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台電核能月刊
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核能外部成本分析方法
之研究報告(下篇)
陳慶鐘、李國鼎 翻譯
台電核安處
前言
　　現行各國大都僅針對各種不同燃料的發電廠計算其發電的直接成本，即內部成本。有鑒於環保意識的高漲及全球溫室效應的日趨嚴重，歐美各國極為重視發電廠對社會和環境的影響，因此相繼進行發電廠外部成本的分析，歐美國家經多年來的研究分析，已訂定出有系統的計算項目、內容與方法。各國計算內部成本與外部成本的結果，可提供政府或電力業者在考量能源使用或環境保護下，比較各種燃料發電的優劣，提供與民眾溝通的具體說明與電源開發興建新發電廠時的決策參考。
　　各種不同燃料的發電方式均有其經濟效益與社會風險，台電公司為追求永續經營，為國家社會創造最大的利基，近年來已先針對部份火力發電廠完成外部成本分析，至於核電廠則尚未進行，主要原因為一直沒有一個具有公信力且有系統的分析方法。目前歐美已發展出有系統，適用於包含核能發電的各種燃料發電的外部成本分析方法，且已有多國有使用的經驗，因此值得參考這些分析方法及經験，並據以訂定適合我國的分析方法，進行台電公司不同燃料發電外部成本與效益的差異分析。
　　評估的內容將包括電廠燃料循環之全部過程，核燃料循環包括：採礦、精鍊、轉換濃縮、燃料製造、發電使用，及使用過核燃料貯存、再處理，以及最後之高放射性廢棄物處置等步驟。國內使用之核燃料均由國外製造成燃料束後，空運進口，故燃料循環之前五個步驟均在國外進行。
　　本篇核能外部成本分析方法之研究報告共分為七個章節來討論：上期已討論二個章節，本期續討論另五個章節。
三、法國核燃料循環的外部成本（ExternE）
　　對包括核電廠在內的發電所影響金額之估計，近期已有可觀的進展。下列章節提供說明，基本上從外部成本工程（引自EC，1995）並配合其他研究結果獲得，提出之結果主要源自法國，ExternE研究國家的選擇是基於其專家將核能視為一般價值的代表。
　　根據研究ExternE之途徑和方法學（詳NEA 2003之附件2），本節始於透過提出相關核能源項的訂定，再經實質影響之評估和轉換貨幣展現的單位能源外部成本，通常以瓩小時為標準。全球暖化問題和核能的積極影響簡述於NEA 2003之附件1。
(一)核能源項
　　對於核燃料循環之各階段，建立釋放於空氣和水產環境之主要放射核種名單並已估計其釋放的數量。當某設備依據安全與輻射防護法規提供相關數據時，通常均估計其大氣和液體輻射來源。當無法獲得特定設備的數據時，可依據聯合國科學委員會公布的原子輻射影響（UNSCEAR，1993）來評估，該數據被認為在合理的不準度內具有一定的代表性，核能源項由依據正常發電所釋放之數量所估計。關於進階廢棄物處置，核能源項是依據廢棄物固化處理貯放地層深處之長期方案評估獲得。
　　對日常運輸作業來說，核能源項為統計在運輸包裝外表面所釋放之輻射量。若為運送中產生之意外，則僅評估所釋放之UF6（自然和濃縮），因為UF6在潛在釋放物質中最具毒性（放射性廢料和用過燃料之處理並未包括於一般正常之運輸內）
(二)對人體之影響

　　法國核燃料之影響已細述於「Dreicer et al.,1995」，並於「Schieber and Schneider, 2002」提出關鍵結果之結論。表格2說明一般核燃料循環作業導致人體健康接受輻射線之主要影響，展示分為空間（如地方、地區、全球）和時間（如短期、中期、長期）之影響分布。

表格2　核燃料循環一般營運之影響分布
 
地方
0-100公里
地區
100-1000公里
全球
>1000公里
短期
（<1年）
非輻射因素對工人之影響、交通意外
-
-
中期
（1～100年）
輻射對工人和公眾的影響
輻射對公眾的影響
5Kr, 3H, 14C, 129I
長期
（100～10萬年）
輻射對公眾的影響
輻射對公眾的影響
14C, 129I

