核能發電的正當性與必要性
何 偉
台電核能發電處
壹、前言
人們對核能的認知及觀念已逐漸轉變，過去反核、限核的先進國家，因為氣候變遷的溫室效應，開始重新考慮恢復使用核能；開發中國家因為缺乏燃煤及石油，加以人口與經濟成長的壓力，更傾向使用核能。IAEA秘書長伊巴拉德（Mohamed Elbaradel）2007年7月16日於第6屆曼谷召開之科技發展會議中以「核能為人類發展引擎」為題演講表示，目前全世界有437座反應器運轉在30幾個國家中，發電量佔全球15.2%，興建中的30座機組中有16座在發展中國家，其中大部分在亞洲，中國大陸現有4座機組興建中，在下一個15年中將要使核能發電容量擴充5倍，印度有7座機組興建中，在2022年前核能機組將擴充7倍，巴基斯坦及南韓都有計畫擴充核能發電，此外越南、印尼及泰國均計畫興建核能機組，核能的復甦不侷限於亞洲，約旦、土耳其均有興建核能電廠計畫，而阿根廷、保加利亞、哈薩克及南非亦有擴充核能的計畫。歐洲國家中的芬蘭已表態支持擴建核能電廠的立場，瑞士也已經過公投，反對淘汰核電廠。造成這些對核能有利轉變的理由有(1)顧及能源多元化及供應的可靠性，在油價飆漲的時代由於鈾燃料僅佔核能發電成本的5~15%，且核能發電可不填換燃料連續運轉發電1年半以上，具有卓越的穩定及可靠性。(2)核能可有效抑減溫室氣體排放，核能從鈾礦開採、製造到電廠的建造及運轉甚至廢料處理平均每度電僅排放1~6克的二氧化碳，這些可忽略的少量排放與風力及水力發電相當卻遠低於火力發電。G8工業國高峰會要求在2050年全球二氧化碳須減半，只有發展核能才有可能實踐。(3)亮麗的運轉績效，卓顯核能是成熟的科技具有半世紀的運轉經驗，近20年來核能電廠在可靠度、容量因數及成本降低上均有顯著的進步，這些都是核能發展必要性的理由。
儘管在50年代時，核能曾被視為最廉價及最乾淨的能源，但是轍諾堡核電廠在1986年發生事故後，引起人們對使用核能產生疑慮，因此核能發電的正當性亦須講清礎説明白，核能發電的正當性項包括(1)核能安全的確保，徹諾堡事故源自老舊設計及安全管理失當，但諷刺的是此事故亦促成國際核能安全體系之建立，包括世界核能運轉協會(WANO)及IAEA均藉國際間評估及傳遞經驗回饋資訊建立了核能安全網絡。(2)保安防恐的確保，目前已大幅改善。(3)用過核燃料及高階放射性廢棄物的處理，全世界核能電廠每年產生1萬噸的用過核燃料，此數量與化石燃料每年產生280億噸的二氧化碳相較實是小巫見大巫。民眾對於放射性廢棄物的處理仍有疑慮，為了確保核能發電的正當性，核能工業須以科技解決用過核燃料及高階放射性廢棄物的處理。
目前全球面臨了幾個嚴酷的問題，包括人口的膨脹、環境的污染及貧窮問題，這些問題均與能源政策相關，世界能源會對未來人類的永續能源提出評估的3A原則（Accessibility, Availability and Acceptability），即可取得性、可行性及可接受性，就核能發電而言，由於其發電能力穩定強大，可滿足眾多人口的需求，便宜的電力對改善貧窮亦有助益，同時核能不排放二氧化碳對改善溫室效應亦有幫助，這些都有助於核能必要性的解釋，但核能是否能被廣大的民眾所接受是核能能否成為人類永續能源的關鍵。IAEA預期2020年前，全球核能發電仍會持續增加，2030年時，全球依賴核能生產的電力將較2020年增加百分之70。IAEA指出全球核電廠的設備早已改善，同時科學界多半同意核廢料可經由掩埋妥善處埋，因此，核能安全及核廢料儲存引發的問題應可解決。同時創新的設計、較短的建廠時間及大幅降低資金成本也可能有助推動全球邁向一個新的核能時代。
台灣由於有非核家園的政策，與亞洲主要鄰國相較，核能發展遲滯且偏離主流，這將使台灣的經濟無法擺脫或降低對石油的依賴，亦無法利用核能製氫與氫能接軌迎接氫燃料電池時代的來臨，這是令人憂心的，因此我們必須宣導核能發電的必要性及正當性，讓大眾接受核能，讓台灣的能源政策步入正軌以增強與亞洲鄰國的競爭力。
貳、核能發電的必要性
