看適當科技與核能發電

1. 看適當科技與核能發電 罷黜百家，獨尊核能。 報告者：許軒銘

2. 目錄 • 前言 • 核能簡史 • 核聚變與核裂變 • 優點、缺點與安全性 • 核子反應爐種類 • 成本、風險、與比較 • 討論與結論 • 參考資料

3. 前言 • 相較於風能與太陽能，核能是對於台灣最好的能源，我們的島地狹人稠，注定沒有空間來發展風能與太陽能，核能能在小空間產出大量的電能，且乾淨又有效率，是台灣發展能源的上上之選，從適當科技而言第四代核技術可以說是最佳典範。因此我選擇了核能作為我的報告主題。

4. 核能簡史

5. 說到核能，我們便要從電子的發現開始提起。19世紀末英國物理學家湯姆遜發現了電子，1902年居里夫人發現了放射性元素鐳。1905年愛因斯坦提出質能轉換公式。1914年英國物理學家拉瑟福通過實驗，確定氫原子核是一個正電荷單元，稱為質子。1935年英國物理學家查得威克發現了中子。1938年德國科學家奧托·哈恩用中子轟擊鈾原子核，發現了核裂變現象。1942年恩里科·費米在芝加哥大學建成了第一個完全自主的鏈式核反應爐。1954年6月27日，世界上第一個為電網提供電力的核電站在蘇聯的歐伯寧斯克開始運行。說到核能，我們便要從電子的發現開始提起。19世紀末英國物理學家湯姆遜發現了電子，1902年居里夫人發現了放射性元素鐳。1905年愛因斯坦提出質能轉換公式。1914年英國物理學家拉瑟福通過實驗，確定氫原子核是一個正電荷單元，稱為質子。1935年英國物理學家查得威克發現了中子。1938年德國科學家奧托·哈恩用中子轟擊鈾原子核，發現了核裂變現象。1942年恩里科·費米在芝加哥大學建成了第一個完全自主的鏈式核反應爐。1954年6月27日，世界上第一個為電網提供電力的核電站在蘇聯的歐伯寧斯克開始運行。 E = mc²

6. 核反應堆的發展最初是出於軍事需要。1954年，蘇聯在歐伯寧斯克建成世界上第一座核電站。英、美等國也相繼建成各種類型的核電站。到1960年，有5個國家建成20座核電站。由於核濃縮技術的發展，到1966年，核能發電的成本已低於火力發電​​的成本。核能發電真正邁入實用階段。1978年全世界22個國家和地區正在運行的30兆瓦（電）以上的核電站反應堆已達200多座。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發電的進展更快。到1991年，全世界近30個國家和地區建成的核電機組為423套，其發電量佔全世界總發電量的約16%。核反應堆的發展最初是出於軍事需要。1954年，蘇聯在歐伯寧斯克建成世界上第一座核電站。英、美等國也相繼建成各種類型的核電站。到1960年，有5個國家建成20座核電站。由於核濃縮技術的發展，到1966年，核能發電的成本已低於火力發電​​的成本。核能發電真正邁入實用階段。1978年全世界22個國家和地區正在運行的30兆瓦（電）以上的核電站反應堆已達200多座。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發電的進展更快。到1991年，全世界近30個國家和地區建成的核電機組為423套，其發電量佔全世界總發電量的約16%。 1/6

7. 核聚變與核裂變

9. Advantages Disadvantages and Security 因噎廢食?亦或是三人成虎?

10. Advantages • 核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中，因此核能發電不會造成空氣污染。 • 核能發電不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳。 • 核能發電所使用的鈾燃料，除了發電外，暫時沒有其他的用途。 • 核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機就可以完成運送。 • 核能發電的成本中，燃料費用所佔的比例較低，核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響，故發電成本較其他發電方法為穩定。

11. Disadvantages • 核能電廠會產生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所佔體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。 • 核能發電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏，故核能電廠的熱污染較嚴重。 • 核能電廠投資成本極高，電力公司的財務風險較高。 • 核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。 • 興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。 • 核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害。

12. Security • 為確保核能電廠運轉的安全，電廠有七重安全防護系統，再配合多重性與多樣性的設計，把事故發生可能性降到最低。 • 最常見的防護措施便是圍阻體，用以防止輻射外洩，且圍阻體有兩層，在一般情況下最外部圍阻體基本上不會破裂。燃料丸本身便有高達兩千度的耐熱力，還有緊急爐心冷系統再為集時強製冷卻爐心確保安全。

13. 核子反應爐種類 淺談現行反應爐與第四代反應爐

14. 壓水式與沸水式 • 現行應用最為廣泛的反應爐形是壓水式與沸水式兩種，其中又以壓水式使用較為廣泛。

15. 第四代反應爐 • 隨著技術日益發展成熟，核子反應爐已有具商轉價值的第四代核子反應爐被開發出來，以下式較為可行的種類。 • 超高溫反應爐（VHTR） • 超臨界水反應爐（SCWR） • 熔鹽反應爐（MSR） • 氣冷式快反應爐（GFR） • 鈉冷式快反應爐（SFR） • 鉛冷式快反應爐（LFR） • 球床反應爐(PBR) • 其中最值得關注的便是PBR

16. 球床反應爐(Pebble Bed Reactor,PBR) • 球床反應爐把鈾、釷或鈽氧化物核燃料,包裝在網球大小，以熱分解石墨製成的球狀容器內，稱為卵石。球狀燃料放置在罐狀容器內，讓冷卻劑在燃料球之間通過，將熱能帶走。冷卻劑可以直接推動渦輪，亦可以經過熱交換，以第二循環的氣體或蒸氣推動渦輪。

