核能不能解決氣候變遷的 7 個原因

不少人主張核能是「潔淨」零碳能源,但知名國際能源情境模擬領域學者Mark Jacobson 卻認為核能無法解決氣候變遷。來看看他提出的七大原因吧!
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▲Photo Credit: Shutterstock/ 達志影像
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本篇由綠色公民行動聯盟翻譯,原始出處為李奧納多迪卡皮歐基金會 《The 7 reasons why nuclear energy is not the answer to solve climate change》,原作者 Mark Z. Jacobson 授權翻譯與刊登,Mark Jacobson 教授為國際能源情境模擬領域的知名學者,其 2009 年於科學人雜誌提出的美國 2050 年可達到 100% 再生能源情境的研究,啟發了全球針對 100% 再生能源情境的延續研究,於 2015 年獲得美國科學院的科學卓越「科薩雷利獎」(Cozzarelli Prize )。    

少數科學家提議用核反應爐,百分百取代化石燃料電廠,以解決當前的氣候危機。也有不少科學家建議,增加核能至整體社會總能源使用量的兩成(不只是電力使用)。他們主張核能是「潔淨」的零碳能源,卻忽略在其倡議的目標下,核電對人類產生的衝擊。讓我們進一步分析:

一座核電廠從事前規劃到投入運作,平均需約 14.5 年。根據世界衛生組織統計,每年約有 710 萬人死於空氣污染,其中超過九成的死亡人口,與能源相關的燃燒過程有關。假設我們把目前發電方法一律改為核電,在等待這些核電廠建成的 14.5 年間,將造成 9,300 萬人死亡。(編者按:710 萬 X 0.9 X 14.5 年= 9,265 萬)

相比之下,大規模的風電及太陽光電場,由規劃到營運平均只需 2 至 5 年。以屋頂太陽光電計畫為例,最快只需 6 個月便能安裝啟用,因此,若發電方式全面過渡至再生能源發電,則可避免數千萬人死亡。

上述帶出核能發電的主要缺點,便是興建時間長,並解釋了為甚麼再生能源——特別是風能、水力和太陽能,可以避免這個問題。然而,核能不僅只有這個問題,這項能源足足有七大問題:

1. 核電廠興建時間長

興建一座核電廠牽涉很多程序,由前期選址、取得設廠許可、購買或租用土地、申請建造許可、申請建築融資和保險、安裝輸配電系統、商量購電協議,才來到建廠這一步,並在連結到輸配電網後,方才能獲得最終的運營許可證。

核電廠由規劃到運行(PTO)一般需時 10 至 19 年,但有些要花更長的時間。例如,芬蘭於 2000  年12 月提議奧爾基洛托核電廠(Olkiluoto)新建第 3 號核反應爐機組,最近一次評估的預計完工日期為 2020 年,其 PTO 時間便已超過 19 年。

位於英格蘭的欣克利角核電廠(Hinkley Point)於 2008 年展開計畫,預計完工日期為2025 年至 2027 年間,其 PTO 時間為 17 至 19 年。2006 年,美國喬治亞州的佛格妥核電廠(Vogtle)首次計畫加入新的 3 號及 4 號核反應爐機組,預計完工日期分別為 2021年 11 月、及 2022 年 11 月,PTO 時間則分別為 15 年和 16 年。

中國於 2005 年宣佈興建海陽核電廠(Haiyang )的 1 號及 2 號核反應爐機組。海陽 1 號機組於 2018 年 10 月 22 日開始商業運營。海陽 2 號機於 2019 年 1 月 9 日開始運營,兩者的 PTO 時間分別為 13 年和 14 年。另一個台山核電廠(Taishan)的 1 號及 2 號核反應爐機組,則在 2006 年進行投標。台山 1 號於 2018 年 12 月 13 日開始商業運營,台山 2 號最快在 2019 年才會營運,其 PTO 時間分別為 12 年和 13 年。瑞典的林哈爾斯核電廠(Ringhals)的 4 個核反應爐機組,其規劃和採購始於 1965 年,最後分別花了 10 年、11 年、16 年及 18 年的時間陸續完成。

