核能技術有突破 高成本是最大挑戰!美中俄競逐各有盤算

▲目前全球新建核能電廠中,七成都是由中、俄兩國所打造;美國則採施工更快的小型核電廠設計,一場核能主導權競爭才剛剛開始。(示意圖/翻攝自Unplash)
文/財訊雙週刊-2024-07-28 23:00:00
目前全球新建核能電廠中,七成都是由中、俄兩國所打造;美國則採施工更快的小型核電廠設計,一場核能主導權競爭才剛剛開始。當各國相繼宣布淨零碳排時程,核能產業的主導權,也成為美中等大國地緣政治角力的新戰場。

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按照國際原子能總署的統計,目前全世界擁有最多運作中核子反應爐的國家,分別為美國、法國、俄國、中國和韓國,都是有工業化基礎的國家;其中,美國更擁有94座反應爐。

中俄製造 全球7成新機組

但再攤開全球興建中核子反應爐數量名單,卻又是另一幅景象。根據《財訊》雙週刊報導,從第一名到第五名分別為中國、印度、土耳其、埃及和俄羅斯,光是中國就有25座反應爐正在興建。

2023年6月,日本經濟新聞報導指出,「全球7成新建的核能機組將由中、俄製造」。這是因為,2011年日本福島核災發生後,美、日、歐都調整了新建核電站的計畫,興建中核電廠突然大幅減少,使歐美核電產業受到重創。例如,2017年西屋電氣因核能事業嚴重虧損,聲請破產保護;法國核電大廠阿海琺(AREVA),在福島核災後多座核電廠興建計畫被迫叫停,2016年重整,更名為ORANO。

過去20年,歐美核能產業雖然推出更安全的新核能電廠設計,卻面臨競爭力流失,製造成本高漲的挑戰。從芬蘭近年完工發電的Olkiluoto 3核能電廠就能看出端倪。

清華大學核工所教授葉宗洸接受本刊採訪時分析,Olkiluoto 3核電廠採用被稱為歐洲壓水式反應爐(EPR)的設計,比美國主流的第3代核電廠加入更多被動安全設計。例如福島核電廠是因海嘯造成廠區停電後,無法啟動冷卻系統,爐心溫度不斷上升,最終導致冷卻水與燃料護套在高熱下發生劇烈反應並產出大量氫氣,導致氫爆。

葉宗洸解釋指出,在 Olkiluoto 3的設計中,將大量緊急用冷卻水置於反應爐上方,即使廠區停電,只要打開閥門,仍能順利為原子爐降溫並安全停機,「這種設計讓發生核災的機率,較前一代小一個數量級」。

但是,Olkiluoto 3從2005年開始興建,原本預計2009年完工,因為品質控制問題,2023年才正式運轉。

歐洲製造業供應鏈競爭力下滑,恐怕也是原因之一。葉宗洸表示,反應爐的興建成本和興建時間成正比,芬蘭花十幾年時間建置反應爐,以致成本大增,其他國家以同樣設計建置反應爐,只花6、7年,成本就低得多。

Olkiluoto 3代表的是過去大型核電站的思維,這座核電廠額定發電量1千6百MWe(百萬瓦),是台灣核一廠單一機組的兩倍多,也比核四一部機組發電量還大。葉宗洸表示,這是因為從實務上,設計者希望能用一部大型機組取代兩、三部中小型機組,降低總建置成本,提高效率。

但大型核電廠不斷上升的成本,顯示舊思維的經濟效益無法提升。這幾年,美國政府開始採取新作法,提高在核能領域的競爭力。

▲全球核子反應爐數量國家排名(圖/財訊雙週刊提供)
美核工產業 SMR成焦點

美國除了去年在COP 28峰會上簽署多國宣言,支持在1950年前,將全世界核能容量增加2倍,並開發新的核反應爐設計,延長現有的核能電廠使用年限。今年5月29日,美國白宮更發出聲明表示,核能占美國發電量19%,是一個擁有6萬名工作者的產業,因此為了達到2035年淨零碳排的目標,除了風能和太陽能等再生能源,美國也將加強核能產業。

小型模組化反應爐(SMR)便是在這樣的背景下開始成長,其中最值得注意的公司是美國的NuScale。這家公司是在美國能源部、愛達荷國家實驗室和奧勒岡州立大學提供技術下,於2007年成立。他們開發出小型模組化壓水式反應器,單機發電功率達77MW(百萬瓦),名為VOYGR的小型模組化反應爐。2020年,美國核管會(NRC)核准NuScale US6000設計,這也是美國核管會第一件批准的小型模組化反應爐。

根據《財訊》雙週刊報導,這種設計的好處是,零組件可以在工廠裡製作,如能大量生產,可避免大型核電廠興建工期太長,導致成本過高的問題。葉宗洸表示,由於規模更小,小型核電廠甚至可以用空氣降溫,比起只能靠水散熱的大型核電機組更為安全。

這家公司更得到美國總統拜登的支持。去年五月,拜登在日本廣島舉行的G7峰會上表示,將提供2.75億美元的資金,讓羅馬尼亞電力公司採用NuScale設計的VOYGR小型模組化反應爐。其實在去年四月時,美韓能源部長會議上,兩國宣布合作進入民用核電市場,合作項目之一,就是韓國斗山能源為NuScale提供供應鏈支援,打造相關零組件。美國還打算向泰國、菲律賓銷售小型核電廠,力抗中俄的核能外交。

警鐘敲響 高額電價成問題

但去年11月,美國猶他州的電力公司UAMPS宣布和NuScale解約。雙方原本簽約在愛達荷州打造一座小型核電廠,在2029年投入營運,這原本會是美國第一座小型核電廠。

美國媒體報導,2022年11月,「警鐘就已經敲響」。當時一份報告中指出,「該項目的成本從每百萬瓦五十五美元,飆升至令人震驚的90至1百美元。」用戶不願意接受過高的電價,正是這項計畫結束的主因。

不過,就像核能版的半導體大戰,NuScale即使失敗,還有西屋、GE、Holtec等公司雄心勃勃準備推出新計畫,波蘭等美國盟友也表現高度興趣,各國都積極打造自己的核能技術。

《財訊》雙週刊指出,中俄對外輸出核能技術,讓印度、埃及、土耳其,以及阿根廷等需要能源的國家,必須在美俄陣營中尋求平衡。美國白宮今年的宣告,代表美國將用新策略進軍核能產業。核能不只是將本求利的產業,更是大國施展影響力,競逐新商機的戰場。

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