一、由溫室效應來看核能發電的必要性
世界能源會(WEC)於2007年6月發布能源與氣候變遷報告，其結論為所有政府必須正視核能發電對抑減溫室氣體的潛力，並認為核能是緩和溫室效應8項科技中最具信心及可大規模改善溫室效應的技術。報告中並提及全世界二氧化碳的排放量自1971年以來已經增加了75%，若自1990年算起則增加了20%，年增率約2%如圖1所示。在2003年統計的二氧化碳排放量中，由火力發電廠外釋的量佔41%，因此如何降低化石燃料產生的二氧化碳是刻不容緩的事情。對於條件類似大力發展核能的國家其二氧化碳排放量通常較拒絕核能的國家低40%。
前中研院院長李遠哲在「國家永續發展會議」專題演講時表示，台灣每年每人二氧化碳平均排放量高居全球第3位，他贊成台灣短期內應朝核能發電發展，核四應繼續興建，等再生能源技術純熟，才能實現「非核家園」夢想。李遠哲發表「台灣永續發展何去何從」演講，他說，台灣的二氧化碳排放量10年來年年升高，二氧化碳排放已達到每人每年12.4公噸，居世界第3（經查證是世界18名，亞洲第1名），李遠哲說，政府要重新檢討核能發電，他贊成非核家園，但至少50年後台灣才可以說不要核能。他表示，核能的安全不是問題，重點是核廢料處理。他建議核四應完工，核一、二、三廠都要延後除役。如果不這樣做，而繼續燃燒二氧化碳，這是錯誤的。
「跨政府氣候變遷小組」（IPCC）第3組在今年5月4日曼谷舉行的緩和溫室效應第4次評估報告提及核能是解決溫室效應的選項。IAEA的統計數字顯示，如果全球現有的核能電廠全數關閉，並以現存的非核能源依比例混合取代發電，將會造成全球每年增加六億噸二氧化碳的排放量，這一數量約相當京都議定書希望在2010年時避免廢氣排放總量的兩倍。
溫室效應是如何發生又對人類有何影響呢?地球擁有大氣層使其成為適合人類居住的地方，白天吸收太陽的輻射使地球不致太熱，晚上阻擋地球散熱使地球不致太冷，日夜溫差因而不會太大，這些氣體我們稱之為『溫室氣體 』。由於工業及汽車廢氣污染，大氣層中二氧化碳逐年增多，二氧化碳不能吸收或反射陽光中的紫外線等短波長光線，而只吸收及反射地面來的長波長紅外光，因此，陽光中的紫外線等短波長光線能自由的進入大氣層，使氣溫逐年上升，稱之為溫室效應。溫室效應對人類的影響如下:
（一）經濟的影響
溫室效應會造成北極冰山熔解，氣候失去調節功能，海平面上升，淹沒低地國及多數國家沿海精華區。2006年3月衛星觀測顯示，北極地區冬季冰蓋的面積降至歷史最低，比上年減少30萬平方公里，科學家估計﹐根據現在速度﹐北極冰蓋全部消融的時間會提前至2030年。全球有超過一半人口居住在沿海100公里的範圍以內，其中大部份住在海港附近的城市區域，故海平面上升對沿岸低窪地區及海島會造成嚴重的經濟損害。
台灣作為一海島國家，更可能因為海平面的上升而淪為水上難民，已經被IPCC報告中列為氣候變遷的高危險群。台灣島内的環境專家預言：“台灣陸沉的速度將加速！”因為支撑這塊美麗島的地下水早已大量流失，整個台灣西南邊幾已找不到原有的地平線，全成了地層下陷災區。每逢颱風、暴雨，整個陸地全泡在水裏。根據統計，台灣地層下陷面積達2667平方公里，約為台灣平原四分之一如圖2所示，溫室效應持續惡化將使嘉南平原精華區淹入水底，經濟蒙受重大損失。
（二）農業的影響
實驗證明在CO2高濃度的環境下，植物會生長得更快速和高大，但糧食蛋白質含量反而減少一成，50年後糧食成“空心”，按照目前的增長速度，50年後地球大氣層中的二氧化碳濃度將增加50%，農作物好似被施了“氣體肥料”，水稻、小麥產量比現在高出約15%，生長周期縮短5－7天。研究員對實驗水稻、小麥的營養成分分析顯示，人體所需的蛋白質、氨基酸及鐵、鋅等微量元素的含量均比對照田明顯下降。50年後的稻米雖然看起來更白，吃起來更黏，但過多的二氧化碳也會讓人類自食“隱性饑餓”的苦果。田間雜草種類將重新“洗牌”，土壤中微生物的數量和活性都將明顯增加。如果人類不盡其所能減緩温室氣體排放，“吃不飽”的尴尬隨時可能到來。
