核融合並非淨零選項

國內多位商業與政治領袖對於近期國際核能的發展，都強調小型核能機組為各國積極投入研發重點，且核融合技術已有突破，因此臺灣不應堅持非核家園，而應重新佈局核電，但此類論述，則需從核電在淨零路徑中的角色，以及小型核電機組真正的發展狀況等來檢視，方可掌握全貌。

國際能源總署（IEA）的淨零路徑研究，指出核電要倍增才能達到淨零。但此引用並不準確。IEA所提出的淨零路徑中，電力系統要達到淨零，得需靠再生能源於電力結構之占比於2030年時提升至 61%，在 2050 年時達到 88%。2050 年時全球核能發電量倍增，然占比則是由目前的 10%降至 8%。全球核能發電裝置容量須從2022年的406GW，於2030年提升至515GW，2050年時達到812GW。但依據OECD核能署(NEA)分析，就算考慮到當前機組延役以及目前興建中大型核電，2050年時全球核電機組裝置量僅會達到479GW，僅為IEA淨零情境中的核電機組需求量的60%左右。

但討論如何補上此缺口時，無論是IEA、NEA或美國能源部，都未將核融合納入規劃。雖然2022年時，美國勞倫斯利佛摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL）中的國家點火設施（National Ignition Facility, NIF）完成首次具有凈能量輸出的核融合實驗，2.05MJ的雷射注入後，經由核融合反應產生3.15 MJ 的能量，但若計入雷射生產過程中所耗用的300MJ，整體上尚未達到淨能量產出。且依據核融合專家估算，就算已有此成果，但整體商業化時程仍是在2060至2070左右。目前IEA將核融合的技術準備度(Technology Readiness Levels)評定為2，認為仍屬於概念與應用研析階段，並未將其納入2050淨零路徑分析時可採用的減量技術。因此美國能源專業媒體金絲雀的主編Eric Wesoff便提出此評論：「對於核融合科學家而言，這是件大事。但是對於電網調度者而言，這對實務上毫無影響。」

因此當前的對於核電機組的討論圍繞在先進反應爐(advanced reactor)，如表一所示。而近期所強調的小型模組化核能反應爐，乃是指裝置容量在50~300MW，可於工廠產線上模組化生產，無需如大型反應爐須在場址興建，但仍是採用核分裂方式生產蒸氣用於發電或供給熱能。

表1. 先進核能反應爐類別

        整理自DOE 2023

近期臺灣媒體屢見SMR具有突破性發展，甚至本年度工總白皮書更具文指出「參考法國發展新一代小型核能設施的可行性做法。實際上，若從檢視目前發展進度最快NuScale的VOYGR廠實際狀況，所謂SMR已趨成熟一事，並不精準。

NuScale的教訓 – 延遲與昂貴

NuScale自2000年起便開始推動SMR計畫，其首個案場乃是與Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) 合作，預計將於美國能源部的愛達荷國家實驗室，興建共計6座77MW的反應爐，因此該案場的裝置容量總計達到462MW。近期各媒體報導其此案場的設計獲得美國核能管制委員會的認證(certification)，但卻未說明其目前通過認證程序的乃為其2016年提出50MW設計，該公司已棄之不用。而其77MW的設計，在2023年1月才向美國核能管制委員會提出Standard Design Approval (SDA) Application。然而若以美國核電業的觀察經驗，此審查程序需耗時5年以上。因此NuScale要如其原定2029年時便可商轉，實則有其難度。況且回顧NuScale過往提出的商轉規劃，便可知SMR並未能擺脫大型核能機組的跳票紀錄。

表2. NuScale計畫商轉時程歷次承諾

IEEFA, 2022

SMR的發展，乃是強調其能克服大型核能機組興建期程過長、成本過高等因素。但依據美國能源經濟與金融分析研究所(The Institute for Energy Economics and Financial Analysis, IEEFA)針對NuScale的研究分析，其興建成本不斷飆漲。NuScale於2020年時，針對當時預估的12座60MW反應爐，總裝置容量為720ＭＷ的興建規劃所提出的成本估算為61億美元。而2021年底，針對當時已修正成總裝置容量調降為462MW的規劃，提出的成本預估為53億美元。但在2023年1月時，該公司提出的新成本估算則大幅跳升至93億美元。根據IEEFA估算，NuScale的單位發電成本，從2021年時的58USD/MWh，增加至89USD/MWh。若扣除到政府總計40億美元的補助，其單位發電成本更將達到120USD/MWh，將是光電加上儲能系統的單位發電成本的五倍以上。

