2013年3月4日

核能,愈發展愈昂貴的能源?從能源系統分析看核四爭議

核能,基本上就是一種愈發展愈昂貴的能源。感謝雅婷製圖。

在核四爭議之中,「成本」一直都是各方攻防的焦點之一,根據台電的說法,核電是「最穩定且便宜的電力供應」,替代能源成本太高,現階段很難大規模採用。反核者則批評台電計算公式不透明,事實上核電既不穩定,跟其他能源相比,也不見得便宜。 
核能的發電成本包含建廠的資本投入、發電的原材料、運轉的營運支出、以及核廢料的環境與社會成本,目前大多數的正反論述,多半把以上發電成本當作一個定值,然後在此基礎上進行推算,這樣的靜態分析,固然有助於我們衡量成本與效益,卻無助於我們看到能源長期的發展。

長期來說,各種能源的發電成本,一直都隨著科技創新與社會變遷在變化,是一個動態過程,如美國因為有了頁岩氣技術革命,所以天然氣價格在幾年內大幅下跌,又如今天太陽能發電的成本,大約是1950年代的百分之一,這就跟手機因為技術進步價格大幅下降的道理一樣,發電成本,反映了能源科技的發展程度和社會對於能源使用的態度。

能源科技創新,究竟是怎麼發生的?

近年來,不少學者透過「能源創新系統分析」(Energy Technology Innovation System)這個角度來研究能源科技的發展(註1),在這研究典範之下,能源技術發展被分成研究、發展、小規模示範、市場化、大規模採用等階段,這不只是一個線性的過程,而是環環相扣的循環,成功的研發創造出市場,而市場化的經驗會回頭引領新的研發方向。

一個成功發展的能源科技,主要可以透過幾種機制來降低成本,一是技術創新,也就是我們透過研發投入讓生產更有效率;二是經濟規模,當大規模採用某種能源科技時,可以減少每單位固定成本的投入,也可以透過自動化和標準化來節省成本;三是可以透過適當的制度引導,我們可以見到太陽能和風能都是透過這幾種機制增進了效率。

從上述視角來檢視核能發電,我們會發現核電的發展路徑跟其他能源截然不同,一般能源創新都是「從做中學」,乘著學習曲線而大幅降低成本,核電卻是「愈作愈發現自己不懂」,隨著核能經驗的累積,專家發現,我們需要更多資金投入來處理核廢料、需要更嚴格的建廠安全標準,興建新核電廠的時間也愈來愈長,也因此發電成本愈來愈昂貴。

以核電發展最成功的法國為例,根據《能源政策》期刊中的研究顯示(註2),從1974年到1990年,法國核電廠的營運成本(operational cost)基本持平,可是建廠成本(construction cost)卻增加了約3.5倍!美國的經驗也顯示出同樣的趨勢(註3)(註4),核能發電成本的成本逐年升高,更由甚之,核電建廠之初常低估了實際成本,以至於後續工程預算追加不斷。 

本圖紅線代表美國核電的建廠成本,藍線是法國的建廠成本,兩者接逐年上升。資料來源:Grubler (2010) The costs of the French nuclear scale-up: a case of negative learning by doing. Energy Policy 38:5174-88

日前媒體報導指出(註5),日本經營核電廠的10家公司為了重啟核電廠運作,必須符合政府新規定的安全標準,因此估計要增加至少1兆日圓(約新台幣3000億元)的維安開銷,這就是最好的例子。

相對於其他的發電方式,核能規模大、技術複雜、又需要高度集中的專業能力來維持運轉,因此很難透過標準化、大量重複實驗的方式來降低成本,這是核電科技先天的限制。

從歷史看來,核能發展似乎到了瓶頸,降低成本的機會有限,基本上就是一種愈發展就愈昂貴的能源

期待這篇文章,可以提供大家在思考核電時一個新的視角。核四爭議,不只是續建或停建,更是一個台灣全體人民共同討論我們未來能源藍圖的好機會。在歷史看來,核能具有高度不確定性,原本所說「核電便宜」的神話,也因為成本不斷上升的經驗破滅,逐步減少對它的依賴,把相同的資源,用以增進能源效率,或投入發展再生能源,乘著創新曲線降低成本,才是安全無悔的選擇。

參考資料

(註1) Gallagher K.S., Grubler A., Kuhl L.,Nemet G.,Wilson C. The Energy Technology Innovation System. Annual Review of Environment and Resources, 2012. 37:13762

(註2) Grubler A. 2010. The costs of the French nuclear scale-up: a case of negative learning by doing. Energy Policy 38:5174-88

