前言
在科幻電影中,新科技無限能源的場景不斷出現,而核能也一度被科學界視為未來能源的終極解方。然而,歷經車諾比與福島核災這兩次震撼全球的事故後,即便這兩起都是人為導致,但人們仍意識到:不論核能技術做的得多安全,事故發生的風險再小,只要釀禍,其影響力都會非常大,尤其日本311後各國宣布或承諾減少核電廠的經建,台灣更主打非核家園並舉行公投通過。
各國重新擁抱核能
但隨著全球面臨越來越嚴峻的氣候變遷挑戰,以及《京都議定書》的推行、碳稅與碳費政策的壓力、石化能源日漸枯竭等問題,核能作為一種「無碳」能源,再度進入各國能源政策的核心討論。2022年,歐盟正式通過將核能列為綠色能源;2023年,在聯合國氣候變遷框架公約(COP28)上,核能被列為應對全球暖化的關鍵技術之一。同時,超過20個國家簽署了「三倍核能宣言」,承諾加速核能發展,早年各國政要常主打的「非核家園」正在快速發生變化,或立場逐漸鬆動,就連於2023將最後一座核電廠退役達成非核家園的德國,也時常被批評跟隔壁的法國買核電,並非真正無核。
而台灣部分就連過去主張非核家園的執政黨代表總統賴清德,也在近期表態,只要有足夠的數據與資訊,核能議題可以被重新探討。這些趨勢對於反核人士來說顯然不是好消息,但無論從全球的能源自主需求(尤其在俄烏戰爭影響下)、AI技術爆發帶來的用電需求激增,到各國推動淨零碳排的壓力,核能重新回到各國檯面上幾乎是大勢所趨,尤其是本期的主角小型模組化反應爐(SMR,Small Modular Reactor),也是許多AI或科技業大老經常在媒體上討論的名詞。
什麼是SMR(小型模組化反應爐)
SMR(Small Modular Reactor)簡單說就是迷你的核電廠,其體積相較於傳統核電廠小了數倍甚至數百倍,發電量也相應降低。這項技術最早應用於軍事領域,如核動力潛艇和核動力航空母艦,為特殊環境提供穩定能源。根據國際核能組織國際原子能總署IAEA定義其裝置量介於10MW~300MW之間,而一般核電廠,單一機組裝置容量大約1000MW左右。
傳統核電 V.S. SMR小型核電
傳統核電 |
SMR |
|
單一機組裝置容量 (發電廠通常有多機組) |
900-1500MW |
10-300MW |
爐心溫度 |
高 |
相對較低 |
冷卻系統 |
僅能依靠海水冷卻 |
溫度較低,可由自然循環冷卻 |
安全度 |
高 |
高 |
建設地點 |
海邊(靠海水冷卻) |
任何地方 |
建設位置 |
地上(海邊) |
通常為地底下,但沒限定 (地下較能有效應對颱風、地震,並減少輻射外洩與被攻擊的風險) |
原料 |
高濃縮鈾 |
鈾、鈽、或其他燃料 (SMR更容易兼容其他元素) |
核廢料 |
須尋找地方存放,可儲存於發電廠內但空間有限,通常要另尋地點 |
通常跟著發電廠永久佇存地底。 |
擴充性 |
難以擴充 |
可以加裝、並且可以根據高峰或離峰不同負載隨時變化開啟幾個模組。 |
土地使用 |
大 |
小 |
興建時間 |
高 |
低 |
興建方式 |
客製化工程 |
模組化興建,到定點組裝 |
當前CP值 |
高 |
低 |
量產後CP值 |
低 |
高 |
SMR優點
SMR最大的優點就是「小」,由於體積小,發熱量也相對較低,因此僅需依靠自然循環即可有效降溫。即使冷卻系統完全故障,SMR 仍能透過物理現象自然降溫,無需額外干預,顯著降低爐心熔毀和爆炸等事故發生的風險,安全性大幅提升。
此外,SMR因為本來就很小,所以可以部屬在任何地方,無論是偏遠山區、小型城鎮、企業、工廠還是軍用設施都可以安裝。對於許多偏遠地區而言,只需一台 SMR 就能永久供應當地的電力需求,也省取電網布建及維修的費用,例如竹科作為台灣科技業重鎮,非常怕缺水及缺電,但偏偏我們台灣電力依靠南電北送,因此近年也有廠商希望在竹科蓋SMR的聲音出現。
當前費用高,但追求量產
說了這麼多但現在SMR的單位發電成本算下來是比一般核電廠還高的
不過為什麼這麼多廠商包含許多科技巨頭紛紛宣布投入研發呢?
