本文引用,加拿大英屬哥倫比亞大學公共政策暨全球事務學院教授、物理學家M.V.拉瑪納博士(Dr. M.V. Ramana)的相關研究,他是國際知名核能與能源安全學者,長期研究核能對國際安全與能源政策的影響,尤其關注核裂變物質的可用性與核武擴散風險。
拉瑪納博士曾於波士頓大學取得物理學博士、在多倫多大學物理系任博士後研究員,並曾在普林斯頓大學核能未來研究室及科學與全球安全計畫擔任研究員,具深厚學術與核能研究背景。
拉瑪納博士著有《Nuclear Is Not the Solution: The Folly of Atomic Power in the Age of Climate Change》(暫譯《核能並非解方:氣候變遷時代的原子能之愚》),並參與年度《世界核能產業現狀報告》的撰寫。
拉瑪納博士的研究清楚表明:所謂「先進核能」並非全新科技,其安全性、經濟性及廢料處理問題仍然未解,而且往往只是企業與投資者的炒作工具。
何謂「先進反應爐」(Advanced Reactor)?
在近年的核能討論中,「先進反應爐」(Advanced Reactor)成為核能業者與政府官員常引用的關鍵詞。它們通常被擁核人士描述為相較於傳統輕水反應爐(Light Water Reactor, LWR)更安全、更高效、可減少核廢料產生,並且能更快建造。然而,這些說法在拉瑪納博士看來,多半屬於行銷噱頭,而非技術革新的實質證明。
輕水反應爐是指使用水作為冷卻劑及慢化劑的核子反應爐,包括沸水反應爐和壓水反應爐,是目前世界上核反應爐的主要類型。從技術定義上看,先進反應爐並非單一型態,而是一個概念集合。
它包括多種不同冷卻劑設計,如高溫氣冷反應爐(High Temperature Gas Cooled Reactor, HTGR)、鈉冷快中子反應爐(Sodium-Cooled Fast Reactor, SFR)、熔鹽反應爐(Molten Salt Reactor, MSR)等,每種設計都主打特定優勢,當中又會因裝置容量大小,又延伸出不同種類,例如小型模組化反應爐。
隨著全球能源轉型與氣候變遷日益嚴峻,掀起社會對於發展新核能技術的討論。示意圖。圖片來源:pixabay
小型模組化反應爐的迷思
核能業者常宣稱,過去核電的問題都屬於舊型反應爐的特性,但新型反應爐設計,包括小型模組化反應爐在內,將不再重蹈覆轍。拉瑪納博士指出,這種說法非常有趣,因為所謂「小型」通常指裝置容量低於300MW,而非物理尺寸上的小。
實際上,早在1960年代與1970年代,美國、加拿大、印度等國家建造的反應爐中,許多就符合「小型模組化反應爐」的定義,當時的設計目的是滿足偏鄉地區的低電力需求,如美國的艾克河(Elk River)小型反應爐。然而,這些反應爐大多數在預期使用壽命前便關閉,原因是電力產量低、營運成本過高。
拉瑪納博士進一步說明,工程學上,設施規模與資本成本存在約0.6次方的冪次方關係,即規模越小,單位成本越高。換句話說,在所有其他條件相同的情況下,建造一座200MW的小型反應爐約需花費建造1000MW反應爐40%之成本,但其發電量卻僅為後者的20%。
因此200MW的SMR每度電的發電成本約是大型反應爐的兩倍,亦即其每單位的發電成本更高。
早期小型反應爐的關閉正印證了這一點。此外,小型反應爐效率低,單位發電所需鈾更多,產生的核廢料也更多。由此可見,所謂「小型模組化」並非安全或經濟的革新,而是歷史問題的重演。
反應爐設計無法同時解決四大挑戰
拉瑪納博士回顧2003年麻省理工學院核工系報告指出,核電廠面臨四大基本挑戰:成本高昂、核災風險、核廢處理,以及核武擴散。任何單一反應爐設計,無法同時解決這四項問題。
以小型模組化反應爐為例,某些設計可能降低核廢料量,但會增加事故風險;試圖提高安全性,可能導致成本攀升或核廢料處理更複雜。拉瑪納博士強調,這種取捨無法避免,無論反應爐大小,問題本質依舊存在。
關於成本,核能業者常以「量產降低成本」為說法。然而歷史經驗顯示,美國與法國的核電廠建造成本隨時間上升,未見下降趨勢。即便追求學習曲線效應,必須建造大量小型反應爐才能彌補規模經濟的缺失,然而這個數量極為龐大,且本身單位成本仍高於再生能源。
