表2 目前全球之核能反應器基本資料[3]

1.建造工期縮短，發電量增加

1980及1990年代核能機組建造期間動輒7或8年，然而在2001到2007年之間完工的18座機組平均僅花62個月，其中3座在44個月內建造完成，日本的Onagawa-3核電廠更創下41個月的歷史新低完工記錄。眾所周知，縮短完工期限，可大幅降低核能發電的初期分攤成本。

由於幾十年累積下來豐富的核能電廠運轉經驗，使得從核能電廠輸出的電力量增加不少。此主要可從兩方面來說明：其一、核能機組的容量因子（unit capacity factor）提高了，從圖1可知該值1990年時僅約77%左右，但近年來每年均接近86%，2005年時芬蘭、荷蘭、斯洛維尼亞甚至超過95%。眾所周知， 此因子越高，表示機組的可用率越高，即電廠的經營管理越好，因而使得非計畫性的能量損失也就越低；其二、進行了小幅功率提升計畫（power uprate）。核子反應器於設計時已保留2%功率的運轉餘裕，以容納飼水流量的測量不準度。同樣的，由於經驗足夠了，儀控設備也精進了，致使核能界有充分的信心，藉由精準量測飼水量來計算爐心熱功率，因而可將原先保守的設計餘裕釋放出來。此在PWR及BWR廠近年來已廣泛被應用，俄羅斯系統的核電廠則最近也在著手進行功率提升計畫。就全球而言，因機組之小幅功率提升，已增加整體電廠出力（output）達2%之多[1]。

總的來說，自1990年至2004年期間，全球核能發電總量已從1,900TWe提高至2,600TWe，其中僅36%係因新增裝置容量而來，主要的貢獻（57%）反而是拜提高容量因子所賜，另外的7%則可歸功於小幅功率提升計畫。

 

圖1　1990年以來核能機組之平均容量因子[4]

2.輻射防護成效佳

核能電廠的過去營運績效也 可從輻射防護的角度來加以檢視，成果詳如圖2所示。透過技術的精進、業界的自我執行盡可能合理抑低（ALARA）原則（包括重視曝露管理、廠房清潔、指派工作詳細事先規劃、妥善安排員工經驗回饋、加強教育訓練等等）及管制機關持續的嚴格監督，核能電廠員工的集體劑量明顯在降低當中。比較2008年及1990年的數據，18年來幾乎降低了一半，而員工平均接受到的曝露劑量也相對應的大幅降低了。

3.運轉安全記錄良好

系統非計畫性的自動跳脫次數（反應器非由運轉員，而是由安全系統動作而停機的次數）越低，則表示該電廠的安全文化越好。同樣的比較2008年（0.5）及1990年（1.8），18年來數據降低3倍之多（參圖3）。再來比較一般工安事故例，18年來數據也大幅下跌（(參圖4)。這段期間，排放至環境的放射性物質也大幅降低，並且遠低於法規限值。

 

圖2　1990年以來核能電廠員工的集體劑量[4]

 

圖3　1990以來核電廠非計畫性跳脫次數(以7000小時欴運轉計)[4]

圖4　1990年以來核能電廠的工安事故數(每20萬工時計)[4]

4.中低階放射性廢棄物能有效管理  

在有核能工業或核能電廠的國家，中低階放射性廢棄物主要（八、九成以上）來自核能工業或核能電廠。一般而言，中低階廢棄物多是那些使用過的紙張、塑膠、布、金屬或因氣體或水質淨化產生的污泥、樹指殘渣等，在經過焚化、壓縮或固著化後裝桶，待後送往最終處置場掩埋。大約在1990年左右，每一部壓水式核能機組每年約產生中低階放射性廢棄物250立方米，沸水式則約產生500立方米，但多年來經過加強廠房管理、清潔管控、採取減容等措施後，廢棄物產生量已大幅減少。以法國的狀況為例（均壓水式電廠），近年廢棄物的產生量則平均已降至91立方米[5]；美國的數據顯示，2001年其核能電廠的中低階放射性廢棄物平均產生量，比1980年的產生量減少達96%[6]。

