这系列一开始我们把核能比拟成一个王储,少年时意气风发,却因为权臣合谋,被迫流亡数十年,尝尽冤屈和孤独,直到机缘降临,班师回朝登峰造极。
这可不是瞎说,你想想,目前全美94座核反应炉,除了前两年才上线的两座AP1000是3.5代,其他全都是老旧的2代,怎麽直接跳到最新的3.5代?这绝对不是iPhone或Windows直接由8跳到10的商业战略,而是美国迷航流亡40年的核能寒冬。业界如是,学界亦如是,例如臺湾唯一的核工系早在卅年前就改成了不知所云的工程与系统科学。本世纪初,因共和党执政,一度喊出核能復兴(nuclear renaissance),但欧巴马的崛起,再度全面封杀核能,核能龙头西屋公司也宣布破产。等到川普捲土重来,加上AI发展及淨零排放,才有机会让我们开启这系列的文章讨论。为了让你看懂核能发展的技术路线,我们有必要先了解核能亡命四十载的因果始末,让我们用Youtuber说电影的方式开始吧!
遥想曾经的能源护国神山
结束二战的原子弹,让世人见证了毁天灭地的威力,也引发科学家与知识分子的道德焦虑,其中的带头大哥就是原子弹之父奥本海默,开始呼吁对核武进行管制。然而冷战时期的核子恐怖平衡那是大人的事,升斗小民实际上蛮崇拜核能,认为这是高科技的象徵,原子笔、原子裤、原子小金刚等都是当时的时尚夯品,比现在的韩团文创商品还热销。进入1980年代,核电还是能源护国神山,当时最大的芝加哥电力公司过半的来源是核能,其手中还有大把1970年代的库存订单,新核电不断推出,承包商Sargent & Lundy是当年土木人就业的首选。
进入到反战、嬉皮、摇滚、重金属的年代,环保意识抬头,开始从反核武外溢到了反核能,核能安全与核废料是诉求焦点。当冷战对峙巅峰,全球都笼罩在美苏「确保互毁」的恐怖平衡之下,催生了史上最大的1982年纽约百万人反核(武)示威,许多反核组织崛起,结合了环保、医疗与和平理念,推动核能与核武的全面反思。反核武是反核最主要的源头与动力,限核武扩散因涉及国安,且不是民间核能科技主要考量,非三言两语说得清,故暂且略过。
惊天三劫:恐核、限核、禁核
清明时节雨纷纷,路上行人欲断魂。清明前后的大事还真不少,1979年3月,美国宾州的三哩岛核电厂炉心部分熔毁,导致辐射外洩,成为核电史以来最严重的事故:五级国际核事件。该事故源起非核系统(non-nuclear system)故障及操作失误等(註一),导致部分炉心融毁及辐射外洩,虽然未对环境造成任何显着影响,但引发了公众对核能安全的广泛关切,促使核能产业面临更严格的监管。
1986年4月,当时的苏联的车诺比核电厂反应炉大爆炸。巨量辐射物质喷散遍全欧洲,不但数十名员工死亡,更让数百万大众暴露在辐射的威胁之下,是为最高的七级核灾。原本就有相当致命设计缺陷的RBMK-1000型反应炉,在进行冷却实验测试中,外行瞎指挥内行,操作违反了多项安全规定,先是关掉自动关机,等于拉掉保险丝,又将反应炉调在极不稳定的低功率状态,终于导致失控的连锁反应,大爆炸威力是广岛原子弹的400倍以上,影响遍及欧洲大陆。
2011年3月,一场日本史上最强的9.1级地震,袭击了福岛第一核电厂。电厂没垮,但50分钟后的40公尺大海啸摧毁厂内厂外所有的电源,导致反应炉的冷却失灵,最终炉心熔毁,并引发了几次厂房氢气爆炸,无庸置疑只能是七级巨灾。
第一次是久安轻敌的美国,第二次是劣质设计和核安轻率的苏联,第三次却是发生在科技发达、纪律严谨的日本,可就让全世界瞠目结舌、匪夷所思了。福岛第一核电厂是七十年代核能巅峰的产品,有六座美国设计的第二代沸水式反应炉,三哩岛事故后全美核电厂展开了总体检改善,其中之一就是氢气爆炸的控管,但自豪的日本嗤之以鼻。此外,海啸Tsunami源自日语,是日本长久以来不陌生的灾难,但美国海啸威胁并不多见,所以美国核电的设计对地震有严格规范,但海啸并不是重点。福岛为了取水考量,削短了厂址,之前有几份建议加高海啸牆报告,都被认为太贵夸大风险而否决了。精简设计,把六座反应炉的仪控机电共用并集中一处,固然节省成本人力,但却严重违反了系统冗馀的安全设计,若有多几套独立分开系统,便可以大幅提升整体安全。
