核能發電之綠色供應鏈營運管理模式研究
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(2) 核能發電之綠色供應鏈營運管理模式研究 A study of green supply chain on operational model for nuclear power generation. 研 究 生：鍾耀章 指導教授：許鉅秉. Student：Yao-Chang Chung 教授. Advisor：Dr. Jiuh-Biing Sheu. 國 立 交 通 大 學 交 通 運 輸 研 究 所 碩 士 論 文. A Thesis Submitted to Institute of Traffic and Transportation College of Management National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering in Traffic and transportation June 2005 Taipei, Taiwan, Republic of China. 中華民國九十四年六月.
(3) 核能發電之綠色供應鏈營運管理模式研究 學生：鍾耀章. 指導教授：許鉅秉. 國立交通大學交通運輸研究所. 摘要 根據國際能源會之報導指出，累積至 2002 年全球之核廢料已有 11000 公噸。而已 現今核廢料之處理技術，雖然已有方法能滅少核廢料之產生，但其汙染影響程度仍無法 克服。以全世界核能發電廠最多的國家：美國為例；境內有超過 130 個以上的核廢料處 理廠，更有 1 億人生活在 100 公里內的範圍內。因此，若這些核廢料處理廠無法妥善保 存核廢料時，其發生事故的影響層面可說是相當長久且巨大的。 以風險觀點來看，現今採用核能發電之考量因素是否完善，仍無明確指標可參考。 因此，本研究將綠色供應鏈之環保概念加入核能發電供應鏈模式中，使模式不僅考量核 能發電之正向發電效益，亦能將逆向供應鏈部份的核廢料作業成本與風險概念一併納 入。而在模式內容部份，由於發電作業常屬於中長期規劃，且不同團體對風險值的認定 均不相同，故研究將核能發電作業構建成一多階多目標的綠色供應鏈模式，並期望站在 客觀角度來審慎評估核能發電之最適營運模式。 由研究結果顯示，核能發電效益再加入風險值觀念後，造成核能發電效益大大降 低，使得核能發電由原本的基載電力型態轉變為支援性的發電方式，亦即火力與水力等 主要電力供給不足時，才由核能發電進行供電作業。而上述亦證實核能發電風險值會影 響整體核能發電績效。因此本研究建議未來在進行效益評估時應將其納入考量之中。另 一方面，藉由敏感度的數據分析可得知，核能發電廠與環保利益團體所存在的風險價值 觀差異極大，故現今大眾會對核能發電議題產生衝突的原因即在於此。 關鍵字：核能發電、能源效益、風險、綠色供應鏈. I.
(4) A study of green supply chain on operational model for nuclear power generation Student：Yao-Chang Chung. Advisor：Dr. Jiuh-Biing Sheu. Institute of Traffic and Transportation National Chiao Tung University. Abstract According to International Energy Agency reports, they have indicated that there are more than 10,000 tons of nuclear wastes in the world until 2002. Although many technologies can reduce the quantity of nuclear waste, the polluted effect of nuclear waste is still not to be solved. For example, there are more than 130 treatment plants of nuclear waste in America, and one hundred million people living near by treatment plants. Consequently, if these treatment plants are unable to storage nuclear wastes properly, the effect of accident is very vast and permanent. From the risk point of view, adopting nuclear power generation is no explicit guideline for the reference. Hence, this research will join the concept of the green supply chain in the operational model, and make the model consider about not only the profit of generating electric power in the right logistic, but also the operation cost and the risk of the nuclear power generation in the reverse logistic. Because the generating electric power operation belongs to a long-medium plan and different groups have different presumed on risk, our model is a multi-layer and multi-objective green supply chain model, and hope that it can be an objective law to evaluate the operation and management of the nuclear power generation. After adding the concept of risk into the nuclear power generation operations, the benefit of the nuclear power generation is diminished materially and the operation of the nuclear power generation becomes a supporter in the power industry. Hence, this result of the research confirms that the risk of nuclear power generation will affect the benefit of the integer power industry, and we suggest that the concept of the risk will join the factor of the evaluation in the future. Besides, according to the sensitivity analysis, we know that the concept of risk is very different between the nuclear power plant and the group of environmental protection. This is the reason that there are so many conflicts about the subject of nuclear power generation in our society. Keywords：nuclear power generation, the effect of energy, risk, green supply chain. II.
(5) 誌謝 記得在論文口試當天的早上，媽媽在我的書桌上留了一張紙條，上面寫著： 「小章， 媽媽在求學之路中沒辦法給你太多實質的幫助，僅能在此用心祝福你口試順利。」當天 我看到這張紙條，內心真是感到萬分窩心。現在我能大聲對媽媽說：媽，我畢業了。非 常感謝妳在我過去的生活中，無論是物質上或精神上均給我相當大的支持，而能讓我無 憂無慮順利完成各階段的求學生涯，包括這次的碩士班生活。 除了我的媽媽，學生在兩年撰寫論文的期間亦受到許多師長，與同學朋友的幫忙與 鼓勵。其中指導教授 許鉅秉老師更是在學生有任何迷惑時均給予協助，讓學生在研究 之路上走的更是順利，也從老師身上學到許多待人處世的道理。而在口試的 Q&A 中，亦 感謝林正章老師與顏上堯老師亦不吝指教，使本篇論文更加完備。也謝謝交大北交研的 所有老師與所辦的洪小姐與柳小姐給予學生課業上的指導和生活上的幫助。 學生在兩年研究生活中亦結交了許多好同學與好朋友，許家班的成員（都計專業的 偉爺，數學超強的孟釗與勇 A，籃球之神阿 Jor，搞笑與救災之王明安） ，感謝你們在研 究生活之路上能帶領我一同成長，沒有你們就沒有今天的核能小章。班上其他的同學， 木蘭、t 姐、孟慧、大炮等等一大堆好同學，也要謝謝你們給我這麼一個美好的研究生 回憶。 從小到大的死黨，粉圓王子家豪、住我家隔壁的阿傑、中士漢宗、ㄧㄢ志、Yes、 詹帆等，也謝謝你陪我度過許多歡樂時光。大家一起打撲克聊天之趣事，我一定不會忘 記的。對了哦，琪慧啊我怎麼會忘記你咧，也謝謝你的體諒與包容，陪我度過一整個研 究生活。 未來的路還很遙遠，學生會再次朝著自己的目標前進。在此學生僅能抱著相當感激 的心來謝謝大家，希望大家未來能事事順心如意。. III.
