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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 核 四 爭 議 說 明 會 葉宗洸 國立清華大學 工程與系統科學系 教授兼系主任 於 NE69演講廳 May 5th, 2014

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內 容 大 綱 核能發電簡介 安全顧慮 安全設計 安全措施 結語 Source: NOD, Taiwan Power Company, 2012 Department of Engineering and System Science

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1. 核能發電簡介（1/7） 核能發電是利用鈾原子核的分裂反應產生能量，將 液態水加溫成為水蒸汽，用以驅動汽渦輪機後發電。 圍阻體 調壓槽 蒸汽產生器 發電機 汽輪機 控制棒 壓力槽 冷凝器 Source: Department of Engineering and System Science

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1. 核能發電簡介（2/7） 我國的核一、二廠屬於具備一次迴路的沸水式反應 器(如下圖)，核三廠則為具主、次迴路的壓水式反應 器(前頁)，核四廠則為進步型沸水式反應器。 圍阻體 發電機 壓力槽 汽輪機 控制棒 冷凝器 Source: Department of Engineering and System Science

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1. 核能發電簡介（3/7） 核能是中子撞擊鈾（U）原子核，並使其分裂後所產 生的能量 (因為E=mc2)，期間並會伴隨輻射的產生。 鈾原子 中子 鈾同位素 第一代中子 第二代中子 第三代中子 Source: Department of Engineering and System Science

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1. 核能發電簡介（4/7） 自然界的鈾元素中，鈾-235僅佔0.72%，鈾-238則佔 %。兩種鈾同位素均可於吸收中子後，進行分 裂反應並產生能量，但兩者對於快、熱(慢)中子的分 裂截面卻大大不同。(截面單位1 barn= 10−24 cm²) 就熱中子分裂截面而言，鈾-235遠高於鈾-238，而快 中子分裂截面，鈾-235亦高於鈾-238。 Isotopes Thermal cross section (barn) Fast cross section (barn) Scattering Capture Fission Fuel U-235 10 99 583 4 0.09 1 U-238 9 2 5 0.07 0.3 Pu-239 8 269 748 0.05 Department of Engineering and System Science

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1. 核能發電簡介（5/7） 核分裂反應後附帶產生的是快中子，但核電廠鈾燃 料中的鈾-235濃化度只有5%，快中子須經緩衝劑(水) 減速為熱中子後，方可有效引發下一個核分裂反應， 並透過此可控制的反應產出設定的能量。 武器級(原子彈)鈾燃料中的鈾-235濃化度超過90%， 燃料配置密度高且外殼有中子反射體，所以可逕用 快中子引發連鎖式的核分裂反應，並於極短時間內 釋放巨大能量。 核電廠中的核燃料不可與原子彈相提並論，也不可 能出現核爆的情況。 = Department of Engineering and System Science

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1. 核能發電簡介（6/7） 核電廠停止運轉後，因控制棒已插入，反應爐中的 核燃料即不再進行的分裂反應，但分裂產物持續產 生的餘熱必須加以移除，因此冷卻系統相當重要。 為達熱交換目的，核電廠必須建造於鄰近水源處。 Source: Taiwan Power Company Department of Engineering and System Science

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1. 核能發電簡介（7/7） 3. 事故經過（5/10） 正常停機及緊急停機冷卻系統 爐心隔離冷卻系統 高壓注水系統 爐心噴灑系統 正常冷卻水循環系統 約8小時後，倖存的「爐心隔離冷卻系統」亦因。 Department of Engineering and System Science

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2. 龍門電廠（1/7） 民國81年核定計畫為建造2部各100萬瓩之核能機組， 核四廠原核定投資總額為1,697億元。 後援依可行性分析審查委員之建議，採購規範設定機 組容量為100~135萬瓩，民國85年決標結果為2部共 270萬瓩功率之核能機組。民國88年3月17日核四廠正 式動工。 核四廠興建的總金額增加，一部分係因機組容量擴大 及利率、匯率與物價變動，主要則是因歷經停、復工 (89年10月至90年2月)，工程重新發包，導致工期延長、 履約爭議及契約修訂等因素。此外，因應福島事件進 行安全防護總體檢強化方案，也使經費增加。 Department of Engineering and System Science

