2024-08-09
編按：國家氣候變遷對策委員會首次會議剛結束，總統賴清德表示能源議題是複雜的多選題，身為副召集人的和碩董事長童子賢近來拋出「核綠共存」，疾呼政府重新檢視各種能源選項，提倡核電延役、發展新核能技術，並且不要忽視綠能發展所帶來的環境衝擊。
針對產業界拋出「以核減碳」、「核綠共存」的觀點，本文作者「台灣氣候行動網絡研究中心」，從經濟成本、技術可行性、風險角度，解釋核能無法有效貢獻能源轉型與氣候行動的7個關鍵因素。
隨著氣候危機不斷加劇、能源部門去碳化日益急迫，「以核減碳」似是成為時下熱門口號。國內外許多組織、財團、企業家一再抬舉核能作為汰除化石燃料、邁向淨零排放不可或缺的關鍵解方，提倡既有核電廠的延役與創新核能技術的研發。
然而，核能產業整體的發展史充斥著至今仍未解決的技術挑戰，技術創新能力也在過去幾十年來不斷萎縮，在經濟層面更是從未達到在市場能與他者競爭的程度。以柏林工業大學經濟與基礎建設政策工作組（Workgroup for Infrastructure Policy at Technical University Berlin）為首的研究團隊，協同再生能源躉購制度的創建者Hans-Josef Fell、知名能源經濟學者Claudia Kemfert等人，於今年四月《環境經濟學前沿》（Frontiers in Environmental Economics）期刊發表專文，探討核能在因應氣候危機可扮演角色的討論中，技術、經濟、政治等各層面的論點，並循證提出核能無法有效貢獻於能源轉型與氣候行動的七大關鍵因素。
關鍵1：核安風險無法避免
自核能科技的起源以來，核安一直是核能爭議的核心議題之一。核子反應爐在生產、運轉過程中所產生的大量放射性物質，即便結束運轉後仍將長在，需要長時間遵循三大安全目標：（1）有效圍阻放射性燃料、（2）持續監測並控制反應爐的反應性（reactivity），以及（3）充分管理並消散反應爐爐芯內所產生的熱能、持續冷卻燃料元素。
綜觀全球216起有記錄的核安事件，儘管自1970年代以來事故數量逐漸下降，但平均每十年就會發生一次嚴重事故，且損失達2000萬美元規模的事故之期望值（expected value）更是逐年增加。統計上，福島規模的意外約每60至150年發生一次，三哩島事件規模的事故則是每10至20年就會發生。
然而，核安規範的發展在核能發展史上卻是與商用核電的開發分開的，後續包括國際原子能總署（IAEA）所提出的國際核事件分級表（International Nuclear Event Scale，簡稱INES）也屢遭質疑其0至7級的分類無法準確捕捉福島核災等大型事故規模。
而在核災發生風險至今仍難以量化的情況下，核能產業與保險業者選擇將風險社會化：目前全球各地的核電廠業主皆僅承擔象徵性責任，並無針對事故風險投保適當保險。以美國為例，1957年的《核能工業賠償法》（俗稱Prince-Anderson Act）為了吸引私部門投資者進入商用核電開發市場，建立了一個無過失保險（no fault insurance）制度。業主僅需就每座核電廠投保5億美元的責任保險，以及意外發生時繳納每座反應爐1.58億的追朔保費（retrospective premium）以支付損失賠償（以目前美國94座已獲許可證的商用反應爐計算，此基金金額達149億美元）。當總賠償金額超過150億美元時，剩餘皆需由聯邦政府支應。
據美國國家科學研究委員會（National Research Council）估算，2011年福島核災包括疏散輔助、除役及除污費用、替代熔毀核電廠之能源成本以及其他經濟損失的總成本可達2,000億美元。遠遠超過在美國情境下核能產業所需支付的金額，意謂核災成本絕大部分轉嫁於消費者與公眾之上。台灣在《核子損害賠償法》的規範下，核子設施經營者之賠償責任最高限額為新台幣42億元（約1.28億美元）。
關鍵2：核能既不經濟也不實惠
