【新時代核能模式】體積小、安全性高的「小型模組化核能反應爐」將成核電問題解決方案?

【我們為什麼要編譯這篇文章】2018 年麻省理工能源研究計畫(MITEI)中,曾經做過討論,表示未來如果要在低成本以及低社會影響雙邊兼顧的情況下,想實現低碳未來,核能依舊還是不可或缺的元素之一。

當時的這份報告,就曾經建議核能產業捨棄傳統的大型電廠,改用此篇文章的重點討論裝置—發展成本低,安全性較高的小型模組式核反應爐(SMR),但 SMR 並非核能產業的萬靈丹,仍然還有許多疑慮跟考驗,需要一一解決。(責任編輯:戴慈慧)

核能發電佔美國 20% 的電力來源,但目前主流的核反應爐設備缺乏前瞻性進展,仍採取 1970 年代研發的傳統的水冷卻設計,使用大量的水來降溫,避免機組過熱導致故障。而其他能源如燃煤發電因水力壓裂技術降低了價格,以及面對全球暖化、環境污染等因素,許多政府也開始尋求啟動替代性綠色能源的方案,風力、太陽能的迅速發展,也讓核能發電的經濟競爭力相對不高。

不過,燃煤發電造成碳排放量高,而綠色能源雖能減少碳排放,但要耗費的成本過高,如比爾蓋茲曾提到,風力、太陽能容易受到天氣影響,難以隨時提供穩定且低成本的電力,且這些綠能加總的發電量只佔 25%,但另外 75% 的電力問題能需解決,讓核能發電廢存的聲浪近年也逐漸被重視,美國研究者期盼新一代的核子反應爐可以安全到可以建置在城市的周邊,並透過更乾淨、少限制的電力幫助經濟的發展。

小型模組化核能反應爐=可組裝的小型發電廠

核能產業將希望寄託在一項小型模組化核能反應爐(small modular reactor,SMR)的技術研發上,這種小型的反應爐與以往核反應爐不同之處在於, 它可以被批量在工廠大量生產,經由卡車載送到現場後,組裝起來就可以形成一個小型的核電廠,且單一個反應爐可產生 60 兆瓦的電力,足以提供 4 萬戶家庭的電力所需。

SMR 反應爐被認為比過往的大型反應爐來得更加安全,大型核反應爐需要大量以水流作為冷卻劑及慢化劑,而 SMR 因為體積小的關係,不需要複雜的幫浦或水管設備,且因為小型反應爐使用的燃料較大型機台少許多,即便機器處於故障狀態,需要消散的熱能較小,較能確保核子反應爐安全殼不會產生過熱的情況發生。

體積變小+安全性高,成為新核廠發展重要關鍵

美國新創公司 NuScale 就是研發該技術的先鋒者,計畫在美國愛達荷州以 12 的 SMR 為模組、於 2026 年開始提供電力,NuScale 聯合創辦人兼技術總監 Jose Reyes 表示,「簡單性」在核能的安全性中扮演重要一環,NuScale 的計畫明定,當緊急情況發生,安全區域要能夠限縮在核電廠本身,而不像現有大型核電廠需要進行大規模疏散,他認為要讓安全性增加,這點的改變將會是能讓地方社區能夠接受建立新核電廠至關重要的關鍵。

「核能」帶動「熱能」

SMR 帶來的新時代核能電力解決方案,除了能讓安全性增加外,或許也能靠「熱能」帶來潛在商機,許多產業如水泥、塑膠、化工產業,需要透過大量化燃燒石燃料產生熱能運作,如果能讓 SMR 組成的小型發電廠在提供電力的同時也帶來熱能,可以幫助降低生產成本以及減少排放量,可說是一舉兩得作法。

過度造神?SMR 商業應用還待考驗

不過在 SMR 被認為可以帶來許多可能的同時,也有許多科學家擔憂這項技術的安全性被過度造神,美國 NGO 組織憂思科學家聯盟(Union of Concerned Scientists, UCS)核能安全計畫代理主任 Edwin Lyman 擔憂,NuScale 過於相信他們的小型反應爐是安全的,而不用達到項大型反應爐所需要的標準。

而也有部分的人擔憂,小型反應爐所需承載更強力的同位素,才能達到大型反應爐所產生的電能,所產生的核廢料恐會被有心人士或恐怖份子盜取來製作恐怖武器,不過這項擔憂也被 SMR 的支持者抨擊,認為 SMR 使用的燃料較少,消耗的量自然也不會多,直言這並不是技術問題,而是政治流程管理問題。

新一代核能廠未來的路還有諸多困難需要挑戰,要達到商業化應用仍需經過許多驗證階段,但在綠能發電無法帶來穩定的供電量及經濟效益的前提下,新一代的核能將會是能帶來實際效益的解套之一。

(本文作者:陳瑋,首圖來源:Unsplash)

參考資料

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