奔腾思潮》新世代核能电厂（李敏）

小型模组化反应炉可以在工厂里组装完成，然后以卡车运输到兴建地点。(图/IAEA)

先看看全球核能发电的现况：2019年全世界有447部机组在33个国家运转，总表置容量为3亿9744.5万瓩，2020年总发电量为2兆5835.5亿度。全世界有51部机组兴建中，总装置容量为5376万瓩。运转中机组有103部已运转超过40年，美国已有两座核电厂4部机组拿到80年的运转执照。目前兴建中的核能机组：中国14部、印度6部、韩国4部、俄罗斯与土耳其各3部，美、英、日、阿拉伯联合大公国、乌克兰、孟加拉各2部等等。

是否该使用核能或者增加核电的比例，确实是一个见仁见智的议题。依各国的天然环境、自然资源、地缘政治，与政治现实会有不同的结论，各国的核能政策会有很大的差异是可以预期的。核能的使用是一个高度政治化的议题，兴建核能电厂需要长时间寻求共识，规划期冗长，即使有完善的规划，并不见得能够顺利地兴建；即使开工，还有可能因为政府的更迭而停工。目前的核电厂都是大型机组，功率介于100万~140万瓩，投资额度极高，施工期长，有可能无法在规划投资额度与期程下顺利商转，投资者承担非常大的资本风险。百万瓩级的机组，机组庞大而复杂，有很多工作要在场址完成。施工经验不足、在地包商与反应器供应间对合约的争执、施工过程品质保证与品质管理的执行缺失、法规管制单位对法规的解释，都有可能影响工程进度，进度的延迟会增加大的利息负担，造成电厂投资额度的失控。

过去十余年有不少成功的核电厂兴建案例，但是也有数个让人胆战心惊的个案。以法国设计的欧洲压水式反应器为例，建在中国台山的机组于2009年10月开始施工，于2018年12月商转，单机投资额度为40亿欧元（52.5亿美元）；但是于2007年12月开始在法国建的同型机组，截至目前为止尚未商转，投资额度由33亿欧元膨胀至124亿欧元；芬兰的同型机组于2005年8月开始施工，同样的也未商转，投资额度由37亿膨胀到80亿欧元。美国西屋公司最新型压水式反应器的头两个计划是中国三门与海阳，分别于2009年10月与9月施工，也分别于2018年12月与10月商转。同型电厂（双机组）在美国乔治亚州于2013年动工，原先以为有中国建厂的经验，电厂在2016与2017年即可商转，但目前已延迟至2022年与2023年，投资额度由2012年预估的140亿美元膨胀为260亿美元。韩国在兴建核能电厂的工时掌控上也非常成功，在自己国家建的耗时10年；在阿拉伯联合大公国的电厂，第一部机耗时9年9个月。如上所述，足够的建厂经历是核能电厂兴建是否顺利最重要的因素，很多国家不愿意冒风险投资核能电厂。

面对这个问题，核能界发展小型模组化反应器已有很长的一段时间，有些设计已经开始兴建。开宗明义，小型模组化反应器功率低（2万~30万瓩）、体积小、重量轻，可以在工厂制造组装，运到核电厂场址与发电设备进行组合即可发电，能够避免施工经验不足、品质保证与品质控制执行缺失、法规遵守争议等造成工期的延误。电厂兴建多个小型模组化反应器机组，同样可以大量供电。小型模组化反应器的单位成本可能较传统大型核电厂为高，但总投资额较少，由于工期可以掌控，机组可以在预定的时间供电，投资的风险也大幅降低。

小型模组化反应器必须满足所谓的自守安全，也就是不靠复杂的工程系统，仅靠自然定律就可以防止炉心熔毁事故的发生。换言之，小型模组化反应器更安全。同时机组要具负载追随的能力，可以随着电网再生能源的供电情况，调整发电量。换句话说，它可以灵活的与再生能源分工。小型模组化反应器通常也可以长期的不换燃料，大幅减少用过核燃料（核废料）的产量。有些设计可以在燃料无法临界时，将反应器拆下运走。核能界也在发展功率低于2万瓩的微型反应器，可以放在货柜车里移动，那里需要紧急供电，货柜车开到那里，美国军方目前在设计此类型反应器。这类型反应器也可用于太空。

小型模组化反应器的设计有上百种，可以说的上是百花齐放。首先诱发核分裂的中子能量可以是快中子或热中子，快中子反应器可以更有效的使用核燃料。燃料可以选铀或钍；燃料的型态可以是棒状、球型、或液态熔盐；冷却剂可以选熔盐、氦、水、液态钠、或液态铅；若是热中子反应器，中子减速材料可以是石墨、重水、普通水；发电方式可以采用气涡轮机或蒸汽涡轮机。有些设计着重于将核能做更广泛的使用，例如核能产氢、供热，海水淡化等。

世界各核能大国几乎都有自己的设计，有些已经建造完成。英国的UKSMR是小型的传统压水式反应器，由著名的汽车制造商劳斯莱斯设计，英国已发布新闻要开始兴建，该公司是英国核子潜艇反应器的制造商；美国能源部拨专款补助与建小型模组化反应器，其中包括NuScale，也类似压水式反应器，目前已与罗马尼亚与加拿大谈合作开发；中国的玲珑一号，今年7月14日在海南昌江核电厂正式施工，有人说认为这是在为核子动力航空母舰铺路；中国还有其他的设计，包括使用钍的熔盐反应器，产氢的高温气冷反应器等，社群媒体上也看到过中国网民对设计的吹嘘。比尔盖兹创立的公司设计的Natrium，是使用纳为冷却剂的快中子反应器，利用熔盐来储热达到负载追随的功能。

核能发电燃料体积小、重量轻，运输贮存方便；即使不添加燃料，亦可长期运转；核能发电燃料铀的采购成本占总发电成本比例低，发电成本稳定，核电厂一旦兴建完成，其发电成本较不易受到国际能源价格波动的影响，核能发电不靠燃烧产生能量，故发电时不会造成空污与排放二氧化碳，核能发电对环境的冲击从总量来看确实是最小的，但由于部分民众以及环团，出于对于辐射的莫名恐惧，并不认同核能发电是绿能或洁净能源，但科学证明核能发电是唯一能调控的无碳能源，无庸置疑。这次能源风暴，化石燃料的短缺与价格飙升的震撼，势必对各国的能源政策有重大的冲击。蓄势待发的小型模组化反应器，将跃上开往2050碳中和的列车。

（作者为国立清华大学原子科学院院长）

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