到當地仍有中子釋出的新聞,顯示出極權政府慣用的粉飾太平,而這些在管理及災後應對的隱匿,至今仍使國際在核災統計的數據上難以精確評估。
車諾比直到2005年才有聯合國等級的報告試圖追溯傷害的嚴重程度,但報告距離災難發生近20年,在研究的基礎資料上根本就已經產生難以回溯。不懂社會科學、地緣政治的核能支持者,始終刻意忽略外部政治環境因素對科學研究調查的干預,都容易造成迷信核電的偏誤。
新技術的台山核電廠仍傳意外,資訊落差令人焦慮
本次傳出意外疑慮的台山核電廠,是由中國的中廣核集團占七成、法國電力集團占三成所共同開發的,同時台山也是全球第三代核電廠的示範,兩座機組各有裝置容量1750MW,是目前全世界單機容量最大的核電機組。興建過程中雖然資訊不公開,但媒體揭露因為壓力容量器材瑕疵、測試期間破裂等核安因素,甚至還有400組件安全測試造假的新聞,從2009年開始動工,比預期延遲了幾年才正式在2019年完全營運。
而超過預期的時間興建,也是全世界新建核電廠的常態。根據《2020世界核能現況產業報告》表示,全球有13座反應爐原定於2019年啟用,但只有6座如期完工,正在興建反應爐的17個國家,至少有10國延宕近一年,更有33個興建計畫延後 ,延宕比例高達64%。這也是核電成本拉高的主因之一。
而台山因為是全球第一座運轉的第三代核電廠,從過往材料瑕疵的新聞中,中國曾有報導表示台山核電興建安全全靠外國,可見技術上必須倚賴法國。回到本次意外會曝光,也是因為技術上的瓶頸必須請美國支援,但諸多不明的訊息仍難斷言是哪個部分出問題,這也顯示核電在技術專業壟斷的過程中,受影響的市民往往都只能被動、最後才得知,成為資訊落差下的受害者。
中國發展核電不如預期,更拼再生能源
中國雖然是世界上少數還在蓋新核電機組的地方——2019年核電總發電量約330TWh,占中國整體發電比例4.8%,並不是特別多——更顯著的投資其實是再生能源,但中國仍然是全世界擁核派寄予希望的地方,也因此世界富豪比爾.蓋茲(Bill Gates)呼籲並參與投資、研發超過10年但遲遲未成功商轉的第四代核電廠(行波反應爐),過去除了投資在美之外,都在中國,後因中美貿易戰而撤資。比爾·蓋茲喊了十來年:「我們仍需要一場能源奇蹟。」(We need an energy miracle.)雖然始終沒看到個影,但中國作為核能愛好者的新天堂,是顯而易見的。
但中國核電真的有這麼好的願景嗎?從近年的新聞似乎看不到跡象。台山核電廠在2018年揭牌時,是由習近平與時任法國總統馬克宏一起揭牌,浩浩蕩蕩做足新聞,但近年已經鮮少看到中國高層領導人大張旗鼓地宣傳新核電計畫。
更顯著的是,原本2016至2020年的五年核電計畫中,要增加30GW的核電,但根據《中國核能發展報告2021》中顯示,這個五年計畫僅完成23.4GW,達不到原目標的八成(在中國很罕見),表示新建的速度不僅變慢,也不如預期目標。
1992年起,每年針對世界各國核電廠的運轉狀況與全球核能產業趨勢進行分析,以完整客觀、具有公信力的資料分析著稱,並被譽為國際間關鍵核能報告的《2020世界核能現況產業報告》中推測,中國核電發展不如預期可能有幾個原因:第一,中國的電力需求沒有成長這麼快;第二,中國最近為了產業發展對產業部門降電價,但是核電廠很容易成本過高,建造速度不如預期,讓中國領導階級有些卻步;第三,中美貿易戰,美國禁止對中國出口核電相關產品。
最後值得注意的,雖然中國大力發展核能,但再生能源的量更遠大於核電。根據《中國能源發展報告2021》的統計,在2011年,核電占中國發電量1.8%,風力發電占1.6%,太陽光電則是0%,但到2020年,核電占中國發電量4.8%,風力發電占6.3%,無論成長或裝置都遠高於核電,太陽能發電則占3.4%,成長幅度也高於核能。很清楚地,中國並未偏重核能、偏廢再生能源,甚至在未來,再生能源的發展則更為中國所重視。
