我國內核能產業規模評估 - tri13 管制基礎-安全設備 n核能安全設備(Nuclear...

1

我國內核能產業規模評估

台灣電力公司核能技術處

林俊隆

2009.03.30

2

報告綱要

n 回顧與前瞻

n 電力能源趨勢

n 核能發電的現狀及發展

n 新建機組的考慮

n 我對台灣發展核能的看法

n 台灣核能產業規模

3

核能電廠的設計

核能電廠除了熱能來源不同，

發電原理和傳統火力電廠一樣

4

反應爐和汽機

Spinning turbine blades and generator

Boiling water

Steam

5

鈾礦開採及精鍊

6

核燃料丸

7

燃料丸填入燃料棒

8

核分裂產生能量

Uranium atom

NeutronsSpit atoms

9

加熱產生蒸汽發電

Heat

Steam produced

Steam

TurbineGenerator

Electricity

10

核能發電的特性

n U-235分裂產生2~3個中子時，中子速度很高

n 必須減速，下一個U-235才能捕捉到熱中子而分裂（熱中子就是慢中子）

n 少數快中子，在減速之前，可以讓U-238吸收，轉變成Pu-239

n 中子利用與氫、重氫、石墨碰撞而減速

11

核能發電的特性

n 熱中子的密度，和U-235分裂數量成正比n U-235分裂數量，和熱能/電能成正比n 控制熱中子數量，可以控制熱能/電能n U-235分裂後之核種，仍會持續蛻變，產生「餘熱」

n 餘熱會隨時間衰減n 7%(0)→0.5%(1d)→0.09%(6M)→0.04%(3Y)n 不移除餘熱，爐心會熔毀

12

管制基礎-核能機組

13

管制基礎-安全設備n 核能安全設備(Nuclear Safety Related，俗稱核能級)，是在安全分析報告中，假設事故時可執行下列功能之設備：

n 偵測並維持爐水壓力邊界完整

n 跳機並維持反應爐在安全停機狀態

n 防止或減緩事故後，放射性物質大量外釋

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管制基礎-安全設備n 核能安全設備

n 設計必須符合核能的一般設計準則

n 製作及安裝必須符合核能品質保證 (NQA)要求

15

管制基礎-核能品質保證n 品質：設備的性能，符合設計要求

n 核能品質保證方案(核能品保方案)n 規定安全設備產製之組織、品保方案、設計

/設計修改、採購文件、審查、程序書、文件、設備材料、標示、特殊製程、檢驗、測試、儀器、運儲、不符/改正、紀錄、稽核等等。

n 核能品保方案係以管制程序及文件保存，確保及證明安全設備的性能，符合設計要求

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管制基礎-核能品質保證n 國內承包商

n 普遍重視實作，不重視品質保證制度

n 不瞭解「紀錄」為品質保證制度之基礎

n 不瞭解ISO9000與核能品保制度有差距n 結果只能作人家的代工，賺取「微笑曲線」中間部分的微薄利潤，令人扼腕。

17

核能電廠的興衰

核能電廠

從高度樂觀，到過街老鼠

從過街老鼠，到炙手可熱

18

當年樂觀的理由

n 核能的技術可以控制

n 核能發電非常經濟

n 核能發電非常乾淨

n 核能可以滿足無窮的需求

n 核能可以減輕對化石能源的依賴

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第一次石油危機

n 1960中東和非洲發現大量油田

n 1960-1970，石油價格每桶約2美元

n 1969年，格達費掌權，下令減產石油

n 1973，第四次中東戰爭爆發

n 1973-1974年初，油價從每桶3元飆到12元

n 1973年，美國電力公司訂購41部核能機組

n 1974，美國電力公司累計訂購210部機

n 核燃料產能大幅擴充

20

第二次石油危機

n 1974-1979，油價每桶約為12美元

n 1977，台灣石油依存度為77％，對中東依存度為92％

n 1979年，美國TMI核能事故

n 1979伊朗政變，油產停頓

n 各國搶油，油價飆到每桶35美元

n 兩次石油危機，造成世界經濟衰退

21

鑒往知來

n 興建

n 計畫及興建10-20年n 成本US$1000-4000 /KW

n 運轉

n 運轉：40-60年+?n 容量因素：70-97%

n 總體成敗：興建是因，運轉是果

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核能建廠的問題-工程管理n 核能工程管理不善，會埋下經濟危機：