核電的成本，無論是從投資者或必須承擔核安事故、熔毀、鈾礦開採、恐怖攻擊等風險的社會之角度而言，仍舊相當高昂。在審視核電廠的經濟性時值得注意的是，1951年以來全球所興建的超過600座反應爐中，沒有任何一座是在競爭的市場環境下完全由私部門資本出資興建的。
若未有大量的政府補貼，近年包括美國喬治亞州Vogtle計畫、英國Hinkley Point C、法國Flamanville等所謂第三代核能機組都難以存活。投資一座1,600MW的第三代核電廠（約100億美元）投資者，其所面臨的經濟損失（即淨現值 Net Present Value）為 -50至-100億美元區間。
若將不同投資成本、興建時間和電價情境投入大型蒙地卡羅模型分析，核電的均化電力成本（Levelized Cost of Electricity，簡稱LCOE）約落於每千度 91至222美元區間，期望值則為每千度160美元。相較之下，現今未經補助的太陽光電與風電等再生能源，其LCOE多在每千度 50至60美元間。即便針對全球145個地區全再生能源系統的研究指出，在考量到儲能、人工棄電（curtailment）、電網耗損等因素後，全再生能源系統之LCOE最高可達每千度 80美元，此數值仍低過核能許多。
關鍵3：即便延役也無濟於事
擁核集團時常宣稱，將既有的核電廠延役是在汰除化石燃料的能源轉型過程中，確保低碳能源基載最便宜的選項。但目前全球運轉中的反應爐中，約三分之二已運轉超過30年；在多數反應爐最初設計的預期運轉年限為30至40年的情況下，延役便意味著要將相關設備與安全設施更新至當前最先進技術的額外投資與維護成本。
在全球反應爐標準化程度最高的法國，其審計院預估法國電力公司（EDF）在2030年以前需投資高達1000億歐元，才能使旗下反應爐達延役十年的標準。這數值相當於EDF股票市值的三倍之多；換算後每座反應爐需花費17億歐元，延役十年間每 kW 的成本為1,500歐元（或每千度約55美元）。國際能源總署（IEA）則預測，一座容量1GW的核電廠要延役十年，視電廠狀態需5至10億美元不等的額外成本。
即便延役成功，也未必保證核電廠能在電力市場中生存。美國經驗顯示，老舊電廠因維運成本高，需定期投如額外資本而無法在電力市場的拍賣競爭中勝出。也因此，尋求核電廠延役的電力公司近年來積極爭取新購電合約、遊說地方議會通過有利法案，為經濟上不可行的反應爐提供財政支持。美國在2009至2025年間本應除役的反應爐中，除了目前已有13座如期除役，8座延役的計畫皆獲政府不同程度的補助計畫支持。
關鍵4：新核電廠興建速度不及減碳所需
即便公共財政得以支持興建更多的核電廠，其漫長的興建時程使核能無法在大規模去碳化的進程上做出任何實質貢獻。一座核電廠的興建從規劃、設計、建設到完工耗時可觀。1970年代美國新建核電廠施工工期中位數為9年，2012至2021年間全球完工的62座反應爐（其中37座在中國）平均花費9.2年。若加上規劃、選址、許可證申請、工程、融資所需的時間，整體計畫從無到有依近年經驗至少需10到19年。
若要達到IPCC 1.5°C特別報告中屬中間路線的「路徑三」（P3）淨零情境，2030與2050年全球核能發電占比需較基準年2010年水準分別成長98%與501%；換言之，當前全球約440座的核電廠需要在未來十年內倍增、未來三十年內成長六倍方能達到該情境需要核能發揮的角色。
要達到這樣的成長幅度和速度之所以困難，除了核電廠興建時程本身長度以外，該產業供應鏈在近幾十年間也以相當程度地崩解。西屋（Westinghouse）和法馬通（Framatome，前身為阿海珐核電 Areva NP）兩大傳統反應爐供應商皆深陷財務危機：西屋公司於2017年申請破產保護，阿海珐核電則在獲法國政府53億美元的紓困並經歷一番企業重組、改名為法馬通後才得以續命。在此同時，俄羅斯自2000年以來在反應爐市場上竄起，在技術協定數量上遙遙領先法、美、中、韓等國。但考量到地緣政治上限制俄國核能產品的需要、俄國自身經濟困境以及中國核能技術輸出難以找到買家的情況，俄中兩國未來要有效地提供能夠應對氣候危機的核能技術機會極低。