台灣核電倚賴美日經驗居多,而今也遇到障礙
回到台灣的核電發展,除了已經運作近四十年,逐漸走向除役的既有老舊核電廠外,1980年代規劃、1999年開始興建,並蓋在斷層上的核四,蓋到2015年正式封存且尚未完工,若重啟興建,時間保守估計還要十年才能正式發電,遠高於全球平均。再加上核四採取的是進步型沸水式反應爐(ABWR),介於第二代跟第三代核電廠之間,目前採取此反應爐並有運轉經驗的僅有日本的核電廠。
日本在福島核災前曾有54座反應爐運轉,約佔整體供電30%,但2021年此時僅剩4座反應爐在抗議聲中實際運轉,雖然執政當局與東京電力公司仍然希望重啟更多核電,但日本各地方政府均不願配合,並因諸多法院停機的判決、管線龜裂等問題,使重啟的數量自2018年中期以來並未增加。此一現象也讓日本核電技術的發展受到阻礙。
中俄持續發展核電,台灣核電也面對「中國因素」
台山核電廠疑似洩漏的意外,中國官方生態環境部發聲明闢謠,香港天文監測站也表示沒有輻射劑量升高的痕跡,似乎讓爭議告一段落。而根據法國電力集團的官方說法,台山一號機內發現的惰性氣體是氪和氙,而洩漏應該跟部分燃料棒出問題相關,但氣體符合中國標準的上限,表達出似乎僅是「小意外」無須公眾擔心。
但法馬通請求美國技術支援是事實,加上車諾比在核災發生35年後的今日仍偵測到異常,顯示中、俄等極權國家內的資訊本就不易公開,也回到信者恆信、不信者恆不信的僵局。
雖然技術上不見得與中國核電相通,但放眼全球,認真大力發展核能的僅剩中國與俄羅斯,其他國家均以大力投資、發展再生能源為方向。作為中國的鄰居,還有更多靠近台灣的核電廠正在興建,不透明的資訊,更讓這些風險由台灣海峽的海洋與台灣人民共同承擔。
長遠來看,由於地緣政治的緊張,若台灣持續發展核能,未來在技術上除了倚賴美日之外,主要發展核電的中、俄若有技術性突破,也難與台灣合作;而發生意外,也得面對隱匿資訊而無法共同作戰的困局。面對能源轉型的關口,台灣民眾也得思索我們要的未來能源,是否要持續跟中國靠近。
完整內容請見:
https://opinion.udn.com/opinion/story/7854/5538379
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第三代核電廠 在 說說能源 Talk That Energy Facebook 的最佳貼文
【核燃料持續進化多重屏障】
#核電廠事故關鍵防線 #那個很厲害的燃料棒
核電廠的多重屏障設計理念,旨在儘可能地降低事故發生機率,並在事故發生時儘可能地將放射性物質留置於廠內。從核分裂反應為起點、由內到外的防護分別為:燃料丸、燃料護套、反應度先天穩定設計、反應爐控制棒、反應爐冷卻水、反應爐壓力槽、緊急爐心冷卻系統、水泥圍阻體。為防範事故於未然,核能材料科學家和工程師們聚焦於頭兩道防線:
>燃料丸:核分裂反應發生之處。高溫燒結的陶瓷固體且可承受2000度以上高溫,只有少量惰性氣體和碘會藉由擴散作用離開燃料丸。
>燃料護套:第二道防線,留置氣體和碘等放射物。鋯合金材料能承受約1200度的高溫。通常護套破損的機率小於百萬分之一。只要護套不破裂,溢出燃料丸的放射性氣體及碘都能被鎖在護套內。
在核工業黎明時期(1970至80年代初期),不純熟的製程使燃料丸內因核分裂反應生成之氣體無法順利排出丸外、氣體堆積致使陶瓷丸膨脹龜裂;作為燃料護套的不鏽鋼也因嚴重的輻射膨脹和熱應力問題而隨後替換為鋯合金。鋯合金在應用早期階段曾發生護套和燃料丸過於靠近致使了燃料丸與護套效應(Pellet-cladding interaction, PCI);巨觀上則讓燃料棒變成竹子般的形狀、俗稱竹節效應。不過,此類技術障礙早已於80年代末期克服,並於90年代起全面更換為抗PCI的燃料。
