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核四廠房結構工程 耐震設計和施工品質探討 郭國榮 P.E. 台電核四安全問題
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耐震設計 依據地震時的最大地面加速度 重力加速度g: 32.2ft/sec2 (英制) 980cm/sec2 (公制) 980Gal
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日本耐震係數 2006數 福島電廠 S1: 180Gal(0.18g), S2: 370Gal(0.38g)
日本在2006年前核能電廠之耐震設計值依結構和設備的重要性分為S1和S2 福島電廠 S1: 180Gal(0.18g), S2: 370Gal(0.38g) 2006數 2006年修訂，通稱(新耐震設計指針)，並以基礎設計地震Ss表示 福島電廠Ss:600Gal(0.61g) 其他電廠如浜岡、柏崎刈村等Ss:1000Gal(1.02g)
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福島一廠反應器廠房最大加速度量測值 福島一廠 最大加速度量 測值Gal (g) 地震儀位置 南北向 東西向 上下 1 號機 2 號機
(Tepco 網站) 福島一廠反應器廠房最大加速度量測值 福島一廠 最大加速度量 測值Gal (g) 地震儀位置 南北向 東西向 上下 1 號機 460Gal (0.47g) 447Gal (0.46g) 258Gal (0.26g) 2 號機 348Gal (0.36g) 550Gal (0.56g) 302Gal (0.31g) 3 號機 322Gal (0.33g) 507Gal (0.52g) 231Gal (0.24g) 4 號機 281Gal (0.29g) 319Gal (0.33g) 200Gal (0.21g) 5 號機 311Gal (0.32g) 548Gal (0.56g) 256Gal (0.26g) 6 號機 298Gal (0.30g) 444Gal (0.45g) 244Gal (0.25g)
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美國加卅僅有的二個核能電廠的安全停機地震值 Safe Shutdown Earthquake (SSE):
Diablo Canyon Plant: 735Gal(0.75g)。 核能會(NRC) 緊急疏散範圍人口: 10 英哩(16公里)內: 26,123， 50英哩(80公里): 465,521。 San Onofre Plant: 657Gal(0.67g)。 2座反應爐從2012年1月停機至今，因為蒸氣管綫問題。
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台 灣 核一廠: 安全停機地震值(SSE) 0.3g 核二,核三和核四廠: 安全停機地震值(SSE) 0.4g
台電公司核電廠海嘯及地震設計參數 核電廠別 核一廠 核二廠 核三廠 龍門廠 控制地震 以1909年板橋規 模 之 地 震 ， 假設發生在距離 核 一 廠 8 公 里 處 來推算。 考量1867年發生在基 隆 外 海 的 地 震 ， 保 守 估 計 核 二 廠 廠 址 震度達V III級（MM Scale，修正麥卡利震 度階級），並以此來 推算。 以1920年花蓮外海 規模8.3之地震，假 設發生在距離核三 廠3 5 公里之歐亞板 塊與菲律賓海板塊 交界處來推算。 以1908年發生在台 灣 東 部 規 模 之 地震，假設發生在 距 離 龍 門 廠 5 公 里 處之地體結構區分 界處來推算。 安全停機地震值 0.3g 0.4g 海嘯設計 (溯上高度) 10.73m 10.28m 11m 8.07m 廠房地面高程 11.2m 12m 15m
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施工品質控管 一般核能電廠的建造多由有信譽和經驗的國際工程公司來統包(Turnkey Project)，負責土木、結構、機械、管綫、電機、儀表和核能等的整合設計、採購、發包、施工監工和完工後的試車運轉等等工作。 如核一廠當年由Ebasco，核二和核三廠由Bechtel來統包負責。
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廠房主體工程的基樁是否深入岩盤，並作基椿載力試驗。
核四廠剛開始由石威(Stone & Webster) 負責設計，之後台電自己擔任統包工作。 施工的不確實，屢遭原能會甚至監察院的糾正、罰款等。 結構工程方面的憂慮: 廠房主體工程的基樁是否深入岩盤，並作基椿載力試驗。 圍阻體的強度是否有足夠數量、型號和強度的鋼筋水泥，在施工期間有沒有遵照合約和建築規範作混凝土強度試驗。 如果沒有遵照規格的施工和監工，完工後的結構主體已很難檢驗或打掉重做。
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施工品質控管 如果主體結構沒有足夠的耐震設計，加上不能保証的施工品質，遇上如日本福島般的地震，核四廠房圍阻體很可能沒有辦法承受強烈的震動，產生龜裂，甚至跨掉。 在這種種情況下，也就沒有下一歩的機組斷然處置，引導冷卻水到核反應爐和核廢燃料冷卻池。