關鍵5：小型模組化反應爐技術、商業化發展更貴、更慢
為了對抗傳統核能反應爐建置成本高又耗時的特性，小型模組化反應爐（Small Modular Reactors，簡稱SMRs）的開發已成核能產業大力提倡為氣候危機解方的關鍵技術。有別於核能產業過往試圖藉由建造容量越來越大的電廠以獲得潛在的規模經濟（economies of scale），泛指規模不超過300MW反應爐的SMR反其道而行，標榜能夠在工廠製成後再運送至電廠廠址組裝完成、快速部署，進而省下電廠興建的時間成本。許多包括NuScale和比爾蓋茲投資的TerraPower等開發商也一再強調SMR更為靈活、多元的用途（如提供區域供熱等），將其視為核能產業復興的關鍵。
然而，在IAEA所列出全球共80項SMR計畫中，僅有四座示範電廠已進入興建或運轉階段。目前中國和俄羅斯運轉中的三座SMR和阿根廷興建中的CAREM 25計畫最終實際成本與興建時程都遠高於原先預估：根據能源經濟與金融分析研究院（IEEFA）的分析，俄羅斯SMR的預估成本比最初估計至少增加了超過300%、中國石島灣一號SMR，一座150 MW的高溫氣冷反應爐（HTGR），其成本據報導是原先預算之三倍、CAREM 25自2013年計畫起始以來，總預估成本則已上升600%，且在2027年完工前仍有可能持續 追加。當前對於未來興建成本的估算也顯示，短中期內SMRs較高的可變運維成本將使其較傳統大型核電廠更為昂貴：LCOE約175美元／千度、隔夜資本成本（overnight capital cost，即不考慮建造期間資金利息的建廠成本）則比目前大型核電廠平均高出6至26%。
此外，SMRs要達到「倍數經濟」（economies of multiples）的前景，也因各國不同的許可與監管制度以及有限的參與基數而不被看好。支持者所期望看到的「正向學習曲線」（positive learning curve，詳見圖三），也不符核能產業過去70年來的發展趨勢：新反應爐的興建時間與成本從未隨技術成熟、數量增加而下降。Thomas and Ramana（2022）的研究直指，即便經過充分測試的SMR技術最快也要到2030年以後才能部署，而更「先進」、前衛的設計則受限於市場競爭力的嚴重不足而難以實踐。
圖二、核能與其他能源歷史與當前成本比較（美國）（譯自Böse et al., 2024）
圖三、隔夜營建成本影響的規模經濟效應與理論上之遞減因子（譯自Böse et al., 2024）
關鍵 6：核綠無法共存
包括台灣在內，傳統能源系統習以能夠不受天候影響、穩定供給的燃煤、核能等「基載」（baseload）電力為主要能源選項。但隨具間歇性的太陽光電、風力發電等再生能源在能源系統中的角色漸趨吃重的情況下，需要基載電力的思維也逐漸被更具彈性、供給導向的模式取代。
因此，核、綠若真要共存，會面對許多相容性的挑戰。在以再生能源為主的情境下，基載觀念將不再適用，但核電廠受限於技術上要減輕材料疲勞、有必載容量（must-run capacity）等以及經濟上成本的考量，仍依照基載思維運轉，尖峰時亦需燃煤、燃氣和可調度再生能源（如水力）支援消化尖峰負載，無法彈性調度。
儘管新型反應爐設計具備較佳的負載追隨能力，但要達到核能彈性論者所提出的願景，若假設將一年運轉8,000小時的滿載時數減少至2,000小時，仍須整合熱能儲存以及典型基載核電廠三至四倍大的汽輪機組——這代表著資本成本的追加及新建核電廠經濟效益的惡化。況且，熱能儲存所提供的彈性也僅能以天計算，不如可調度的水力發電、生質能和基於再生能源的氫能或甲烷能更有效地滿足季節性平衡需求。
反之，在一個主要仰賴核能的能源系統中，再生能源搭配儲能技術理論上可以協助提供尖峰負載。但在此種情境下，除了儲能的需求增加會使能源整合更加複雜以外，再生能源也將面臨經常性的人工棄電而無法實現其經濟與系統效率上的潛力。
