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核能發電

核能發電

核能發電的特性

核能發電的優越特性,可以從多面角度來分析:

1. 核能是最安全的發電方式
核能電廠有7重安全裝置,可以把事故發生機率降到最低。
核能電廠的安全度遠遠超越其它人為及天然意外事故,100座核能電廠發生事故造成死亡的機率和慧星撞擊地表造成傷亡機率一樣低。

2. 核能是最尊重生命的發電方式
世界能源協會(WEC)統計1970至1992的22年間,全球發生了2次重大核能事故,即美國三哩島事件與蘇聯車諾比爾事故,共有31人死於這些事故。「分析1969-1996年發生的1,943次重大能源事故,其中與石油有關的死亡為15,000人、與煤有關8,000人、與水力有關5,000人。」。如果比較單位電力供應造成人員傷亡,火力與水力發電都超過核能百倍以上。(請參考《核能電廠的風險與安全性》)

3. 核能是對環境最友善的能源
外部成本(External Cost)是評估能源使用對於環境衝擊大小最客觀的量化基礎,所有權威的外部成本分析結論都指出:核能在主要能源中外部成本最低,燃煤發電是核電的10倍以上、天然氣發電也是核電的4倍。(請參考《我國核能電廠提前除役的損失》)

4. 核能是目前唯一具有經濟效益的永續能源
相對於石油在40年、天然氣在60年內耗盡,核能可以多種燃料供應,幾乎取之不盡用之不竭。而且可以最經濟的方式供應全人類無盡的水資源與氫能源,成為真正的永續能源。(請參考《核能發電的趨勢》)

5. 核能是最經濟的能源
根據台電與美國能源部分析各種能源發電成本(內部成本),核能遠低於其他發電方式,每年為台電淨賺232億。假如要以其他火力發電取代,單7年的代價高達4,000億到1兆。相當於我國每位國民每年損失4,800 – 7,800元(每戶每年損失19,000 – 31,000元)、2 - 4倍於行政院「擴大就業基金」規模,或10-18倍於健保虧損。(請參考《我國核能電廠提前除役的損失》)

6. 核能是我國實踐二氧化碳減量目標的唯一希望
溫室效應造成的全球氣候變遷是人類文明最嚴峻的考驗,二氧化碳減量是必然的國際義務。核能發電每年為我國減少3,000萬噸排放,20年間,總共為台灣減少6億噸排放。幾乎減少的13 %的CO2的排放。不止每年替社會節省3,940億的碳稅,如果少了核能,我國不可能達到減量目標。
美國經驗顯示,二氧化碳減量貢獻,有40%要靠核能、其他所有電力的改善加起來只有10%;要靠再生能源(4%)與節約能源(9%)來達成目的,簡直是癡人說夢!(請參考《我國核能電廠提前除役的損失》)

7. 核能是最穩定的能源
根據美國分析各種發電方式的容量因素(即每年能發電的時間比例),核能平均高達91%,燃煤只有68%、燃氣與風力都只有30%。如果要用風力來取代核能,必須投資3倍的機組。只有核電廠像7-11永遠為您提供最穩定、安全、經濟的服務。(請參考《核能發電的歷史》)

8. 核能是國家安全的基礎
核能燃料只需1架飛機就可供應18個月運轉所需。如果使用天然氣取代核電,每2天需要3萬噸的天然氣船供應;萬一停運,只有全國限電一條路。全國工商生產、每天上百億的經濟活動,居然放在一、兩艘天然氣船的供應上,您安心嗎?