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2. 龍門電廠（2/7） 工程期間共歷經四次經費調整，目前投資總額為2,838 億元。假設此兩部ABWR機組(1350 MWe 2)的最終造 價為3300億台幣 (110億美金)，相當於每瓩造價新台幣 122,200元。 核四廠造價比較貴？ 美國V. C. Summer兩部AP1000新機組(1117 MWe 2)總造價2940億台幣 (98億美金)，相當於每瓩造價新台幣131,600元。 美國Vogtle兩部AP1000新機組(1117 MWe 2)總造價4200億台幣 (140億美 金)，相當於每瓩造價新台幣188,000元。 Department of Engineering and System Science

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2. 龍門電廠（3/7） 核四廠廠房內部示意圖 Source: Taiwan Power Company Department of Engineering and System Science

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2. 龍門電廠（4/7） 核四廠 = 拼裝車？ Source: Taiwan Power Company Department of Engineering and System Science

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2. 龍門電廠（5/7） 工程進度 (1/3) 一號機：截至102年6月底止，實際進度為95.69%；施 工項目已近尾聲，正進行系統試運轉測試，整體試運 轉測試工作可於103年中完成。 1號機廠房 1號機控制室內部 1號機反應器廠房內部 Source: Taiwan Power Company Department of Engineering and System Science

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2. 龍門電廠（6/7） 工程進度 (2/3) 二號機：截至102年6月底止，實際進度為91.50%，土 木工程及機械設備安裝均已接近尾聲，正進行儀電纜 線安裝及施工後測試。 2號機廠房 2號機控制室內部 Source: Taiwan Power Company Department of Engineering and System Science

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2. 龍門電廠（7/7） 工程進度 (3/3) Source: Taiwan Power Company Department of Engineering and System Science

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 3. 施工與安檢（1/7） 核四廠在民國88年3月17日正式動工後，旋即於89年 10月遭遇停工，雖然90年2月得以復工，但期間的違 約賠償、履約爭議、草率結案，以及復工後的重新 發包、契約修訂、界面重整等因素，均導致後來的 施工不順、工期延長與預算追加。 Source: Taiwan Power Company

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 3. 施工與安檢（2/7） 施工缺失 原能會自民國88年至今，就龍門計畫共開立違規案49件， 其中裁處罰款者14件。目前已改善經原能會同意結案36 件(73%) 。自99年起監察院共提出6件糾正案，已結案2件， 未結案4件，此4件亦已函覆監察院並持續辦理後續問題 之釐清。 台電列管現場查核 履勘後之強化工項、 試運轉測試發現問 題、配合工序尚未 完成工項等18項 (簡 稱18工項) 。 Source: Taiwan Power Company

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 3. 施工與安檢（3/7） 外界質疑 質 疑 問 題 實 際 狀 況 註1：益鼎公司是由國內中鼎工程股份有限公司及美國Ebasco公司（台電公司核能一廠建廠顧問公司）合資設立。 註2：URS公司全名為United Research Services ，擁有超過40年核能電廠設計及建造經驗，執行過38部機組設計工作，23部機組建造工作，超過200次核電廠大修工作，並持續提供美國核電廠各項技術服務。

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 3. 施工與安檢（4/7） 總體檢與工程強化措施 原能會於100年4月要求台電公司進行全方位核能總體檢 台電公司於101年1月提送主動研提67項因應與強化方案 目前已完成82% (104年5月前全部完成)