（三）氣候異常
據推測，到2050年，地球平均溫度將上升攝氏二度（過去一萬年中地球平均溫度也只不過上升攝氏兩度）。溫室效應的直接影響是使全球氣象變異，產生乾旱、豪雨和南北極冰山融化，全球氣候變遷造成旱災、水災及地球沙漠化如圖3所示，沙漠化現象擴大，生態體系改變，衝擊農林漁牧、社經活動及全球生存環境等，如果無法有效控制溫室效應，將使我們付出極大的代價，氣溫上升會傷害人體的抗病能力，若再加上全球氣候變遷引發動物大遷徙，屆時極有可能促使腦炎、狂犬病、登革熱、黃熱病的大規模蔓延，後果相當可怕。可見溫室效應的影響絕不只限於氣溫而已。
（四）海洋生態的影響
沿岸沼澤地區消失，令魚類尤其是貝殼類的數量減少。河口水質變鹹可會減少淡水魚的品種數目，相反地該地區海洋魚類的品種也可能相對增多。至於整體海洋生態所受的影響仍未能清楚知道。
（五）水循環的影響
全球降雨量可能會增加，某些地區有更多雨量，但有些地區的雨量可能會減少。此外，溫度的提高會增加水份的蒸發。每年的颱風、梅雨帶來豪雨，雨量不斷攀升，加上山林過度開發，水土保持失衡，致使一有豪大雨便成災，且災情日廣。氣候變遷已逐漸影響到全球經濟。於1950年代，全球因天災的救難支出僅39億美元，而到1990年代時則增加至400億美元左右，在半世紀內增加10.3倍。同樣的，保險金額也由原本趨於零的金額，躍升至92億美元。而開發中國家因天災的經濟損失約為已開發國家的兩倍，其中位於熱帶地區的國家未來可能較位於高緯度國家受到更嚴重的衝擊，尤其是小島國家。
科學家認為白堊紀末期撞擊墨西哥灣的大隕石是造成恐龍滅絕的“主犯”，二迭紀（距今約2.8億年）末期的全球變暖則產生了具有“摧毀一切”數量的二氧化碳，導致了多數地球動物的滅絕。故為避免地球溫室效應帶給人類的劫難，必須使用核能，以減少二氧化碳的排放量。由於火力發電目前是二氧化碳主要的排放源，而核能發電的穩定性及便利性又非再生能源所可取代，因此為避免溫室效應帶給人類的災難，核能發電的必要性是無庸置疑的。溫室效應造成的全球氣候變遷是人類文明最嚴峻的考驗，二氧化碳減量是必然的國際義務。核能發電每年為我國減少3,000萬噸CO2排放，幾乎減少13 %的CO2的排放，相當於每年替社會節省3,940億的碳稅。更重要的是，若不大力發展核能，不知如何在2010年達到京都議訂書的減量目標？
二、由經濟效益來看核能發電的必要性
近年來各種能源國際價格飆漲，由於地球上能源有限，人口又不斷增加，因此儘管能源價格短期有上下震盪，但長期看來均會上漲，如圖4~圖7所示，對於仰賴進口能源的我國造成嚴重的經濟影響。火力發電燃料所佔成本甚大，燃料價格的飆漲造成發電成本大增以致台電公司營運出現虧損，而核能發電鈾燃料成本所佔比例較低，雖然鈾燃料價格亦上揚，但整體核能發電成本仍然下降，以2006年為例，核能發電成本每度為0.6291元，而全電力系統發電成本每度為1.5191元，如圖8所示，核能發電的經濟效益可見一般。若我國的核能發電比例能逾30%，則必可有效穩定電價，進而平抑民生物價並減少石油漲價造成的衝擊。
表1為美國加州能源會對各種能源發電成本的比較，核能的經濟效益是世界發展核能國家的共同現象，台灣進口的石油數量持續增加如圖9所示，將消耗大量外匯，而油價的上漲更將導至物價上漲，擺脫對石油的依賴將是無能源國家的共同目標，便宜的能源是發展經濟及滿足民生需求的靠山，廉價可靠的核能發電更是穩定國家經濟的基石，由經濟效益來看核能發電確有必要性。
表1 各種能源的發電成本比較
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發電成本比較
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發電種類
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1994 發電成本(美分/度)