基載技術的持續擴展，將強化其「鎖定效應（註）」（lock-in effect），阻礙彈性至上、再生能源為主的能源轉型。在核能產業完全無法單靠私部門資本生存的現實下，持續寄望於核能復興只會與再生能源和儲能技術發展在政府有限資源、資金與補助上產生互斥，難以共存。
編按註：「鎖定效應」是一種路徑依賴的現象，當既有的生活型態、經濟活動依賴過去褐色經濟的發展路徑，無法因應技術的革新而進行轉型，如同鎖定在高污染、高碳排技術。（來源：台大風險中心）
關鍵7：氣候危機與戰爭風險下的挑戰
儘管擁核方亟欲將核能定調為減緩氣候變遷的解決方案，但在全球升溫、氣候極端化、軍事威脅過多的未來，核能所面對與產生的風險反而更多。從氣候風險的角度而言，海洋溫度上升與河川水位的下降都會造成反應爐冷卻水的供應造成衝擊，進而導致發電量的減少、乃至停機。在全球四分之一的反應爐位於海岸線上的情況下，其他諸如海平面上升、海岸線侵蝕、暴雨和水災等極端天氣事件皆有可能對核電廠造成電氣系統受損、冷卻機制失效、反應爐過熱、熔燬等災難性影響。甚至只要使用過的燃料棒等高放射性核廢料仍儲存於廠區，就會受到海平面上升的威脅。
另外，核電廠的存在也隱含著核擴散、恐怖攻擊和俄羅斯入侵烏克蘭等戰爭中成為攻擊目標之風險。首先，核擴散的風險一直是與核電發展密切相關的，不論是在諸如美、英、法、俄、中等核武國家增加核武數量與多樣性的垂直擴散，或是輸出至伊朗和沙烏地阿拉伯等原先無相關技術的國家之橫向擴散。再者，由於高階核廢料處置困難，儲藏於核電廠場內的冷卻池或集中型貯存場的核廢料也是不容忽視的風險因素。過去已有數起鈽和高濃縮鈾遭竊的案例，蓋達（al-Qaeda）和日本奧姆真理教等恐怖組織亦皆層有獲取核武之企圖。在許多地區燃料棒都仍處濕式貯存的狀態（如歐洲約81%使用過的燃料棒目前為濕式貯存）下，因無圍阻體的保護而容易形成恐攻標的。
結論：核能無法及時、有效促進能源去碳化
綜觀核能產業的發展歷史與現狀，擁核方對於老舊核電廠延役與創新核能技術研發作為氣候解方的倡議，皆立基於和歷年實例、成本分析、技術程度毫不相符的期待之上。實則核安風險仍無法消除、核電廠的建設和維護成本高昂不具市場競爭力、延役亦需龐大投資、新型小型模組化反應爐重蹈傳統反應爐技術發展與商業化挫敗之覆轍。
在減緩氣候危機如此急迫的當下，核能不僅無法及時、有效促進能源系統去碳化，更將排擠加強推動再生能源與儲能技術所需的資源，甚至在極端氣候與地緣政治局勢緊張的條件下，構成額外風險與威脅。核廢料處置更是地狹人稠的台灣尚無明確處置對策的課題。在未能明確說明發展持續發展核能之正當性與可行性以前，「以核減碳」都不會是真正科學、理性、務實的氣候解方。
參考文獻
- Böse, F., Wimmers, A., Steigerwald, B., & Von Hirschhausen, C. (2024)「Questioning nuclear scale-up propositions: Availability and economic prospects of light water, small modular and advanced reactor technologies」來自： Energy Research & Social Science, 110, 103448.
- Präger, F., Breyer, C., Fell, H.-J., Von Hirschhausen, C., Kemfert, C., Steigerwald, B., Traber, T., & Wealer, B. (2024)「 Evaluating nuclear power’s suitability for climate change mitigation: Technical risks, economic implications and incompatibility with renewable energy systems」來自： Frontiers in Environmental Economics, 3, 1242818.