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美國四個核電廠施工不當 案例一 密西根卅米蘭(Midland)電廠，當初改建成天然氣發電的主要原因，核反應爐主體因施工不當，地基下陷造成廠房龜裂，導致放棄反應爐圍阻體，而改成天然氣發電
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圖四、改裝成以汽電共生為基礎的米德蘭電廠改造示意圖
米德蘭汽電共生廠 1986年改裝時新加設的12組天然氣渦輪和發電機(Gas Turbine HRSG cycle) 右半邊示意圖顯示經 過改裝的原來就有的二個蒸氣渦輪(steam turbine cycle)和發電機 圖四、改裝成以汽電共生為基礎的米德蘭電廠改造示意圖 7/11/12
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美國四個核電廠施工不當 案例二 俄亥俄卅津默(Zimmer)電廠，由一家完全沒有建造核電廠經驗的營造廠Henry J. Kaiser Company 承包，辛辛那堤(Cincinnati)電力公司自己負責機器.管綫等的發包.採購，不符合施工標準，一再受到核能會NRC的罰款，最後勒令停工，今天的核四如同它的翻版，導致最後改成燃煤發電。
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美國四個核電廠施工不當 案例三 & 四 佛羅里達卅的水晶河(Crystal River)核電三廠，因為2009年更換水蒸汽渦爐時，在反應爐圍阻體混凝土牆上不當打洞，經估計需要再花費達34億美元才能修復，導致停止運轉4年後，終於今年二月提早除役。 紐約卅的 Shoreham核電廠，離紐約市曼哈頓100公里，花了60億美元在1984年完工，並得到NRC的發電測試執照，但在超過75%居民的反對，並且沒有通過郡(County)政府的緊急疏散計劃。在1989年紐約卅長和長島電力公司決定廢止這個核電廠，60億美元經費由當地居民分三十年分攤。利用廠址空地，現在建了天然氣和風力發電廠。
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結 論 台灣地小人稠，緊急時沒有縱深可以疏散人口和儲存核廢料，核四不該續建，如果還需要電力，除發展綠能發電，提升現有天然氣發電廠效率外，可將核四改成天然氣發電。
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我們可以從下述幾方面著手來增加電力來源：
提高綠色能源目標從 2025年的14.8%增加到25%，反觀先進國家， 美國2025 : 25%，德國2050 : 80%，英國2020年 : 20%，澳洲2020 : 20%。 提高現有天然氣電廠的發電效率，如大潭6組複循環發電的裝置容量為4.384GW，發電熱效率也達52.9%，但僅發電(容量因數)35.37%，不花分文提高發電 到65%就可以產生2.85GW，大於核四的2.7GW發電量，甚至提高為基載發電90%，可發電3.95GW，足以取代核一(1.21GW)和核四(2.7GW)的總發電量3.908GW。
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未來如果還有電力需要，甚至可考慮核四停建後改成2700MW的天然氣發電廠，根據美國在1980年代，將米德蘭(Midland)從核能改建成天然氣發電的經驗，核四改建成天然氣約需650億台幣的經費和不超過5年的時間。 2009年以來美國在頁岩天然氣的開發，致使天然氣從2008年的平均9.26美元每1000立方英尺(台幣9.81元每立方公尺)降到2012年的平均3.52美元每1000立方英尺(台幣3.73元每立方公尺)。未來數年天然氣的進口價格將因為美國和其它國家頁岩天然氣的擴大生產,外銷而降價。
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2017年 運轉新電廠估計均價 美元/千度 (台幣元/度) 電廠 種類 發電率 ％ 電廠投資 均化成本 固定操控.維修費
發電率 ％ 電廠投資 均化成本 固定操控.維修費 變動操控. 維修費 (包括燃料) 輸電投資 總共發電均化價格 燃煤 85 64.9 (1.947) 4.0 (0.144) 27.5 (0.825) 1.2 (0.036) 97.7 (2.931) 天然氣 複循環 87 17.2 (0.516) 1.9 (0.057) 45.8 (1.374) 66.1 (1.983) 進步型 核電 90 87.5 (2.625) 11.3 (0.339) 11.6 (0.348) 1.1 111.4 (3.342) 風力 33 82.5 (2.475) 9.8 (0.294) 0.0 3.8 (0.114) 96.0 (2.880) 光電板 太陽能 25 140.7 (4.221) 7.7 (0.231) 4.3 (0.129) 152.7 (4.581) 水力 53 76.9 (2.307) (0.120) 6.0 (0.180) 2.1 (0.063) 88.9 (2.667)
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