　　在法國案例中，合併全球十億人口和10萬年的時間因素來計算核燃料對公眾和工人所產生之總劑量為13.1 man.Sv/TWh。以全球來說，因電力生產和燃料再處理所釋放之14C在總劑量中佔有最大之比率（大於10 man.Sv/TWh）。必須強調即使在ExternE報告裡顯示超過77％總劑量為14C同位素，這結果係微小的劑量在一個長時間因素下加諸眾多人口所導致。因電力生產與核燃料再處理導致每年自大氣層釋放之14C，估計平均個人劑量為2E-12 Sv/TWh。估計一座900 MW 壓水式反應爐年發電量為5.7TWh/y時，所產生之個人單位劑量為1.1E-11 Sv/y。很明顯的，和天然14C導致之1.2E-5 Sv/y及自然背景導致之2.4E-3 Sv/y平均個人單位劑量相較，這樣的劑量並不顯著。

　　法國核燃料產生之總集體劑量超過97%是因公眾暴露所產生。對工作人員來說，發電、採礦和製造是職場劑量的主要來源。ExternE 之結論與最近的NEA（引自NEA，2000 c）公布結果十分相近，NEA的統計僅包括地區人口之500年劑量。
　　NEA的研究顯示，核燃料的方式（以UO2燃料開始或完成MOX燃料）對職業和公眾劑量並無明顯之影響。因此，以未來500年考量，輻射影響並非核燃料選擇之關鍵因素，他們的外部成本亦無明顯差異。
　　法國核燃料之評估結果顯示，核燃料不同階段對人類健康之影響均僅侷限短期和中期，除了核能燃料再處理與核廢料處理才會考慮到對健康的長期影響。對於人們之職業影響，雖然在中期和長期會有些輻射影響，但基本上還是考量短期之非輻射事故為主。超過93%之公眾劑量是源自散見全球之某些放射核種（例如14C和129I）。
　　人體健康受到核燃料處理之影響與總劑量成正比。影響程度以受輻射影響之最低門檻為為基礎來計算（例如：以線性化方式來衡量），並依ICRP 60 國際認可之風險因素來評估。將能量生產正常化，全球健康所受到的影響，在法國案例裡之數值為：0.65致命的cancers/TWh；1.57 非致命的cancers/TWh； 以及0.13嚴重遺傳效應/TWh。這些結果包括全球劑量評價估計長達10萬年。這些影響多數預期發生於公眾區域。
　　面對在核能工業裡的工作人員， 估計每1 TWh的生產將導致失去的0.02死亡，0.96終身殘障和損失296個工作日。核反應器建造與除役期間發生之傷害是職業傷害的主要來源。
　　根據這些估計，如一部正常營運之1300 MWe PWR機組以每年生產大約7 TWh之數量運轉10萬年，將導致歐洲民眾之癌症死亡數量變動0.1。這結果約與在歐洲每年提報之80萬件各類因素導致之致命癌症案相當。與核廢料運輸有關的意外產生之影響很小且多與一般民眾有關。
　　法國案例中估計非輻射之健康影響數量約為每1 TWh發生0.0003件死亡和0.0017件傷害。這樣的結果代表法國每年400 TWh的核能發電，會產生0.1件死亡與0.7件傷害，這數量與全部類型的交通事故所產生之死、傷數目相比並不突出。
(三)幣值的評價

　　法國核燃料在正常運轉下之外部成本（如同ExternE 研究所估計），以3種不同的貼現率0%、3%和10%計算後，如表格3所列（引自Schieber and Schneider,2002），表內提供從採礦至核廢料處置，每一核燃料作業之外部成本，包括每一作業間之發電和運輸，輸電與配電之影響不包括在內，因為他們不限用於核能發電。

