核能裝置 - 美國最新設計與台灣現有

美國因國際形勢、國家內需，在核能法規下，設計新型核能裝置(尚未啟用)。其 工程委員會在(1)安全性、(2)技術、(3)可持續研究上作主要考量(USNRC, 2012)。

圖 2.4 NGNP 核裝置設計 (Department of Energy, U.S.)

圖 2.5 NuScale 核裝置設計 (Department of Energy, U.S.)

圖 2.6 B&W mPower 核裝置設計 (Department of Energy, U.S.) ２－１－４－３ 安全性

每次大量使用鈾或釷，皆會產生巨大熱能，需要比熱大的物質(如水)冷卻反應 器。可是，反應器的金屬體和核廢料總是存在安全問題。安全性即連繫到風險的 評估與管理。

思考破壞安全的任何途徑 

決定可能性而非機率  P=   ;  不是 P= [0, 1] 

如果確定了可能性 p=1  便阻 止其必要條件(一個)到充分 條件(多個) 

    科 技 革 新 

災難評估:

由於現世界完全信賴 GDP 尺度，上部份已說明不採任何機率，因為一次足以摧毀 一切，故用下式決定其程度：

(2.14)

有人質疑上式的適用性質。人命可以人力資本(human capital)作計算，公司損 失可用會計學和商業法律計算，鐵路等基建可以從原本的運輸便利(或運輸量) 作計算。如果是長期的公害，經濟學有 chain-weighted GDP (鏈比重國民生產 總值)。每個國家、每任政府對經濟、建設的回復力不一，關乎行政機關或國會 之流程，所以ｋ值只供參考，原則上，加上失去的季期、年期，回復力的速率要 更快。

２－２ 其他新能源方向

２－２－１ 任何可見或不見物質思考

首先，釷核能已經是 2011 年先進國所提出的方法(TED, 2011)。其主要原因 在於核廢料有異。可見的物即是 118 種元素及其化合物。物質可見與否是關於波 長，但人類的視力只是其中一種有限維數(limited dimension)的察覺器

(detector)，科學與工程結合，更多多維(multi-/ unlimited dimension)的物 質被證實存在，例如光子和微中子(neutrino)，其它反粒子(anti-particle)。

從質量到性質，研究員可測試它們可以放能(或吸能)的原理，再作產能試用和最 大安全使用。

２－２－２ 守恆與界限

科學上，守恆的概念是永不減滅，在整個宇宙中其「量」必保持如一。在多 種守恆物理量外，只要有科學家找到新一種守恆物理量別於舊者而非始於前者，

這便是新能源的契機。國內外一直有人提議最佳的廢水、二氧化碳、有機物處理 方法，皆在於舊物理量的守恆性。

另一個想法是用舊有的產能方法，但拓展其界限。「界限」並不是指空間的邊 界，而是所有地水域範圍、科學方法、機率。國家探索環境多為了天然資源、食 糧、土地使用。科學方法可以是用化學方法再用有機廢棄物( 陳建易, 2012)。

機率上，政府作為國際參與角色，可以作各種行為提升獲得能源的行為。

２－２－３ 轉化、保存、輸送、再轉化

基於能量始於靜態或動態的物質，當物質未能完全用上，副產物或廢料產 生，能量就是一直在耗用。最直接的產能程序是傳統燃燒煤、油、天然氣，相反，

最耗時，多影響因素，多轉化的是生物能。理論上，時間越長或轉化越多次，能 量吸收流失(增減)的機會不定。然而，海洋生物在食物鏈上具有再集合能量的功 能，牠(它)們吸收微生物，作為成長和活動力的營養。這個步驟概念必然納入新 能源的考慮。

２－３ 台灣現況與合適地區

台灣人口增長漸緩，總人口逾二千萬，家居和產業用電量從不間止，月供電 量約 168 億度(台電公司, 2012)。物理學上，能源是無處不在，但社會經濟仍以 電力為生活主要能源，這方面不作贅述。台灣由東經 124 度 34 分 09 秒，東西寬 5 度 16 分秒，極北北緯 25 度 56 分 21 秒，極南北緯 21 度 45 分 25 秒。地理而 言，台灣有山脈與短河流往台灣海和太平洋。經濟首都同為台北，行政上分縣、