n 60年代的12個turnkey plants使承包商虧損n 70年代承包商改以cost+ basis建廠n 美國電力公司不參與建廠之專業

n 工程責任分散， QA形骸化，建廠並不順利n Design/Construct-As-You-Go approachn 建廠時程及費用普遍大幅超出2-3倍預期

n 核四建廠，也遭遇類似問題

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核能建廠的問題-工程管理n 美國累計取消114部機

n 油價上漲、經濟衰退(最近也是如此)n 電力需求下降

n 機組並未標準化

n 建廠工期太長，財務風險大

n 建廠成本不因大型化而降低

n 法令不穩定，經常造成設計修改

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核能電廠建廠成本

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核能的挑戰-核能政策n 三哩島事故後，全球核能開發趨緩

n 經濟衰退是主因

n 法國，東歐，亞洲的日、韓、中國、印度等國家持續新建核電廠

n 車諾比事故，讓部分歐洲國家重新檢討核能政策n 經濟衰退仍是主因

n 義大利、瑞典、德國、西班牙、比利時

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核能的挑戰-火力的挑戰n 1990年代，天然氣發電崛起：

n天然氣價格逐漸下降

n燃煤燃油都有相當嚴重的污染問題

n天然氣發電較符合環保訴求

n建廠快速，廠商投資風險較易掌握

n天然氣發電耗用的水資源最少

27

曙光漸露

n但是1990年以來，美國核能發電的安全及營運績效有長足的進步：

n跳機中間值從每年7.4次降為0次n發電量增長35％n機組普遍延役20年n核廢料減少到十分之一

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美國核電廠容量因素

Capacity Factor (%)