除了成本飆升以外，此所提出的設計亦具有安全疑慮。依據美國環保團體Environment Working Group委託環境與能源研究所的Arjun Makhijani所長與不列顛哥倫比亞大學公共政策和全球事務學院M.V. Ramana教授兩位長期參與核能議題的專家，就NuScale提送NRC的文件所進行的分析，其指出由於NuScale的設計中，與任何已經運營的核電廠不同，其將在同一反應器壓力槽中容納反應爐核燃料和蒸汽產生器。傳統設計中，蒸汽發生器與燃料分開，位於反應爐容器之外。螺旋蒸汽產生器的設計在任何其他商業核電廠中從未使用過，這使得很難評估它在長期運行中的表現。而在認證審查中，NRC下的反應爐安全標準諮詢委員會成員Vesna Dimitrijevic博士，就指出：「蒸汽產生器的完整性對於NuScale設計認證來說是一個太重要的安全問題，不能不在NuScale設計認證中獲得確定。」而目前對於NuScale的蒸汽產生器的早期磨損和潛在失效並未進行適當分析。此外，憂思科學家聯盟的核安全家萊曼博士(Ed Lyman) 也指出NuScale強調其設計採用被動性安全性系統，因此出問題時可以自動停機，甚至無需人為干預或採取任何行動。但事實證明，在某些類型的事故中，它的被動式系統並無法確保安全性。此類系統不像擁有由操作員操縱的電動泵和閥門那樣，可以將水注入反應爐的核心，以防止出現輻射洩漏情況。被動式系統必須依賴重力等自然力來達到完成這項工作，但其在意外發生時，存在失效風險，故須設有備用系統。但在試圖削減成本的狀況下，NuScale未採用此般設計。

期程延誤、成本高昂、安全疑慮，NuScale近期更面臨了找不到買家的窘境。依據與UAMPS的協議，NuScale需要2024年時，購電意願者（subscription level）的總量需達到此案裝置容量的80%，否則將需賠償UAMPS。但今年首季時，僅達25%左右。雖然NuScale在其股東會上均表示深具達標的信心，但也可由此事可知，NuScale的發展前景，並非如國內媒體報導般順遂。

核廢與核安疑慮未解

NuScale案場遭逢的問題，並非孤例。整體SMR發展上，相關研究指出其核廢處理難度與核安風險並未較大型案場為低。

依據美國前核能管制委員會主委Allison M. Macfarlane  參與的研究團隊，近期於《美國國家科學院院刊》(PNAS)所發表「小型核電機組的核廢料評估」(Nuclear waste from small modular reactors )一文，其指出小型核能機組的核廢料產量為現行壓水式反應爐的2～30倍。除了體積增多以外，其一方面未能減少碘-129、銫-79的產量，更由於其核種濃度較高，因此需要發展新的評估方法，了解其在處置階段的臨界反應風險。

在核安方面，近期則見SMR的支持者主張，由於SMR比當前的核電廠更安全且更小，因此不需要滿足針對10英里緊急應變計畫區（EPZ）的要求。SMR業者和美國能源部將縮小EPZ半徑作為SMR的主要賣點，因為可使其擴大選址。如果EPZ半徑減小，SMR業者宣稱可以設置於以前燃煤電廠、工業用地或者實際上位於任何人口稠密的地區。而無需建立緊急應變計畫，估算居民疏散時間，無需通知和教育公眾進行疏散演習。例如Generation mPower聲稱，其所需的EPZ半徑可縮小到僅1000英尺，相當僅在電廠的用地範圍之內，此舉意味著SMR業者對於一般大眾根本不需要任何緊急計劃。

且SMR業者更極力推翻NRC的「第53條規則：先進反應爐的風險之情、科技兼容管制架構」（Part 53 – Risk Informed, Technology-Inclusive Regulatory Framework for Advanced Reactors），其主張這些新反應堆比目前運營的機組安全得多，因此在整體上需要遠少於目前的規管監督。第53條的規定是要求業者進行「概率風險評估」，以量化核安風險，協助鑑別安全系統的成效，但業者卻要求NRC免除此項規定。

從第53條規則制定過程看來，SMR在干預核安法規管制上達到了前所未有的程度。福島核災之後，核安文化是各國極為重視的問題，但SMR行業針對核安法規各類遊說行動，顯示其不願意接受一個具有特定、客觀標準的規則，以利管制單位可以用來評估合規性，並在發現違規時進行執法行動。均顯示其將核安的重要性置於申請時間、成本之後，在核安文化建構上大開倒車。