鋯元素和氫氣先天的高親和性,表示兩者相遇時容易反應生成鋯氫化合物;這個脆性化合物可能讓鋯合金面臨氫脆(Hydrogen Embrittlement) 問題。此外,鋯元素和水蒸氣在高於攝氏七百度時會行鋯水反應生成氫氣和氧化鋯。導熱性差的氧化鋯薄膜可能使燃料護套更難導熱降溫。
針對前者,工程師們透過製程改良大幅抑制氫脆的可能性;針對後者,則設計了多套主動冷卻系統和嚴重事故管理指南以確保鋯合金護套溫度處於正常範圍。在第三代核電廠的設計中,又額外導入了"被動式安全"設計進一步降低人為操作疏失、延長黃金搶救時間並拉高安全度。
▋耐事故燃料
2000年初期,美國的核能材料專家們開始尋找比鋯合金更優異的護套材料,候選材料包括:改良版鋯合金、SiC/SiC、鐵鉻鋁合金(此時的研究報告仍以“APMT”稱呼、APMT是Kanthal®公司旗下的一款產品)。作為次世代燃料護套材料,在福島事故後有了正式的名字:Accident-tolerant Fuel(簡稱ATF。日:事故耐性燃料、中:耐事故燃料)。
判定為人為災難的福島事故,並非意味著核能的終結,而是新的起點。美國能源局迅速串連起電力研究所、大學、相關機構和企業,提供經費及技術支援執行加強版耐事故燃料計畫(enhanced ATF program)。日本則遲至2014年,官方組織重整、原子力規制委員會建立、第四次能源基本計劃定案後,才投入ATF研發。
耐事故燃料在燃料丸和燃料護套上有以下幾點改良:
>燃料丸:添加微量氧化鉻以拉高安全溫度餘裕。且能提供更高的燃耗值,讓核電廠得以拉高輸出功率同時升級為24個月週期燃料(亦即裝填一次燃料可連續運行24個月)。
>燃料護套:改採用鐵鉻鋁合金。和鋯合金相比,鐵鉻鋁合金能承受約1400度的高溫,同時避免高溫時生成導熱性差的氧化物和氫氣。
兩相組合,新一代的燃料棒除了讓核電廠變得更安全、還讓核電廠得以拉高輸出功率和容量因子,成為更加可靠的基載零碳排電力來源。
▋商用核電廠測試
在美國,耐事故燃料於2014年左右完成實驗室規模測試,隨後於座落於愛達荷國家實驗室的先進測試爐中進行測試。
美國能源局在2019年1月決定對核工業巨頭挹注資金,但同時也附帶了嚴格但書:要求各企業必須在資金挹注後頭14個月內於商用核電廠安裝新燃料並完成首輪測試。
不過,奇異的Global Nuclear Fuel公司已在2018年3月、
於隸屬於旗下的核電廠測試了鐵鉻鋁合金、以及表面進一步鍍鋯的燃料護套。該測試於2020年3月結束、並運往橡樹嶺國家實驗室分析。2019年4月,Framatone公司於喬治亞州、Southern Nuclear公司旗下的核電廠測試了自家開發的耐事故燃料。
兩間公司的進度超越了美國能源局原先要求的進度。不落人後的西屋,也於同年在自家的核電廠測試了新燃料。
美國核能工業組織(Nuclear Energy Institute, NEI)表示希望加速這個進度,同時驗證SiC/SiC材料的可能性。SiC/SiC材料的熔點高達2800度,有潛力運用於極端高溫的環境:重大災害情境下的輕水爐、第四代高溫氣體反應爐乃至核融合爐爐壁。
目前,西屋和Framatone正在驗證SiC/SiC護套包覆技術和全SiC/SiC護套材料,預計於2022年在核電廠中測試。
▋其他國家動態
俄羅斯國家原子能公司(Rosatom)則在2019年底宣布自家研製的耐事故燃料已完成首輪測試、預計於2020年初開始製造。
至於台灣嗎?如果核四廠商轉,屆時剛好可以用到最新的ATF喔,畢竟同樣是奇異生產,也是為了輕水反應爐所打造,往好處想,或許我們現在燃料棒暫時運到別地保管,啟封運回台灣時就是一批更先進的ATF了~~
▋參考資料
1. https://www.powermag.com/vogtle-2-installs-worlds-first-accident-tolerant-nuclear-fuel-assemblies/