89.6 *

50

60

70

80

90

100

1980 1985 1990 1995 2000 2005

29

美國核電廠延役的巨大利益

30

全球核能電廠可用率

31

國際能源趨勢

n 各類能源大幅漲價n 煤

n 石油

n 天然氣

n 運輸費用大漲

n 京都議定書生效

n 金磚國家崛起n 能源消費持續增加

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不對等的能源消費

世界能源消費不對等：

• 1/4人口享受3/4能源

• 3/4人口使用1/4能源

33

BRICs-金磚國家的崛起n Brazil, Russia, India, Chinan 人口多、生活水準低

n 追求經濟成長

n 能源需求年增率

n 1990 約1-2％n 2005 約4-7％n 2007 約7-13％

34

金磚國家摘要

9.013.910.8530.428.1總計

11.46.990.6334.213.3 中國

9.22.991.5825.111.5 印度

8.12.09-0.4738.31.41 俄羅斯

5.41.840.9829.01.92 巴西

成長％

GNP兆美元

成長％

平均年齡

總數億

經濟-2007人口-2008參數

國家

35

電力必須持續支持人口成長

36

價格飆漲的開端

n 2000、2001夏季，美國加州發生電力短缺事件，電價狂飆到每度1$，結束了發電機組容量過剩的時代

n 2001年起n 油價從每桶11美元，一路攀高到140美元…n 天然氣價格，上升10倍……

n 這不是獨立事件n 金磚不只四國

37

1869-2002油價

38

1947-2008油價

39

2008.03-2009.03油價

40

1970-2009美國汽油價格

41

2008.03-2009.03氣價

42

2008.03-2009.03氣價

43

油價對核能發展的影響

n 油價在每桶60美元以上，對核能發展絕對有利

n 油價在每桶30美元以下，對核能發展較為不利

n 最近油價回跌到每桶45美元，加上不景氣，將會阻礙美國建廠之速度

n 長期而言，油價應呈穩定上漲之勢

44

溫室效應氣體

核能電廠是目前唯一

n可以大規模發電

n不排放二氧化碳的設施

45

一千年來大氣CO2濃度

46

一千年來北半球平均氣溫

47

京都議定書

n 台灣的人口，佔不到全球人口0.4%n CO2排放量排名全球第22，佔全球1％n CO2排放量快速成長n 即使我國還不是列管的國家，也必將受到國際強大的壓力

48

我國CO2排放量成長驚人

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

年

CO2每人噸我國BAU

全世界

OECD

49

能源比較- CO2排放比較

燃煤每度電平均排放0.90Kg CO2燃氣每度電平均排放0.47Kg CO2

間接排放

直接排放

兩長條表示範圍間接排放

50

煤的核燃料廢棄物產量比較

51

各類電力發電成本及外部成本

生產價格

外部成本

溫室效應成本

（1Rp = 1cent SFR =0.25 NT）

52

能源比較-再生能源

53

能源比較-再生能源n 水力開發殆盡

n 風力發電值得推展，成本約3元/度，但不能調度，且僅能補充少量電力。

n 太陽能發電：需要大面積，成本約15元/度。供電日夜差異大，以電池儲存日間電力，電池對環境的衝擊更大

n 新再生能源到2025年，提供不到3.5％電力

54

2000年全球初級能源供應

55

全球初級及再生能源供應預測

再生能源僅能提供有限的能量

56

各種發電能源價格比較

57

能源比較-電價變動風險n92年各類發電單位成本及燃料佔比類別發電比成本燃料(佔比) 燃料費(億)n核能 22.1% 0.66 0.11元(17%) 39.8億n燃煤 34.3% 0.83 0.49元(59%) 282.1億n燃油 6.6% 2.42 1.86元(77%) 243.7億n氣 11.7% 2.28 1.78元(78%) 373.2億

小計 938.9億

58

能源比較-電價變動風險n93年台電發電單位成本及燃料佔比類別發電比成本燃料(佔比) 燃料費(億)n核能 20.9% 0.65 0.10元(15%) 39.2億n燃煤 32.3% 1.07 0.73元(68%) 426.8億n燃油 6.0% 2.56 1.94元(76%) 211.2億n燃氣 11.3% 2.40 1.86元(78%) 380.3億

小計1057.5億

59


小計1242.8億

60


小計 1491.7億

61


總計 1848.3億

62


總計 2618.5億

63

能源比較-電價變動風險n 燃料費(億)變化

n 92 → 93 → 94 → 95 → 96 → 97年n 939→1058→1243→1492→1848→2618億

n 5年間，台電燃料支出增加1679億n 台電92年稅後盈餘為243億n 台電97年稅後虧損為756億n 燃料上漲，是台電虧損之主因

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97年台灣電力系統結構

核能13.3%

抽蓄水力6.7%

燃油9.3%

燃煤22.8%

天然氣23.5%

38.63百萬瓩

汽電共生4.89%

97年裝置容量 97年發購電量

2002.41億度

民營電廠18.7%燃煤 8.0%燃氣10.7%

再生能源5.65%風力0.64% 水力5.02%

核能19.61%

抽蓄水力1.73%

燃油5.44%

燃煤32.66%

天然氣15.91%

民營電廠17.33%燃煤9.96%燃氣 7.37%

再生能源2.44%風力0.30% 水力2.14%

太陽能0.00019%

65

台電各類發電成本

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97

0.6234

1.3441

5.0575

1.87102.2528

3.597

年

元/度

複循環

燃油

全電力系統成本

燃煤

核能

慣常水力

88年度前之發電成本為會計年度資料89年度起之發電成本為曆年資料

3.2223

風力

購入電力

2.4380售電收入

售電成本

2.30

2.91

66

化石及再生能源

n 化石燃料n 總有用罄的一天

n 價格易漲難跌

n 二氧化碳的問題

n 運輸及儲存問題

n 再生能源只能少量補充

n 電價穩定性的考慮

n 國家能源供應安全的考慮

67

人類對化石燃料的依靠

68

化石能源的枯竭

69

一顆核燃料丸＝一噸的煤

70

能源比較-能源供應安全

燃料數量產生電力

一公噸煤 2400度

一公噸石油 4400度

一公噸天然氣 6500度

一顆核燃料丸 2200度

71

能源趨向核能

n 在工程上可以確保安全

n 核燃料存量豐富n Fission 50-500年n Fast breeder 500-5000年

n 不排放CO2，核廢料數量極少n 核燃料運儲方便

n 提供穩定而成本低廉的基載電力

n 鞏固能源安全

72

世界潮流

n 目前有439部機，容量共396GWn 目前有34部機施工中，容量共30GWn 過去，中/韓/日/俄/烏/印持續興建核能n 最近，美國/中國/印度/東歐將大幅增加機組

