台灣電力現況與重啟龍門核四廠│趙家齊
日前桃園5天內停電8次,民眾抱怨連連。目前核二廠已停止運作,核三廠又即將除役,這將造成全台穩定基載電力更加嚴重不足。台灣的能源政策顯然面臨必須調整的時刻,重啟核四廠有其必要性。
核電為工業國的電力來源
核電是世界主要工業國,如美國、法國、日本、韓國等國的電力來源重要部分。根據2023年統計(https://www.eia.gov),美國的燃煤量占總發電量的16%、燃氣占43%、核電占19%、水力占6%、風電占10%,而太陽能占3.9%。在2011年3月福島事故發生之前,日本的燃煤量占總發電量約28%,燃氣占約26%,核電占約27%,水力占約8%,而油電占約9%(https://www.statista.com)。
福島事故後,日本幾乎所有核電廠均被要求停機檢查,但2022年日本核電已恢復占約8%(https://www.eastasiaforum.org)。最近消息顯示,日本最大核電廠區柏崎刈羽核電廠(Kashiwazaki- Kariwa,其中包括日本首兩座ABWR核電機組)也將恢復發電。根據日本最近發表的能源計畫,到2030年,日本核電發電量估計將恢復到20-22%(https://www.eastasiaforum.org)。
從1970年代以來,主要工業國的電力政策都以核電為重要的輔助電力成份,為工業提供了大功率穩定電力,一般稱為「基載」(baseload)電力。核電的特點是電價便宜,可提供大功率穩定電力,核燃料一次裝滿核電廠房的燃料水池,可持續供電廠發電使用長達6年或更久(每運行周期平均18個月後,反應爐換料1/3到1/4),而且核電沒有空氣污染。在美國三哩島核電站發生事故後,長達40多年間,核電廠的安全設計不斷改進,今日的核電廠相當安全。美國的核電占比在過去20年間雖有所下降,但目前仍占19%,且美國已恢復建造核電。
龍門核四廠遭遇令人痛心
台灣自1970年代建成核一廠(金山)後,一直依照類似美、日工業國的能源政策,一方面保持一個長期穩定持續的核電發展計畫,一方面不斷培養核電的運行和管理人才(台灣電力公司)和核電安全監督人才(原子能委員會)。從1960年代末開始,這些人才大多畢業於清華大學核工系,他們是世界一流的核電人才,在核電廠運行能力和安全監督能力方面絕不下於西方工業國家。三座核電廠、六個機組為台灣提供了安全便宜和無污染的大功率穩定電力,為台灣1980-1990年代的工業興起和經濟起飛做出重要貢獻。
龍門核四廠在1994年第一次國際公開召標,1996年完成召標;召標過程公開公平公正,例如參加投標的三家外方廠商人員,於投標最後時段,在台北被封關在旅舘內,不得和外界聯繫。召標最後選擇了在當時核電技術最先進、最安全,價格又最低的「進步型沸水式反應器」機型(Advanced Boiling Water Reactor,簡稱ABWR,是美國GE公司的產品)。迄至今日,ABWR機型仍然是全世界運行中最安全的核電機型。
令人遺憾的是,台灣健康穩定的核電政策在陳水扁任內首次受到干擾。原本已經在1999年動工的核四廠,在2000年被陳水扁宣布停建,又於次年命令復工,但因與超過上百家國內外承包商產生合同商務違約性賠贘,造成台電核四的大量財務損失。核四廠之後的施工進度一直遲緩,至2010年施工雖已大部分完成,但因社會反核運動持續不斷,其中以2014年林義雄發起的反核四禁食行動最嚴重,直接導致馬英九2014年下令核四停工封存,迄今已近10年。而前後花費在核四的公帑,已由1994年約1,125億台幣的預算,至2014年停工封存時超過3,000億台幣。