或許您同意以上看法,或需您反對,但是請您仔細想想,慢慢考慮…

核能發電之優缺點

一般人聽到「核能、原子能」就可能聯想到「核能發電、核子武器、原子彈」;就好像提到「輻射線、放射線」,馬上就認為這些都跟「癌症」的造成或引發有關。究竟,核能的優、缺點有那些? 應與其他能源作比較。我們知道化石燃料(石油、煤炭、天然氣)經過燃燒就會發出熱量,那是利用燃料中的碳和氫的元素燃燒氧化成二氧化碳和水的化學反應所得來的,因此亦叫做化學能。化石燃料的使用帶給人類生活上極大的便利,但也造成環境的污染及破壞,例如溫室效應、酸雨等。至於核能,是核子燃料中的可分裂元素(如鈾-235)經過「核分裂反應」而產生巨大的能量。核能跟化學能相比較:來源不會短缺、成本低(少許原料產生巨大能量)、以及使用上,不危害環境。利用核能來發電就叫做核能發電,核能發電所產生的二氧化碳幾乎等於零,又不生產構成酸雨的氧化硫或氧化氮的化合物,故對地球的環境負荷最小;對於能源資源短缺及用電需求量大的我國來說,核能發電扮演了一個很重要的角色。至於核能有什麼缺點或壞處?核能本來與水火一樣,並無善惡,端看人們如何來運用。人們關心與擔心的是核能被用來做成可怕的核子武器-原子彈;以及對於核能的使用所產生之放射線與廢料,也就是對於核能電廠運轉的安全性及放射性廢料的處理等問題的疑慮。我國政府曾多次聲明,絕不發展核武,因此我國不會有發展、使用核子武器等問題。而目前國際上及國內運轉核能電廠的經驗,已足以確保能夠安全的運轉核能電廠;而放射性廢料處理的問題,目前所發展的處理技術,亦足以安全的予以處理。本會為我國原子能業務主管機關,永遠站在為人民安全把關的這一邊,嚴格執行核能安全管制、輻射防護及環境偵測,並妥善執行放射性廢棄物管理與管制,以確保核能使用的安全性。

優點:
(1) 以少量的核子燃料即可產生大量的能量,而 其輸送(搬運)及儲存均容易。低濃縮鈾1噸具 有相當於約5萬噸的重油之能量。

(2)核子燃料以資源而言,可望能供應。

(3)在環境保全上為有利,而乾淨的能量供給源。

(4)將來開發高束增殖爐及核融合爐後,即成為豐富的能源。

(5)利用中子撞擊天然鈾原子核引起連鎖反應發生大量核能轉換熱量加熱水推動原動機。

(6)核能變成熱能之裝置稱為反應爐。

(7)少量之核燃料供大量能量。輸送、儲藏容易。由發生電力比較,低濃縮鈾1噸等於重油5萬噸之燃料。

(8)核能電廠之機罩輸出容量係大容量式,一般超過1000MW以上。

(9)核能燃料資源豐富。

(10)設廠選取人煙稀少,使用冷卻水便利之靠海地區。

(11)汽輪機及復水器比汽力電廠大。

(12)在負載因數80%,其發電成本比汽力電廠低, 並繼續降低中。

缺點:
(1)同容量發電廠之建設成本高於汽力、水力電廠。

(2)單位輸出蒸氣消耗量為汽力電廠之1.6~1.8倍。

(3)用直接循環式反應爐時爐內發生之蒸氣直接導入汽輪機,操作時須注意帶有輻射線蒸氣。

(4)事故發生時有輻射線污染產生之熱災害及致命之損害。

核能發電與輻射廢料

核能發電的原理是利用中子來撞擊鈾的原子核,當鈾 原子核分裂時會放出大量的能量,這些能量可以使液態水變成水蒸 氣,而水蒸氣再推動發電機,就可達到發電之目的。

原子反應爐

因此一個核能發電廠的核心部分,必須有一個原子反應爐來產生 能量,這個原子爐含有可產生能量的鈾燃料棒 (fuel rods)。鈾燃料 棒通常含有在自然狀態下就已不安定的鈾235 ,利用它衰變 產生之中子,撞擊安定的鈾238 而產生核分裂反應,並且釋放出 大量能量,此能量可以使液態水變成水蒸氣。一般來說,原子爐 產生的水蒸氣溫度最好控制在攝氏300度左右,太高的溫度會使 水蒸氣壓力過大,而造成反應爐爆炸。因此如果有可循環的冷卻 水來冷卻反應爐及水蒸氣,就像汽車的水箱冷卻水一樣,可以冷卻引擎 並防止引擎過熱的話,那就更安全了。當然了,冷卻水只有 一定的冷卻能力,因此為了防 止原子核分裂反應在瞬間突然的過度,可以加裝原子分核裂反應 減速的設備,如此可以調節並維持穩定的原子分裂反應速率。通常 可使用輕水,重水,或石墨作為減速棒的材料。同時為了安全 起見,這個反應爐在水蒸氣的溫度過高時,必須能隨時停止 反應,因此需要裝設一個反應控制棒 (control rods) ,如此可以 在必要時,大量吸收中子,讓原子反應爐不再進行原子核分裂 反應。控制棒通常使用碳化硼,或金屬銀等作為材料。

