二大一廣場/《國際零時差》核能真是穩定供電選項?

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文/研究員 Tony Yen

核能機組基於技術和經濟性的限制,一年當中必須盡可能無時無刻地滿載發電。這樣缺乏調度彈性的特性,傳統上被核能支持者當做核能「供電穩定」的象徵。然而,核能發電對電力系統供電可靠度的影響,真的如支持者所說的那麼正面嗎?今天,我們不考慮核能本身的特有問題(核安、核廢等難題),單就其往往被過譽的供電與減碳能力,做詳盡的分析。

夏天酷熱颱風 冬天太冷 都無法正常發電

核能電廠是所有傳統電廠中,安全規範最繁瑣、升降載或啟停機限制最多的技術,因此,傳統設計的核能電廠,會是未來氣候變遷下受害最大的機組種類。在2018年以及2019年夏季的熱浪中,德法兩國的核能機群便因為高溫和乾旱造成的極端天候事件,可用裝置容量受到嚴重衝擊。法國核能機群在2019年被迫降載的裝置容量,為5.2GW,佔其裝置容量總量的8%;在未來,極端高溫和乾旱,可能讓此數值增加到9%至13%。最近一篇針對核能機組故障率的研究也指出,核能機組受極端天候事件引起的非預期性停機事件頻率,從1990年代的每年0.2次,增加到2010年代的每年1.5次。

▲2018年和2019年的極端高溫和乾旱,連年影響德法兩國核能機組的運作。

除了高溫以外,颱風、或者颶風的侵襲,也會影響核電廠的運作。雖然颱風或颶風來臨的用電需求通常較小,但如果廠區淹水或輸電塔倒塌,電廠運作受限的時間可能會延長,進而影響夏季正常用電時段的供電可靠度。

▲美國路易斯安那州八月底受到Ida颶風侵襲,造成三部核電機組完全停機或大幅降載。

資料來源:https://reurl.cc/pxvjv4

在冬季,核能也不一定較可靠。近日歐洲批售電價抬升,英國是批售電價增幅特別劇烈的國家之一,除了燃氣價格增加這樣的外因之外,其中一個原因便是諸多核能機組的非預期性停機。法國在2016年寒冬時因盡1/3左右的核能機組停機產生的供電危機,也仍歷歷在目。未來,如果歐洲燃氣價格飆升和法國核能機群大規模停機同時發生,肯定會造成比現在更嚴峻的危機,而這也是過度仰賴老舊核電廠和價格變動劇烈的化石燃料所必然得承擔的風險。

美國核能興建不利對長期電源規劃和減碳政策的啟示

除了短期性供電可度的危害之外,比較少人注意的是發展核能對一國長期電源規劃可能造成的風險。美國是全世界核能產業最成熟的國家之一,其核能產業的相關經驗值得借鏡。

1953年到2008年,253座原本規劃興建的核能機組計畫,有將近一半(120部)在興建前被取消,考慮興建過程中計畫中止者,則至今有157部原本規劃的機組無法實現。近年美國核能產業最具指標性的案例,便是2017年終止興建的V.C. Summer核電廠擴增計畫,以及工程不斷延宕、預算不斷超支的Vogtle核電廠擴增計畫。

原本計畫中的興建案如果有很大的機率會取消,勢必會顯著影響長期電源規劃過程;如果不確定一個計畫能否真正開始、開始後能否完工、而且在真正完工前連一度電都無法供應,這樣的能源選項納入長期電源開發是非常危險的。太陽能和風能等分散式再生能源就沒有這個疑慮:因為每一座綠能電廠規模都很小,單一電廠工程的非預期性延宕或終止就不會顯著影響整體政策(這在Real Options Analysis中被稱為可模組化能力modularity)。

比如,英國持續將新建核能納入未來規劃、卻遲遲找不到可行建置方案的現況,就有這樣的隱憂;日本號稱2030年核能發電佔比要回復到20%,現在33部尚未廢爐的機組卻僅有9部通過核安審查重啟,也有同樣的供電可靠度風險。

▲英國的新建核電計畫原本預計要完全取代、甚至超過老舊核電廠的裝置容量,現在因為其中很多已經胎死腹中(紅色系)或根本沒有具體啟建時間表(淺藍色系),該國面臨供電裕度和減碳額度的缺口,未來最好的情況應由綠能補上。

資料來源:https://reurl.cc/82XZ6M

另外,興建過程延宕、或者配迫取消,對於核能實際的減碳能力,都會產生額外的折扣。比如,如果已知每興建4部核能機組平均會有1部在興建中途被取消,則討論核能政策時,就必須將核能的生命週期和機會成本碳排再乘上3.5/3(假設終止的計畫在進度到50%時取消),以反應中途終止的計畫的額外碳排。而在政策層級討論核能對供電可靠度的貢獻時,因為必須考量可能取消的核能計畫,政策上一開始需要同時規劃較多替代方案作為保險,我們也應該據而對核能的供電可靠度打上折扣。

(注:所謂的機會成本碳排是指,以同樣的資源發展核能或綠能時,因為綠能建設更快、更早削減化石燃料的使用,因此在進行政策討論時必須納入發展核能的額外碳排放量。)

中國近日的「有序用電」  遠因和核煤基載機組興建計劃達成率不足有關

「但是...那中國呢?!」似乎是進行核能討論時支持核能者最後唯一能拿出來討論的論點。

讓我們回過頭來看看中國,全球核能產業的唯一異數。在近日,中國陷入美名有序用電的電力使用管控狀態;近因當然是檯面上看到的,各種商轉中電廠供電能力不足所造成,然而如果我們還原歷史脈絡,爬梳過去10年中國電力政策的失誤,就會發現一些更長期性的遠因。

中國的燃煤機組興建計畫屢屢因日益趨嚴的氣候與環境政策取消,這已經不是甚麼新聞,雖然說他們仍是目前世界上最主要的燃煤使用國家,在後疫情復甦中絕大部分的用電回增必須靠燃煤發電因應,但他們本來是會蓋更多燃煤電廠、燒更多燃煤的;興建計畫和達成率之間的落差,仍造成中國長期電源規劃上一定程度的問題。

▲中國過去6年取消的燃煤電廠興建計劃,可能影響其長期電源規劃。

中國的核能電廠興建規劃計畫和達成率之間一樣有不小的落差。根據《世界核能產業現況報告》,中國政府在前一次五年計劃中,針對2020年的原定核能目標是58GW機組完工、30GW機組興建中;實際上該年最後完工的只有47.5GW、興建中的亦不到16GW。中國最近的五年計畫預計在2025年達成70GW的核能裝置容量,但2020年僅有2GW的增幅,2021年截至目前為止(10月初)也僅兩部總裝置容量約2GW的機組併往商轉。按照這個速率,到2025年中國可能儘會有60GW的核能機組,等於還是有10GW的長期電源規劃缺口必須尤其他能源選項補足;而如果不加速發展綠能,這些缺口很有可能必須靠既有燃煤電廠供應。

因此,雖然中國的太陽能和風能每年屢屢創下興建速率的紀錄,筆者仍認為過去20年中國的能源政策仍有戰略性的失誤-如果打從一開始就放棄不可能實現的核能成長目標、以及暴露在氣候政策風險底下的燃煤機組計畫,更大力發展地發展綠能,應該就能避免核煤機組建置不利造成的供電不足風險。

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