表格3　法國核燃料在正常運轉下之外部成本（毫歐元/kWh）
燃料循環階段
貼現率
0% 
3%
10%
採礦和冶煉
6.45E-02
1.84E-02
6.26E-03
轉換
9.74E-04
4.78E-04
2.26E-04
濃縮
1.19E-03
7.90E-04
4.13E-04
燃料製造
1.89E-03
7.35E-04
3.10E-04
發電：
興建
3.94E-02
3.94E-02
3.94E-02
運轉
4.41E-01
1.68E-02
4.12E-03
除役
1.93E-02
6.91E-03
9.26E-04
再處理
1.92E +00
1.45E-02
1.90E-03
低放射性廢棄物處理
4.80E-03
8.52E-06
4.13E-07
高放射性廢棄物處理
2.54E-02
6.41E-09
1.12E-10
運輸
6.54E-04
2.66E-04
1.21E-04
總計
2.52
0.10
0.054
來源：ExternE,1995
　　比較總外部成本及其於不同之燃料作業在各種貼現率情況下，可以顯現出貼現率價值的重要性，特別是長期的損害費用評估。在0%貼現率的情況下，核電的總外部成本約為2.5 m€/kWh，而最重要的支出為再處理費用，約1.9m€/kWh或者總金額的76%左右。在10%貼現率的情況下，總外部成本約為0.05m€/kWh，而再處理的費用僅佔4%，機組興建之費用為0.039m€/kWh或總金額的73%。 
　　外部成本估計結果隨著貼現率在0%至10%之間變動而改變，這說明了欲維持發展目標評估外部成本時，經濟條件的一致性是重要因素，也就是：保障未來的下一代。就法國核燃料而言，如表格3中所示，外部成本從0.05m€/kWh變動到2.5m€/kWh，亦即增加50倍，當貼現率從10%下降至0%，這是某些專家評估維持長遠發展之適當數值。
　　另一浮現之重要問題為核燃料循環的外部成本內有關職業傷害效應旳部分，根據ExternE，在3%貼現率的情況下，對工作人員的傷害超過總金額的75%。不過，如果認為這些風險可經由較高之工資轉為內部化，就不應視為外部成本（引自Pearce，2002）再次計算。職業災害之效應並非核能業所獨有，對煤礦工人或海上鑽油平台工作人員亦有相同之論述，原則上，將採較高之工資，補償其工作風險，並以保險保障其職業傷害與工作意外。
(四)核子事故
　　本報告僅針對核反應爐或燃料循環設施之核子事故輻射效應，因為非輻射之健康和環境之影響僅及財務評估，並不會嚴重影響總體外部成本之估計。嚴重核子事故經濟結果的計算需要一系列假設，包括選擇事故序列和其相關可能發生的機率等。而且，計算事故的金錢價值並無法反映出風險趨避保險（risk-aversion premium，參考Eeckhoudt et al.風險趨避保險，一些專家今天將其考慮為一個關鍵元素）
　　NEA在評估核子事故方法的研究（引自NEA，2000d），指出評估核子事故影響及金錢價值的方法及工具，未來仍需要更多的工作。雖然迄今所進行的經濟估計被認為並不完美和有其限制，他們仍可提供一些相關價值的範圍和數量的等級資訊。
　　在ExternE 研究之法國案例所執行之計算，係基於爐心受損頻率為10-5/反應器年及假設在爐心熔化後大約有1%的核心外釋，在0%貼現率下，導致0.0046毫歐元/度的直接費用，這部分費用以由核子事故保險的內部化的成本，並沒有在ExternE研究中納入評估。超出事故直接費用，間接的影響以整體經濟分析基礎經估計為1.25倍的乘積因素。而且，乘積係數可能高達約20倍用於反映出風險趨避保險。這將導致等於0.12毫歐元/度的核子事故的外部成本以取代直接費用0.0046毫歐元/度。
　　政府除正常的監控和計畫管理費用外，另需負擔額外的準備嚴重核子事故的管理成本，這和核能電廠經營的大規模經濟相比是極小的。不論是否選擇部署核能發電這些成本均會產生。
　　以0%貼現率的估計成本，包括間接效應和風險趨避保險的乘積因素，外部成本僅佔小於5%核燃料循環（無核子事故）成本，或少於1%的總核能發電成本（不含外部成本）。不過對於小的國家或僅有小核能計畫的國家而言，當該國以核能發電成本之百分比來說明嚴重核子事故費用時，可能有相對大的經濟影響。
四、各國ExternE結果
　　ExternE方法論已經用於國家的研究，結果在1999（引自EC，1999）年發表，如比利時，德國，荷蘭和英國等國包括關於核燃料循環的外部成本估計（在1995發表法國的數據除外）。 
　　這些結果，以0%貼現率摘要於表格4，表格4數據範圍差別顯示出如技術、設備場所、社會經濟在每個國家間的差別。不管這些差別，外部成本估計在相同等級最大約在三倍變化內。 
表格4　不同國家核燃料循環的外部成本
國家
外部成本（毫歐元/ kWh）
比利時
4.0-4.7
德國
4.4-7.0
荷蘭
7.4
英國
2.4-2.7
數據來源︰ExternE，1999。
五、比較ExternE和其他研究結果
　　比較ExternE和其他研究之結果，發現在方法論、損害範圍、能量系統之間有不一致的許多問題。表格5顯示其他研究外部成本結果，其範圍可能歸因於許多因素，如燃料循環次數、健康影響評估的方法論、貼現率、及嚴重核子事故方法論和假設條件。ORNL（引自ORNL，1993）、Pearce et al.、及Friedrich and Voss等三個研究結果與ExternE比較外部成本相對的低，主要歸因於能量系統邊界範圍較小，其中Friedrich and Voss其外部成本較低，係因只考慮例行營運的外部成本，並不考慮嚴重核子事故。
表格5　其他研究核燃料循環的外部成本
研究
外部成本（毫歐元/ kWh）
ORNL ( 1993 )
0.2-0.3
Pearce et al. (1992)
0.8-1.8
Friedrich and Voss (1993)
0.1-0.7
PACE (1990)
29.1
 