在中低放階射性廢棄物方面，依據國際原子能總署統計[7]，目前有78座處置場，分屬34個國家，已累積相當豐富的運轉經驗，顯見在技術上根本不是問題。表3列出經濟合作暨發展組織（OECD，總部在巴黎）會員國的中低階放射性廢棄物處置計畫，可知近地表處置是多數核能先進國家的選擇。OECD中少數未具有處置場的核能會員國，多因政治或社會因素或打算併高階放射性廢棄物處置，而延遲中低階放射性廢棄物之處置計畫。但是，因為中低階放射性廢棄物處置場遲遲無法設立，核能電廠被迫必須在設施內增建貯存倉庫，不過廢棄物終究仍須予處置，因廢棄物延長貯存所付出之額外費用會是一筆不小的數目，業者、民眾及政府不可輕忽，畢竟羊毛還是出在羊身上，所有費用仍由電力使用者買單[8]。

表3　OECD會員國的中低階放射性廢棄物處置計畫[1]

二、現在

1.第三代及其加強型設計當道

國際上大致將反應器演進分成四個時代（Generation）。第一代指的是1950或60年代之原型廠，如美國shipping port核電廠者。第一代核能反應器多已不再運轉甚至已除役；目前世界上在運轉中的核能機組，主要是第二代的設計（PWR、BWR、CANDU等），大多係在1970及80年代完工加入商業運轉，目前已獲安全主管機關核准延役（life extension）20年的不少，以美國最多；1990年代建造的機組可稱為第三代設計，第三代當然是由第二代發展而來，不但改良燃料技術、提昇安全系統功能、同時標準化設計，希望藉此縮短建造工期。至於核能界所謂的第三代加強型（generation III plus）設計，主要係精進版的第三代技術，其中引進更多被動設計概念，因此當發生未規劃事件時，系統得以不必借由外加之組件而自然達到安全控制的目的。目前建造中的核能機組ABWR 、ESBWR、APWR EPR及ACR1000都屬之[1]。

˙ABWR及ESBWR

ABWR係Advanced Boiling Water Reactor的縮寫，ESBWR則係Economic Simplifed Boiling Water Reactor的縮寫。 此兩型係由奇異日立公司發展出來的，前者已經有四座在日本運轉中，兩部在台灣建造中，預定2010及2011年加入營運；後者主要是為美國市場開發，已經有二座向美國核管會提出建造及運轉併照申請中，此型之容量放大至1550MWe。

˙Westinghouse AP1000

AP1000仍使用現存第二代PWR技術，但大幅減少使用各式組件。此型2007年有四座被中國青睞目前在建造中；2008年時美國也有5件建案提出申請中。

˙AECL ACR-1000

此型反應器一改過去設計，使用輕水當冷卻劑但仍然採用重水當緩速劑，同時改採低濃縮度的鈾燃料棒，而原先可在運轉中抽換燃料棒及進行維護保養的特色則仍予保留。此型設計已在加拿大核能安全管制機關審核當中。

˙AREVA NP EPR

顧名思義，由AREVA NP 公司將過去壓水式機組改良而成。目前有一座在芬蘭建造當中，另一座則在法國建造中。此型同時進軍美國市場，目前由核管會在進行設計驗證中。此型之容量放大至1600MWe。

表4  全球建造中的核能反應器機組數[3]

國家	反應器機組數	淨總容量(MWe)
韓國	5	5,180
中國	16	15,220
俄羅斯	9	6,894
印度	6	2,910
台灣	2	2,600
日本	2	2,191
保加利亞	2	1,906
烏克蘭	2	1,900
芬蘭	1	1,600
法國	1	1,600
美  國	1	1,165
伊朗	1	915
斯洛伐克	2	810
阿根廷	1	692
巴基斯坦	1	300
(總數)	52	45,883