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2003發電成本(美分/度)
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水力
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0.31 to 4.4
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0.25 to 2.7
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核能
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2.5
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1.4 to 1.9
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煤
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1.9 to 2.3
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1.8 to 2.0
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天然氣
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2.5 to 11.7
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5.2 to 15.9
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太陽能
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16.4 to 30.5
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13.5 to 42.7
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風力
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7.6
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4.6
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資料來源：加州能源會
三、由化石燃料的枯竭來看核能發電的必要性
化石燃料的耗竭是21世紀人類文明最大的危機，石油是飛機、輪船及汽車引擎所用的燃料來源，沒有了石油所有交通工具將停擺，石化工業也沒有了原料，人類文明將大幅倒退。目前大部分家庭都以天然氣或液化石油氣作為煮飯燒菜的燃料，若將有限的天然氣用來發電實在可惜，根據估計，全球的原油存量將在39年後枯竭殆盡，天然氣是60年，煤礦也只有200年。然而，實際的消耗速度可能會更快，或許原油與天然氣在未來廿到卅年內就達到產值的高峰，接著開始往下降。也就是說，新世紀還過不到一半的時候，如果未能發展出新的取代能源，能源供需不足的差距將會開始巨幅拉大，能源危機也就要降臨了。煤礦並無法解決我們的能源問題，因為煤礦的燃燒對於人體健康以及生態系統都會造成嚴重的損害，而且會使全球暖化的趨勢更為惡化。事實上，能源危機的到來也將伴隨著糧食危機的降臨。現代農業除了依賴陽光與水之外，相當倚重合成化學肥料，而這些合成化學肥料同樣也需要相當多的能源來合成。如果沒有了豐富而廉價的能源，我們勢必無法提供足夠的肥料維持目前農場的高效率糧食生產。因此使用核能是必須的，它可延長石油及天然氣的壽命。在核能方面，根據統計資料顯示，確定可開採鈾礦蘊藏量約328萬噸，估計全球鈾礦可開採約100年，但若考慮未來使用快滋生反應器，則其使用期限可達1500年，不但可解決化石燃料枯竭的問題，還可爭取更多的時間研發人造太陽──核融合，徹底解決人類能源問題。