2. https://rosatom.ru/en/press-centre/news/rosatom-has-manufactured-first-russian-accident-tolerant-fuel-for-commercial-reactors/
3. https://www.nextbigfuture.com/2017/06/westinghouse-formal-launch-of-safer-nuclear-fuel-with-tests-planned-from-2018-2022.html
4. https://www.energy.gov/ne/articles/new-accident-tolerant-fuel-framatome-being-tested-idaho-national-laboratory
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第四代核電開發商 Transatomic 無法規模化,關門大吉!! (10/02/2018 TechNews科技新報)
”..... 2016 年,Transatomic 發現最初的願景有嚴重的計算錯誤,2016 年 11 月的報告中,原本聲稱同樣的鈾燃料能比傳統輕水式反應爐發出 75 倍多的電力,下修到剩下 2 倍多,而且原本想採用其他傳統核電廠用過燃料棒的「核廢處理」想法,也完全放棄,不再規劃使用用過的燃料棒,而是採用新燃料棒,只是宣稱燃料使用效率較高。
儘管 Transatomic 雖然關門大吉卻還表示對第四代核能有信心,但擺在眼前的事實是,第四代核能的全球投資金額,遠遠小於可再生能源的資金規模,以美國太陽能廠太陽能源(SunPower)來說,光是 2018 年第二季一季的研發投資金額,就達 3,121 萬美元,一家太陽能廠一季的研發投資就超過目前可見的第四代核電廠主要投資計畫金額,這也說明了為何太陽能仍然持續快速降低成本,在部分地區已經達到電網平價,而第四代核能只聞樓梯響,尚未有可商用的案例的主要原因。.....“
(作者/ 藍 弋丰)第三代核電廠原本吹噓更安全更經濟,結果卻是在全球全數淪為大而無當、追加預算不完、完工遙遙無期的錢坑,使得核能成為凱子的遊戲,核能產業界只能寄望於第四代小型模組化核電廠能扳回一城,但第四代核電廠儘管各家新創企業提出相當多技術構想,至今無一能進入商用規模量產階段,主要玩家之一的 跨原子(Transatomic),更於 2018 年 9 月宣布停止運作,並把所有技術專利全數公開。
Transatomic 在 2011 年由現任執行長萊絲莉‧德汪(Leslie Dewan)與馬克‧馬西(Mark Massie)共同創辦成立,兩人都來自麻省理工學院(MIT),採用以氫化鋯為中子減速劑(即反應速率控制物質)的氟化鋰熔鹽反應爐,當初創辦的宗旨是希望以第四代核反應爐,利用高能核廢料為燃料,也就是利用傳統核電廠用過的燃料棒,反應過後能大幅縮短其半衰期,而讓高能核廢的貯存時間從 3 萬年縮短為 300 年,因而有核廢處理的作用。此外,Transatomic 認為熔鹽反應爐不僅反應效率較高,安全性也較高,因為一旦發生爐心熔毀,熔鹽外洩,溫度會下降,熔鹽自動冷卻為固體不會繼續流動造成事故範圍擴大,而高溫反應也會自動停止。
這項願景讓 Transatomic 在 2014 年得到知名矽谷創投家彼得泰爾(Peter Thiel)創業者基金(Founders Fund)200 萬美元投資,之後又在 2015 年的下一輪募資中得到 250 萬美元投資,投資人除創業者基金,還包括創投機構阿卡迪亞伍德(Acadia Woods Partners)以及瑞士亞曼達投資(Armada Investment AG)總裁丹尼爾‧雅蓋特(Daniel Aegerter)。
