李敏觀點:新世代核能電廠

2021-10-27 07:00

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更安全、更有效的能源分工 答案可能在小型模組化反應器

面對這個問題,核能界發展小型模組化反應器已有很長的一段時間,有些設計已經開始興建。開宗明義,小型模組化反應器功率低 (2萬至30萬瓩)、體積小、重量輕,可以在工廠製造組裝,運到核電廠場址與發電設備進行組合即可發電,能夠避免施工經驗不足、品質保證與品質控制執行缺失、法規遵守爭議等造成工期的延誤。電廠興建多個小型模組化反應器機組,同樣可以大量供電。小型模組化反應器的單位成本可能較傳統大型核電廠為高,但總投資額較少,由於工期可以掌控,機組可以在預定的時間供電,投資的風險也大幅降低。

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小型模組化反應器必須滿足所謂的自守安全,也就是不靠複雜的工程系統,僅靠自然定律就可以防止爐心熔毀事故的發生。換言之,小型模組化反應器更安全。同時機組要具負載追隨的能力,可以隨著電網再生能源的供電情況,調整發電量。換句話說,它可以靈活的與再生能源分工。

小型模組化反應器通常也可以長期的不換燃料,大幅減少用過核燃料(核廢料)的產量。有些設計可以在燃料無法臨界時,將反應器拆下運走。核能界也在發展功率低於2萬瓩的微型反應器,可以放在貨櫃車裡移動,那裡需要緊急供電,貨櫃車開到那裡,美國軍方目前在設計此類型反應器。這類型反應器也可用於太空。

小型模組化反應器的設計有上百種,可以說的上是百花齊放。首先誘發核分裂的中子能量可以是快中子或熱中子,快中子反應器可以更有效的使用核燃料。燃料可以選鈾或釷;燃料的型態可以是棒狀、球型、或液態熔鹽;冷卻劑可以選熔鹽、氦、水、液態鈉、或液態鉛;若是熱中子反應器,中子減速材料可以是石墨、重水、普通水;發電方式可以採用氣渦輪機或蒸汽渦輪機。有些設計著重於將核能做更廣泛的使用,例如核能產氫、供熱,海水淡化等。

價格不受頗動、效能穩定的發電 核電仍是最佳解

世界各核能大國幾乎都有自己的設計,有些已經建造完成。英國的UKSMR是小型的傳統壓水式反應器,由著名的汽車製造商勞斯萊斯設計,英國已發布新聞要開始興建,該公司是英國核子潛艇反應器的製造商;美國能源部撥專款補助與建小型模組化反應器,其中包括NuScale,也類似壓水式反應器,目前已與羅馬尼亞與加拿大談合作開發;中國的玲瓏一號,2021年7月14日在海南昌江核電廠正式施工,有人說認為這是在為核子動力航空母艦鋪路;中國還有其他的設計,包括使用釷的熔鹽反應器,產氫的高溫氣冷反應器等,社群媒體上也看到過中國網民對設計的吹噓。

比爾蓋茲創立的公司設計的Natrium,是使用納為冷卻劑的快中子反應器,利用熔鹽來儲熱達到負載追隨的功能。

核能發電燃料體積小、重量輕,運輸貯存方便;即使不添加燃料,亦可長期運轉;核能發電燃料鈾的採購成本占總發電成本比例低,發電成本穩定,核電廠一旦興建完成,其發電成本較不易受到國際能源價格波動的影響,核能發電不靠燃燒產生能量,故發電時不會造成空汙與排放二氧化碳,核能發電對環境的衝擊從總量來看確實是最小的,但由於部分民眾以及環團,出於對於輻射的莫名恐懼,並不認同核能發電是綠能或潔淨能源,但科學證明核能發電是唯一能調控的無碳能源,無庸置疑。

20210329-台灣民眾對使用核能發電的利弊評估。(取自美麗島電子報)
相較於2017年,台灣民眾2021年對核能發電利弊的態度轉向正面。(資料照,取自美麗島電子報)

這次能源風暴,化石燃料的短缺與價格飆升的震撼,勢必對各國的能源政策有重大的衝擊。蓄勢待發的小型模組化反應器,將躍上開往2050碳中和的列車。

*作者為國立清華大學原子科學院院長

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