全球至2008年12月底前有52座反應器機組在15個國家建造中，詳表4所示，其中42座是壓水式。另外，美國及加拿大正在討論擴充其核能發電計畫，一旦成真，將有超過20座機組待建造[2]。

2.更多國家考慮加入核能發電行列

目前全世界有31個國家使用核能來發電[3]，幾個對核能原本採取較不友善的國家，如比利時、荷蘭、德國、瑞典、西班牙等，近年來其國內要求檢討再使用或增加核能用量的聲音此起彼落，義大利最近更宣稱將重啟核能發電計畫[9]。國際原子能總署最近表示[10]，有60個國家最近與總署接觸，表達了發展核電計畫的意願，並尋求總署的諮商與協助。總署估計2030左右，會再增加20多個國家加入核能發電俱樂部。不管是總署或OECD核能署在諮商過程中，均強調在政府內建立獨立管制機關及業界內培養核能安全文化的重要性。

3.高階放射性廢棄物處置計畫待積極推進

針對高放射性廢棄物之長期管理，全球壓倒性的科學共識是：地質處置是技術可行的。此可由：(1)從地表調查、地下試驗室、或示範設施取出的不同地質組成或工程障壁材料累積的實驗結果，(2)目前現代化的模擬技術，(3)運轉中的其他類廢棄物處置經驗，(4)對潛在處置場所之最優措施的安全評估技術精進，等等得到佐證[11]。嚴格來講，世界上目前並無高放廢棄物的深地層處置場在運轉中，不過美國及芬蘭則均已選定高放射性廢棄物最終處置場之場址，目前正進行安全評估等相關建造申請作業中；除此之外，法國、 瑞典、德國、日本、俄羅斯、比利時等，均有具規模之地下試驗室在進行相關的研究及技術發展中[1]。由於處置計畫的執行及技術發展需數十年時間來實現，其間民眾之意見更不能忽視，放眼世界於2020年之前，高放射性廢棄物最終處置作業應不可能正式展開。

甌盟之民調顯示，如果放射性廢棄物問題能永久且安全地解決，則反核人士中有39%願意改變對核能發電的態度[12]。成功案例顯示，一個開放、透明、有彈性的決策程序，是推進處置計畫最有利的方式，推動規劃應容許所有的利害關係者（stakeholder）均能有意義地參與決策，並適時調整策略。不少國家在推動過程遭遇到困難或公眾之阻礙，而擬推遲地質處置工作。“走著瞧”策略--無疑將增加對廢棄物本身及貯存設施的照顧需求，與地質處置比較，廢棄物不管在廠內或近地表貯存，隨著時間拉長將更易受天然事件或恐怖份子之威脅，政策決定者應予明辨慎思[11]。

三、未來

以目前能源的使用速率，專家預測約30−50年後將出現全球性的能源短缺，因此近年來國際上出現可以大量使用核能做為永續能源的建議。核能算不算是永續能源仍存在有不同的看法，但國際上早有共識，須整合有限的研究資源來發展更永續的核能發電技術。目前國際上至少有三個倡議（initiative）在進行中，分別是[1]：

· 第四代（核能發電系統）國際論壇（Generation Ⅳ International Forum, 簡稱GIF）

· 創新核能反應器與燃料循環國際計畫（International Project on Innovative Nuclear Reactor and Fuel cycle, 簡稱INPRO）

· 全球核能伙伴計畫（Global Nuclear Energy Partnership, 簡稱GNEP）

GIF於2000年初即被倡議成立，由OECD的核能署（NEA）擔任執行秘書；INPRO計畫由國際原子能總署於2001年贊助設立；GNEP則是美國能源部在2006年初所發起的計畫。基本上GNEP及GIV的主要目標在發展可靠且具競爭性的未來核能系統，而INPRO的任務則主要從社會、經濟、政治、環境面探討未來核能創新衍生的相關問題，計畫中亦將針對開發中國家對創新系統的需求給予特別考量。INPRO及GNEP 分別有約二十多的國家及組織參與且幾乎重復；GIF之會員國及其參與狀況詳表5所示。