(6) 目錄 中文摘要 .....................................................................................................................................I 英文摘要 ................................................................................................................................... II 誌謝 ..........................................................................................................................................III 目錄 ..........................................................................................................................................IV 圖目錄 ......................................................................................................................................VI 表目錄 .................................................................................................................................... VII 第一章 緒論 ............................................................................................................................1 1.1 研究背景 ......................................................................................................................1 1.2 研究動機 ......................................................................................................................2 1.3 研究目的 ......................................................................................................................2 1.4 研究方法 ......................................................................................................................3 1.5 研究範圍 ......................................................................................................................3 1.6 研究步驟 ......................................................................................................................5 第二章 相關文獻回顧 ............................................................................................................7 2.1 核能發電介紹 ..............................................................................................................7 2.1.1 核能發電歷史 ...................................................................................................7 2.1.2 核能發電之特殊規範 .......................................................................................8 2.1.3 輻射防護原則 ................................................................................................. 11 2.1.4 世界核能概況 ................................................................................................. 11 2.1.5 核能發電處理相關文獻 .................................................................................13 2.2 綠色供應鏈營運模式 ................................................................................................16 2.2.1 綠色供應鏈之發展 .........................................................................................16 2.2.2 綠色供應鏈相關文獻回顧 .............................................................................19 2.3 風險評估模式之相關研究 ........................................................................................20 2.3.1 風險評估與管理介紹 .....................................................................................20 2.3.2 物流風險相關文獻回顧 .................................................................................22 2.4 多目標數學規劃 ........................................................................................................25 2.4.1 數學規劃 .........................................................................................................25 2.4.2 多目標規劃 .....................................................................................................26 2.5 綜合評析 ....................................................................................................................27 第三章 核能發電作業流程 ..................................................................................................29 3.1 正向物流作業 ............................................................................................................29 3.1.1 原料製造 .........................................................................................................29 3.1.2 燃料採購策略 .................................................................................................30 3.1.3 核能發電 .........................................................................................................30 3.1.4 配電系統 .........................................................................................................31. IV.
(7) 3.2 逆向物流作業 ............................................................................................................32 3.2.1 高放射性核廢料 .............................................................................................32 3.2.2 低放射性核廢料 .............................................................................................33 3.3 核能發電作業事故 ....................................................................................................35 3.3.1 車諾比事件 .....................................................................................................35 3.3.2 三哩島事件 .....................................................................................................36 3.4 研究通路之構建 ........................................................................................................36 第四章 綠色供應鏈最適模式之構建 ..................................................................................39 4.1 收入與成本項 ............................................................................................................39 4.2 模式建構 ....................................................................................................................39 4.3 核能發電作業流程模式 ............................................................................................40 4.4 物流風險作業模式 ....................................................................................................47 4.4.1 運輸風險成本模式(RTC) ...............................................................................48 4.4.2 處理風險成本模式(RWC)..............................................................................49 4.4.3 最終處置風險成本(RDC) ..............................................................................49 第五章 案例探討 ..................................................................................................................51 5.1 案例背景描述 ............................................................................................................51 5.2 案例資料 ....................................................................................................................52 5.3 演算流程與結果分析 ................................................................................................59 5.3.1 核能發電供應鏈作業模式求解結果 .............................................................59 5.3.2 核能發電綠色供應鏈模式求解結果 .............................................................61 第六章 敏感度分析 ..............................................................................................................69 6.1 目標式權重敏感度 ....................................................................................................69 6.1.1 情境討論一 .....................................................................................................70 6.1.2 情境討論二 .....................................................................................................71 6.2 電力需求量敏感度分析 ............................................................................................73 6.2.1 發電量敏感度分析－年期分析 .....................................................................74 6.2.2 發電量敏感度分析－夏季/非夏季分析 ........................................................75 6.3 京都議定書之影響情境 ............................................................................................76 6.3.1 基年與目標年之二氧化碳計算量 .................................................................78 6.3.2 解決方案 1－購買森林綠地 ..........................................................................79 6.3.3 解決方案 2－購買碳排放權 ..........................................................................80 6.3.4 小結 .................................................................................................................83 第七章 結論與建議 ..............................................................................................................84 7.1 結論 ............................................................................................................................84 7.2 建議 ............................................................................................................................86 附錄 資料來源 ......................................................................................................................88. V.
(8) 圖目錄 圖 1.1 研究範圍示意圖 ..........................................................................................................4 圖 1.2 研究流程圖 ..................................................................................................................6 圖 2.1 1998 全球核電廠分佈圖 .............................................................................................7 圖 2.2 核燃料循環模式與回收流程圖 ..................................................................................8 圖 2.3 綠色供應鏈架構圖 ....................................................................................................18 圖 2.4 美國風險評估模式 ....................................................................................................21 圖 3.1 2000 年全世界原料鈾生產狀況 ...............................................................................29 圖 3.2 高放射核廢料衰敗圖 ................................................................................................33 圖 3.3 低放射性核廢料衰敗圖 ............................................................................................34 圖 3.4 核廢料處理流程圖 ....................................................................................................35 圖 3.5 綠色供應鏈通路流程圖 ............................................................................................37 圖 3.6 核能發電綠色供應鏈通路架構圖 ............................................................................38 圖 4.1 核能發電綠色供應鏈成本架構圖 ............................................................................39 圖 4.2 運輸風險模式示意圖 ................................................................................................48 圖 4.3 最終處置風險模式示意圖 ........................................................................................49 圖 5.1 求解比較圖 ................................................................................................................59 圖 5.2 各種發電型態之電力供應圖 ....................................................................................60 圖 5.3 發電量圖(加入風險值) .............................................................................................64 圖 5.4 發電時階次數圖 ........................................................................................................65 圖 5.5 核一廠成本項目圖 ....................................................................................................67 圖 5.6 核二廠成本項目圖 ....................................................................................................67 圖 5.7 核三廠成本項目圖 ....................................................................................................68 圖 6.1 不同目標式權重之發電時階次數圖(一) .................................................................70 圖 6.2 不同目標式權重之發電時階次數圖(二) .................................................................71 圖 6.3 不同權重情形下的核能發電量與總利潤變化圖 ....................................................73 圖 6.4 電力需求量下限敏感度分析圖 ................................................................................76 圖 6.5 不同解決方案之比較圖 ............................................................................................82. VI.