世界人口的爆增造成地球能源的迅速耗竭，據估計到2050年時地球人口將達95億，能源爭奪大戰早已展開。台灣能源匱乏，若無遠慮必有近憂，必須效法韓日等國大力發展核能才能提升經濟競爭力，故由化石燃料的枯竭來看，核能發電確有必要性。
四、由科技的進展來看核能發電的必要性
目前核能電廠大部分是以熱中子引發鈾-235核分裂產生能量，由於地球上的鈾礦資源有限，核能工業較先進國家進一步研究發展出可以較經濟利用鈾燃料的快中子滋生式反應器，可將熱中子反應器無法利用的鈾-238，利用快中子撞擊轉化為鈽-239，繼續作為核燃料。「滋生」是指轉化出來的燃料鈽-239比消耗掉的鈾-235還要多。核融合反應器是利用較輕的原子核，在極高溫之下融合而放出大量的能量。核融合反應器可利用取之不盡之海水提煉出燃料，且無放射性廢料產生，是最理想能源。美國、歐洲、俄國、中國大陸、日本及南韓共投資120億美元在法國建核融合實驗爐稱為ITER。由於核能是有願景的高科技，不像化石燃料用一點少一點，亦不像風力及太陽能發電無法作重大突破，為了追求更經濟更安全的核能，反應器一直在改良進步中如圖10所示，由於核能科技的進展日新月異，故核能是追隨時代腳步的能源。核能發電可以科技改良，徹底解決人類能源需求，是具有發展願景的能源。研發中的第四代反應器其設計目標包括(1)增強可靠性及安全性(2)不會發生爐心熔毀(3)不需緊急計畫(4)大幅減少核廢料(5)充分利用鈾資源的燃料循環，新一代的核能反應器由於安全度大幅提升，其優越及可靠性已超越其他能源，為了追尋核融合的永續能源，必須循序漸進，故由科技的進展來看，核能發電是有其必要性。
五、由國家的能源政策來看核能發電的必要性
能源政策關係到整個國家的經濟發展，以日本為例，日本的基本能源政策是要確保經濟發展(economic growth)、能源安全(energy security)及環境保護(environmental protection)的3E政策。2006年初，日本經產省擬訂一份「國家能源新戰略」，計畫目標包括：發展節約能源技術、降低對石油的依存度、實施能源消費多樣化等措施，並擴大本國石油公司共同合資，透過收購海外石油公司股份和參與海外石油開發等方式，爭取較穩定的油源。日本的能源政策包括核燃料公司將開始針對鈽熱中子反應器進行新階段的測試運作，這一連串的核能計畫，是希望可以在2030年時將核能發電占總發電量比例提高至30~40%之間。日本將持續核燃料循環的計畫，透過核廢料的處理轉成鈽原料，以供核能發電使用；也計畫耗資1兆日圓興建快滋生反應器（FBR），並生產鈾鈽混合氧化燃料（MOX）供FBR使用與運作。日本的國家能源政策主要考量是確保能源供應的安全性及減少對國外進口能源的依賴，相關的核能政策為(1)繼續讓核能成為電力的主要來源(2)處理用過鈾燃料並利用鈾鈽燃料循環初期使用於輕水式反應器，同時自2005年開始在日本國內自行處理用過鈾燃料(3)穩健地發展快滋生反應器以充分利用鈾資源(4)促進大眾瞭解核能並強調核能的安全及防止核武擴散。日本政府在2002年3月宣佈將大幅依賴核能來減少溫室氣體的排放以符合京都議定書的規定，在2004年日本原子力論壇透露日本發展核能的願景，在2050年日本核能的發電量將達到90GWe，佔全國發電量的60%，而屆時二氧化碳排放量亦將減少60%，此外將有20GW(熱能)的核能將用於產生氫氣，氫能將佔能源消耗的10%，而其中70%是來自核能電廠。日本原能會在2005年重申核能發展的大方向，立即的目標仍是放在輕水式反應器，包括以進步型反應器取代舊型反應器，在2030年前核能發電的比重將達30~40%，而在2050年時快滋生反應器將可商業化，日本將在國內處理用過鈾燃料以回收可分裂物質製成MOX混合燃料以充分利用能源，而高放射性廢料的處置將於2010年宣佈。2006年4月日本能源經濟局預測在2030年時初級能源的需求將減少20%，但電力需求將增加且核能發電將佔41%，屆時10個新核能機組將開始發電。2006年5月執政的自民黨鼓吹加速快滋生反應器的使用並稱之為基礎國家科技，儘管日本的文殊快滋生反應器仍處於停機中，日本在第四代反應器的設計上早已領先全球，其重點研究放在鈉冷卻快滋生反應器上。