1.第四代核能發電計畫概況

2002年GIF選出6種新系統來發展[13]，分別是：

· 非常高溫型反應器（VHTR）

· 超臨界水冷式反應器（SCWR）

· 氣冷式快反應器（GFR）

· 鉛冷式快反應器（LFR）

· 鈉冷式快反應器（SFR）

· 熔鹽反應器（MSR）

其機組系統重要相關資料如表6所示，但由於2006年美國國會強勢介入，要求能源部針對快中子反應器技術提出進度報告，也因為該報告之建議，使得FBR已嚴然成為近期內待發展的首要技術[1]。

核能快滋生反應爐（Fast-Breeder Reactor, 簡稱FBR）是核分裂的反應器之一，快滋生反應爐是藉中子撞擊可孕物質如鈾-238，利用高能量中子轉化滋生為鈽－239，繼續作為可分裂核燃料。發展快滋生反應爐技術的目的是在鈾礦蘊藏量有限的條件下，經由滋生轉化可延續核分裂能源供給年限。為達滋生比高於1，快滋生反應爐不使用緩速劑（moderator），俾使中子能譜保持在快中子能譜，也不使用水作為冷卻劑。

GIF對第四代核能發電系統所制訂的科技目標，除了核燃料有效利用、核廢棄物減量和防止核武擴散外，還包括：優異的安全性及可靠性，非常小的爐心受損可能性（採用本質安全和被動安全的設計邏輯），和不再需要廠外緊急應變處理，以及較其他能源型式、低的壽命週期成本（life cycle cost）等等。所謂本質安全（Inherent Safety），指當反應爐發生事故時（功率和溫度異常上升），不需積極控制（active controls）或人為操作干預，反應爐本身（核燃料和冷卻劑等）的物理特性就會

表5  全球參加第四代核能發電計畫相關資料[14]

自動抑止功率上升或讓功率下降，這主要是運用材料對溫度變化的自然反應；而被動安全（Passive Safety），指相關救援設備運用壓力差、重力差或自然對流等大自然的基本現象自動啟動，不需仰賴人為啟動電力或機械設備。專家們希望在2030年前後，第四代核能發電系統已能大規模的商業運轉。

表6  第四代核能發電機組系統相關資料[14]

2.核融合反應爐發展

利用氫核子的同位素氘（deuterium）與氚（tritium）的核融合，是目前最容易實現的核融合反應，而 氘與氚不僅燃料充足，又不產生二氧化碳溫室氣體及棘手的高放射性核廢棄物，是最友善環境的永續能源之一。因此，確實極有可能成為解決能源短缺的最終方案。核融合的研究從1950年代就開始了，其理論基礎與實驗技術都已經相當成熟，已可控制核融合反應，以緩慢方式釋放能量，只是仍未達到經濟效益。歐洲、日本、美國、俄羅斯、中國、印度與韓國等涵蓋了超過世界四分之三以上人口的國家，於2005年決定合作建造下一代輸出能量為輸入能量5倍以上的「國際熱核實驗反應爐（International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER）」為建造大量生產核融合能源的反應爐作準備。ITER 反應器將坐落在法國，預定於2020年以前完成興建，並且開始運轉。ITER待克服的科技挑戰，包含燃燒電漿控制與其物理機制的理解、安全與有效的氚燃料萃取、與材料科學等等。ITER計畫如一切發展順利，在本世紀內人類很有可能可以開始用核融合能源來發電[15]。