73

世界潮流

n 中國至2020/2050年將達40/200GWn 韓國已有20部機，規劃核能達60％n 日本至2050年核能將倍增，達100部機n 俄羅斯至2020/2050將再增加30/50GWn 烏克蘭已有15部機，至2030年將再增加

11部機n 美國至2020/2030年將再增加40/40GW

74

中國核能發展概況

75

美國核能的概況

n 運轉中電廠進步驚人n CF大幅提昇、PU、LR

n 法規n Risk-informed, Performance-basedn Efficient and predictable

n 電力自由化n 提昇效率

n 合併-電力公司家數預期降到約10n 代為管理-約20個機組

76

美國核能的概況-新建電廠n TVA續建Watts Bar-2及Browns Ferry-1 n 美國電力公司已有17個，26部申請COL，n 其中PWR共18部，BWR共8部

n AP1000-12n US EPR-4n US-APWR-2n ABWR-2n ESBWR-6

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台灣的核能

n 全球評比，績效優異n 發電量持續提升，97年提供390億度電n 固化廢料持續減少，核三廠績效全球第一

n 成本持續下降n 97年每度成本僅為0.623元n 燃料0.10元n 後端0.17元(國際行情為0.03-0.06元NT)

n 不排放二氧化碳

n 是穩定電價的關鍵

78

台灣未來電力供需情形

2 0 . 2 1 8 . 7 1 8 . 4 1 7 . 5 1 5 . 7 1 7 . 91 8 . 4 1 6 . 3 1 7 . 2 1 6 . 0 1 5 . 8 1 5 . 9 1 5 . 1

0

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

4 0 0 0

4 5 0 0

5 0 0 0

5 5 0 0

年別

容

量

與

負

載

︹

萬

瓩

︺

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

備

用

容

量

率

︹

％

︺

淨尖峰能力

尖峰負載

備用容量率

9 4 9 5 9 6 9 7 1 0 09 3 9 99 8 1 0 1 1 0 2 1 0 3 1 0 4 1 0 5

79

91年各季週負載曲線

9001100130015001700190021002300250027002900

負

載

︹

萬

瓩

︺

1/14～1/204/15～4/216/24～6/3010/14～10/20

一二三四五六日

80

台灣日負載曲線

核能

煤

汽電共生及川

流式水力

民營電廠

油

氣水力

抽蓄發電氣渦輪

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23小時

負

載

︹

萬

瓩

︺

91年6月25日星期二尖峰負載：2,712萬瓩

81

台灣日負載曲線97年系統尖峰負載發生於7月24日14時(31,320 MW)尖載尖載

中載中載

基載基載主要以風力、川流水力、核能及燃煤火力為主

主要以調整池水力、汽電共生、燃油、燃氣汽力及複循環為主

主要以抽蓄水力、水庫式水力及氣渦輪機為主

82

台灣電力能源配比-負載考慮n 全台夏日尖峰用電=31.3GW=100%n 全台冬日最低用電=46%n 台電目前基載機組=47%n 考慮歲修、抽蓄調節，理想負載配比：

n 基載（核能、燃煤）65%n 中載（燃煤、燃氣）25%n 尖載（燃氣、燃油）10%

83

台灣電力能源配比-核能的考慮n 核能每度電成本

n 00-16年：約1.7元(直線折舊)n 16-60年：約0.7元

n 純以財務分析，核能配比65%最有利。

84

增加台灣核能容量

n 增加運轉機組績效n 僅能再增加約5%發電量

n 執照更新（License Renewal）n 延役20年n 成本約建廠成本1/10

n 功率提升（Power Uprate）n LR+PU成本約建廠成本1/5

n 新建機組n 總成本約$5000/KW=1700億/GW

85

台灣必須新建機組

n 增加運轉機組績效(MR)→能增加5%n 運轉機組功率提升(PU)→能增加約+8%

n 上述兩項共可提升核一二三~+13%，n 約可增加0.6GW相當於半部新機組

n 執照更新(LR)→僅增加運轉年限n MR+LR+PU仍然不夠n 台灣必須新建機組!!