有謠傳指法國在 1974 年的梅斯梅爾計劃(Messmer plan),在 15 年內建成了 58 座核反應爐,但這並非事實,期當中有部分核反應爐是在更早之前就開始計畫了。例如費瑟南(Fessenheim)核反應爐,於 1967 年獲得了建造許可,但早於幾年前已開始施工。此外,法國一共在 1991 年至 2000 年間,興建了 10 個核反應爐。因此,整個梅斯默計劃,由規劃到運行時間至少為 32 年,而不是 15 年。沒有一座核反應爐從興建到運行的時間是在 10 至 19 年內。

2. 成本高昂

根據顧問公司拉札德(LAZARD)發表的報告,指出於 2018 年新建一座核電廠的能源均化成本(LCOE)為 151 美元(112 至 189)/ MWh;相比之下,陸域風電為 43 美元(29 至 56)/ MWh,大規模太陽能光電為 41 美元(36 至 46)/ MWh。

由於以下幾個原因,核能的能源均化成本被低估了。首先,拉札德假設核電廠建設時間僅為 5.75 年。但以喬治亞州的佛格妥核電廠的 3 號及 4 號機為例,其施工時間為 8.5 至 9 年。僅是這項延遲,已導致核能的能源均化成本攀升至 172 美元(128 至 215)/ MWh,或是陸域風電場及大規模太陽能場成本的 2.3 至 7.4 倍。

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接下來,能源均化成本也沒有把歷史上發生重大核電廠爐心熔毀事故的處理費用計算在內。例如,清理福島第一核電廠的三個核反應爐爐心熔毀,造成的損失估計高達 4,600 至6,400 億美元。換算下來,全球平均每一座核反應爐要負擔 12 億美元,佔資本成本的 10% 至 18.5%。

此外,能源均化成本也沒有把貯存核廢料數十萬年的成本計算在內。僅在美國,每年約有 5億美元用於保護約 100 個民用核能發電廠的核廢料。這費用只會隨着核廢料持續累積,這項費用只會繼續增加。更有甚者,當核電廠退役後,即使電廠已再無收入,仍要持續支付這筆貯存費用。

3. 核武擴散危機

隨着核電廠愈來愈多,讓各國愈來愈容易取得製造核武的原料,即鈽及濃縮鈾。聯合國氣候變遷政府間專家委員會(The Intergovernmental Panel on Climate Change ,IPCC)承認此為事實,在其 2014 年能源報告的執行摘要中,作出以下結論:委員會在「有力證據和高度共識下」,認為核武器擴散問題是發展核能的障礙:

目前使用核能發電主要面對的障礙是操作風險、各種安全隱憂、鈾礦開採風險、財務和監管風險、無法解決的核廢料問題,核武擴散危機以及負面的公眾輿論。

當某國家現時並無核能,而決定興建核電廠時,該國家即可以進口鈾金屬,而鈾可以被用來製造核武器。如果有國家選擇這樣做,它就可以秘密地提煉高濃縮鈾,以製造核武器。雖然這並不意味着每個國家都會這樣做,但正如 IPCC 所指,歷史上總有一些國家會違反禁令,而且風險相當高。隨着小型核反應爐(SMR)建造成本較低、落成速度較快,其可能會進一步增加這種風險。

4. 熔毁風險

全世界曾建造過的所有核電廠,至今有 1.5% 已發生程度不等的核熔毀。核反應爐熔毁會造成災難性的後果(1986 年俄羅斯的車諾比事件;2011 年日本福島第一核電廠事件的三個核反應爐)或是產生具有破壞性的影響(1979 年賓州的三哩島(Three-Miles Island)事件,1980 年在法國的聖洛朗(Saint-Laurent)事件)。核工業推出 一些他們聲稱為安全的新型核反應爐設計。但是,這些設計一般來說並沒有通過測試,無法保證其設計與興建是否完善、能否正常運作,又或者當有天災、恐怖攻擊發生時,例如若有飛機衝向核反應爐時,也無法保證不會引起反應爐的功能失效,進一步造成重大災難。