南韓科學技術部對2007年至2011年的第3個全面核能發展計畫中，希望將南韓的核能工業提昇為全球前5大國之一。計畫將目前來自核能的38%電力，在2035年之前大幅增加至60%左右。在強調核燃料生產的同時，積極建造韓國自行研發的進步型反應器APR-1400。第一個新建機組是由現在的韓國標準核能電廠演變而來的，預計在新古里核能電廠做為3號和4號機組建造，於2012年開始並聯發電。
我國與日本、南韓相同均是能源進口國，為了降低對進口石油的依賴，我國必須效法韓日大力發展核能，表2為台、日、韓三國工業生產力與核能發展趨勢比較，顯然在緩和溫室效應前題下，廉價穩定的核能是發展重工業及經濟的基礎。
最近有兩項經濟建設包括台塑一貫作業煉鋼廠及中油雲林石化科技園區，可提供就業機會達21萬人，但因會排放大量二氧化碳而受阻於環境評估審查，若採用核能則可有效減少二氧化碳排放量，有利於國家經濟發展。
六、核能是承先啟後的關鍵性能源
由於石油即將枯竭，世界各先進國家均積極規劃以氫能源替代石油，這是以氫燃料電池為核心的新一代產業革命如圖11所示。氫燃料電池技術不但可以驅動汽車、船隻和飛機，還可以為手機、電腦、工廠及家庭提供穩定高效無污染電源，實際上氫經濟比石油經濟的影響還要廣大和深遠，利用廉價的核能製造氫氣是未來可能的方向，核能可以迎接氫能時代的到來，故核能是承先啟後的關鍵性能源。核能製氫甚具吸引力，因為此種解决問題的方法是對技術依賴性較高，而不是依賴天然的能源資源，因此可以提高國家能源的安全保障。南非的球床式反應器（PBMR)是製氫的可能選項之一如圖12所示，若台電公司能積極規劃核能製氫則可創出鉅大利基且可趕上時代主流。
七、核能與其他能源相較最能滿足台灣需求
台灣缺乏能源所以不能放棄任何可資利用的能源包括再生能源，但再生能源有其限制，例如風能、太陽能及生質能均須大量的土地面積，台灣地狹人稠，有一定的限制。風力發電並不能解決台灣電力需求的問題，台灣夏日缺電但夏日風力不足如圖13~14所示，以風力發電著稱的丹麥，其冬夏發電差距不大，且北歐冬季須取暖反而較夏季耗電量大，故適宜發展風力。
台灣的能源均須靠進口，不但運輸費時，貯存亦很困難，核能發電所用的鈾燃料體積甚小，相較於煤和石油易運易貯如圖16~17所示，另外生質能須耗用農地造成糧價上升，亦無法提供高密度穩定足夠的能源。例如美國等國家大規模開發生質能源，利用玉米加工燃料乙醇、利用大豆製造生物柴油，對玉米、大豆等糧食需求量大幅增加，造成糧價大幅上漲，影響民生至鉅。核能的優勢則在國防上能抵抗海上封鎖，安全儲量時間最長，由於可維持一年半以上運轉可稱半自產能源，同時核能的使用可減少進口石油及可降低二氧化碳排放量，故核能與其他能源相較最能滿足台灣需求。
圖17 台灣各種能源比較
八、核能可帶領人類脫離地球束縛具有跨時代意義
雖然人類對空間的探索已有半個世紀的技術發展史和實踐經驗，但現有發射航空器的運載火箭使用的都是液體燃料，其推動力不能滿足未來大規模和深遠宇宙探索的需要。液體燃料運載火箭適合到近地軌道等較小範圍，如發射人造衛星，向月球發射探測器等。想把火箭發射到更遠星體，或星際飛行，液體火箭就難以完成任務。因此，要開發火星，實現載人火星探測，必須要有新的火箭發動機，液體火箭無法承擔大規模空間探測的重任，利用核能火箭發動機及其動力裝置則可能是唯一可行的方案，裝載了核能發動機的宇宙飛船不再需要太陽能電池，隨船的核反應堆提供的能源足夠完成飛行任務。
（接下篇……）