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 3. 施工與安檢（5/7） 再度執行安全檢測 設置「強化安全檢測小組」，由各核電廠抽調 45名資深 工程師以及12名GE公司顧問，自102年5月起展開重新試 運轉測試工作。 全部系統重新審查、履勘及試驗 執行測試：確定品質偏差事項及未完成工作項目需妥善處理 品質查證：確實核對測試步驟, 留下完整紀錄 經濟部並聘請2名顧問及8名學者專家成立「核四安檢專 家監督小組」監督試運轉測試作業。 原能會確認符合法規要求及安全無虞下，並經公投同意 後，核四廠才會裝填燃料。

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 3. 施工與安檢（6/7） 試運轉測試現況 (1/3) 目前核四廠的試運轉測試與安檢工作並行，最新進度： 截至今年4月14日為止，系統再檢視共計126個系統，已 通過再檢視114個系統，約占95.5%；測試再驗證共計231 份程序書，已通過再驗證測試198份，約占85.7%。 Source: Taiwan Power Company

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 3. 施工與安檢（6/7） 試運轉測試現況 (2/3) 案例說明 安全注水及冷卻功能 高壓爐心注水系統（HPCF）B/C泵低壓力高流量不符 FSAR設計要求，送回英國原廠修護。 圍阻體包封功能 一次圍阻體整體洩漏測試（ILRT）查漏中，備用氣體處 理系統風扇高振動，須進行基座補強。 反應器廠房（二次圍阻體）負壓測試。 防火門性能測試 符合CNS標準，但不符合UL標準，若未通過耐火試驗， 須全數更換。

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 3. 施工與安檢（7/7） 試運轉測試現況 (3/3) 前述18工項須改進項目之執行情形：截至今年4月14日為 止，已完成13項，須改善5項，正依規劃進度辦理中。 所有試運轉測試與安檢工作最快將於今年6月完成，接著 是完成系統功能試驗報告並送原能會審查。 封存？ 待原能會審查通過後， 下一階段工作應為燃料 裝填後的啟動測試。 因為燃料裝填後「不能 回頭」，所以

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（1/10） 核能電廠的深度防禦機制 採用多重屏障，層層侷限放射性物質的移動。 利用多重多樣的安全注水與移熱系統，確保衰變熱 的持續移除。 針對假想之最嚴重的事故進行安全系統的功能設計 地震 海嘯

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（2/10） 核四廠的深度防禦

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（3/10） 多重屏障 (1/3)

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（4/10） 多重屏障 (2/3)

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（5/10） 多重屏障 (3/3) 陶瓷材質的燃料丸體積很小，燃料丸及燃料棒護套本身即具有防護功能 Source:

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（6/10） 多重多樣的移熱系統 ADS: 自動洩壓系統 RHR: 餘熱移除系統 HPCF: 高壓注水系統 RCIC: 爐心隔離冷卻系統 CST: 冷卻水補充槽 CST Source:

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（7/10） 地震問題 (1/2) 核四廠在民國80年選址階段依美國法規，排除在廠址8 公里距離內有活動斷層存在。 經濟部能源委員會於民國90年完成「核四廠廠址附近地 質與地震資料之彙整及評估研究」，證實核四廠廠區附 近並無活動斷層。 中央地質調查所於民國99年頒行之台灣活動斷層分佈圖， 山腳斷層與核四廠廠址的最短直線距離約為35公里，表 示核四廠附近並無任何一條斷層列為活動斷層。

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（8/10） 地震問題 (2/2) 調低反應器廠房重心10公尺， 增加機組耐震能力。 反應器廠房重心 核四廠 Source:

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（9/10） 防海嘯功能設計 (1/2) 日本與臺灣斷層與海岸分布狀況不同

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 4. 核四廠的安全設計（10/10） 防海嘯功能設計 (2/2) 單位: 公尺 比較項目 核一廠 (67年商轉) 核二廠 (70年商轉) 核三廠 (73年商轉) 核四廠 電廠所在位置距離海平面的高度(廠址設計高程) 11.2 12.0 15.0 模擬海嘯上溯高程結果(100年)* 2.8 2.5 10.0 3.4** 規劃建置防海嘯牆後之抗海嘯高程 17 19 14.5 * 參考國科會民國100年補助中央大學執行之「臺灣潛在高於預期之海嘯模擬與研 究」計畫報告 **  核四廠防海嘯設計是依民國74年「台灣電力公司核能四廠最大可能海嘯及暴潮之評估」最大海嘯遡上高程為8.07公尺

