2013年3月4日

核能議題(四)

核能與綠能:溫室氣體排放以及產電成本比較


前言:


支持核能發電者經常提出兩個論點,(一),核能發電產生較少的溫室氣體;(二),核能發電成本較低廉。


德國的應用環境研究所(Oeko-Institut e.V.)針對這兩個說法進行了核能發電與其他發電方式的比較。以下將其結果簡單整理翻譯。

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比較的方法:全生命週期比較(Life-Cycle Analysis)


CO對全球性的溫室效應的影響是不分來源的,因此,當我們要比較產能過程所生產的溫室氣體時,必須考慮全生命週期-從能源最初的萃取到最後的產出,這整個過程都必須被考慮進去。為了要進行這樣的比較,吾人必須考慮各種能源技術的每一個環節,追蹤每一個環節中直接或間接產生溫室氣體的作為。



上圖顯示了任何產能技術的生命週期。圖左只考慮能量的流動(未包括興建各種設施),圖右考慮的是過程中物質的流動。

只考慮能量流動,依著技術的不同,每個步驟都可能有溫室氣體的排放和對環境的衝擊。

除了能量流動外,吾人尚須考慮各種設施的興建(比如電廠本身,管線設施,輸送管道等)。這就是圖右示意的物質流動;物質流動的上下游(抵達電廠之前和之後)必須同被考慮。能量和物質流動整個加總起來就是全生命週期-其對溫室氣體的影響有三個層次:

1. 操作過程的直接影響,
2. 包含運輸過程在內的周邊過程的間接影響,
3. 每一個步驟中所需物質在製造過程中的間接影響。


現實中,這些層面是相互連結的(比方電廠產生的電力供給冶煉鐵礦),全生命週期的分析將這些交互作用也都考慮進去了。

結果:溫室氣體排放比較

依據GEMIS(Global Emission Model for Integrated Systems, www.gemis.de)電腦模型, 考慮全生命週期,核電每產生一小時千瓦(kWh)的電能會伴隨著釋出31g的CO2。如果將生產核電的過程中釋出的其它溫室氣體,則核電相當於釋出33g CO2每一小時千瓦(a total of some 33 g of CO2 equivalents per kWhel from nuclear.)。

這個結果比其他國際性研究的結果略低。其他國際研究指出,如果要得到純度0.1-1%的鈾,則核電廠的CO2排放當量介於30-120g每一小時千瓦(kWhel)。

整體來說,一座標準核電廠(1250 MW,6500 h/a)每年間接地排放了250,000公噸的二氧化碳。與其它電能生產方式相比較,核電並沒有優勢。
(譯註:el. efficiency是electricity efficiency的縮寫,意思是電力效率,而非發電方式。以下相同,不另做說明。

上圖是多種發電方式產生二氧化碳量的比較圖。除太陽能發電外,其他的再生能源都有比核電更低的二氧化碳排放量。若把其他溫室氣體也考慮進去,則結果如下圖(以二氧化碳當量表示




除核能以外的再生能源都因為考慮了其它的溫室氣體而使二氧化碳排放量增加。但總體來說,再生能源的溫室氣體排放量比核電低。小規模的瓦斯汽電共生電廠,溫室氣體排放量與核電不相上下,但使用生質能的汽電共生其溫室氣體排放量遠低於核電。


結果:生產成本比較


新式核能電廠發電成本與多項因素相關。近期反應爐的設計讓發每度電成本介於4.5~6.5分歐元之間,根據GEMIS模型,德國為每度電5分歐元。(譯者註:該報告使用2000年時的歐元,折合台幣約1.26元新台幣,高於台電一般對外的說法。






上圖是多種發電方式成本比較。這張圖明白地指出,認為核能發電是低成本的說法,將不再合適。汽電共生甚至比核能發電的最低成本還低。核能以外的替代發電方案在成本上是具有競爭力的,而且若考慮核能發電成本的最貴上限,對使用這些替代方案將會更有利。


現在考慮減碳方案所需的成本(即減少溫室氣體排放量)。我們用火力發電廠的減碳成本當作參考標準來考量其他發電方式的減碳成本。圖六是分析後的結果。




圖上可以看出,瓦斯循環發電汽電共生、燃煤汽電共生,都具有負的減碳成本。因此採取這種發電方案替代傳統火力發電方案,將可以減少溫室氣體排放以及減碳成本。

生質能汽電共生以及電力效率提升技術,所需要的減碳成本都低於核能發電。海上風力發電所需的減碳成本與核電相當。


這個簡單的比較清楚地指出,在不考慮核電的其他風險下,再生能源和用電需求管理(DSM,包括汽電共生),光是減碳成本,這些核電以外的發電方式都是具有相當競爭力的。