SMR前景真的可期嗎？     

SMR的發展趨勢上，除了美國通膨抑制法提供的相關補助外，歐盟永續經濟活動分類標準，將其列入轉型類別，亦讓國內許多核能倡議者均藉此稱頌這證明核能發展仍是國際趨勢，要因應當前的能源危機與邁向淨零，核能扮演重要角色。但其忽略了政府間氣候變遷專家委員會(IPCC)在今年四月出版的氣候變遷減緩報告中，指出核電在未來低碳能源結構中的角色，受到其可否強化營建過程的管理以及反應爐設計，達到降低成本與拓展應用用途。否則將因為成本超支、高額的初始投資成本、核廢料處置以及公眾與社會接受度等因素受到限制。

根據國際能源總署在最新的世界能源投資報告中分析，近年核電投資金額雖有攀升，但2022年時，約僅有光電的五分之一、風力發電的三分之一，顯示即便將核能作為減碳選項，但當前公私部門仍是將絕大量資本投注於真正的綠能之中。

國際能源總署在2022年發布的「核電與安全能源轉型報告」指出，核電若要具有競爭性，則須將核電興建成本在未來十年內由每瓩9000美元降至5000美元，未來更需要降至3000美元，方能與其他低碳電力技術競爭。而美國能源部亦提出每瓩3600美元此目標值。但從NuScale新近提出的成本追加估算看來，其興建成本在每瓩2萬美元以上，距離此目標仍有落差。

但實際上在歐洲議會表決結果出爐後，歐洲投資銀行已明文表示其仍不會將此核能與天然氣納入投資標的，丹麥退休基金AkademikerPension的投資長也表示「天然氣與核能不應該跟再生能源一樣享有低廉的融資資源，因為這對綠色轉型的融資將產生排擠效應，延緩進程。」此類趨勢均代表核工業原希冀藉由納入分類標準之中，以吸引夠多投資的目的，尚難達成。

面對此波乘著SMR熱興起的核電復興論調，得要回到核電長期發展歷史分析，核能產業一直在嘗試不同的論述，將自己宣揚成人類的救星。但在現實中，這個產業經常未能達到它所承諾的安全、低廉、環保等。

因此諸多能源專家均指出能源公司、各州和政府應該停止在不會實現的核電上浪費納稅人的錢，應該專注於推動已經存在的可行的、清潔的電力解決方案，如風力、太陽能和分散式發電，以及相關技術。納稅人的血汗錢，應該只花在能夠對抗氣候危機，並且沒有持續、不可避免的的追加預算歷史的技術上，而核能和碳捕集和封存（CCS）都未能符合此標準。

實際上，鑑於核能與 CCS 為兩項較具爭議性技術，因此IEA在淨零路徑中，亦分析若先進經濟體將不會有核電機組延役或興建新機組的情形、且新興市場與開發中經濟體中亦建置速度延緩，導致全球 2050 年的核能發電量較淨零情境少60%，占比降至5%以下時，則可藉由提升風力與光電的裝置量10%左右，仍可達成 2040 年電力系統去碳化。

綜合前述SMR期程延遲、高成本、核安疑慮等點，臺灣要邁向2050淨零排放目標，不應該資源虛耗至各類先進核電機組發展之上，而應專注打造高再生能源占比的電力系統。

 

l   參考文獻：

Questions for NuScale VOYGR Reactor Certification: When Will It Be Done? And then, Will It Be Safe?

https://ieer.org/resource/reports/questions-for-nuscale-voygr-reactor-certification-when-will-it-be-done-and-then-will-it-be-safe/

IEEFA U.S.: Small modular reactor “too late, too expensive, too risky and too uncertain”

https://ieefa.org/articles/ieefa-us-small-modular-reactor-too-late-too-expensive-too-risky-and-too-uncertain

Eye-popping new cost estimates released for NuScale small modular reactor

https://ieefa.org/resources/eye-popping-new-cost-estimates-released-nuscale-small-modular-reactor

The misguided push to weaken nuclear safety standards is gaining steam

https://thehill.com/opinion/energy-environment/4116386-the-misguided-push-to-weaken-nuclear-safety-standards-is-gaining-steam/

The Department of Energy. 2023. Pathways to Commercial Liftoff: Advanced Nuclear.

International Energy Agency (IEA), 2021. Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global

Energy Sector. OECD:Paris

 

 

 

 

 

 

 

作者 趙家緯 為台灣氣候行動網絡研究中心總監