(註3) Koomey, J., Hultman, N.E., 2007. A reactor-level analysis of busbar costs for US nuclear power plants, 1970–2005. Energy Policy 35 (11), 5630-5642.
(註4) Hultman, N.E., Koomey, J, Kammen D.M., 2007. What History Can Teach Us about the Future Costs of U.S. Nuclear Power, Environmental Science and Technology, , 41 (7), 2087-2094

(註5) 日重啟核電廠運作 維安耗資上兆日圓http://news.chinatimes.com/world/110504/132013022701500.html

4 則留言:

  1. 感謝老師的好文,學生我在這邊想提出幾個問題:

    1. 建廠成本圖表很有趣,不過如果能看到2000年以後的數字會更有意思。

    2. 文中提及的「在歷史看來,核能具有高度不確定性,原本所說『核電便宜』的神話,也因為成本不斷上升的經驗破滅」,我認為並不十分嚴謹。原因如下:

    a. 1970-2000年成本持續上升,不代表現在仍在上升,所以看看2000年以後的數據有助於了解事情的全貌。事實上,從美國那條曲線來看,要說核電成本從90年後開始往下走,似乎也無不可。

    b. 「核電便宜」是不是神話,我想並無法直接從「核電成本的歷史曲線」得知,畢竟我們希望知道的是「核電和其他發電發是比較,是不是最便宜、或甚至是不是『比較』便宜的」。如果文中的核電成本歷史曲線能夠配上其他各種發電方式的成本的歷史曲線,會得到比較有力的論證。

    3. 對我個人來說,目前的癥結點是,各種發電的成本,究竟是怎麼算出來的?從核電最便宜、到核電最貴,都有人喊。甚至各種發電成本的排名,想要怎樣的排名順序,都可以在網路上找到文章。其中一定有人亂算一通、一定有人說謊,希望老師您能替我以及其他草民解惑。

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  2. 老師,謝謝你認真看完文章參與討論。首先要說一下,核能實在不是我的守備範圍,寫這篇短文我花了將近一整天的時間找資料,你的問題有些我無法深入回答,還請見諒。

    1. 文章數據到此為止的主因就是因為過去30年間,這兩國都很少(甚至沒有)新蓋核電廠,所以資料從缺。

    2a. 同第一題的回答,美國在1979年發生三哩島事件之後就決定不再大力發展核電,這趨勢直到近幾年才有轉向的趨勢。

    2b. 我的確見過風能太陽能等再生能源的成本曲線,但是就沒有見過把所有能源加起來一起大戰的,就我對能源系統的粗淺瞭解,每種能源在電力系統的功能是不同的(作為基載中載間載使用),此外成本因為輸配電系統也會有影響,所以不是哪種能源最便宜,就可以100%全部使用該種能源。

    3. 首先怎麼算出來這點我們可能要請教台電。台電算出的核電成本全世界最低,跟民間團體有極大的差距,卻又沒有解釋這些數字怎麼來,我想讓台電把資料完全透明公開是大家都能同意的一點。

    至於成本怎麼算就大有學問啦。核廢料放在蘭嶼對族人造成的傷害要怎麼計算?同理,火力發電產生的污染對居民健康的傷害要不要算,又怎麼算,這些都是棘手的問題,這些有可能是亂算一通,也很有可能說謊,不過我想說的是,這些計算不可能全然「客觀」,永遠是一個政治的過程,只不過這個政治藏在技術細節裡。

    而科學也無法提供最佳解,告訴我們台灣需不需要核能,每個人心裡對於能源、安全、成本等等都有自己一把尺,如何讓這個過程更為民主是我比較關心的層面,民主不只是將最終決定訴諸公投,而是讓相關資訊透明,讓公眾參與討論,讓弱勢的聲音被聽見(你有在主流媒體聽過達悟族人的說法嗎?)

    以上這些沒有替你解答你心中最大的疑惑,那也超出我的能力範圍,但還是希望你從對話中得到些有用的想法。

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  3. 匿名8/21/2013

    都是一些不是學電的在討論電, 究竟臺灣的專業在那裡, 千萬不要誤國

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  4. 我一向很尊重專業, 也不認同民意凌駕專業. 但是,這不表示只有學X的才能討論X啊? 有專業的好意見可以分享/教學, 有講錯的地方可以指正/檢討/道歉..等等, 而不是用誤國的帽子叫大家閉嘴啊. 不然難道只有念政治系的才可以談政治?每個人一生只能談他大學或專科念的那一行?

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