郭位專文:台灣能源環保ABC(上)─去核電不是世界趨勢

2018年03月31日 06:20 風傳媒
「面對核電代價,翻轉能源未來」311廢核大遊行。(陳明仁攝)

「面對核電代價,翻轉能源未來」311廢核大遊行。(陳明仁攝)

近幾個月經常收到各類媒體詢問有關台灣供輸電的問題,由於公務繁忙,兼且自從去年8月15日台灣斷停電,政爭干擾民生,社會激盪不平靜,不差額外參上一腳,故婉拒採訪。今天電能問題再度浮現枱面,如果沈默不出聲,就真有負身為讀書人了。應要求,以科普通俗的方法綜合回答以下35個經常碰到的能源環保問題或說法。

Q1: 能源是日常生活的一部份、生存的必備。有哪些能源可供使用?

A1: 七彩能源,包括水,火(煤、油、天然氣),核,風,太陽,生質,及其他(如地熱、潮汐、沼氣、...)等七種能源選項,在功效、安全可靠性、可持續性、環保、資源儲量、經濟承受性、經濟價值等方面各有利弊。不同的國家社會可供取用的資源不盡相同,因此採用七彩能源的組成方式也要量力而為。

1760年代工業革命之前,傳統樹木類的生質幾乎是唯一可供人類使用的能源。工業革命使用燃煤,燃煤快速取代部分傳統生質能源。自 20 世紀始,石化燃料 -- 主要是煤,再有石油和天然氣 -- 提供過半的能源需求;雖然1950 年代開始有煤、油、天然氣及少數水力以外的「七彩能源」可供選用,至今火力仍然維持著全球能源消耗(電力及非電力)大比例的地位。今天生質能源與所有非石化燃料的七彩能源(核,水,風,太陽及其他)平均分攤約 20% 的能源消耗。水力、風力和太陽能等再生能源僅佔全球能源消耗非常小的一部分。

Q2: 台灣能源使用的分備如何?

A2: 台灣缺乏自然資源,98%以上的能源依賴進口。48%消耗在電力,39%在石油交通運輸燃料,13%在其他熱能。石油、天然氣及燃煤佔85%以上的能源消耗。如此超高比例的石化能源消耗世上少見,以致灣 CO2 及 SO2 的人均排放量均名列世界前茅、為世界平均值的2到3倍之多。

Q3: 台灣電力資源使用分佈及備載容量率如何?

A3: 在政、經、民粹、歷史、氣候環境、國際能源市場等各種因素交互影響下,台灣電力資源的使用分佈及備載容量率隨著時空而變化,而且變化很大。取個 snapshot 的時間㸃, 2016年底當核一、二、三廠有機組未運轉時,火力發電佔79.9%(燃煤36.9%、燃油4.4%、天然氣36%、汽電共生2.6% ),再生能源佔5.1%,核電佔13.5%,抽蓄水力佔1.5%。平均備載容量率為10.4%。

2014及2015年,當核一、二、三廠六部機組較充分運轉時,核電在電能消耗上分別佔18.6%和16%;備載容量率則較2016年高,分别為14.7%和11.5%。由於短期內火力與核電之外的能源選項變化不大,減少核電帶來的的後座力若非加大火力發電的比重,就只有減少備載容量一途。

眼前的數據清楚說明此一現象:根據台電資料,當核一廠1、2號機以及核二廠2號機停止運轉時,2017年8月15日尖峰供電能力為3706萬瓩,瞬間尖峰負載3645萬瓩,備載容量率僅得3.17%。所以當天17個縣市因為油氣短路,停電長達幾個小時,並不意外。

20180322-立法院,國民黨團召開「深澳電廠黑箱環評 經濟部環保署 誰在說謊?」記者會,(右起)書記長李彥秀、副書記長許淑華、立委陳學聖。(陳明仁攝)
蔡政府要重啓深澳電廠並不令人意外。圖為立法院,國民黨團召開「深澳電廠黑箱環評 經濟部環保署 誰在說謊?」記者會,(右起)書記長李彥秀、副書記長許淑華、立委陳學聖。(陳明仁攝)

Q4: 備載容量是怎樣一回事?