(9) 表目錄 表 2.1 表 2.2 表 2.3 表 3.1 表 5.1 表 5.2 表 5.3 表 5.4 表 5.5 表 5.6 表 5.7 表 5.8 表 5.9 表 5.10 表 5.11 表 5.12 表 5.13 表 5.14 表 6.1 表 6.2 表 6.3 表 6.3 表 6.4 表 6.5 表 6.6 表 6.7 表 6.8. 核能發電之文獻整理 ................................................................................................15 風險相關定義 ............................................................................................................20 風險模式之文獻整理 ................................................................................................24 核能事故對照表 ........................................................................................................36 台電公司各核能電廠簡介 ........................................................................................51 發電成本表 ................................................................................................................52 各核能機組大修與啟動成本表 ................................................................................53 台灣核能發電大修時程表 ........................................................................................53 2002 至 2004 年台灣月尖峰負載量 .........................................................................54 2002 至 2004 年台灣電力基礎需求量 .....................................................................55 生產設備裝置容量表 ................................................................................................55 核廢料成本項目表 ....................................................................................................57 風險機率表 ................................................................................................................58 目標式初步試算表 ..................................................................................................61 目標值數據表 ..........................................................................................................62 發電變數表(加入核能發電風險值) .......................................................................63 核能機組統計時階表 ..............................................................................................65 風險成本表 ..............................................................................................................66 目標式權重敏感度分析表(一) .................................................................................69 目標式權重敏感度分析表(二) .................................................................................72 電力需求量下限敏感度分析表(a)............................................................................74 電力需求量下限敏感度分析表(b) ...........................................................................75 民國 79 年各種發電型態之發電量 ..........................................................................79 目標值數據表(解決方案 1) ......................................................................................79 採用解決方案 1 之火力發電細部項目 ....................................................................80 目標值數據表(解決方案 2) ......................................................................................81 採用解決方案 2 之火力發電細部項目 ....................................................................82. VII.
(10) 第一章. 緒論. 1.1 研究背景 自十八世紀發明了發電原理後，科學家便開始努力尋找能夠推動導線旋轉的動力， 希望能發展出具有持久與大量的發電方式來造福人類。而根據邱靜玉，陳妍蒨(2000)研 究指出目前世界大部分的能源來自石油（39.5%）、煤炭（24.2%）、天然氣（22.1%）、 水力發電（6.9%）和核能發電（6.3%）。雖然石油和煤炭仍是主要的能源來源，但其市 場佔有率從十年前就已經開始減少。在此同時，天然氣和核能的佔有率則呈現穩定成長 的狀態，而這樣的趨勢會因天然氣與鈾能源使用上的優勢繼續維持下去。由此可知，核 能發電已成為未來能源發電之主要來源之一。但核能發電所產生的放射性廢棄物則一直 為人所詬病。因此，本研究主要即在探討核能發電效益與風險之相關影響。以目前評估 標準來評估核能發電對於人類影響究竟是好是壞仍無定論，而其中反核與擁核人士持有 不同的說法。 反核人士的論點在於，核能發電所產生的核廢料與核能發電廠(nuclear power plant： 簡稱 NPP)之公共安全問題依然存在，這是不容懷疑的。且根據統計資料顯示，2000 年 全球已擁有 400 座以上的核能發電廠，每天產生將近 30 公噸的有毒核廢料，雖然至目 前為止已發展出各種核能減廢策略與技術，但部份技術距離實際實行階段仍有一大段距 離。以台灣減廢發展為例：在低強度廢料之減廢上雖然已能降低八成體積，但在高強度 廢料處理上，仍無適當處理技術。且過去已產生的核廢料對於社會與民眾的影響程度少 則百年多則千年，而長期累積下來對於人體或環境所造成的衝擊相當龐大。 擁核人士則認為，由核能工業的蓬勃發展與新式反應器逐漸發展成型可發現目前核 能發電相較其他發電方式更具有安全性與發電效率等優勢。依照現今核能發展之技術， 藉由核能發電僅會產生 20 立方公尺體積的固體廢棄物，而其他發電方式的固體廢棄物 則遠超過這個數字。而以意外發生機率來看，核能發電發生意外的機率極低，相較於其 他重大意外發生之機率可說是微乎其微。另一方面，根據世界能源協會（WEC）的統計 資料指出，在 1970 到 1992 年間，全球僅有 2 次重大核能事故(三哩島與車諾比事件)， 其中只有 31 人死亡;而相較於同期間，卻有超過千人以上分別死於火力、天然氣，與水 力發電所造成的事故，由此可知核能發電具有相當的安全性。且目前世界核能研究中已 開始實驗「快滋生反應器」之運用，透過快滋生反應器可將部份高放射性廢料再次轉為 可用核燃料，如此可大大減少放射性廢料量，更加達到減廢與減量的目標。 在面對各方論點時，目前仍無完善的標準或作業流程來消除核能發電在人民心中的 疑慮。且透過先進核能技術所能達成減廢減量之目標相對於整體核能供應鏈作業能產生 多少效益目前亦無法得知。因此，將減廢減量與重視風險課題的綠色供應鏈概念納入核 能發電營運模式，並且在汙染與能源取得上做一取捨，實為核能發電中一項重要的課題。 1.
(11) 1.2 研究動機 由於核能發電可用較少的原料來獲得較大的電力，因此世界上許多國家均積極建置 核能發電廠來進行發電作業。但伴隨著核能發電的使用，有害廢棄物與汙染源與日累 積，而其中核廢料的處理與處置一直就是公認的嚴重問題。雖然世界各國已積極努力發 展減廢與處理技術，希望能使核廢料之產生降至最低，但仍無法解決核廢料汙染之影 響。以台灣 3 座核電廠為例，運轉 30 年所累積之高強度核廢料就有 9 千噸，而低強度 核廢料也有 90 萬桶之多。以此對照全世界超過 400 座的核電廠，其核廢料問題可看出 已相當嚴重。由此可知，核能發電的放射性廢料處理方式是否夠環保夠安全，或人民是 否有足夠能力來應變放射性廢料所造成的影響，均是核能發電的綠色供應鏈議題之一。 廣義綠色供應鏈即泛指產品或供應鏈作業流程中需加入與環保有關的管理方式，例 如：綠色設計、減廢減量、回收再製、原料的環保性等等。但從已往核能發電效益大多 以營運與處理成本為考量來看，在面對核廢料之汙染性時，大多以發生機率極低，故較 少納入考量因素之中。因此在現今環保意識抬頭之下，過去針對核能發電之效益評估可 能會讓人有所疑問。 單純以核能發電之供應鏈效益來看，理應是發電量越高越能有經濟上之效益。但兼 顧到回收體系時即可看出，核能發電的的廢料回收並不是單純的逆物流活動。在各項作 業程序（例如：運輸，儲存，與處理作業）中，核廢料可能會面臨高外部風險成本的情 形發生。因此，如何將核能發電產業藉由加入風險概念處理來構建一個完整的綠色供應 鏈，且使整體環境效益更加提升是一項重要的課題。 一般來說，傳統型態之供應鏈所追求的目標大多是以成本最小或收益最大。但在綠 色供應鏈中加入以回收再利用與風險的觀念時，供應鏈的作業流程將更為複雜，且整體 目標亦可能會有所變動。因此，站在綠色供應鏈角度來看核能發電之營運模式時，本研 究所探討的核能發電之綠色供應鏈最適營運模式，將會朝向下列重點目標的作業項目： z. 整體利潤最適化. z. 考量汙染風險的承擔能力 藉由上述目標的影響來使核能發電在綠色供應鏈中，能以效益最適化且考量風險承. 擔能力的方式進行處理，期望達成最適營運之目的。. 1.3 研究目的 由研究背景與動機可得知，核能發電的逆物流廢料處理作業與風險考量問題已成為 世界各國未來必須執行的一項評估工作。以往的核電廠在進行發電量規劃時常只考量到 核能發電前端作業的風險因素，使得發電量規劃忽略了廢料產生對環境所造成的風險， 而此種規劃方式可能造成發電量規劃有高估之情形。而在未來核能技術中亦可能有廢料 2.
