正向物流作業

3.1.1 原料製造

世界上之鈾礦產地主要分布在加拿大、澳大利亞、南非、那密比亞、美國、法國、

尼日，與加彭等國，其中以澳大利亞的蘊藏量最豐富，而加拿大則為最大生產國家。而 鈾礦除了發電功能外，亦為重要戰略物資，故鈾礦之買賣須接受國際原子能總署之監督 與生產國政府法律或政策的規定。

加拿大 30%

澳洲 尼日 22%

8%

俄羅斯 6%

哈薩克 5%

其它 29%

圖 3.1 2000 年全世界原料鈾生產狀況

資料來源：王德義(2004) 核能發電之鈾原料主要成份為八氧化三鈾(U3O8)，俗稱為黃餅。而鈾原料主要是經 由採集鈾礦、精煉轉換而得的燃料產物。一般來說，製成鈾原料後仍需做濃縮程序，將 U3O8轉化為六氟化鈾(UF6)，透過該流程將鈾 235 含量由 0.7%提升至 2~5%之間，並送 至燃料元件製造廠製成小圓柱體的燃料丸，再經由排列成燃料棒，最後組成燃料元件，

即為核能發電廠所需的核燃料。在鈾原料濃縮轉化的過程中，轉化廠商必須負責儲存核 能發電廠所有的原料鈾庫存，等待核能發電廠需要時，才進行運送作業。至於鈾原料採 購之前置時間已由美國原子能委員會於 1973 年向各國的電力公司提出「長期固定承諾 型」合約。在合約中，核能發電廠須於交貨前八年確定濃縮服務需要量，以便制定濃縮 服務生產排程，且在核能發電廠需換料的前半年即可運至該國。

3.1.2 燃料採購策略

核燃料之供應安全亦為核能發電成功的主要因素之一。一般來說，燃料採購可分為 兩項基本策略：分散策略與庫存策略。

z 分散策略：在各項核燃料採購作業可行與有利的前提下，執行分散鈾原料來源的策 略，包含生產國家的分散與供應國家的分散。採分散策略目的在於找尋一個以上穩 定可靠的供應來源，以增加供應上不至匱乏的安全性。

z 庫存策略：採庫存策略有兩項優點：一、在國際局勢動盪與核燃料運送受阻時，採 用庫存策略可維持核能發電廠於一定期間內能夠持續運轉供電。二、庫存鈾原料可 於鈾源難尋或供鈾合約發生問題時，確保轉化、濃縮與製造的流程不致中斷。

3.1.3 核能發電

核能發電的原理和水力、火力發電廠有同樣的共通點，即設法使渦輪機(turbine)轉 動並帶動發電機切割磁場，最後將機械能轉變為產生電能。其中主要的不同點在於推動 渦輪機所用的動力來源。水力電廠以大量的急速流動水(例如由水壩或瀑布引出)直接推 動渦輪機，而核能電廠與火力電廠則利用大量高溫、高壓之水蒸氣推動渦輪機，核能發 電廠主要是靠核分裂所釋放出的能量，而火力電廠則是靠燃燒煤炭、石油或天然氣等化 石燃料以產生蒸汽。

核能發電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產生的熱，將水加熱成高溫高壓，核反 應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多，相差約百萬倍(1 公克鈾 235 可 釋放的能量大於 3 噸的煤)，比較起來核能發電所以需要的燃料體積比火力電廠少相當 多。另一方面核能發電所使用的鈾 235 純度只約佔 3%~4%，其餘皆為無法產生核分裂 的鈾 238。

一般來說核能發電廠主要核心即為「核反應器」。核反應器主要則包含下列幾項設 備：

z 核心：主要在儲存核燃料，並具有調節劑的功能。透過核心可減緩中子分裂速度。

z 反應控制棒：是種會吸收中子的原料做成的棒，分佈在燃料棒間，長度和燃料棒差 不多。控制棒插在爐心時，能吸收中子，而使連鎖反應停止。相反的，如果將控制 棒抽出時，反應爐的功率就會增加。

z 冷卻劑：主要功用在排除與發散蒸汽機所產生的熱能。可以用來做冷卻劑的有普通 的水(輕水)、重水、液態金屬鈉和氦氣等。輕水式電廠使用的是與緩和劑一樣的材 料，也就是一般的水。