市、鄉等，一般分台北總統府和地方政府。

國家狀態來說，雖然與大陸政權對峙，國內總生產值比較懸殊，台灣只好偏 安一島，以民主和開放經濟雙線發展，務求得到國際角色關注，甚至相互投資。

除了國內外救援，台灣實無增強軍事之需要。換轉角度，在這些國家條件上，台 灣應可盡力發展經濟與科技，能源需求應該上升。

政權縱有領土之爭，實無上世紀攻城奪地。大國改以經濟互惠或制裁，軍售 或輸出科技等作可持續發展。台灣政府近年大力發展其經濟，既投資中國，又積 極保持產業優勢。由此可之，能源入口和國內產能的必要，而且台灣不應在能源 供應採進口替代(import substitution)，反而應以長期合作戰略得到國外(甚至 中國)的能源輸送，同時又在島國家領域(海域或土地)內合適選址建設發電站。

圖 2.7 台灣主要島嶼地理(中華民國環境白皮書)

圖 2.8 台灣主要島嶼水文資料(中華民國環境白皮書)

如之前所說天雨與合適日照是兩端的狀況，其分別不在太陽之熱度，而是雲 量多寡。此章認為台灣不須仿亞、非其它發展中國家對雨量作長年、季或月統計，

只須確保年總雨量高於某水位。簡單來說，政府應預估到國來水系統可容納最大 量。

本國環境工程師指出太陽能系統需要大量平原，而者需要日照量足，否則只 是國際社會上綠能(green energy)生產的參與，無真正研發高效、安全取替方案 的目標。平原多是農地或工業區，台北中央政府行政院固然可以取捨，自產或進 口。但台灣佔有海域、沿岸地方皆可鋪建太陽能吸熱板。

不少國外工程師(TED, 2011)也支持使用核能，以倍數增加放射能量。只要國 家在災害管理和運作安全上提升到國家最高標準，在未來，世界而言，鈾、釷皆

(Chinshan)

第二

(Kuosheng)

第(Maanshan) 第四

(Lungman) 台灣選址 台北縣石門峽

第三章 能源 之 環境經濟分析

一般而言，環境經濟學者熱衷於(一) 套用經濟學於人類圈或整個生態系統。

這不是指經濟學的理論，反而真實的工具，一為反映現實的統計學，二為政府和 市場參與者的工具。第一項是國際組織或政府官方資料，第二項是在市場原則下 各角色真實使用的工具。再來，學者(二)分開經濟發展和生態演變，再作一對一 或一對二(或)以上的連線，所謂因果關係。

圖 3.1 數學分析之函數概念

普遍的說，在此研究題目以前已有人提出(三) 能源、經濟體、環境(Energy, Economy, Environment, 3E)這個三角概念(蕭代基, 2001)。此章也基於三個概 念作現今的能源經濟解析。

可是，此研究不認同蕭代基所說太陽是能源的第一因，細究整個物理觀念，

質量才是能源的必要條件，但非充分條件。太陽是一個 kelvin 的等離子體 (plasma)。用質量為因次，水和光皆是孕育生命力的「物」。在第三章，光子是 具有粒徑和質量，從光源向一空間座標高速撞擊放出能量，在以下等式可知其速 度必然是高於其它粒子。

E = γ．m．c² （3.1）

γ= (3.2) E= 能量

m= 質量 v = 粒子速度 c = 光速

在實數線上，只有 v = c 才可令能源最大化。 除了近乎恆久之光源外，各 星體的引力也是始於個兩質量。星體的質心(center of mass)對星體表面粒子造 成拉力。此論文先假設(一)宇宙是沒有介質(medium)，而(二)光速(c )在無介質 中速度是宇宙中最高。然而，這兩個假設不斷有人質疑: 首先，如第三章已指介 質的探測(detection)並不是視網膜神經，光譜只是其中一個有力駁斥。接下去，

既然介質是未全知之物，光是其中一個收集訊息的物質，無光的物質是有待發 現。速度是相對的測量或比較，在地球以外和地球上的光子因介質未明，光速未 可定為最高量。這已把新能源和舊能源連結，在宇宙中，地球環境內，質量才是 整個能源開發工程的第一因。以下部分會討論環境與經濟學(人類行為或社會的 科學, Micro- and Macro-economics )。

