淨零轉型趨勢下，具有低碳、供電穩定特性的核能備受各國青睞。（圖片來源：iStock）
面對氣候變遷，大眾對再生能源寄與厚望，但發電量往往只能「看天吃飯」，因此具有低碳、供電穩定特性的核能備受各國青睞，《RECCESSARY》特別整理核能發電技術優缺點與國內外新進展，提供讀者一次掌握。
核能發電技術歷史悠久，1954年世界第一座民用核能電廠啟用，根據《2023世界核能產業現況報告》，截至2023年中期，全球共有407座反應爐在32國家運轉中，裝置容量達到365GW（百萬瓩），全球總發電占比約為9.2%。曾經有一段時間，核能因為核災事故沈寂多年，不過近年來在淨零、氣候變遷議題下，核能減碳的優勢又重新獲得眾人目光。
什麼是核能？
核能（nuclear power）是透過放射性燃料鈾235分裂過程所釋放的熱能，使水沸騰製造水蒸氣，驅動渦輪機產生動能。跟火力發電一樣都是用水蒸氣熱能，但發電過程不會產生二氧化碳與溫室氣體，也被視為是潔淨能源（Clean Energy）。
核能發電原理
現在常見的核能機組，主要是指核分裂技術（nuclear fission），運用物理學中的連鎖反應，以重原子核經中子撞擊後，會釋放出新的中子，再撞擊其他原子核，只要有足夠的原子核，分裂反應就能一直持續下去，並且釋出能源。補充燃料後可以連續運轉18個月，扣除歲修時間，平均全年產能利用率（容量因數）可達90%以上。
核能發電優缺點
在2050年淨零目標下，核能發電最大優勢在於所需燃料少、發電穩定、過程不會有任何的碳排放，有效降低國家與企業的電力排碳係數；加上發電量不會因為天氣、季節與日夜有所差異，提供電網穩定供電。
然而核能發電也因為其核廢料、核能安全與核武擴散風險等缺點備受社會檢視。核能反應伴隨著高輻射性的廢棄物，又分為低階、中階與高階，低放射線廢棄物如紙張、工具、服裝，中階如化學污泥、受污染反應爐部件；以及危險性最高、放射性可達萬年之久的高階核廢料（high level waste，HLW），如用後燃料棒（spent fuel）。
此外，核能的安全性始終令人憂心。1986年車諾比核災、2011年日本311大地震引發福島核災後，核能安全議題不斷被提起。除此之外，在俄烏戰爭中，核電廠更成為攻擊目標，歐洲最大核電廠——札波羅熱核電廠（Zaporizhzhia）多次陷入核災風險。
核能有哪些新技術
為了降低核能風險，已有許多科學家與民營企業正投入新一代核能研發，分為核分裂技術的「第四代核能反應」與「核融合技術」。
第四代核能技術（Gen IV）
科學家們在1938年發現核分裂，進而衍伸原子彈、核子反應爐應用。若以年代區分核能的發展，其中1950～1970 年為第一代電廠、1970年至今的現役核電廠則是第二代，2000 年後為再改良的則是第三代，目前科學家與核工業大廠們則正在研發第四代先進反應爐。
相較於前幾代，第四代核反應爐聲稱更永續、經濟與安全，處理更少的核廢料。其技術包括小型模組化核能反應爐（SMR） 、高溫氣冷反應爐（HTGR） 、氣冷式快反應爐（GFR）、鈉冷快中子反應爐（SFR）、鉛冷式快反應爐（LFR）液態氟化釷反應爐（FHR） 、熔鹽燃料反應爐（MSR）等。
小型模組化反應爐顧名思義，為傳統大型核電廠的縮小版本，容量不超過300MW（千瓩），有的甚至低於100MW，聲稱可以先在工廠組裝後再送到現場裝置，藉由大量生產、大量組裝，節省建廠時間跟成本，只是現在也面臨規模小、成本上升的挑戰。
核融合（nuclear fusion）
與此同時，現在也有許多國家以太陽的核融合反應為靈感，正研發核融合技術，希望能在地球上打造一顆「人造太陽」。
透過兩個較輕的原子核，在高溫高壓下結合形成一個較重的核和一個極輕的核，以原子核互相聚合作用產生巨大能量，但目前該技術尚未跨出實驗室。
目前最為知名的核融合設備為國際熱核融合實驗反應爐（ITER），由歐盟、印度、日本、中國、俄羅斯、韓國和美國集資與運行，但由於COVID-19疫情衝擊供應鏈，拖累工程進度，已二度調整預算與測試時間，全面測試延至2039年才會啟動，較先前估計的2035年，晚了4年。