輻射廢料

一個核能燃料棒通常可用兩年,在這段時間內燃料棒會經常釋放出放射性 元素,因此防護設施必須要有。燃料棒約兩年後可廢棄,此時稱作 高輻射性的廢料。而員工平常因為操作接觸放射性物質後,所產生 之例如手套衣服等一般性廢棄物,則稱為低輻射性廢料。這些長期 累積下來的放射性廢棄物質所帶來之危害,仍然足以威脅到我們的 生命。因此防護與處理核能廢料就顯得非常重要了。鈾核分裂時會 產生碘131,銫137,鍶90與鍶89 等放射性元素進入空氣或水中,而 循環用水容易變成氚而成廢水排入環境。其中碘131 對甲狀腺細胞 的破壞力大,有導致癌症發生,其他放射性物質的危險性則 在於半衰期過長,例如銫137 的半衰期是30年,鍶90是28 年,它們如果長期污染水質或空氣,一但進入人體,則容易造成 癌症而導致死亡。即使不進入人體,在自然環境中進入植物體內,還是 會因為生物鏈而進入我們的體內。這個例子以核子試爆廠附近的小麥或 稻米田的污染為最明顯的例子,人會因為吃食物而受到輻射傷害,正如 長期住在輻射屋內一樣。尤其是核廢料,一般人認為核廢料放射性已 減少,應該是安全的,事實上長期累積下來還是很可怕的,尤其是對 人的骨頭,肝臟,或腎臟有高親和力的放射性物質,往往因長期累積 會造成癌症。

輻射廢料的儲存

為了防止輻射廢料污染,世界各國都視為頭痛問題。由於放射性 物質會進入空氣或進入水源,再轉入人體,因此選擇儲存地點必需 慎重,否則危害很大。美國因為國土廣大,可以儲存在人口稀少的 州內之地下,以求安全。至於國土不大的國家,就得慎重選擇了。儲 存輻射廢料時,除了密封容器容器外,必須有防水設施,以免地下水 受到污染。同時六英尺以上之厚混凝土壁防止放射線穿過也是 必要的。因此大量的金錢花在保護措施與廢料的安全處理上是有必要的。

核能發電安全嗎??

  利用核能量發電,最擔心的是安全問題。世界範圍內核電站確實發生過幾次大的事故。一次是1979年3月28日,美國三喱島核電站連續發生操作失誤和設備故障,引起堆內失水,導致核燃料元件破損,大量的放射性物質逸出一次回路……第二次發生在1986年4月26日凌晨1時23分,位於蘇聯基輔東北部的切爾諾貝利核電站第4號機組突
然爆炸起火,3.5—4.0%的核燃料元件被炸出堆外,致使含有巨量放射性物質的蒸汽和濃煙進入大氣,釀成一起震撼世界的惡性核洩漏事故。第三樁核洩漏事故發生在日本的茨仁縣東海村JCD核燃料加工廠,時間是1999年9月30日上午10時35分……以上一樁樁事故不可避免地讓人們產生這樣的疑問——核電到底安不安全?

  的確,從世界範圍來看,核能的利用歷史還不長。自從世界上建成第一座核反應堆至今,僅僅50多年的時間。在核能的應用技術與安全防護方面,也確實存在著許多有待完善和解決的問題。但是,半個世紀以來的核電發展實踐告訴我們,核電是當代比較成熟的技術,全球30多個國家和地區已建成並投入運行的核電站有432座(截至1999年底),裝機容量達32861.3億千瓦,占世界發電總裝機容量的21%。核電在一些國家的發電總量中所佔的比重也是十分驚人的:在法國,核發電量佔全部發電總量的75%;比利時為61.5%;韓國為49%;我國的台灣省也有多座大的核電站,核電占發電總量的38.7%。