於購買方而言,在意的是供電自主性,如大型企業、地區、小鎮自己的發電廠,不用受制於外部因素影響,購買了就是自己的電力。
對於生產方而言,SMR拚的是模組化,模組化就能量產,量產成本就能壓低,就如同台積電製造晶片一樣,先量產的廠商在成本上面就比其他廠商具有優勢,後續廠商就難以追趕,等到量產後的CP值可預期的會比大型核電廠低。而目前看到的SMR核電廠都類似示範工廠,因為無論是製造流程、使用材料、安全措施、還是其他機制都還沒完善,必須要先解試產並排除可能遇到的各種問題後才可能進行規模量產。
安全性
SMR最大的特色就是功率低,因此僅需要透過自然循環即可有效降溫,也因為溫度較低,系統構造也較為簡單,屬於被動式防護,不需要依賴閥門、纜線或泵浦等機械裝置,減少系統複雜性及零件故障的風險,另外SMR也不依賴大量冷卻水,除減少對環境的破壞外亦可依賴自然循環達成降溫,從根本上降低了發生重大事故的可能性。
此外模組化也可在工廠內進行批量生產,然後運輸至施工現場組裝。這種方式除了能縮短建造時間,降低施工成本外,也能減少因人為錯誤導致的建設風險,而且一旦發現問題,僅須可以一次更改就能解決所有同工廠的問題。
至於網路上常說的SMR較安全,其實無論傳統核電廠還是SMR,都是採用最高安全標準,安全程度都非常高,但的確因SMR使用燃料較少、較簡單原理、功率較低以及通常安裝於地下,對於輻射外洩或爆炸等影響的機率較低,因為使用燃料少功率低,真的發生意外衝擊的範圍也比較小,不過一旦發生汙染對環境的衝擊無論大小,就是嚴重衝擊附近生態。因此沒有絕對的安全,反而因為可能到處分散地點,更難監管或全方位的對環境進行詳盡的檢查。
結語:邁向永續未來的核能解方
無論是傳統核電還是SMR,核能都在永續發展中的成為嶄新潛力,因為是無碳能源,各國紛紛投入發展及研發,雖然歐盟因宣布核能為「綠色能源」引發許多爭議,但不可否認的是再生能源供電多為不穩定電力,核電憑藉著穩定供電成為基載電力,可與不穩定的再生能源互補而逐漸重新受到各國所重視。
而SMR更是在這種大背景下重新被發展的新技術,SMR因功率較低、被動安全系統與創新冷卻技術,SMR 不僅減少對自然資源的依賴,也有效降低輻射風險,為能源轉型提供了更穩定且永續的選項。
此外,SMR 的模組化設計帶來靈活的部署模式,不夠了可以再加裝擴充,還可以部屬在偏遠地區,或結合再生能源以提供穩定的基載電力,對能源基礎設施薄弱的地區更顯價值。其低碳特性,符合全球對於減緩氣候變遷的承諾,並助力實現碳中和目標。
未來,隨著技術的持續創新與商業化進程的推進,SMR 有望成為永續能源組合中的關鍵一環,為全球提供兼顧安全、效率與環境責任的核能解方,推動我們邁向更綠色、更永續的未來。
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