而关键的反应炉冷却系统(註二),得靠电力操作,当碰上史无前例地的厂内厂外全黑,备用柴油发电机又全泡汤,紧急电池苦撑了三天。更倒楣的是,甲午战争后,日本发展了两套电力系统,关东是德国系统、关西是美国系统,因此三天后等来的电发现电力系统不匹配,造成冷却不足,终于导致炉心熔毁,大量产生氢气而炸翻了号称铜牆铁壁的围阻体建筑。总之,整个福岛事故,有太多说不尽道不完的缺失误判,让核能寒冬又多了十年,许多国家的反核更进一步走到废核,反讽的是这场事故并未有任何核能相关的伤亡,但地震海啸天灾却直接造成近两万人死亡,超过十六万居民被迫疏散。
机缘降临,班师回朝玉嘉山
美国共和党上台,延宕卅年的核废料千亿美金工程玉嘉山(Yucca Mountain Project. YMP)终于正式启动,因之前核能严峻寒冬,濒临绝种的核能人才顿成抢手货。根据法定分工,核电后端的核废料处置由能源部(Department of Energy, DOE)负责,并由核能发电收入抽成进入核废料基金,审核监督是核管会(Nuclear Regulatory Commission, NRC)。因核废料的终极处置无先例可循,而美国的核废料量(註三)及反核氛围都是世界之冠,由能源部得标承建的工程团队必须创意突破克服重重挑战,经过六年数度改组重整磨合不断地过关斩将,终于完成安全分析报告提出建照申请(註四)。
商机在手,政坛骤变,随后新上任的欧巴马任命反核大将分别执掌能源部及核管会,能源部向国会提出十年挂零的玉嘉山预算并裁掉主管部门,核管会主席未审先判,说绝不通过玉嘉山预算,参议院议长更扬言说等我死了再说吧,在国会与行政部门全力封杀下,玉嘉山只有黯然关门。
如今共和党的川普捲土重来,蓄势再发的新核能科技自然必将直球对决前述核能安全与核废料诉求。是否能顺利进入迦南福地,时乘六龙,以御在天,下一篇,我们就可以开始来谈核分裂的技术路线。
(註一)大型核电厂的控制系统并不单纯,但核电发展一路凯旋高歌,忘了居安思危,刀枪入库,马放南山,各种应变被简化成操作手册,反应炉操作员仅要求高中程度、最多加两年大学即可,但智者千虑必有一失,三哩岛核灾发生时,在那没电子书又没AI的年代,操作员手忙脚乱地翻那厚厚的操作手册,寄望能有对症的锦囊奇蹟,偏偏碰上的是手册没有列到的意外,盲人瞎马的结局不该意外
(註二)核反应炉关机指的是终止核分裂连锁反应,但核分裂产物仍有强烈的核蜕变热,1分钟后为正常全功率的3.5%,1小时后再减一半,1天后又一半,1周后再一半,所以关机后仍需相当长时间积极冷却以防死灰復燃,而导致炉心熔毁,高温产生氢气等,连用过核燃料都要浸在水池中冷却五年才能移到乾式贮存,所以冷却系统常是核能安全最重要的考量
(註三)截至目前美国已关掉了41座核能反应炉,其中17座是最早的第1代技术,其他的是第2代技术,恐怖的是自福岛核灾后十年内连关了12座,关厂后的后续核废料处置费用早就上缴政府,但政府收钱不办事,自1998年以来,超过了70件状告能源部违约,确定国赔给电力公司金额已超过百亿美金,若政府继续装睡,估计总理赔将超过五百亿美金,也就是将赔掉全部千亿家当的一半以上,但核废料处置政府还是两手一摊。核废料中真正棘手的是需要考量千年万载的是高强度废料(High Level Waste, HLW),除了发电的核废料,美国不但是世界核能龙头,更是核武盟主,从二战发展核武更产生的许多複杂的核废料。以高强度废料数量来说,目前来自核电的是93,000吨的用过核燃料,佔总辐射量95%,而来自国防的主要是近亿加仑的液体及2,500吨固体。这些高强度废料的终极归宿原本都指望玉嘉山,如今可是望穿秋水遥遥无期了
(註四)玉嘉山不但是千亿天价经费,工程的挑战性更是空前地艰钜,核能安全是重中之重,安全分析报告当然是建照申请的专业核心,以概率风险评估(Probability Risk Assessment)钜细靡遗全程贯穿,务求对社会环境的风险控管在严格的可接受范围内,专业团队的SOP严谨程度远非圈外人所能想像。除了确保百年废料处置场的运转安全,关场后更需千秋万世全面周延环境影响之「永续保障」,其中地下水争议尤与环团一路缠斗到最高法院,最终以百万年环境考量收场,人类至今也才上场三十万年。玉嘉山建照申请提交后,一直与核管会审查专业小组密切互动随时补正,基本上各项重要安全分析皆已一一认可,三年后核管会的安全评估报告审查结果已完成,但官网上公布的版本,其中一些不符「圣意」的结论字眼尽数涂黑,这种愿赌不服输的手法真是一皮天下无难事