  實踐證明,只要嚴格遵守核電站安全法規和守則,核電的安全性是有充分保障的。

  核電站對環境的影響,主要存在兩種潛在危險:一是自身事故或外來因素引起爆炸事故,造成人身傷亡;一是發生反應堆冷卻劑外溢事故時,造成放射性危害。對這兩種情況,在設計核電站和選擇建站地址時,都有多種可靠有效的考慮。核電站的選址要求非常嚴格,必須是地震裂度低和地殼穩固的「安全島」,必須符合環保要求。為此,科學工作者必須全面進行多種項目的實地考察與勘測,其中包括磁航、重力、地震、遙感等等;同時還得進行詳盡的水文調查和氣象考察、查閱歷史上千年以上地質資料的記載,推測今後50至100年的地震活動趨勢。核電站與油庫、油管、機場、易燃倉庫以至民航線、公路、鐵路的距離都有相應的限制規定。核電站向外分成隔離區、低人口密度區和人口中心距離區。最近的隔離區半徑不得小於800米,最外區半徑在7000米以上。

  在核電站中還裝有許多保護裝置和工程安全措施。以我國大陸上第一座核電站——秦山核電站為例,這座我國自行研究、設計、製造、施工的核電站坐落在浙江省海鹽縣的秦山腳下,離省會杭州市有100千米左右,依山傍海。核電站的設計準則是:不污染國土,不危害人民。工程強調「縱深防禦,綜合設防,多道屏障,萬無一失」。電站反應堆採用最先進的排放技術,它的燃料是濃度為3%的鈾,點燃它的「火柴」是能夠鑽到原子核內部去的中子。反應堆內有石墨等減速劑,使快速中子變為慢速中子。反應堆功率由控制棒調節。控制棒用吸收中子能力很強的銀銦鎘合金製成。反應堆的「心臟」部分叫「堆芯」,外有三道屏障保護著它的安全。第一道屏障是高強度的鋯合金包殼,燃料芯塊疊裝其中,能把核燃料裂變時產生的放射性物質密封住。第二道屏障是壓力殼,包在鋯合金之外,防止鋯合金殼破裂,不使放射性物質外逸。最外一層屏障叫安全殼,結構性能優良,氣密性比規範預期性優良3.6倍。這是一座穹頂的「龐然大物」——內層為6毫米厚的鋼板襯墊,外層為1米厚的鋼筋混疑土,內徑36米,高62米。裡邊安裝一套完整的防護系統。安全殼極為堅固,可以令撞上的飛機粉身碎骨,而自己卻毫髮無損。反應堆和燃料裝卸機用電子計算機操縱。萬一出現意外,反應堆能在一、兩秒鐘內自動停止運轉。

  雖然與原子彈一樣都利用了核聚變的原理,但核電採用低濃度裂變物質作燃料,且分散在反應堆內,在任何情況下都不會自我爆炸。更何況在設計和建設過程中又多方採用現代科學技術,能根據需要使裂變反應有控制地進行,並能隨時中止反應。所以,只要嚴格遵守操作規範,恪守操作守則,核電站的安全性是有充分保障的。

核能發電之必要性

這個世界需要更多的能源。能源提昇勞力並促進生產力、建立並照明學校、淨化水質、提供廠房機械電力、驅動縫紉機和自動裝配器、儲存並移轉資訊。世界人口正呈現穩定的成長,於西元1999年已超過六十億人,然而仍有二十億(即世界人口的三分之一)的人口無法享受到電力。各項發展都要仰賴能源,若因缺乏能源而無法發展將會面臨各種的災難:貧窮、疾病和死亡。這樣的情況造成許多不穩定,而且可能帶來暴力的蔓延。因此基於國家安全,各已開發國家不得不協助人口稠密的開發中國家增加其能源產量。為了保險及安全上起見,能源供給的來源必須多樣化。