z 熱能系統：水在鍋爐中加熱變成蒸汽，再利用蒸汽的力量推動汽機，以帶動發電機 發電。

在核能發電廠類別方面，藉由核燃料型式、調節劑、冷卻劑、控制棒及爐內熱能的 使用方法及種類的不同，可將核能發電廠分為下列四種型態：

(1) 氣體－石墨反應器：在該反應器中，石墨是一種好的調節劑，其不用吸附太多中子，

即可達到減緩作用。且氣體－石墨反應器是採用天然鈾為燃料，而冷卻劑則採用二 氧化碳，其優點為便宜。

(2) 水反應器(輕水式或重水式)：以重水為調節劑，重水或輕水為冷卻劑。在調節劑類別 中，重水屬較知名型態，但其缺點是價格昂貴。在燃料方面，則採用濃縮鈾做為核 燃料。

(3)輕水式反應器：可分為壓水式反應器(Pressurized water reactor，PWR)及沸水式反應器 (Boiling water reactor，BWR)兩種。輕水式反應器優點在於調節劑與冷卻劑價格較便 宜，缺點則在於調節劑會吸收許多中子而較不具效率。此亦使得輕水式反應器所採 用的核燃料必須為濃縮鈾(包含 3%~4%的鈾 235)。而輕水式反應器為目前世界上普 遍採用的反應器類型。

(4)快滋生反應器(Fast breeder reactor，FBR)：快滋生反應器不需具備調節劑。在核燃料 方面，除了濃縮鈾之外，亦可採用混合燃料，其主要成份為：鈽 239(20%)與鈾 238(80%)。而鈽較鈾 235 更具有利用性，其原因為：鈽可產生更多中子來促進核分 裂連鎖反應，且能使鈾 238 轉為鈽 239。另一方面鈽的來源可由用過核燃料中取得，

若再加入鈾 235 可再成為壓水式反應器之燃料，因此鈽 239 不再成為廢料而是一種 燃料。而快滋生反應器可使鈾燃料利用率達到輕水式反應器的 60 倍。

目前最領先的快滋生反應器為法國「超級鳳凰號」（Super Phonenix）電廠，但 此種反應器在技術上尚有部份地方待改進，且經濟性與可靠性仍無法與輕水式核電 廠相抗衡。因此，在未來 FBR 核能電廠的計畫中，會提倡將燃料儲存、再處理、製 作與組合及廢料處理等集中於核能電廠內進行，以提升經營與安全可靠的效益。

3.1.4 配電系統

一般來說可將配電系統分為：輸電、變電，與配電系統。根據台灣電力公司官方網 站對其敘述如下：

(1)輸電系統：火力、核能電廠由於需要大量的海水（冷卻水），多位在遠離都市的海濱，

水力電廠則位在偏遠的山區。因此所發出來的電，需藉由輸電線路長距離的輸送到 都市、工業區等使用。由於各地區的電力需求不同，且電廠的發電量未必能符合附 近地區的用電需求，因此輸電線路架設成網狀分佈，以靈活調度電力。為了降低長 距離傳送電力所造成的傳輸損失，將輸電電壓提高，可降低輸線電流，以減少線路 損失。由於降低輸電電流，導線線徑可減小，重量減輕，可降低建設成本。

(2)變電系統：發電機所發出來的電壓，一般在 11KV 到 15KV 之間，在送到輸電系統前，

利用電廠內的升壓變壓器將電壓升高為輸電線路電壓 345KV（千伏特）、161KV 或 69KV。當輸電線路到達負載中心（都市或工業區等）附近，設置超高壓或一次變電 所將電壓降為 161KV 或 69KV，再輸送到位於負載中心的配電變電所或二次變電所，

把電壓降為配電電壓 11.4KV 或 22.8KV 再送到配電線路。其間若有供電電壓在 69KV 以上之用戶，則直接由本公司變電所輸送電力到用戶自備的變電所供用戶使用。

(3)配電系統：二次（或配電）變電所送出來的 11.4KV 或 22.8KV 電力，以架空或地下 線路輸送到家庭或工廠前，再用電桿上變壓器或路邊的亭置式變壓器，將電壓降為 一般家庭、商店、小工廠使用的 110 及 220 伏特，以接戶線引接到用戶的電表後供 用戶使用。對於用電量較大的中小型工廠，則直接以 11.4KV 或 22.8KV 供電。