３－１ 週期性 (Periodicity) ３－１－１ 應用數學

傅立葉級數(Fourier series):

(1/2)A0+Σ[An cos(nπx/L)+Bn sin(nπx/L)] (3.3) An=1/L∫f(x)cos(nπx/L)dx ;

Bn=1/L∫f(x)sin(nπx/L)dx ; 上下限: [-L, L]

利用泰勒、傅立葉展開，我們可以得到(1)穩定經濟成長凱因斯週期(Keynesian business cycle)、(2)轉型能源經濟的週期、(3)二氧化碳排放擴張週期，還有 (4)其它環境週期現象。

time (year)

GDP growth

Keynesian Business Cycle with Solow Model Curve

圖 3.2 經濟成長中景氣循環

據國際貨幣基金(International Monetary Fund, IMF)區分經濟體，上圖正解釋 先進經濟體(G7, 美, 日, 加, 西歐)和新興經濟體(中, 印)在長期發展的理論 模型，展示經濟波動(Keynesian Business Cycle)、長期經濟成長(Solow Curve)。

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 -2.5

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

time (one period)

GDP per Mtoe

Short-term Energy Economy Fluctuation

圖 3.3 短期能源經濟波幅

在淺顯的解釋上，所謂能源經濟，即大量耗用能量(不同形式)生產或服務的經濟 產業，而家居則以電力供應為主。在一個週期(period)之內，上圖的 GDP per Mtoe 是無規律。經濟體的汽車進口、國內運輸量、新能源政策(南韓能源私有化和自 由化, 2000s) 、Saudi Arabia 及 United Arab Emirate 等石油輸出國組織 (Organization of the Petroleum Exporting Countries)在寡頭壟斷下造成的 油價波動等。在可見未來，油價會趨於上升，全球能源經濟仍會成長，但任何機 構也不能斷言各國家能源策略可會新的契機。

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Carbon Dioxide Emission

Carbon Dioxide Conservation with Industrialization

圖 3.4 工業化過程之二氧化碳排放

上圖表示二氧化碳的質量不變，但現今對二氧化碳的處理方法不善，其波幅 在擴大但應微傾向上。在整體工業化下，石油等天然能源面臨竭盡，二氧化碳對 人類存活模式及自然環境生物多樣化、氣候造成難以挽救的惡果，西方政府多成 立環境及能源部門(美國 Environmental Protection Agency, 英國 Department of Environment, 日本環境省等)商議能源安全與耗用對環境的各種影響。除了 二氧化碳，石油洩漏(France, 1978, Alaska, 1989, Italy, 1991 等) 或核意 外(Alabama, U.S., 1984, 1985, Hamm-Uentrop, Germany, 1986 等) 也是能源 對環境的惡性影響。二氧化碳在工業排放及大氣涵容的週期是增幅的，所以人類 也有規則；後者是貨幣的作用(J.M. Keynes, 1936)，包括交易、儲備、投機等，

即經濟誘因。但當石油能源、天然礦產、國家最適工業點或核能點成了能源產業 的經濟誘因，國家環境與經濟體便如此章開首所言連結上。再降低規模，經濟體 中的戶籍(household)是投資者、消費者、工作者(Andrea Tegelio, Macro Raberto, Silvano Cincotti, 2009)，三者皆有繳稅(tax paying)的責任。

３－２ 穩定性 (Stability)

週期性隱含環境的延續性，但穩定性是一個期間，短促或下一個時間點的。在基 礎經濟數學中，用微分討論供需均衡點的時間變化早已不是新事。經濟學家稱之 為回復力(resilience)其實是可以在多個層面作研究，如日本金融危機

(1990s)、美國金融危機(2008)、歐債危機(2012)。但此論文乃著重台灣之能源 經濟，所以只會以國家層面解釋單經濟體回復力。

３－２－１ 應用數學

0 5 10 15 20

0 5 10 15 20

Variable X

Variable Y

Resilience to Equilibrium

圖 3.5 均衡點調整或回復

在起源開始說，經濟學發展了物與物或事與事的關係，在時間區間內，兩者會達

在起源開始說，經濟學發展了物與物或事與事的關係，在時間區間內，兩者會達