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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」
Photo Credit: Reuters / 達志影像

我們想讓你知道的是

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......

艾哈邁德特別說明,前述情境還隱含著許多不確定。在目前的情況下,極端氣候的頻率和強度與全球暖化趨勢還算一致,兩者呈現線性關係。一旦暖化無法控制在工業革命前全球均溫的攝氏1.5度以內,極端氣候事件和暖化就可能發生非線性變化。換言之,升溫超過1.5度後,即使是輕微地擾動氣候系統都可能使系統產生劇烈變化。

艾哈邁德在核電廠停機研究中特別以政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)所提出的高排放情境假設全球均溫可能在2050年前上升攝氏2度。但艾哈邁德的推估仍是假定氣候與溫度呈現線性變化,此時全球核電機組發電量的損失約為1%。

2021年世界氣象組織所發布的《全球年度至十年氣候更新報告》(Global Annual to Decadal Cimate Update)已預估,全球升溫極可能會於2021年至2025年間超過巴黎氣候協定所訂的攝氏1.5度門檻。這表示艾哈邁德所憂心的升溫與極端天氣的非線性關係極有可能出現。

與其他能源相比,核電廠無法快速靈活反應負載變動,升降載,調配發電量,極端氣候事件的頻率增加也突顯了核工業和政府應認知到,若想因應氣候驅動的停機所帶來的挑戰,就必須正視氣候問題。

氣候變遷的直接與間接影響

艾哈邁德的研究顯示,雖然核電廠常發生水溫過高,進而影響冷卻系統的能力,但這並不是核電廠停機的全貌。不同的氣候條件會直接或間接引發停機。這裡先從直接影響說起,核電廠必須以海水、河水、湖水冷卻反應爐爐心 。當暖化造成海洋、河流、湖泊升溫超過標準值,可能就會影響冷卻效果和品質,造成部分停機(降載)或完全停機(關閉反應爐)。此外,河流、湖泊水位過低,難以進水,也會直接影響核電廠運作。

但問題不僅於此。乾旱、熱浪的異常高溫可能會引發野火,波及核電廠區,因而必須緊急疏散廠內作業人員。高環境溫度更會增加輸電、變電時的損耗 。

艾哈邁德的研究發現,近年來因乾旱和核電廠進水量降低所致的停機期間遠比過去更長。自2010年至2019 年這類問題已嚴重衝擊能源供應,每次停機時間平均長達110小時,每次損失135GWh 的發電量。

環境溫度上升是法國核電廠停機的主因。此外,法國核電廠常因每年9月至11月間進水量較低,造成停機。因為停機常集中分布於前述月份,法國核工業遂決定於上述月份停機歲修。

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Photo Credit: Reuters / 達志影像

至於颶風/颱風所造成的平均停機時間約為65小時,每次損失的發電量約為59GWh。在美國、南亞和東亞因颶風/颱風所造成的完全停機事件通常集中分布於7月至9月間。不論停機期間為65或110個小時,這類氣候引發的停機事件都會為穩定的能源供應增加變數。

氣候的間接影響則包括暖化會衝擊生態系統,構成新的挑戰。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。位於蘇格蘭的托尼斯核電廠(Torness nuclear power station)在2011年就因大量水母堵塞了冷卻系統迫使核電業者EDF緊急停機。此事並非個案。位於瑞典東南部的奧斯卡薩核電廠 (Oskarshamn Nuclear Power Plant)曾於2013年發生水母入侵冷卻系統迫使反應爐停機的事件;根據日經新聞報導,在日本海因暖化而大量增生的巨型水母近年來已對核電廠構成地震以外的重大威脅。

暴雨也可能造成停機,例如變壓器、變電站或輸電線路因雷擊造成電力損壞。風暴所帶來的強降雨可能會使雜物、漂流木堵塞位於河岸或海岸的核電廠進水口。

這也顯示,氣候驅動的停機問題不容小覷。這裡必須說明,並非所有的核電廠停機事件都與氣候變遷相關。艾哈邁德明確表示,非氣候原因也會造成停機,包括地震、海嘯和冷卻水進水口吸入船運材料和海洋垃圾。

艾哈邁德所羅列的氣候驅動的停機事件在美國頗為常見。舉例而言,2011年時艾琳颶風(Hurricane Irene) 以每小時195公里的風速侵襲美國東岸時,美國最大的核電集團艾索倫電力公司(Exelon)已在艾琳重創紐澤西州牡蠣灣核電廠(Oyster Creek Nuclear Power Station)前自行停機,當時影響了60萬戶的電力供應。

艾琳颶風行經北卡羅來納州時,該州布倫斯維克核電廠(the Brunswick nuclear power plant)1號和2號機的功率則是降載至65%。艾琳颶風一路北向,行經馬里蘭州卡爾弗特崖核電廠(the Calvert Cliffs Nuclear Power Plant)。一片鋁壁板因強風吹襲,擊中核電廠變壓器造成停機。

這些停機事件還只是冰山一角。艾琳颶風的強度為3級,也就是時速在178公里至208公里之間。根據美國國家颶風中心的估計,自1851年至2021年間,共有37個熱帶氣旋達到5級颶風的標準,也就是風速至少為每小時252公里或更高。

艾哈邁德的研究發現,過去30年氣候事件與核電廠停機的頻率為正相關。在1990年代,氣候引發的全部和部分停機的頻率約為每爐年0.2次。在過去10年則達到每爐年1.5次。由於與氣候無關的因素在研究期間只增加了50%,這表示氣候引發的計畫外停機正是核電廠停機的主因。與此同時,完全停機的頻率也從1990年代的每爐年0.05次增加到2010年代的每爐年0.25次。