ITER 是目前正在建設世界上最大的實驗性托卡馬克核融合反應爐。（圖片來源：ITER）
台灣核能發電現況與政策規劃
在台灣的能源配比規劃中，現階段仍無核能身影。
目前台灣能源結構現況，2023年台灣發電組合為燃氣39.5%、燃煤42.2%、再生能源9.5%、核能6.3%、其他2.4%，預計2025年核電發電量將歸零。政府已設定2030年「綠電占比30%，燃煤占比20%，燃氣占比50%」，達成增加再生能源、天然氣，減少燃煤發電的減碳效果。
核三2號自今年10月21日起進行停機大修41天，核電發電暫時歸零。（圖片來源：台電）
依照《核管法》現行法令規定，核電廠執照有效期間為40年。如今台灣核一、核二廠已停機，核四廠未啟用，僅存的核三廠於2023年4月通過除役計畫，核三1號機已在7月27日執照屆期日停機，核電占比降至3%，核三2號機將於2025年5月17日除役。
若核電廠要延役，依照《核管法》得在5年前提出延役措施，時間上已來不及。因此依法核三2號機仍得在2025年5月退場除役，台灣核電發電量真正歸零。
目前政府對於新型核能計畫持開放態度，行政院院長卓榮泰先前重申有3前提，必須要有核安、核廢處理及社會共識。但目前台灣高階核廢料最終處置場選址欠缺法源依據，依台電計算，最快也要2055年才能完成高階最終處置場的建造與運轉試驗。
國外核能發展現況
為達成淨零排放的目標，台灣對於核能的立場開始鬆動，部分國家也大力擁抱核能。2023年聯合國氣候峰會（COP28）期間，美國、加拿大與日韓等25個國家便簽署核能倡議，目標在2050年讓核電成長為2020年的3倍。
根據能源顧問公司伍德麥肯錫（Wood Mackenzie）預估，全球核電裝置容量將在2050年達到669GW（百萬瓩），較目前的323GW增加1倍多。
1. 美國
支持核能技術的美國，擁有93座核能反應爐為全球最多，同時積極研發小型核能與新一代核融合技術。美國核電廠平均年齡高達41.6年，美國能源部也鼓勵核電業者申請二次延役，每次申請延役20年，最長可以運轉80年。
截至2022年7月，美國已有88座反應爐獲得首個20年延期的許可，另外美國有20座反應爐正在規劃延役至80年。
2. 法國
擁核大國法國，電力結構有70%來自核能，其中約17%來自回收的核燃料。法國共有56座可運作核電廠，容量達61,370MW（千瓩）。由於法國發電成本極低，成為全球最大的電力淨出口國，每年可從中獲得超過30億歐元（約新台幣1050億元）收益。
3. 德國
身為能源轉型的代表國，德國在2023年4月15日關閉最後3座核能反應爐，結束核能發電的歷史。儘管德國反對核電，但目前進口電力有3分之2來自核電，特別是法國的核電。
回顧德國的廢核歷史，自1998年德國聯邦選舉後組成的聯合政府，決定逐步淘汰核能，雖然2009年新政府上任後取消計畫，但 2011年日本福島核災後，核安問題重新浮上檯面，確立德國廢核的立場。
4. 日本
在日本2011年311大地震發生前，日本核能供電占比達30％，然而福島核災重挫日本核能發展，所有核電廠運營暫停。
隨著能源的需求提升，加上減少碳排的壓力，日本對於核電的態度有所轉變。日本政府修訂能源政策，目標2030年將核能發電占比恢復至20％，以實現穩定和可負擔的能源供應，應對全球暖化。
5. 中國
中國近年加速核能發展，中國運行的核電機組共56台，截至2024年6月30日總裝置量達58218.34MWe，2024年1～6月全國累計發電量為44354.5億度，占中國累計發電量4.79%，核電設備平均利用率為88.85%。
為推動新一代核能技術，中國在今年8月一口氣核准5座核電計畫、共11部核電機組，總投資預計超過人民幣2,000億元（約新台幣9,000億元）。
雖然核安、核廢料議題未有解答，但為了同時滿足淨零、穩定供電目標，各國政府都把核能視為減碳的選項之一，興起核能復興浪潮。如果想了解最新核能發展趨勢，歡迎加入訂閱《RECCESSARY》電子報，共同邁向乾淨電力的未來。