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 5. 斷然處置措施（1/2） 日本電力公司從未考慮過核電廠「可能發生長時間的交、 直流電源喪失」，也從未有嚴重事故的教育訓練。 14小時延遲注水 10小時延遲注水 7小時延遲注水 日本福島電廠核能事故與處置措施時序表 Reference: M. Naitoh, S. Uchida, H. Suzuki, and H. Okada, “Nuclear Accident in Fukushima Daiichi NPP and Its Influence on Nuclear Energy in Japan,” Proceedings of 16th International Conference on the Properties of Water and Steam, London, UK, September 1-4, 2013.

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 5. 斷然處置措施（2/2） 定置式(含慣用與備用)電源喪失時，機動式電源啟動。 階段性洩壓與及時注水(消防車與非慣用水源)。 實施斷然處置後的核能電廠不會發生嚴重核子事故，但 可能從此無法重新運轉。不過，民眾生命財產得以保障， 也無疏散問題。

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 6. 核四廠的影響（1/2） 台灣地區電力備用容量率正逐年下降中。 核一廠除役 核二廠除役 核三廠除役

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 6. 核四廠的影響（2/2） 若核四廠商轉，且所規劃機組均能如期完工，備用容 量率110年以前可維持在10%以上，至北部不足電力均 可藉由輸電線中電北送彌補缺口。 若核四廠不商轉，短期無法增建電廠，預估自105年 以後，備用容量率將有多年低於10%以下，甚至有不 足5%的情形。 就我國過去經驗統計，當備用容量率低於10%時，就 可能有缺電風險；低於7.4%時，則限電幾乎無法避免。 未來即使可透過輸電線將中南部電力北送支援，依然 無法補足北部的電力缺口，將使得北部區域停限電機 率大增，對產業及民生都將造成相當大的衝擊。

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 7. 核能的替代方案（1/3） 能源科技發展的困境是使用石化能源所造成的溫室效 應與全球暖化問題正快速地影響地球上所有生物的生 存。 如果全世界的能源使用方式沒有任何改變，遠在核能 廢棄物數量大至影響我們生活之前，所有生物的生存 即可能因暖化問題而面臨嚴重威脅。 現階段的再生能源(適用於台灣的離岸風力與太陽能) 存在價格、效率與穩定性的問題。 人均排碳量名列全世界第20名的台灣，可以捨棄核能， 採用價格較高且依舊排碳的天然氣發電嗎?

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 7. 核能的替代方案（2/3） 每度電平均電價 2006 2012 2013 德國 8.35 NTD 10.90 NTD 12.22 NTD 台灣 2.8 NTD 核電發電佔比 2004 2011 2012人均年所得 德國 28% 18% ~44,000 USD 台灣 20% 19% ~20,000 USD

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 7. 核能的替代方案（3/3） 德國發展的再生能源中， 風力發電與太陽能發電已 逐步出現問題，這些已納 入電網的小型供電系統， 因供電品質不穩定，導致 跳電事故頻傳，。2011年 當年度德國全國出現多於 20萬次且時間超過三分鐘 的停電。

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Department of Engineering and System Science National Tsing-Hua University 8. 結語（1/1） 我們從日本福島核能事故學到的寶貴教訓：「資訊更 透明、反應更積極、運轉更安全」。 我們還沒有嚐試過在高電價的條件下，充分依賴再生 能源的情境。 未來一旦實施公投，你我的一個動念將可以決定核四 廠的存廢，也同時決定了我們必須共同承擔的未來。 做出最後決定之前，讓我們都先問問自己： 「準備 好了嗎? 」 在此之前，讓我們用實際行動做到節約能源。例如， 多吃素、少吃肉，也是有效節能的一種方式。