20多年來,台灣經歷了早期民進黨推動反核運動,到後期陳水扁執政時期的廢核政策。現在回顧並冷靜反思,民進黨主要是為了爭取和擴大其政治影響力,並非因核電對經濟民生無益,或存在安全或環保問題。世界各工業國近年來重振核電,就是對核電的有力肯定。而核電20多年來在台灣的坎坷經歷,可說是政黨鬪爭的犧牲品,而真正受害的則是台灣人民。
核電比其他發電方式便宜
如上所述,一般工業國從電價、保持穩定基載電力、環境污染等角度考量,其能源政策均保留約20%-25%的核電占比,而法國的核電更占全國總電量的70%。從表1可見,台灣目前電力來源分布非常不合理,其中天然氣及燃煤所占的比例過高,對環境污染、減碳目標、電價成本及穩定的天然氣進口等各方面,均有不少的負面效果。而風電及太陽能電更是靠天吃飯,供電量低且不穩定,是電價最高的輔助性電力來源。
根據台電公司今年3月底公布的資料(見表2),核能發電每度僅1.09元;燃煤發電每度平均3.1元;天然氣發電每度台電自力是3.15元,外購則是3.99元;風力發電每度台電自力2.31元,外購電則高達6.98元。另外,太陽光電台電自力價為4.07元,外購價則為5.03元。
再根據台電公布的資料(https://www.taipower.com.tw各機組發電量2024/3/28)可知,台電自力的風力發電裝機容量占目前全部風力發電裝機容量的30.5 %,這還不包括另外6組台電外購、尚在建造中的離岸風力機組。所以台電的綜合平均風力電價是很高的。台電自力的太陽光電發電裝機容量僅約270MWe,其餘太陽光電均為台電外購,而台電的總太陽光電約占台電發電總電量的15%(見附表1),光電外購電價每度高達5.03元。目前實際可發電的淨風力發電量占比很小,離岸風電只有冬季才有較多發電,光電則只有白天才有太陽能發電。
如上所述,台電外購風力發電每度6.98元與外購光電每度5.03元,因此台電外購的風電與太陽光電均是發電成本最高的。台電出售電價又必須維持在平均每度3元左右,難怪台電虧損累累,今年4月不得不漲價。根據台電公布的資料顯示,2024年底預計將累積虧損5.95億台幣,台電的全負債額則將達26.1億台幣(https://www.taipower.com.tw 各種發電方式之電價成本,2024/3/28)
民進黨賴清德政府必須採取理性務實的核電政策,應盡量快速完成核二廠和和核三廠的延役(核一廠延役仍為可能,只是需投入較多維修工程費用),以便充分使用當初建廠投資的經濟效益,提供台灣亟需的清潔穩定電力缺口。另外,也應該盡快審議和計畫龍門核四廠的重啟作業和時間表,重新建立合理務實又經濟可靠的台灣電力來源布局。為了台灣的經濟與民生,必須勇敢丟掉情緒性的廢核政策。
核四ABWR設計相當安全
核四ABWR設計的綜合安全性,比目前運行中的大多數核電廠要高。從所公布已知的安全數據來看,ABWR是目前在運行中,或建造中最為安全的核電廠。這是因為核四ABWR各個與安全有關的系統設計得到最大化的改進,創造了一個當代最安全的核電廠。ABWR設計的綜合安全性可從其「爐心熔毀概率」(Core Melt Probability)來理解。爐心熔毀概率是目前核電工程工業界,在評估核電廠安全性最全面和科學的統計計算方式和數據。爐心熔毀概率是對特定核電廠核子反應爐,在所有可能發生的最嚴重的安全事故下,並且考慮當時各種設備均失效的狀況下,所計算的反應爐內因失去冷卻水而遭致核燃料和爐心熔毀的或然率。這是把一座核電廠的綜合安全性量化得最科學的數據。核四ABWR的爐心熔毀概率為每爐年1.6 X 10-7,為運行中核電廠的最低者。ABWR的安全性,相比在目前運行中的大多數核電廠,可達約60倍或更高。
