當極端氣候成為新常態,頻頻停機的核電也必須正視其「能源韌性」

當極端氣候成為新常態,頻頻停機的核電也必須正視其「能源韌性」
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近年來因乾旱和核電廠進水量降低,導致的停機期間遠比過去更長,嚴重衝擊能源供應,而氣候的間接影響則包括因暖化衝擊生態系統而構成的新挑戰。例如,暖化造成水母大量繁衍,堵塞核電廠進水口或冷卻系統......

2021年6月美國和加拿大不列顛哥倫比亞省分別出現了約50度的高溫;同年6月芬蘭首都赫爾辛基則是出現自1844年氣象紀錄以來的最高溫。

7月中旬,比利時、荷蘭、盧森堡、德國皆面臨暴雨釀災;德國西部萊因伐爾茲邦(Rhineland-Palatinate)和北萊因西發利亞邦(North Rhine-Westphalia)受創尤為嚴重,至7月16日止,已知至少有103人因洪災喪命。目前商業媒體多半以德國遭遇逾半世紀以來最嚴重的洪災形容此一極端氣候事件。

極端氣候事件成為常態

賓州州立大學氣候科學家曼恩(Michael Mann)認為,不論是美國的高溫穹頂(heat dome)或是西歐的洪災,嚴重程度遠遠超過一般民眾的理解。他以模型推估,若工業革命不曾發生、溫室氣體排放仍維持在工業革命前的水平,而地球也未暖化,再此以情境比較工業革命後燃燒化石燃料的情境。他直言,如果沒有工業革命,美國現下的高溫穹頂和西歐洪災會是50000年一遇的情景。

曼恩引述一篇2021年7月14日發表於《自然》期刊,名為〈亞馬遜成為砍伐森林和氣候變遷相關的碳源〉(Amazonia as a carbon source linked to deforestation and climate change)的文章闡述,極端氣候所致的巨災只會變得更為頻繁。氣候科學家曾於2010 年至 2018 年間在亞馬遜的4個地點偵測對流層二氧化碳和一氧化碳濃度後發現,亞馬遜東南部因森林砍伐、旱季增長、火災頻仍加劇了雨林東部生態系統的壓力,使得亞馬遜東部已從碳匯轉變為排放二氧化碳的來源。

當地球的肺部發生如此重大的變化,極端氣候事件的頻率和規模也會隨之成長;當極端氣候成了新常態,如何提高並維持能源韌性與檢驗核電的能源韌性就成了所有使用核電國家的重要課題。

極端氣候與能源韌性

美國哈佛大學甘迺迪政府學院研究員艾哈邁德(Ali Ahmad),同時也是《世界核能產業現況報告》(The World Nuclear Industry Status Report)的共同作者,曾於2021年7月5日在《自然能源》(Nature Energy)期刊發表一篇名為〈變遷的氣候致使核電停機頻率增加〉(Increase in frequency of nuclear power outages due to changing climate)的專文。

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艾哈邁德主張,探討核電廠之於氣候的關係時,不能只著眼於碳排,也應該考量核電的能源韌性。能源韌性是指系統因應干擾、從干擾中恢復,乃至於減少各類干擾所致衝擊的能力。相較於過往的能源研究大多著重於全球平均溫度上升如何影響核電廠的冷卻系統,或是側重核電廠碳排與氣候的關係,艾哈邁德則是試圖檢驗核電設施是否具有較高的能源韌性,能否因應極端天氣事件的變異和不可預測,並勾勒出極端氣候條件造成核電計畫外停機的趨勢。

艾哈邁德首先從國際原子能總署所發佈的《會員國核電廠營運經驗》(Operating Experience with Nuclear Power Stations in Member States)年度報告、該組織所建置的核子反應爐資料庫(The Database on Nuclear Power Reactors)以及《世界核能產業現況報告》等來源多方蒐集核電廠計畫外停機的資料。他納入《世界核能產業現況報告》的原因在於國際原子能總署所記載的反應爐的關閉日期並非以最後一次發電日期為依據,而是決定關閉的日期。這使得國際原子能總署高估了運作中反應爐的實際數字。

因近幾十年來核電廠面臨了益發嚴峻的極端天候事件,故而艾哈邁德的研究不僅提出過去30年間氣候因素所導致的停機頻率上升的量化證據,更特別突顯自2010年至2019年的氣候事件造成全球核電機組停機的趨勢。

氣候因素造成的非計畫停機

艾哈邁德在研究中所稱的 「氣候變遷」一詞包括經濟活動造成的氣候影響與自然因素的影響,例如火山釋出甲烷 。至於他所說的「氣候驅動」(climate driven)或「氣候引發」(climate induced)的核電廠停機是指由熱浪、乾旱、風暴、颶風/颱風、環境溫度上升等氣候條件所導致的核電廠非計畫停機。他視熱浪、乾旱為熱干擾。他並納入風暴潮 、洪水、閃電、冰雹、雷暴、龍捲風等天候現象為風暴、颶風/颱風事件。

艾哈邁德依據國際原子能總署所用的停機定義認定各國反應爐機組的停機,也就是當反應爐的實際功率在一段期間內低於機組參考功率時就會構成停機 。所以技術上來說,停機會包括局部停機 (降至特定百分比的額定功率)或完全停機這兩種情況。

在高排放情境下,也就是代表濃度途徑(representative concentration pathway,RCP)8.5,艾哈邁德推估,全球核電機組自2046年至2065年間的年度發電量損失約為0.8%至1.4%。到了本世紀末,也就是自2081至2100年,全球核電機組平均年度發電量的損失則會達到1.4%和2.4%之間。

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