從NuScale反應爐案例更清楚看到問題:美國猶他州原計畫建設12座45MW的SMR機組,2018年估成本43億美元,2020年漲至61億美元,後來縮小規模,總容量降至462MW,成本反而飆升至93億美元,且最終計畫因電力公司退出而被官方終止。這清楚顯示SMR的經濟性並不如宣傳。
美國NuScale的SMRs概念圖。圖片來源:NuScale Power Corporation
先進反應爐設計與歷史
拉瑪納博士指出,現在所謂「先進反應爐」更並非全新發明,而是基於歷史設計的小改良。1950至60年代全球多國已有各種反應爐探索,如高溫氣冷反應爐(HTGR)、鈉冷卻快中子反應爐(SFR)、熔鹽反應爐(MSR)等。這些設計雖在效率或熱能利用上有所改善,但歷史證明它們的商業化表現並不理想:
1. 高溫氣冷反應爐(HTGR),HTGR的特色在於可在較高溫下運行,提高熱效率,並可直接提供工業熱能。理論上這是吸引業界的亮點,但歷史紀錄顯示,例如美國科羅拉多州的 Fort St. Vrain反應爐,運轉期間因技術問題與維護困難,僅運行14年便關閉。拉瑪納博士指出,這類技術問題往往被業界淡化或忽略。
2. 鈉冷快中子反應爐(SFR),SFR被視為可減少長壽命核廢料的選項,但使用鈉作冷卻劑存在極高的化學風險——鈉與水或空氣接觸即可能引發火災或爆炸。過往多個SFR在小型事故後即除役,顯示其「安全性」仍不可靠。
3. 熔鹽反應爐(MSR),MSR的概念最早於1960年代被提出,美國橡樹嶺國家實驗室曾試運行,但因腐蝕問題、閥門與跳閘故障等因素停運,商業化未果。拉瑪納博士強調,即便今天的設計再進步,仍需面對核廢料處理困難及長期安全挑戰。
拉瑪納博士強調,這些歷史案例顯示先進反應爐設計並非革命性創新,其核心問題未解,不能作為核能產業挑戰的解方。
核能風險與科技投資迷思
台灣政府表示,若未來核能技術更安全、核廢料更少,且社會接受度提高,先進核能並非完全排除選項。然而,近期也有大型科技公司投入核能的現象,也引起討論。亞馬遜、谷歌、微軟等公司宣稱將投資小型模組化反應爐,但拉瑪納博士指出,這些投資多屬公共形象與公關操作,而非基於解決能源或氣候問題的需要。
拉瑪納博士說明,以亞馬遜為例,投入3至5億美元建設核電,對比NuScale第一座反應爐建設成本93億美元,這筆投資僅相當於「買杯咖啡」。更值得注意的是,這些反應爐恐將設於弱勢社區,而非投資者所在地,再度重演能源與風險的不平等分配。
然而,無論技術如何演變,拉瑪納博士強調核能本身仍存在三大核心風險。
首先沒有絕對安全的核電:反應爐可能發生意外事故,涉及高量放射性物質,操作錯誤或自然災害可能引發災難。歷史上的車諾比、福島事件顯示,事故發生迅速且不可預測,監管單位常過度自信,事故後清理成本巨大。無論大小反應爐,事故機率不會是零,絕對安全不存在。
其次核武擴散風險:核能技術涉及濃縮鈾與鈽,即便小型核電廠,也可能生成足以製造核武的物質。隨著核能全球化,尤其是發展中國家建廠,核武擴散風險增高,安全問題難以完全控制。
第三核廢料長期危害:核能固有產生放射性廢料,其放射性可能持續數十萬至百萬年。即使深層地質處置被視為解決方案,對未來世代的風險仍無法完全掌控。歷史上已有核廢料處置設施發生意外,例如美國2014年鈽容器爆炸,顯示不可預測性仍存在。
核能固有產生放射性廢料,其放射性可能持續數十萬至百萬年。示意圖。圖片來源:unsplash
對台灣的啟示
若台灣考慮引進「先進核能」技術,必須認清小型模組化反應爐或其他先進反應爐並非安全或經濟的革新。歷史經驗顯示,即便技術再進步,這些新設計仍面臨成本高昂、核廢料難以處理、事故不可預測,以及核武擴散風險等根本問題。
台灣政府與社會在討論「先進核能」時,不能僅停留在技術進步或社會接受度的想像,而應實事求是地檢視核能的本質。
面對氣候與能源挑戰,台灣應以科學證據與歷史經驗為基礎,謹慎評估核能政策,而非僅憑先進技術概念或企業炒作做決策。拉瑪納博士提醒台灣社會:核能既非必然安全,也非低碳或經濟的解方,更不可能快速解決氣候變遷問題。台灣的能源未來應以再生能源、儲能技術及分散式能源網路為主,才能實現真正的韌性、低碳與安全。
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