(12) 再製料之情形發生，使得廢料在計算與處理量會與目前情形不大相同。 另一方面，在現今大家已對核廢料有所認知的情況下，核能發電廠除了開始要對核 廢料進行回收的工作外，亦應重視在逆物流的活動中所產生的汙染影響因素，與盡量避 免汙染物所造成社會成本的增加。 因此，本研究是以構建出一套完整的核能發電之綠色供應鏈最適營運模式為主。期 望能使核能發電在發電量規劃中加入核廢料的汙染影響概念，使得核能發電能考量汙染 風險與整體效益，藉此進行最適整體發電作業。本研究之目的可分為下列幾點： z. 收集現今核能發電處理的各項資料，以了解各項流程所可能產生的風險因素，並歸 納整理出核能發電的綠色供應鏈作業流程。. z. 透過國內外的文獻回顧，進而將核廢料處理的風險因素模式化。且透過風險模式之 考量加強核能發電供應鏈作業對於環保問題的重視，並從中得到利基。. z. 將風險因素與核能發電的綠色供應鏈流程做結合，構建出一個完整的綠色供應鏈之 最適營運模式。. z. 利用模式所計算與評估的結果，提供給世界各國相關單位或核能電廠做為營運與作 業的參考依據。. z. 期望以新的角度與思維，提供世界各國或相關單位有效之策略來解決所面臨的汙染 風險問題。. 1.4 研究方法 本研究擬針對綠色供應鏈模式之核能發電產業，建立一整合正逆向物流之最適化營 運模式。然而單以傳統供應鏈營運模式運用在核能發電時，由於核廢料回收過程中會產 生有害廢棄物之影響。因此，若無考量汙染風險因素之影響可能會造成營運模式偏向利 益導向為主而喪失環境保護之觀念。本研究將引進風險量化之觀念，期望藉由風險量化 後可用來表現出原本無法明確定義的風險概念。 由上述可知，本研究欲構建一完整的多目標之綠色供應鏈模式為基礎，並考量供應 鏈之整體效益與汙染的風險因素。藉此探討核能發電中之正逆向物流最適化營運情形。. 1.5 研究範圍 本研究之範圍可分為作業面與時間面兩種。在作業面中，主要界定在核能發電正逆 向物流活動之整合架構，並加入有關收入和支出的現金流。茲分述如下： z 正向物流活動 正向物流活動即為從核原料（鈾）取得、核能發電，最後配電至最終顧客的各 項活動。 3.
(13) z. 逆向物流活動 逆向物流活動即為核廢料回收作業。主要來源是核電廠經由核能發電過程所收 集而得的有害廢棄物進行回收處理的程序。經由處理過程所得的部份元素物質可進 行回收再製料，至於處理過程中所剩餘的有害核廢料則必需直接運至最終處理廠進. z. 行掩埋處理。 現金流 本研究所討論之現金流為，與核能發電有關的供應鏈上各項物流活動之成本與 收益項。 由時間面來看，核能發電之週期可分為三階段：興建期、營運期，與核廢料儲存期。. 其中興建期為核能發電廠從開始興建至興建完成之期間。營運期則為核能發電廠興建完 成後至拆廠之期間，其中可細分為發電作業期間與核廢料前期處理期間兩種。而核廢料 儲存期則為廢料在進行最終處置之時期，且由於核廢料因輻射強度與來源不同而有不同 之處理方式，因此在核廢料儲存期方面，可再分為低強度核廢料儲存期與高強度核廢料 儲存期兩種。而本研究之時間面則界定在核能電廠發電時期與核廢料儲存期兩方面。而 興建期與營運末期拆廠活動的作業流與現金流則不在本研究範圍。下圖 1.1 則為本研究 之研究範圍示意圖：. 正向物流. 興建期. 核. 逆向物流. 營運期. 能. 發. 核廢料儲存期. 電. 週. 期. 現金流 圖 1.1 研究範圍示意圖 資料來源：本研究整理. 4.
(14) 1.6 研究步驟 就本研究探討之綠色供應鏈最適營運模式，擬定研究步驟如下。而相關流程如圖 1.2 所示。 z. 問題確認及研究範圍界定 藉由研究背景來發現與確認問題及所需使用的方法與工具，如研究範圍與研究 方法等，以進一步確定研究之方向與目標。. z. 文獻回顧 回顧國內外有關核能發電現況、核廢料處理流程、物流風險模式，與綠色供應 鏈營運之相關文獻和發展課題，以此來做為模式構建的基礎。. z. 研究方法 藉由文獻回顧來構建出概念性供應鏈架構與方法論之採用。. z. 最適營運模式構建 主要是將風險因素模式化，並確認供應鏈模式中的各項參數，再將有關核能發 電的物流作業限制與營運目標模式化。進而構建出核能發電的綠色供應鏈最適營運 模式，並採用數學規劃來進行求解。. z. 實例驗證 利用現有的實務案例，就上述所構建模式，進行驗證並求解出最適營運模式的 結果。. z. 敏感度分析 透過改變系統輸入參數進行敏感度分析，重新將模式運作，並檢查模式運作結 果有何差異。. z. 結論與建議 總結本研究所得之成果做出結論，並對後續研究提出建議。. 5.
(15) 問題確認與範圍確認. 文獻回顧. 核能發電作業流程. 物流風險模式. 研究方法. 最適營運模式構建. 實例驗證. 敏感度分析. 結論與建議 圖 1.2. 研究流程圖. 6. 綠色供應鏈營運.