86

核能的困境

n 資本投資太大，須長期才能回收

n 但是運轉成本最低

n 核能技術不容易瞭解

n 核廢料不幸變成爭議

n 核害子孫萬萬年？

n 台電沒有能力管好核能？

87

核四廠

n 核四主要問題包括：n 顧問公司缺乏經驗

n 設計錯誤百出//設備材料規範不當n 台電原先經營模式不正確

n Component basisn as you go –沒有適切介入採購規範

n 施工包商遭遇n 工程延宕//物價上漲//規模超過預期//勞工短缺

n 管制單位對國內工程能力缺乏信心

88

台電解決問題的方向

n 自行解決設計缺失的能力

n 回歸合理的設備材料規範

n 迅速而合理的合約爭議調處

n 建立自己的施工團隊

89

新建機組的考慮

n 先在現有廠址新建核能機組

n 目前核一/二/三/四廠容量共約7.8GWn 核一/二/三/四廠址至少可加蓋2/2/4/4，共增加12部機，容量約12~19GW(+150~240%)

n 每年完成1.6GW一部機，應可支應未來20年電力成長

90


n WNA說，改進建廠績效要：n 機組大型化

n 機組標準化並複製

n Learning-by-doingn 包括工廠零件製造及工地施工

n 機組簡單化，採被動設計

n 改善法規執照效能

n 註：最近五年開工之17部機n 14部PWR，2部FBR，1部PHWR

91


n 業主必須主導設計/採購/建造(EPC)n國內廠商雖有問題，但是容易處理

n要特別當心美國廠商

n工程技術能力日漸低落

n工作倫理日漸淪喪

n擅長製造delayn擅長以delay求償

92

我對台灣發展核能的看法

n 應儘可能以國內AE為設計廠商n國內廠商有充分設計BOP能力n台電應建立設計手冊/準則n反應爐廠家需另外考慮（執照）

n執照部分，應充分培植核研所

n可聘小型顧問團協助

93


n 應儘可能採用國貨

n 就是建立採購國貨的條件，確實執行

n 核一二三廠竣工報告均有提起

n 可參考採取韓、日、法、中、印作法

94


n 必須建立並落實核能品質保證

n 台電應提供NQA標準版本n 核研所可以擔任NUPIC的角色n 必須以工程為準，避免形骸化QAn 品質是作出來的，不是規定出來的

95


n 必須保持有設計及施工團隊

n 發揚國內AE及學術研究機構之能力n 電力公司維持1000人之施工力量n 主導建廠，有效管理AE及包商

96


n 核四廠一二號機可望在100及101年完工n 99年起，台電設計工作量會顯著下降n 新建機組前之準備：

n 建立電廠設計技術手冊

n 建立國內採購之技術規範及資料庫

n 參與核一二三LR/PU，及設備更新工作n 加速引進核能新血

97


n 核能技術已經成熟

n 所謂進步型反應器，其實沒有太多進步

n 台灣目前欠缺：n 反應器及核燃料設計製造

n 大型組件及一級管路之鑄造能力

n 特殊材料

n 落實執行品保方案核能

n 膽識

98


n 機關

n 經濟部（尹部長說，看到韓國就生氣）

n 工程會（應設法豁免採購法）

n 原能會（對國內技術瞭解不足）

n 台電（轉型中）

n 核研所（能力很強，但自信仍有不足）

n 工研院（能力很強，比核研所務實）

n 中科院（能力很強，也很實際）

99


n 台灣工業部門

n 設計（ BOP經驗及能力充分）n 工業（相當強，但不清楚核能制度）

n 設備（欠缺反應器/汽機/發電機供應商）n 材料（欠缺特殊物料供應商）

n 營造（具備充分經驗能力）

n 管理（花花的，好壞差別很大）

100


n 若每年完成1.6GW一部機n 每部機成本約2700億n 12部機總值約3.2兆n 反應爐、汽機發電機及大型組件，約30%n 國內可以供應之設計、設備、材料，約70%n 每部機提供10000個工作

101

結語

n 核能可以成為產業火車頭

n 法國、韓國、日本最成功

n Never say nevern Never too late

102

n Just do itn Just do it

n Just do itn Just do it

n Just do it

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