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【太報專題】翻轉傳統核電廠諸多缺點 一文認識「小型模組化反應爐」

  • 更新2022/09/20 10:10
  • 發布2022/09/20 09:58
  • 作者/ 林宜萱

俄烏戰爭使核能重回各國能源配置的選項之列,然而建造一座傳統核電廠的金錢和時間成本實在太高,至少需要10至15年,無論是面對天然氣危機或者氣候變遷,都有些緩不濟急。因此,建設時間較短、更能因地制宜的小型模組化反應爐(SMR)就受到關注。

據聯合國國際原子能總署(IAEA),小型模組化反應爐的發電量約300兆瓦(3000億瓩),是傳統核電廠的三分之一;其系統和元件可以先在工廠組裝為一個單元,再把這個單元運到指定地和其他單元組合,不必將所有建材和原料運到現場再施工,因此可節省運輸成本,也更不容易發生大型核電廠的施工延誤狀況。

小型模組化反應爐的佔地較小,可以設置於不適合大型核電廠的位置,也可作為整體電力網的輔助,供電給偏遠農村或工業區。

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左起:傳統大型核電廠功率可超過700兆瓦,小型模組化反應爐最高可達300兆瓦,微型反應爐至多則數十兆瓦。取自國際原子能總署(IAEA)官網

小型模組化反應爐在安全設計上更仰賴被動系統、以及反應爐既有的安全特性;被動系統是靠物理現象產生,例如自然循環、對流、重力、自然加壓;小型反應爐的特性則是較低的功率和操作壓力。簡單來說,在遭遇緊急狀況時,小型模組化反應爐不需要人為干預、或外部力量就能關閉系統,降低了輻射外洩的可能性。

IAEA指出,小型模組化反應爐對燃料的需求更少,與傳統核電廠每一兩年就要換燃料棒,小型模組化反應爐每3至7年才需要一次,有些小型模組化反應爐的設計甚至預計可以運作30年都不補充燃料。

全球各地研究機構都在努力讓小型模組化反應爐能在10年內普及,目前有70多種商用小型模組化反應爐正在開發中,針對不同的輸出功率和應用模式進行設計。雖然建設成本較低,後續的經濟效益和競爭力仍有待驗證。

誰在發展小型模組化反應爐

俄羅斯、美國、中國、加拿大、韓國都有小型模組化反應爐正在建設中,或者正在申請商轉許可。俄羅斯的萊蒙諾索夫院士浮動核能發電廠(Akademik Lomonosov)更是全球第一座海上浮動核電廠,2020年5月開始商轉,船上有2座發電量35兆瓦的小型模組化反應爐。

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羅蒙諾索夫院士浮動核能發電廠。取自俄羅斯國家原子能公司官方推特@RosatomGlobal

英國勞斯萊斯控股(Rolls-Royce Holdings)旗下有小型模組化反應爐建設公司,該公司估計,小型模組化反應爐的建設成本約22億至28億英鎊(約790億至1006億元台幣),建造時間約5年半,比國際原子能機構統計2016至2021年完工的傳統核電廠快2年,而一座發電量1100兆瓦的傳統核電廠建設成本約是60至90億美元(約1870億至2804億元台幣)。

無法避免的問題1:核廢料

不可否認的是,小型模組化反應爐仍有核廢料問題。勞斯萊斯SMR公司發言人高德(Dan Gould)說,一座勞斯萊斯的小型反應爐若運作60年,將會產生面積約一座網球場大小、高度達1公尺的核廢料;預計廢料一開始會儲存在核電廠,然後移到英國政府選擇的長期存放地點。

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南韓慶州月城核電廠附近一名74歲居民每週都上街抗議。路透社

史丹佛大學國際安全合作中心研究人員今年5月在《美國國家科學院院刊》一篇論文指出,小型模組化反應爐的設計,可能會使必須管理和處理的核廢料增加2至30倍。核分裂過程中都有中子外洩的問題,但小型模組化反應爐由於尺寸更小,比傳統反應爐更容易有中子外洩,導致廢料數量更多,放射性也越強,處理費用更高。

無法避免的問題2:人類

小型模組化反應爐的技術更容易被引進政治動盪的地區,使恐怖組織或好戰份子更容易獲得核能技術,提高製造核武的能力。哥倫比亞大學公共政策與全球事務教授雷瑪納(MV Ramana)舉例,將使用過的核燃料轉化成武器級的鈽,已經不是什麼高深神秘的技術,而每座勞斯萊斯的小型反應爐就能製造10顆以鈽為原料的核彈。

因此,即使有小型模組化反應爐這種新技術,它和所有能源一樣都無法盡善盡美。加拿大核能安全委員會(CNSC)就在官網直言,「加拿大核能安全委員會不提倡使用此類技術」,但委員會的職責就是做好管理的工作,確保人民健康、環境與國家安全,並履行國際義務。

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