(16) 第二章. 相關文獻回顧. 2.1 核能發電介紹 該節將針對核能發電的技術發展、發電流程、特殊之作業處理程序，與相關文獻做 介紹。. 2.1.1 核能發電歷史 世界第一座商用核電廠是 1957 年在美國賓州開始運轉，第一部用以發電的核反應 器是 1954 年蘇俄的 Obminsk APS。其後，英國亦完成了第一座氣冷式的反應器；而世 界知名大廠西屋公司亦利用核子潛艇的反應器技術興建完成第一座容量為 60MWe 的商 用壓水式反應器核電廠，該核電廠的容量已比世界第一座的商用核電廠大 12 倍。從此 世界各國開始進入核能發電商業化的時代，且進行大規模的核電技術交流活動，而目前 世界各國的核能技術已發展到能建造出 1000MWe 級以上的核能發電廠。下圖為 1998 年全球核能發電廠分佈。小點為營運中核能發電廠，大點則為鈾礦產地。. 圖 2.1. 1998 全球核電廠分佈圖 資料來源：新核家園美麗新世界網站. 核能發電之作業流程最主要即是在於鈾原料的運輸、轉換、製程、回收處理等步驟。 因此我們可藉由鈾原料的核燃料循環來看整體核能發電的流程。 根據王德義(2004)於核能發電淺談中提出，核燃料循環主要為天然鈾礦Æ原料鈾Æ 轉化Æ鈾濃縮Æ核燃料製造Æ核燃料填入核反應器，發電Æ用過核燃料Æ再處理Æ產生 之鈽可以直接製造燃料，及回收循環之鈾料，經轉化，濃縮，可再製成燃料，整個過程 形成一封閉循環。而學者 Yamaji 等(1990)則應用核燃料循環模式與回收流程，構建出核 能發電架構圖，如下圖 2.2 所示： 7.
(17) 鈾原料. 濃縮製造. 輕水式 反應器. 電力產生. 電力需求. 廢料儲存 再處理 鈾回收. 快滋生 反應技術. 鈽儲存. 最終處理 圖 2.2 核燃料循環模式與回收流程圖. 資料來源：Yamaji(1990) 2.1.2 核能發電之特殊規範 由於核能發電的特殊性，因此核能發電有下列三種作業上特殊的規範：運輸作業、 回收作業，與大修排程作業。且核能發電的原料與回收廢料是屬於高汙染與輻射性的物 質，因此在各項作業中均需要一些特殊的處理方式與作業流程。根據世界核能協會(WNA) 對上述作業有做相關說明，其說明如下所述： 2.1.2.1 運輸作業 自 1971 年開始，全世界已運送超過 20,000 次的核能剩餘原料與高強度廢料，而這 些旅程已超過 3 千萬公里以上。直到目前，全世界亦約有 430 座核電廠位於 32 個國家 中，但鈾原料僅僅只有在少數幾個國家有礦產。因此，運輸作業對於核能發電來說是相 當重要的一項作業流程。 在運送過程中，這些核能原物料的容器必需是相當堅固且安全的。一般來說，運輸 作業可再細分為下列幾項作業，茲針對其特殊處理作業說明，如下所述： (1)包裝處理 在包裝處理中，面對不同的核物質與核廢料時則需依照當時物質特性與環境情況來 適用不同的包裝材料與包裝方式。 (2)輻射保護 由於核原料具有放射性，因此在運輸路線中必須確保無放射線暴露的條件。另外， 在運送過程中也必須根據國際規範，且在包裝上需貼上標籤來警告或指示該物品為高危 險之核原料。 8.
(18) (3)國際運輸規則 從 1961 年起，國際原子能協會(IAEA)已宣佈核物質的運輸安全規則。這些規則現 今適用於 60 個國家、國際海運機構(IMO)、國際民航組織，與區域海運機構等。其目的 是在達到保護環境與人民免於運輸路徑中受到放射性汙染。 (4)鈾原料之運送 在西歐，亞洲和美國，鈾燃料的運輸是採用非常普通的方法：貨車。一個普通型的 卡車可裝載 6 噸輕水式核反應器所需要的原料。而前蘇聯的國家中，則經常使用鐵路運 輸。鈾原料在面對洲際運輸則常採用海運，少部份則利用空運運送。 (5)低強度核廢料之運送 低強度核廢料之產生遍及整個核能發電週期，因此運送這些廢料的頻率相當的高。 在安全性方面，運送這些廢料到最終處理廠相較高強度廢料是具有較高的安全性。在運 送過程中雖然不需要太刻意保護，但適當的包裝仍是需要的。 另一方面，低強度廢料亦可運用鐵路、公路、海運，甚至是複合運輸。但一般核電 廠對於自己所產生的低強度核廢料則多放置於本國之內。 (6)剩餘核燃料之運送 一般來說，剩餘核燃料與新核燃料的運送方式相同，但由於從核反應器把剩餘核燃 料移出時會產生高輻射與高熱，因此需要將剩餘核燃料放置在水池中至少 5 個月時間， 才可再進行運輸處理作業。 2.1.2.2 回收處理作業 在核能發電的循環作業中，回收處理是最被大家所質疑與討論的作業項目。原因在 於藉由核能發電完所產生的核廢料與剩餘燃料其具有高輻射汙染之危險性存在，因此需 要極高的回收處理技術，來降低或避免汙染風險所造成的結果與發生機率。一般來說， 可依照核廢料的回收作業不同，分為下列幾項程序，茲針對其特殊處理作業說明，如下 所述： (1)剩餘燃料 剩餘燃料的產生是由核反應器發電完所剩餘的原料分裂碎片，通常這些碎片若無經 過再處理作業，則無法再繼續使用。且各種型態的核反應器均會產生不相同的剩餘燃料。 (2)剩餘燃料的儲存 由於剩餘燃料從核反應器取出時會產生高輻射與高熱，因此必需先放置於水池之 中，藉由水來掩蓋輻射線與吸收熱量，這項作業通常必須長達數個月至數年不等。 基於各國的環保政策，因此許多剩餘燃料必須進行集中化處理，並根據剩餘燃料的 物質型態來判別是否可進行再處理或直接進行最終處理作業。 (3)再處理作業 通常剩餘燃料中約有 95%的鈾 238、1%的鈾 235、1%的鈽，與 3%的分裂碎片。而 9.