17. PBR之特性 • 由於球床反應爐不一定需要笨重的壓力外殼，亦沒有巨大的蒸氣冷卻塔，因此體積及重量很低，有可能用來推動交通工具。 • 其球體由碳化矽、高低密度之熱分解石墨、碳化矽陶瓷外殼組成。且使用過的燃料球，一般可以無需再加密封處理即可運走。

19. 成本、風險、與比較

21. 二氧化碳排放(公克/每度電)

22. 風能缺點 • 風力發電不會造成空氣污染，但有可能會對發電裝置附近的鳥類，特別是猛禽類造成傷害。美國National Audubon Society 及U.S. Fish and Wildlife Service已知發出呼籲，希望重新檢討於猛禽類較多的區域，開發風力發電的可能性。歐洲的國家亦有相似的相法 • 日間運作時陰影會對農作物產生影響，有噪音汙染，風力過強時不能發電。產能只占約全球的1.8%

23. 太陽能缺點 • 太陽能發電在發電過程中，亦不會造成空氣污染，但是在光電晶片的製造過程中會產生大量的有毒廢棄物。 • 發電效率低下，產能只佔全球發電量的0.15%。

24. 生質能缺點 • 利用生質能發電將需要大片的土地。植物的種植也需要大量的肥料與殺蟲劑，植物的燃燒雖不會產生二氧化硫，但會產生微塵，植物的燃燒也會產生二氧化碳。

25. 火力缺點 • 燃煤發電方法對環境最大的衝擊來自於煤燃燒所釋放出的硫化物、氮氧化物、及微塵。 • 世界衛生組織早就提出警告，因為燃燒衍生的空氣污染，造成全球每年300萬人死亡，致病者不計其數。電力部門消耗了全球43%左右的化石燃料，以此推論，全球每年有1,300,000人死於火力發電的空浮微粒污染。 • 燃煤中本來就含有長半衰期的放射性物質鈾及釷，據估計全世界的燃煤電廠於1982年共使用了280,000萬公噸的煤，共排放了3,640的鈾，及8,960噸的釷到外界環境，其中包括23,450公斤的鈾-235，這些長半衰期核種的衰變會形成各種放射性物質，對人類及生物造成輻射劑量。

26. 水力缺點 • 水力發電雖然不會排放污染物到環境，但水壩的建造會淹沒大片的土地，必須遷移許多居民與野生動物，水庫也會影響到附近，以及下游河川的生態。1964年 亞斯文水壩修建前，尼羅河下游漁獲量為31,000公噸。1968 年水壩完成後，漁獲量銳減為500公噸，造成 4,500 名漁民失業。

27. 核能缺點 • 核能發電的熱能來自核分裂，因此不會有空氣污染的問題，可是核分裂的過程中會產生大量的放射性物質。正常運轉的核電廠，將不可避免排放非常微量的放射性物質到外界環境，釋放到外界環境之放射性物質所造成的劑量可能小於環境背景輻射的千分之一。但是如果核能電廠發生嚴重的事故時，會有較大量的放射性物質釋放到外界環境，對環境及民眾造成傷害。 • 大多數核災發生的因數都是管理人員所發聲的失誤與不察，正所謂人謀不彰。

28. 討論與結論

29. 核廢料 • 此乃現階段核能發電必須面對最大的問題。核能發電最需考量的不是管理人員對於系統的不熟悉，不是各種天災的影響，而是廢料的處理，基本上廢料必須靜置在冷卻池5年纔能再作處理，而處理方式不外乎就是掩埋，但對於地狹人稠的台灣我們根本沒有地方可以進行掩埋的動作，且台灣處於板塊交界處，將廢料置於地底深處又有地震將運行通道震斷的風險存在，且廢料產生速度很快就能填滿一座棄置場，因此就以個人的角度而言，核一核二廠需盡快退役，降低廢料的產生，且台灣政府需全力發展第四代核能技術，而非補助其他能源的發展，其發展無助於台灣能源的燃眉之急。

30. 核聚變 • 隨著核能技術的成熟，核聚變的發電方式慢慢被開發出來，雖說離要商轉還有很長的一段路要走，但其乾淨度相比較其他發電方式而言是做為優秀的，可以說是近乎無汙染可言。 • 與核分裂發電相比較，核融合產生的核廢料半衰期極短（低管理成本、核洩漏時總危害較低）、安全性也更高（不維持便會停止反應）。如氘和氚之核融合反應，其原料可直接取自海水，來源幾乎取之不盡，因而是比較理想的能源取得方式。

31. 結論 • 由於科技的快速進步，現有的能源已是供不應求，難以負荷，發展新的能源首要選擇便是核能，核能在現行技術方面已臻成熟，相較於其他尚在開發階段的能源相比，我們核能可以說是站在筋斗雲上再發展，相信不久的將來核能可以發展出更為小型的、容易控制、低輻射汙染、低風險、低成本的小型反應爐，以達到適當科技的理念。 核電支持者

32. 參考資料

33. 科學人561-563,761-763 • 核能馬戲班(衝破核電黑暗谷) • 維基百科 • 中華民國核能學會 • http://www.cv.nctu.edu.tw/~wwwadm/chinese/ts/activity/95template/team03/comparison.html • 互動百科 • 大紀元 • 煎蛋 • 各種發電方法的外部成本 • 行政院核研所 • 中國科普博覽 • 環境資訊中心

34. ~Thanks For Your Attention~