3.機會與挑戰

依核能署之估算，核能發電最重要的元素鈾燃料之蘊藏量，即使在高情景的假設條件下（2050年提高至目前容量的四倍）仍足夠供應核能界所需；若再加上目前已確認較次級的鈾礦源，則供應至2100年也不成問題[1]。這可能就是核能發電最強的利基所在，倘再加上核能發電不排碳的特性，相信核能在許多國家未來的能源組合上仍將扮演重要角色。但當更多國家有機會接觸或使用核物料時，管制可能變得更加困難，致使禁止核武器擴散工作益發困難。

在國際上幾個主要倡議INPRO、GNEP及ＧIV之推動下，更安全、環保、永續的新核能發電技術值得期待，其大規模應用不久就會到來。不過核能工業從鈾礦開採、提煉、濃縮製造供應、電廠建造、運轉、維修工作、甚至技術發展均需投入巨大的資源，各國往往從政策上即引入保護措施或進行大量國家投資，長期扶植的結果，往往導致某一產業獨大而缺少市場競爭能力，終不利於該產業之永續發展；各國在揖注政府資源（人力、資金）時，不可忽略競爭的重要性，畢竟競爭才是創新及技術發展的原動力[16]。

四、結論

科技發展絕非一夕可成，沒有過去的紮根與努力，不可能有現在的成果；同樣的，沒有現在的投資，絕對見不到明亮的未來。核能工業發展也不例外，經驗與技術之傳承至關重要。核燃料循環可以是封閉式的，但核能工業要能永續發展，必須獲得民眾及其他各行各業的支持，而要擴大支持面，決策程序一定要建立在開放、透明、彈性的基礎上。此外，核能工業中有太多政府的影子，如何確保管制機關的獨立性，更是過去、現在與未來核能安全的重要課題。

 

參考資料：

1. Nuclear Energy Agency, Nuclear Energy Outlook 2008, OECD/NEA, Paris , 2008.

2. Nuclear Energy Agency, Nuclear Energy Data 2008, OECD/NEA, Paris , 2008.

3. International Nuclear Energy Agency, “Power Reactor Information System (PRIS)”, IAEA, Vienna.

4. World Association of Nuclear Operators, WANO Performance Indicators 2008, WANO, Tokyo. (http://www.wano.info/PerformanceIndicators/PI_Trifold/PI_2008_TriFold.pdf)

5. International Nuclear Energy Agency, Estimation of Global Inventories of Radioactive Waste and OtherRadioactive Materials, IAEA , Vienna, 2008.

6. Commissariat a Lénergie Atomique, Informations sur lénergie-Energy Handbook, CEA, Paris, 2005.

7. International Nuclear Energy Agency Web. ( http://www-newmdb.iaea.org/start.asp)

8. 劉東山，“從OECD看台灣的低放射性廢棄物處置計畫”核能簡訊118期，2009.06，新竹，台灣。

9. NucNet, “New Joint Venture To Consider Building ‘At Least 4’ EPRs In Italy”, NucNet News No. 53, 3 August 2008.

10.NucNet, “More Countries Seek IAEA Help In Planning For N-Power Programmes “, NucNet News, 24 Jul 2008.

11.劉東山，“歐洲人如何看待放射性廢棄物？”核能簡訊115期，2008.12，新竹，台灣。

12.Nuclear Energy Agency, Moving Forward with Geological Disposal of Radioactive Waste - An RWMC Collective Statement, OECD/NEA, Paris , 2008

13.NERAC/GIV, “A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy System”, GIF-002-00, US DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee and Generation IV International Forum, 2002.

14.Nuclear Energy Agency, GIF 2008 Annual Report, OECD/NEA, Paris , 2008.

15.陳秋榮，“核融合—人類未來的乾淨新能源”，物理雙月刊（卅卷四期），2008年8月，台北，台灣。

16.Nuclear Energy Agency, Market Competition in the Nuclear Industry, OECD/NEA, Paris , 2008.

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