英國皇家協會和工程皇家學會在西元1999年有關核能和氣候變化的報告中預測:「就全球而言,我們可以預測對於能源的消費,在未來的50年至少會達到現在的2倍,而且隨著世界人口的增加以及人們尋求改善其生活水準,在未來的100年,至少會以5倍的速度成長。」不過嚴謹保守估計,即使到西元2050年世界能源的產量能達到現在的三倍,也只能提供現在僅及美國平均每人使用量的三分之一進行消費。經濟合作開發組織(OECD)的國際能源協會(IEA)推斷至西元2020年為止,對於能源的需求將有65%的成長,其中有三分之二來自開發中國家。皇家協會和皇家學會提出警告:「照目前推測未來消費能源的水準來看,對於環境不能造成持續且長期的傷害又要配合世界對能源的需求是一項很大的挑戰。」這些傷害包括地表和空氣污染以及全球溫室效應。

當今世界大部分的能源來自石油(39.5%)、煤炭(24.2%)、天然氣(22.1%)、水力發電(6.9%)和核能發電(6.3%)。雖然石油和煤炭仍是主要的能源來源,但其市場佔有率從十年前就已經開始減少,在此同時,天然氣和核能的佔有率則穩定成長,這樣的趨勢應會繼續維持下去。相對於反核團體的主張,核能發電既非滅絕亦非正臨停止使用的狀態。法國有79%的電力靠核能發電;比利時有60%;瑞典有42%;瑞士有39%;西班牙有37%;日本有34%;英國有21%;美國(世界最大核能生產國)有20%,南韓和中國大陸則宣稱將擴充其核能生產力,其中南韓欲建立16家新電廠,產量至少可以提高一倍。世界上有434座核子反應器,核能提供了超過一億人口每年對電力的需求。
  

世界能源來源

來源

比重

石油

39.5%

煤炭

24.2%

天然氣

22.1%

水力發電

6.9%

核能

6.3%


  

各國電力仰賴核能發電的比例

國家

比例

法國

79%

比利時

60%

瑞士

42%

瑞典

39%

西班牙

37%

日本

34%

英國

21%

美國

20%


自西元1990年起,在美國和世界各地,核能安全和效率都已經大幅改進,西元1998年,作業反應爐的單位容量因數(Unit Capacity Factor:一座核能電廠產能所能生產的比例)已達到滿載水準。美國平均單位容量因數在西元1998年為80%,相較於1980年的50%1990年的66%。雖然核電廠的數量減少,美國1999年核能發電的產量仍較1998年多了9%。目前核能發電的平均生產成本每千瓦小時為1.9分美元,而天然氣發電的成本每千瓦小時為3.4分美元。同時,工作員所接觸的輻射量和每單位能源所產生的核廢料皆創新低。

若天然氣的生產技術在未來半世紀能突破,則未來幾百年之能源市場主要將由天然氣與核能瓜分。未來天然氣或核能發電何者的市場佔有率較高仍無法判斷,但是不管是採用哪一種都會比現在所採用的能源更為乾淨且安全,而且這樣的優勢應該被認可。即使是環保人士也該歡迎這種轉變並且重新考慮他們對可循環使用之能源的執著。

再生能源的沒落


再生能源-水力、太陽能、風力、地熱和生物-需要相當高的資本投資成本,而且會對環境產生重大的影響。水力發電算不上真正可以循環使用的能源,因為水壩終究會淤塞。大部分再生能源都必須聚集大量微薄的能量,因此要有足夠的空間和人力來處理。不論是建造太陽能集電器、傾倒混凝土以建立風車、或是淹沒數平方英里的土地以蓋水壩都會造成重大的損害和污染。

雖然世界上可供水力發電的地方有四分之一已經開發出來,但是水力發電所建造的水壩卻淹沒了大片的土地、迫使鄉村的居民遷移、改變河川的生態、、、這些都可以瓦解近幾年來環保人士對水力發電的支持。美國輸出入銀行面對環保團體的遊說,就以拒絕為中國大陸18,000百萬瓦特電力(MWe)的長江三峽水壩提供資金作為回應。

由於上述種種因素和缺點,世界能源委員會和國際能源協會(IEA)就預言水力發電佔世界能源供給的比率不會超過6.9%。至於其他再生能源,即使只有些微的補助,到西元2020年為止,其比率也不過由現在的0.5%升到58%。美國對於再生能源的利用在世界上是首屈一指,然而從西元1997年到1998年,該類能源的產量卻降低了9.4%:水力發電減少了9.2%、地熱發電減少了5.4%、風力發電減少了50.5%,以及太陽能發電減少了27.7%

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