A4: 電力備載容量提供備載電能,與汽車附上備胎是同一個道理。那麼該多少備載才夠呢?這就好像問,爬山越嶺應該帶多少飲水乾糧在身上才恰當?

這是個機率問題,因為電力使用隨時變換。高備載容量下的系統,停電的機會小;低備載容量的系統,停電的機會大,並且以幾何級數的比例上升。備載容量究竟應該多少?這要看社會願意投入多少資源在電能,使用者又可以忍受多少、多久停電所帶來的損失及不便?

在一個理想的系統裏,沒有外力入侵,如果設備維修正常、工程人員稱職、機組運轉順暢(指的是生命週期的中生期,也就是不在早期的運轉期,也非機件老化時期),備載容量率應該維持在系統尖峰負載的10%以上。如果社會大眾對停電的容忍度低,同時政府的運轉經費充裕又肯體諒百姓生活,則備載容量率至少應該維持在系統尖峰負載的15%以上。此外,如果能力許可,還要額外考慮 5% 到10% 備而不用的應急備載(non-active redundancy)電力儲備。

備載容量跟社會的進化程度成正比,進歩的社會容量要求高,落後的社會當然低。備載容量也跟選取的能源種類有關;再生能源可持續性低,如果再生能源佔全部能源的比重大,則備載容量的要求就更高。德國停電頻繁,乃在於再生能源佔該國全部能源的比重大,算是一個值得參考的好例子。

今天台灣超低的備載容量率,只求勉强滿足「電力溫飽」,難得造福民眾無憂無慮的電力使用,代表一個發展中社會能量供給的虛弱現象。

Q5: 有沒有增加備載容量率的方法?

A5: 有,而且很多。可想而知,增加發電機組是個解決辦法。減少電器使用則是另一個辦法,這是德國常用,也是去年暑假,台灣鼓勵全民在炎夏中午停用冷氣的原因。另外還可以重新規劃維修策略,減少維修頻率、縮短維修時間、甚至取消部分維修組件等,都是可能被採用的偷步方法。

相信在政府授權下,台電於2018年2月5日提出核二廠2號機啟動申請、 3月14日再度召開深澳火力發電廠環評,凡此提高備載容量率的措施,不令人意外。依深澳火力發電廠規劃,建成後可增加約 5% 的備載容量率。如果核二廠2號機組98.5萬瓩加入供電,則可以再增加約 3% 的備載容量率。

汰舊換新是理想的辦法;而今核四完工、核二老舊,啟動核四乃較佳安排。但是據報載,封存中核四龍門電廠的1,744束燃料束將於今年6月起陸續運送美國。如果核四停滯不運轉過久,朽木難雕,終將報廢。

果然,台電提出核二廠2號機啟動獲准後,在併聯發電次日的3月28日,因故跳機。反應爐只是核電機組中電、機、土木、軟體、人員管理系統的一部分,任何一部分都會在不同層次上影響系統的安全運行。跳機是電廠安全維護的一項措施,有要求台電徹查事發的原因,卻不知問題的癥結乃在於決策者,一將無能,累死千軍。違反系統可靠的運行法則,因噎廢食,令人擔憂!

Q6: 七彩能源對環境污染的程度如何?

A6: 台灣近年重視環境污染,七彩能源生命週期內產生的各種污染物列在表一,供參考。此外,圖一提供空污分佈圖,可以一目了然能源使用對全球造成PM2.5空污的輕重程度。

表一:瓩時電生命週期廢棄物的排放量
表一:瓩時電生命週期廢棄物的排放量* NMVOC即非甲烷揮發性有機物。

二氧化碳當量(CO2-eq, carbon dioxide equivalent)是測量碳足跡(carbon footprints)*的標準單位。概念是把不同的溫室氣體對於暖化的影響程度用同一種單位來表示,可將碳足跡不同的溫室氣體來源以單一的單位來表示。(源自:環境資訊中心)

Way Kuo, Chin Pan, A reliability look at energy development, Joule, 2018 January

圖一:全球空污PM2.5示意圖
圖一:全球空污PM2.5示意圖

Q7: 火力發電有何優點?除了環境污染,還有什麼缺點?