(19) 且剩餘燃料的再處理作業流程中，主要是加強對於鈾和鈽原料的回收處理，使其能再成 為核燃料。因此，透過再處理作業可大大減少核廢料產生問題。 (4)鈾和鈽的回收處理 一般來說，經由再回收的鈾原料與自然產生的鈾原料具有相同的發電效益，亦可透 過轉換與濃縮技術來成為核能發電原料。而鈽原料則可直接與鈾混合再製成「混合氧化 物」燃料，這種燃料可用來替代鈾 235 來進行核能發電之作業。 (5)剩餘燃料的處理 對於剩餘燃料的處理，目前許多國家亦進行研究來嘗試找出最適的解決方法與最終 處理廠的設置問題。目前以美國能源局於 1983 年所決定的永久性最終處理廠擁有最適 條件。美國對於最終處理廠的選址條件有下列五項評估因素：(a)離人口稠密的城市很 遠，(b)氣候很乾燥且年度降雨量低於 6 英吋，(c)地下水源需低於貯藏所約海拔 800-1000 英呎，(d)沒有火山與地質斷層，(e)沒有地震紀錄。 (6)廢棄物 一般來說，可將核廢料依照來源不同分為兩類：第一為高強度廢料：該廢料來源為 核能燃料棒，平均一隻燃料棒可使用期間為兩年；第二為低強度廢料：主要來源為員工 平常因為操作而接觸放射性物質所產生的一般性廢棄物（如手套、衣服等物品）。 2.1.2.3 大修排程作業 根 據 張 維 仁 (2001) 所 指 出 ， 由 於 核 能 發 電 之 作 業 規 劃 需 考 量 到 需 求 滿 足 (unit commitment)與經濟配送(economic dispatch)兩項因素。其中需求滿足是指在規劃的時程 點中，決定那些發電機具是處於發電狀態，而這必須考量到各系統設備的裝置容量以及 發電設備之啟動與停機的經濟相關性。經濟配送則是決定如何有效率地調派可供電之發 電設備以滿足可能產生的用電需求。也因此如何控制各項核能發電機具的大修排程作業 來配合用電需求是核能發電廠流程作業相當重要的一環。 核能發電之大修排程內容主要可分為停機大修與燃料再裝填兩部份。一般來說，核 能發電燃料週期為 12 至 18 個月。週期時期所代表燃料已耗盡，需進行填料作業(30 至 40 天)。在填料作業期間也會順便檢查反應爐設備及電廠發電附屬設備。因此在大修期 間，發電模組則進入停機狀態並等待填料與檢查作業完成後，發電機組才進行再啟動作 業。而由於核能發電之原料具有特殊性，故核能發電廠僅在大修排程前半年才會請原料 供應商運送適當的燃料至儲存倉庫。至於核能發電廠願意存放燃料半年的時間，主要則 是在避免燃料運送過程發生的意外事件，使得核能發電廠的大修排程無法順利進行之情 況。. 10.
(20) 2.1.3 輻射防護原則 由於核能發電所產生之廢料具有放射性汙染的危險性，因此在對於輻射防護上有些 公認的基本原則是核能發電廠從設計到營運的輻射防護規劃與執行必需要遵守的。這些 原則可區分為體外防護 TSD 三原則、體內防護 3D 原則、體內防護 2C 原則，以及一般 的 2C2G 原則。翁寶山(1986)在輻射原理與輻射防護一文有簡要介紹，如下所示： (1)TSD 原則 TSD 為輻射防護上最常被提到的三原則。T 表示時間(Time)，S 表示屏蔽(Shield)， D 表示距離(distance)。時間是指受曝露的時間儘可能縮短，凡任何涉及游離輻射的操作， 事先要先做好充份準備，必要時需做模擬操作，以減少受曝露時間。屏蔽是指人和輻射 源之間加一適當的屏蔽物體。距離是指人和輻射源之間，應保持適當的距離，或使用遙 控方式來操作器具。 (2)3D 原則 三個 D 分別表示稀釋(dilute)、分散(disperse)、除汙(decontaminate)。稀釋是指將受 放射性汙染的水或空氣用非汙染的水或空氣稀釋至可接受的程度，然後釋入水域或大 氣。分散是指放射性汙染物經由大氣或水域分散。除汙是指對受放射性汙染的人體或物 體必需進行清除汙染的作業。 (3)2C 原則 二個 C 分別表示圍包(contain)與集中(Concentrate)。意即輻射源和汙染物必需加以圍 包和集中。而 2C 與 3D 原則同為體內輻射防護的原則，惟 2C 原則是積極的，而 3C 原 則是較消極的。 (4)2C2G 原則 所謂 2C 是指圍阻(containment)與清潔(cleanliness)，而 2G 是指良好的整理維護(good house keeping)與良好的團隊精神(good teamwork)。圍阻是表示輻射源必需加以圍阻，尤 其是非密封性的放射性物質，以避免汙染擴大。而其他原則為一般作業要求。. 2.1.4 世界核能概況 目前世界在運轉中的核能機組共有 443 部，建造中的有 26 部，主要配置在先進國 家。在 2003 年，全世界核能發電量約佔總發電量之 17％，且目前核能發電仍是先進國 家能源種類之一，平均機組運轉年數約 20 年。各國對於核能發電之情形，概述如下： (1)美國 美國 2001 年發表能源政策，強調追求「永續、可靠、負擔得起」的能源，核能是 必要選擇。目前運轉中核能機組有 104 部，雖然美國多年來未有新建的核能機組，但有 幾項策略值得提及：1.機組延長壽命、2.調升反應爐功率，增加發電量、3.核能廢料處理 政策。. 11.
(21) (2)日本 目前運轉中的核能機組共有 52 部，興建中的有 4 部，規劃中 12 部，日本核能發電 量約佔全國總發量的 30％。另一方面，日本亦具有處理使用過核燃料技術的少數國家之 一。其技術能力已可將一公噸核廢料提煉出 6~7 公斤的鈽元素。 (3)南韓 有鑑於南韓能源有 96%依賴進口，再加上經濟與用電需求的成長。因此，南韓政府 將規劃核能發電為主要電力供應方式。目前運轉中核電機組有 18 部，建造中 8 部，而 有 2 部機正在規劃中，整體核能發電量約佔全國總發電量的 40％。 (4)法國 運轉中有 59 部，法國的核能發電量約佔全國總發電量的 78％，為全世界核能比率 最高之國家，部分電力賣給鄰國。除了現有核能機組外，超級鳳凰號亦是法國主要研究 型之核能機組，透過超級鳳凰號可使鈽元素再加以利用，即為「核燃料循環」，採用 1 公克鈽所產生的電力相當於 1 公噸的石油火力發電，相當具有發電效率，但鈽元素亦可 發展成核子武器。如何利用鈽元素則為未來核能發電的重要考量因素。 (5)瑞士 有 5 部核能機組，提供約 40％之全國電力，其餘之電力，由水力所供應；瑞士曾在 2003 年 5 月進行非核有關議題之公民投票，結果有 66％民眾反對將現有核能機組停止 運轉，而採用替代能源，只有 34％民眾贊成。原因在於民眾體認到在溫室效應下，核能 仍是唯一可利用的大型乾淨能源。 (6)芬蘭 有 4 部核能機組在運轉，提供約 27％全國總電力。芬蘭於 2003 年 10 月決定興建一 部大型的進步型歐洲核能機組，計劃於 2009 年開始運轉；芬蘭也是近年來第一個決定 興建新核能機組的歐洲國家。 (7)德國 有 19 部正在運轉，提供約 28％全國之電力。德國政府於 2000 年 6 月與德國 4 家核 能電力公司達成協議，每一部核能機組在運轉 32 年後將永久關閉，但據報導，德國政 府已感受到此政策執行的困難，因為找不到替代電力，其國家能源白皮書也說明，2010 年才能真正決定核能機組是否除役。 (8)比利時 有 7 部核能機組在運轉，核能發電的總裝置容量約佔全國所有電廠裝置容量總和之 40％；但核能電力則約佔全國電力之 55％，比利時政府已在 2002 年 12 月通過非核家園 法案，決定現有的 7 部核能機組在運轉 40 年後停止運轉，而不再興建新的機組，第一 部機組將在 2015 年進行除役拆廠，最後一部機組則將在 2025 年進行除役拆廠。據報導， 比利時也將會面臨同樣困難，即能否找到核能機組停役之替代電力。. 12.