然而到 2016 年,Transatomic 發現最初的願景有嚴重的計算錯誤,2016 年 11 月的報告中,原本聲稱同樣的鈾燃料能比傳統輕水式反應爐發出 75 倍多的電力,下修到剩下 2 倍多,而且原本想採用其他傳統核電廠用過燃料棒的「核廢處理」想法,也完全放棄,不再規劃使用用過的燃料棒,而是採用新燃料棒,只是宣稱燃料使用效率較高。
到 2018 年 9 月底,Transatomic 承認其技術就商用化來說完全失敗,找不到可行的商用化規模生產的辦法,執行長萊絲莉‧德汪表示:「我們規模化的速度不夠快,無法在合理的時間規劃內建造完成反應爐。」因此決定將停止營運。但Transatomic 先前已經接受對第四代核電願景的民間投資,以及美國政府大量補貼,該如何交代?Transatomic 決定將至今以來所有的研發技術智慧財產,都成為開放的開源資料,免費提供給其他想研究熔鹽反應爐的研究者,不論對方是民間企業、公共機構或是非營利事業。
第四代核能發展一大打擊
Transatomic 目前正與美國能源部的加速核能創新閘道(Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear,GAIN)計劃討論如何將其技術智慧財產公開給大眾,包括 Transatomic 與能源部合作的研究成果,以及其以氫化鋯為中子減速劑與氟化鋰熔鹽反應爐的專利,以及反應爐抵抗高溫熔鹽侵蝕的保護壁材料技術,同時也將其於歐盟、俄羅斯、中國申請的特殊輕水反應爐專利釋放,全數公開。
Transatomic 的失敗可說是第四代核能發展的一大打擊,但 Transatomic 執行長表示,目前約 70 家新創企業在研究第四代核能,其中還有其他家目前表現尚佳,不會少了 Transatomic 就完全倒台。
目前其他主要的第四代核能開發商,包括比爾蓋茲投資的地球電力(TerraPower),同樣與美國能源部的加速核能創新閘道合作,也與美國南方電力公司(Southern Company)合作,正計劃投入 2,000 萬美元以在 2019 年完工啟用第一座測試反應爐設施。
地球能源(Terrestrial Energy)在 2016 年取得 800 萬美元資金,2018 年 9 月發表將與美國能源部以及南方電力公司合作進行 2 年研發計畫。
新規模能源(NuScale Power)則於 2018 年取得美國核能管理委員會(NRC)小型核反應爐第一階段審核通過,第一個客戶是猶他州聯合市政電力系統(Utah Associated Municipal Power Systems),計劃於愛達荷州興建 12 座 50 百萬瓦(Megawatt)發電容量小型模組式核反應爐,預定於 2020 年代中期開始運轉。2018 年 9 月宣布選擇維吉尼亞州 BWT 科技為工程合作商。
儘管 Transatomic 雖然關門大吉卻還表示對第四代核能有信心,但擺在眼前的事實是,第四代核能的全球投資金額,遠遠小於可再生能源的資金規模,以美國太陽能廠太陽能源(SunPower)來說,光是 2018 年第二季一季的研發投資金額,就達 3,121 萬美元,一家太陽能廠一季的研發投資就超過目前可見的第四代核電廠主要投資計畫金額,這也說明了為何太陽能仍然持續快速降低成本,在部分地區已經達到電網平價,而第四代核能只聞樓梯響,尚未有可商用的案例的主要原因。
Transatomic to Shutter Its Nuclear Reactor Plans, Open-Source Its Technology
(首圖來源:pixabay)
完整內容請見:
https://technews.tw/…/transatomic-to-shutter-its-nuclear-r…/
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