　　就PACE研究之結果（參見Pace，1990），可以就幾個因素（參見NEA，1992）解釋外部成本相對地高出許多。首先，PACE研究包括核電廠除役的費用（5 mills/kWh），而核電廠除役費用通常被歸入直接發電成本（引自International Energy Agency and Nuclear Energy Agency, 1998）。第二，PACE研究依據前蘇聯車諾堡事故規模之環境釋放事故後果及發生機率（1/3300年1次）估計核子事故的外部成本。此將造成高於OECD之結果36倍，OECD研究採用新核電廠之設計及結果。
　　因此，外部成本的唯一因素起因於例行營運。PACE研究起點成本為 1 mill/kWh（為職業健康的影響），其中主要貢獻為延遲死亡風險（0.7 mills/kWh）。本研究採用之延遲死亡風險為每GW.year 0.15至1.95的最高值，而NEA研究（引自Nuclear Energy Agency，1998, which are based on the 1991 Helsinki Symposium1 conclusions）包括整個核燃料循環為每GW.year 0.25至0.9。 
　　雖然如此，PACE和NEA研究意見相同，日常營運的外部成本為總核能費用之幾個百分比，和遠低於煤和石油燃燒相關成本，即使排除後者的溫室氣體影響亦相當的小。
六、核能和其他發電技術
　　表格1和4 顯示核能發電費用內部化成本和外部成本估計之各國變化。相似的變化亦被觀察在不同之技術。表格6總結ExternE研究（引自EC，1999）之外部成本，其範圍適用不同的技術研究，在此提出做為比較，直接費用範圍為歐盟平均值為引用這歐洲委員會的綠皮書（參見2000，EC）。
　　雖然直接和外部成本變化有相當寬的範圍，但是仍能由每項技術的直接和外部成本的比較，來發掘一些共通性之看法。對礦物燃料和生質能源來說，外部成本可能與直接的費用為同一等級。另一方面，核電，太陽能和風力，外部成本比直接的費用低至少一個等級。
　　在德國發電的一項研究（引自Voss，2002），說明外部成本分析的結論。若結合該研究所估計之外部成本與直接的發電費用，核能可以和煤相互競爭，比天然氣便宜，變得費用最低可以選擇做為德國之基載發電。極大的數據不準度和選擇不同的貼現率，限制外部成本納入國家決策的應用，但是詳細的研究成果確實可以給決策者提供指引。
表格6　歐盟的發電的外部成本和直接費用（毫歐元/ kWh）
外部成本
煤和褐煤
石油
天然氣
核能
生物質能
太陽能
風力
奧地利
 
 
11-26
 
24-25
 
 
比利時
37-150
 
11-22
4-4.7
 
 
 
德國
30-55
51-78
12-23
4.4-7
28-29
1.4-3.3
0.5-0.6
丹麥
35-65
 
15-30
 
12-14
 
0.9-1.6
西班牙
48-77
 
11-22
 
29-52
 
1.8-1.9
芬蘭
20-44
 
 
 
8-11
 
 
法蘭西
69-99
84-109
24-35
2.5
6-7
 
 
希臘
46-84
26-48
7-13
 
1-8
 
2.4-2.6
愛爾蘭
59-84
 
 
 
 
 
 
義大利
 
34-56
15-27
 
 
 
 
荷蘭
28-42
 
5-19
7.4
4-5
 
 
挪威
 
 
8-19
 
2.4
 
0.5-2.5
葡萄牙
42-67
 
8-21
 
14-18
 
 
瑞典
18-42
 
 
 