5. 開採工人的肺癌風險

大量的礦工在開採鈾礦時患上肺癌,因為鈾礦含有天然氡氣(natural radon gas),當中一些物質會在衰退時產生致癌物。一份針對 1950 年至 2000 年鈾礦工人的研究發現,調查的 4,000 人中,有 405 人(10%)死於肺癌,比吸煙者罹患肺癌的機率高出六倍,另有 61 人死於採礦相關的肺部疾病。而清潔、可再生能源不會有這類風險,因為使用這些能源不需要長期開採原料,只需為建造發電機組進行一次性開採,開採鈾礦所造成的肺癌風險,並不會出現在再生能源上。

6. 二氧化碳當量排放和空氣污染

現時世界上並沒有零碳排或接近零碳排的核電廠。 即使是現有的核電廠,也會因為持續運轉的需求,而不斷開採和精煉鈾,而產生碳排放。新核電廠每度電增加的二氧化

碳為 78 至 178 公克(g-CO2 / kWh),距離零碳排還有一段距離,這使得背景電網(Background Grid)未來一百年每度電的二氧化碳排放量為 64 至 102 公克,雖然消費者還要等待 10 到 19 年,新的核電廠才能投入服務或更新。而風力或太陽能只需 2 至 5 年就可投入服務。

此外,所有的核電廠會從水蒸氣和熱能中釋放出每度電 4.4 公克的二氧化碳, 這與光電板和風機形成鮮明對比,太陽光電板和風機每度電能將空氣中的熱能或水氣通量減少約 2.2 公克的二氧化碳,與此因子的淨差值僅為每度電 6.6 公克二氧化碳。

事實上,中國在投資核電站時,從規劃和營運花費了很長的時間,而沒有投資風能或太陽能,由此導致中國的二氧化碳排放量從 2016 年到 2017 年增長了 1.3%,而不如原先預期能平均下降 3%。僅在 2016 年,由以上的空污排放差異,推算出中國因空氣污染而死亡的人數,可能額外增加 6 萬 9 千人,在此前後也都有因此而死亡的人口。

7. 核廢料風險

最終的難題是,核電廠用過的燃料棒是放射性廢棄物。 大多數核燃料棒都儲存在反應堆附近。 這導致許多國家要提供數百個放射性廢棄物的放置場所,且這些場所必須維持運作和投注資金長達至少 20 萬年,20 萬年已遠遠超過任何核電廠的壽命。 當累積的核廢料越多,核輻射洩漏的風險就越大,這可能會危害供水、農作物、動物和人類的安全。

總結

總結以上,新核電每千瓦小時的成本約為陸域風電的 5 倍(根據場址和整體因素考量,成本差異介於 2.3 到 7.4 倍之間)。相比再生能源,核電在規劃和運營間需要多出 5 到 17 年的時間,而平均每單位發電時所產生的碳排放量高出 23 倍(根據電廠規模和施工進度,差異介於 9 至 37 倍之間)。 此外,它還會伴隨著核武擴散、核反應爐熔毁、開採鈾礦時患上肺癌和核廢料等問題的風險和成本。 清潔和可再生的能源能夠避免以上所有的風險。

核電倡議者聲稱,因為再生能源的間歇性特質,需要天然氣作搭配,所以我們仍需使用核能。 然而,核能本身也從未滿足過所有的電力需求,也會需要搭配其他能源。 即使在擁有最先進核能計劃之一的法國,其核電最大升降載速率為每分鐘 1% 至 5%,這意味著他們仍需要使用天然氣、水力發電或儲能設備,才能讓升降載速度提高 5 到 100 倍,以滿足電力需求。 事實上,今天的儲能設備發展已可取代天然氣,來搭配世界各地的風能和太陽能。共有十多個獨立的科學機構指出,在低成本的情境下,無需使用核能,籍由再生能源的供應與儲能系統搭配,就能因應間歇性的特性。

最後,許多現有的核電廠營運成本太高,這些營運商正在爭取補貼來維持運作。 例如, 2016 年,紐約州北部現有的三家核電廠就曾爭取到補貼,他們的理由是 : 現有的核電廠能保持低碳排。 然而,相較於盡快把資源投注在風力或太陽能上,繼續補貼這些核電廠的成本和碳排都比較高。 因此長遠來說,相比起發展再生能源,繼續補貼核能,將導致更高的碳排放量,和產生更高昂的成本。

責任編輯:Heemie
核稿編輯:Mia


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