(22) (9)歐盟 於 2004 年 5 月因有十個新國家的加入，使得歐盟 25 個國家有 13 國擁有核能發電， 機組數亦由 136 座增為 155 座。目前歐盟有 35％來自核能發電，遠高於燃煤之 29％及 燃氣之 15％。有 4 個會員國採取廢核政策，惟亦有其他會員國如芬蘭及法國等國，仍有 繼續擴展核電之企圖，至於廢核計劃，其替代能源如再生能源、能源效率提升或增加使 用煤、天然氣等是否能有效填補廢核後之能源缺乏，及設法抑制 CO2 排放，仍有很大爭 議。 (10)中國 目前共有 10 部核能機組在運轉，提供約 1.4％之全國電力；有二個核電站正在興建中。 此外，中國在 2003 年規劃在未來 15 年增加 10 部核能機組，若非受限於財力及專業人 力，中國的龐大核能發電計畫應會加快進行。 由上可知，雖然核能發電機組在社會環境中有許多反彈聲浪。但礙於新能源取得不 易、排放二氧化碳的溫室效應問題，與能源使用效率問題等，許多國家仍維持一定的核 能發電比例。而在面對放射性廢棄物時，雖然現今技術已可處理，但廢料處理廠的選址 問題仍無法克服，使得放射性廢料問題遲遲無法解決。因此，如何在發電方式的「經濟 性」與「環保性」中做取捨為大家所爭議的地方。. 2.1.5 核能發電處理相關文獻 由於核能發電所產生之物質會對環境與人民生活造成相當大的影響，因此已有許多 學者開始重視這個問題，並提出相關的核能發電研究，希望藉由探討各項核能發電議 題，來檢視其對於環境與經濟之影響為何。相關學者所探討之議題，茲分述如下： Margulies(2004)提出核能發電廠之設置最適化研究。研究中主要是依照核能發電所 造成的環境風險來做評估指標。期望能計算出核能發電廠設置後，能滿足電力需求之條 件與符合環境汙染準則的標準。學者所構建之模式為單一目標線性規劃模式，決策變數 為核能發電廠數量。主要的環境風險是考量核能發電廠之附近居民人數與核能發電之意 外事故死亡因子。研究中亦提出，不同的核能發電方式(例如：設置方式、內部設計、 營運模式，與危害準備程度)均會影響上述因素的數值大小，因此一個完整的核電廠設 置最適化應考量許多因素。研究最後是使用一個實例來進行模式求解。 Strupczewski(2003)在核能發電廠的事故風險一文中提出，核能發電廠安全目標是在 於保護個人、社會，與環境免受到核能發電之影響，並進而確保核能發電的效益。研究 主要採用歷史資料收集的方式來呈現出核能發電的安全性。該學者認為，根據許多歷史 資料顯示因核能發電之死亡與影響人數遠低於其他發電方式，且核能發電具有較高的發 電效益。因此，核能是未來能源的趨勢。. 13.
(23) McKendall 等學者（2005）採用模擬退火法來處理核能發電廠在面對電力供應中斷 時之動態資源配置問題(DSAP)。研究中所定義之資源為設備、零組件，與工具組。研究 主要是透過這些資源之配置，來使電力供斷中斷期間之資源上能有最小調度成本，並使 得電力能在最快時間內恢復供電。該研究的模式決策變數為 0-1 型態的資源指派變數與 作業活動變數，透過變數求得來決定各項資源在各時階內所指派的位置與作業活動。研 究中亦提出兩種模擬退火演算法來進行求解，最後再利用一實例來做模式驗證。 Cowing 等學者（2004）則對核能發電廠之生產力與安全性建構一動態模式。研究 學者認為核能發電作業中，短期之生產與安全性之權衡問題常存在於營運作業問題中， 且該問題亦會影響到核電廠之長期營運考量。因此，研究透過構建核能發電廠長期性的 營運作業、事故影響，與供應中斷等問題，並採用長期動態模式來影響核電廠作業，使 短期營運能權衡生產與安全性問題，長期營運則有最佳績效。研究在長期動態模式之中 的狀態變數設定為核電廠之各項作業狀態，藉由控制這些狀態，以求得狀態變換次數與 時間點最佳化。 Eeckhoudt 等學者（2000）提出核能發電之風險厭惡與外部成本之研究。學者認為 核廢料之外部性會對社會與環境造成影響，但目前均只考量其金錢價值。在許多情形之 下，社會對風險厭惡常與風險的平均金錢價值有所不同。因此研究提出，風險外部成本 時加入處罰因子來重新計算，而主要方式則是採用期望效用法。研究最後則利用歐洲一 座核能發電廠來重新計算其風險外部成本。期望透過重新計算的外部成本來使社會與核 能發電營運單位能重視社會對於核廢料之厭惡問題。 學者 Percebois（2003）提出核燃料循環之技術研究。研究中透過檢視核燃料之前期 使用與使用後廢料之處理技術來重新對核能發電之效用做評估。研究學者提出目前核能 發電之考量因素在於經濟、環境、技術，與政治四大問題。另外，在大家所重視的核廢 料問題中，最重要的則是長期的管理問題。目前雖然有三種處理技術(回收循環處理、 直接掩埋處理,與放置延遲處理)，但在某些特殊考量之下，並非各國家均能採用最適的 處理方式來進行核廢料處理。因此，學者認為各國在採用核能發電時，應必需對上述情 形有所認知，並且架構出合適之核能發電作業流程，以使社會之風險降至最低。 學者 Hawickhorst(1997)在研究中提出核能發電廠產生的放射性廢棄物之管理問 題。該學者以德國為例敘述其核電廠對於放射性廢棄物的管理方式與成效。研究將放射 性廢棄物分為兩大類：營運與退役所產生之廢棄物與核能發電流程之廢棄物。研究中亦 提出藉由德國之有效管理，可使核能發電廠之放射性廢棄物達到減廢的目的。此可做為 各國在管理放射性廢棄物之良好示範。 張維仁(2001)的研究中提出核能發電的電力需求日益嚴重，而有效的安排核能機組 進行例行性的停機大修與燃料填充是重要的作業程序。該研究提出一大型的混合整數規 劃模式，利用控制發電、大修，與啓動之 0-1 變數，來達到成本最小化的目標。研究中 亦發展出有效的邏輯條件式來縮短求解時間，並採用台灣之核能電廠來做實例驗證。 14.