A7: 火力發電歷史悠久,成本較使用水力以外的再生能源便宜,供應充沛,短期對健康的危害不明顯,表面似乎較令人安心。

台灣的石油安全儲存量約60天,用途廣泛,佔能源消耗的比例高、佔火力發電的比例低。

煤的安全儲存量約30天,燃煤製造大量空污,助長霧霾空氣懸浮粒子、加速全球暖化、促使侵蝕流失台灣東西海岸線,更可能是近年台灣肺癌人數上升的主因。燃煤排放重金屬、戴奧辛等有毒致癌物,煤渣具放射性,還會影響水資源。

天然氣以船運方式抵台,安全儲存量約15 天,供應使用期限最短。從國安及國家經濟發展的角度看,火力發電在台灣的能源供給面及安全儲存量都非常局限,是極大的弱點。

Q8: 部分民眾對於核電危害的恐懼,是什麼社會、心理因素造成的?

A8: 過去60年,曾經發生過3次重大的核電廠事故:1979 年美國三哩島,1986 年前蘇聯烏克蘭車諾比及2011年日本褔島事件。核電帶著令人不安的神秘感,核電事故震驚全球,每一次事故發生後不久,核電發展減緩,甚至衰退3、4年。

以福島核電事故為例,2011 年之前,許多國家 -- 包括日本 --  推動核電以達減碳的目的並且藉此享受低廉的電價。由於核災的震撼,核電遭質疑,替代能源受到關注。福島地震不幸罹難的民眾,不是因為核災而死亡,但輿論關注的焦點,反而多的是核事故。其實,許多因地震海嘯而造成的核電災害與以訛傳訛的小道消息完全相反。福島因地震海嘯而死亡者近兩萬;雖然核電事故造成環境破壞,聯合國2017年的正式報告指出日本至今並無人因核輻射而死,甚至預估以後也不會有人因輻射而亡。核電被貼上聳人聽聞的標籤,是不明就裡的八卦政府「杯弓蛇影」自己嚇自己。

Q9: 去核是世界趨勢嗎?

A9: 經濟成長與能源消耗成正比,但是新能源的開發進展緩慢,價格昂貴,火力發電污染大地,全球暖化日益嚴重。雖然力主非核再生能源的聲音響亮,終究雷聲大雨㸃小,核能仍然是目前提供電力適當的方法。

與之前美國及烏克蘭曾經面對過的困境一樣,經研討、辯論、分析、評鑒之後,務實的日本轉向提高天然氣發電,在發現高價低效後,於2015重啟核電。關西大飯核電廠3號機組於2018年3月14日重啟,這是日本自2011年褔島事故停止核電後,第6座恢復運轉的核電機組,日本正逐步向核能佔該國20%發電量的計劃邁進。

根據國際原子能總署(IAEA)2017年8月的資料,目前全球有61座建造中的核電機組。預估未來8到10年間將再有172座核電機組在26個國家建造,而未來的15年將有313座核電機組在38個國家建造。值得注意的是,全球最大的石油出口國 -- 沙烏地阿拉伯,除了增加太陽能發電外,計劃在2031年前興建16座核電機組,以取代相當的石化燃料。

回顧歷史軌跡,未來幾年如果核電廠發生重大事故,則以上建造中或擬議建造中的核電廠料會受到影響。至今,去核電並非世界趨勢。

Q10: 台灣一些政、學界名人有時反核,有時又不反核,有時環保,有時又不環保。到底他們是環保,還是不環保?

A10: 多麼有趣的問題。應該請他們自己回答吧!

*作者為香港城市大學校長

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