2.7-3
 
 
英國
42-67
29-47
11-22
2.4-2.7
5.3-5.7
 
1.3-1.5
直接費用
32-50
49-52
26-35
34-59
34-43
512-
853
67-72
七、核能發電的其他外部成本
　　核能的外部成本，除了民眾的健康和環境影響，尚包括費用（負面的外部成本）和利益（正面的外部成本）。在負面的外部成本，包括政府支援相關研究、開發及使用、核能發電，以及政府對第三人責任險制度，是最顯著的要素。在正面的外部成本（詳NEA 2003之附件2），有能源供應的安全和多樣性，以及對整體經濟的影響，包括來自研究發展的後續效應、國際收支平衡的貢獻、穩定能源的價格和環保，都是重要的項目。 
　　一個關鍵議題為，對大多數前述列舉項目，在客觀和非爭論的方式皆困難的去量化及評估他們的金錢價值。不過，品質審查早在1990年代（引自NEA，1992）即執行，提供一強健基礎支持核能的外部成本（除民眾健康和環境影響之外的核能外部成本），雖然值得提及，若將其費用內部化將不會嚴重影響核能發電費用。而且，可期望這些外部成本被內部化後（除了健康和環境影響）對於全部選擇來說將不影響其發電之競爭性。
結論
　　外界常建議核電外部成本需要包括：放射性的廢棄物處置、放射性排放對健康和環境影響、核電設施除役及拆卸的財務負擔、核電正常營運和嚴重事故的影響。若未適時建立足夠的資金，透過可靠和獨立的機構保證，並將其包括在核電的市場價格內，這些將成為外部成本。不過，依相關報告所示，上述所列項目的費用已納入核電外部成本的內部化。
　　核能工業根據法規運作，嚴格限制核能設施的氣體外釋及液體排放，以及要求將放射性固體廢料予以包封及局限在特定場所，在可能對人體健康及環境造成傷害時，以確保其與生物圈隔離。因此，核能發電廠的成本、營運費用及燃料循環設備已內部化為上述外部成本的主要部份，並且反映在核能發電的消費者所支付的費用上。
　　關於嚴重核事故的影響，一個特別的法律體制--第三人責任險體制在運作，可承保可能發生的任何潛在損害，這項保險的費用也已納入外部成本的內部化。
　　未來核設施除役的費用已經內部化，核設施營運期間會將此費用轉嫁到消費者所付電費。核電廠除役費用已估計大約佔核能發電廠的隔夜投資成本（Overnight Capital Cost）10到15%。除役活動花費，在核電廠停止發電之後才發生，核電廠需根據使用者付費原則，於營運中時累積除役基金。OECD會員國採用各種不同的機制及方法來確保除役費用保守的估計，且必要的基金被累積和存放，以備必要時可用。用過燃料的處置費用亦代表未來的財務負擔，需以除役同等方式處理直到最終處理場完成並運作。
　　處理費用由核電業者估計，檢查/稽核則由負責任的政府機構擔當，資金由核電業者籌措，通常以每單位的發電附加費徵收，在適當時機支付這些花費，將可能的潛在外部成本內部化。
　　各種報告顯示，核能發電有關外部成本和內部化費用之估計，國與國之間變化極大。觀察類似的變化以探討替代技術，但一些共通結論可透過不同技術的整體比較直接或外部成本而獲得。對化石燃料和生質能來說，外部成本與直接成本的數值為同一等級。另一方面，對核電、太陽光電和風力而言，其外部成本比直接成本的數值至少小一個等級。
　　能源的外部成本必然不是僅限於對環境與健康的影響，尚包含整體經濟、政策或策略等因素而未反應在市場價格，例如供應的安全，成本的穩定及對就業和貿易差額造成深遠的經濟影響。雖然這些外部成本一般均未進行定量評估，它們已在一些研究過程中，進行定性分析，其結果顯示它們不是市場價格變動的主要原因。如果將此外部成本內部化，其影響對核能是正面的（如成本效益）。
參考資料
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中英文關鍵字（詞）
外部成本（EXTERNALITIES）：
商品之的支出或獲益未納入市場價格，即未納入其供應及需求價格，就屬外部成本。當經濟活動的一方（或一群）對另一方（或一群）的福利產生正或負面影響，且前者不能被完全補償，或完全補償後者，即會產生外部成本。
ExternE專案：
由歐洲委員會及美國能源部在1990初期合作開發，用來評估外部成本的方法論。是在焦耳研究計畫的架構下產生，並提供廣泛的電力資源和技術，以科學和經濟為基準的共通方法論。
影響路徑分析（IPA）：
在歐洲委員會ExternE專案的架構下開發，作為評估各項環境影響源頭（施壓源）的不同影響，及評量其影響價值的工具。
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