核四重啟在工程上是完全可行的,在電廠投資經濟效益上更無需贅言,何況核四廠兩座1350MWe的全新機組建造工程已基本完全建成,只需完成剩餘部分的系統設備測試和最後發電啟動測試。截至2013年11月底,一號機已完成約96%、二號機完成約92%。電廠工程部分已實質完工。(見中國工程師學會「核四相關議題」http://www.cie.org.tw/Nuclear)。另根據封存前原子能委員會的資料,兩機組已分別完工約98%及97%。
重啟核四應當注意的事項
核四重啟是一項非常專業的工程項目,必須延請非常瞭解核四ABWR設計和建造的核電設計公司及核電建造公司來負責重啟項目。台電可把這項工程包給一家符合資格而且熟悉ABWR的核電設計和建造公司來作總承包商,台電則應是工程的監督方和付款方。
如果僅從工程的設計及建造原則來看,由於核四兩個機組的所有設備都已安裝,設備安裝後的檢查(Post Construction Test)也已完成,重啟核四首先應該測試和檢查電廠所有的系統設備,以及最後的發電啟動測試和檢查。所有系統設備的測試和檢查是指「運行前測試」(Pre-operational Test),這主要是針對廠內產生和使用熱工水力的各類管道和設備,以及電力等所有設備的個別功能和整體系統功能的測試及所有硬體的檢查。因為尚未裝填核燃料,這些測試不涉及核裂變反應。最後的發電啟動測試和檢查是指「啟動測試」(Startup Test)。這是全廠正式全面整體性的對各類系統,跟隨功率逐步上升而進行的啟動測試。此時爐心核燃料已填滿,因此會發生核裂變的反應,並且功率逐漸由低而升高,機組的發電功率逐步提升至滿功率(100%)運轉。
任何核電廠在施工完成後,都須經過以上一系列的測試和檢查,以及最後的發電啟動測試。以上兩個測試過程,如果不涉及系統設備修理撤換而能順利逐項進行,大約需要兩年半的時間。如上所述,核四廠的兩座機組工程在2014年封存前,已經分別達到近96%和92%完工。在正常情況下,緊接下來的工程就是這兩項測試,而當時一號機組其實已完成絕大部分的「運行前測試」。
現在,因核四廠已封存了近十年,雖然封存時全廠房採用低氧和低溫度、低濕度保存,以防止生銹,但為保證廠房內所有設備均沒有受損或生銹,一個比較更為仔細的測試和檢查是必須的。整個測試時間會比一般「運行前測試」為長,但應該不會超過一般「運行前測試」時間再多加半年時間。日本的柏崎刈羽核電廠(包括兩座ABWR)亦將於近期開始重新發電啟動,這距離該廠於2011年停機,迄今已有約13年之久,這比核四廠封存的時間更長。而且,核四廠的設備狀況要比柏崎刈羽核電廠的情況好太多,也乾凈太多;因為核四廠封存時,是一個完全未使用過的嶄新核電廠。
重啟核四時,建議台電可以向日本柏崎刈羽核電廠的業主東京電力公司及ABWR設計製造廠商,尋求必要的技術諮詢。美國TVA的Watts Bar 核電廠也曾經歷停建後續建,其Watts Bar兩機組於1973年動工,1985年同時停建,直到1992年一號機續建,至1996年商業運轉。
總之,核四廠重啟不存在技術問題,單機組啟動的時間應該不會超過3年。如考慮到核安會審核的時間,可再多加半年。台灣當前缺乏低廉穩定的能源,新政府應及時組織龍門核四廠兩座ABWR機組的啟動預算編列、組織重啟隊伍、擬定重啟計畫,並開始啟動工作!
(作者係退休核電工程師,退休前曾為負責ABWR核系統設計工程師和項目經理)
附加資訊
- 作者: 趙家齊
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- 標題: 台灣電力現況與重啟龍門核四廠