(24) 表 2.1 作者. 核能發電之文獻整理. 研究範圍與內容. 研究重點. Timothy S.. 核能發電廠之選 z. Margulies. 址問題. 以風險最小為目標式. z. 風險考量因素分為：附近居民人數 與核能發電之意外事故死亡因子. (2004) A. Strupczewski. 核能發電廠事故 z. 以機率安全分析標準(PSAs)來評估. (2003). 風險之探討. 核能發電廠之事故結果 z. 提出各種發電方式的比較圖表與 數據來佐證核能發電的安全性. Alan R. McKendall. 核能發電廠發生 z. 研究以核電廠在短暫電力供應中. 等. 供應中斷的資源. 斷時，如何能利用有效資源配置與. (2005). 配置問題. 最小成本來恢復供電 z. 提出動態資源配置問題(DSAP)來 代表短期電力中斷之情形；此有別 於傳統之動態設施規劃. z. 研究是採用模擬退火法來進行求 解，但結論仍提出是否可採用其他 演算法可待後續研究. Michelle M.. 長期電力系統之 z. 研究提出短期之供應中斷問題會. Cowing 等. 生產與安全性的. 影響長期核能發電作業. (2004). 動態模式. z. 該研究認為電力供應中斷時，除了 會導致生產中斷，也常造成安全性 的問題. L. Eeckhoudt 等. 核能事件的風險 z. 在風險外部成本中加入懲罰函數. (2000). 外部成本計算. 的概念. J. Percebois. 核燃料週期之概 z. 核能發電原理介紹. (2003). 念性介紹. z. 各種核能發電廠之作業特性. z. 現今核廢料之管理作業與風險因 素探討. W. Hawickhorst. 核能發電廠之核 z. 研究中提出核廢料之物流處理流. (1997). 廢料管理. 程與分類方法 z. 核廢料的減廢技術介紹. 張維仁. 核能發電之大修 z. 透過彈性之大修排程來達到成本. (2001). 排程計畫. 最小與滿足電力需求之目標 15.
(25) z. 研究提出大修與發電之數學模型 與邏輯條件式來解決規劃問題 資料來源：本研究整理. 2.2 綠色供應鏈營運模式 2.2.1 綠色供應鏈之發展 由於現今經濟快速發展而導致部份資源已有耗盡的危機，因此綠色生產等作業開始 受到大家的重視，而在供應鏈的活動中亦有相同的情形。過去傳統供應鏈甚至是需求鏈 所考量到的作業範圍僅止於原料採購、生產、配銷到顧客手中等作業，而較無考量顧客 端的逆向回收作業，亦即從顧客端所產生的物品並無運用最適當的回收方式進行處理， 而造成資源的浪費。因此，整合正逆向供應鏈的作業開始有了一個新名詞：綠色供應鏈。 綠色供應鏈泛指是要求供應商在產品與環境相關的管理，亦即將環保原則納入供應 商管理機制中，其目的是讓產品或作業流程更具有環保概念，提升市場的競爭力。在作 法上，有些企業提出以環境為訴求的採購方案、績效，或評估過程，讓所有或大部分的 供應商遵循。而另一些企業則研訂對環境有害物質的種類並列出清單，要求供應商使用 的原料、包裝或污染排放中不得含有清單所列物資。 目前大家所熟知的綠色供應鏈案例即為歐盟所提出的綠色產品標準。許多歐盟先進 國家在體認到環境保護對於人類的重要性後，便積極開始將過去藉由道德勸說的環保概 念加以立法，並開始設定時程與執行成果。最受人注意的是廢電機電子設備指令指令 （Waste Electrical and Electronic Equipment , WEEE）及「電機電子設備限用有害物質指 令」（Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment, RoHS）等。歐盟於 2002 年 11 月通過 WEEE 及 RoHS 指令，並於 2003 年 2 月 13 日正式公告 10 大類電機電子設備之回收標準， 並要求 2006 年 7 月 1 日 10 大類 電機電子設備中不得含有鉛（Lead） 、鎘（Cadmium） 、汞（Mercury） 、六價鉻（Hexavalent chromium） 、溴化 耐燃劑（Polybrominated biphenyls, PBB；Polybrominated diphenyl ethers, PBDE）等六種物質。隨著指令的正式公布，各項電機電子產 品中含有上述六種禁用物 質及其化合物的電子產品均必須使用替代材質來代替被管制的材質。因此，綠色供應鏈 議題開始被供應鏈各成員所重視且必須接受。 誠如上述，綠色供應鏈最重要的目標即是在平衡作業績效與環境議題之間的考量。 在綠色供應鏈中，企業所扮演的角色為透過建立長期的買賣關係與改善作業或生產系統 來使能源使用降低且汙染減少。結合學者 Nagel(2000)與 Sarkis(2003)所提出的研究，其 列出完整綠色供應鏈應包含那些項目： (1)建立一個由顧客到供應鏈的策略導向規劃，其中必須包含供應鏈整體的環境品質評估 (2)藉由管理者的領導能力與洞察力來先做內部的作業趨動，再導入上述的策略導向規劃 16.
(26) (3)在供應鏈中需建立起對環境汙染的重視、改善方法，與回收體系 (4)加入成本效益觀面 (5)需體認顧客與供應商之間的關係，並建立一個由上到下的永續性溝通平台，來增加雙 方的互動 (6)生態設計：開始重視產品原料，構成要素，與生產流程 對於供應鏈或企業來看，做好綠色供應鏈並不只是會減少對環境的影響，本身亦可 享受到利益，可分為本身利益與社會利益兩方面： 在本身利益面中： (1)供應的安全性：為了能持續的供應，企業必須先了解如何滿足顧客的需求。而在這之 間供應商會有環境汙染的風險，此時若無綠色供應鏈的概念與作業時，企業可能會 遭受到被控告的情形，而有罰款或喪失顧客的問題。 (2)成本節省：透過綠色供應鏈的執行，企業可減少資源的浪費與能源的節省，使生產與 營運成本降低，並可提升生產力與產品品質。 (3)培養創新的觀念：藉由供應商知識與技術的累積，公司能開始發展新產品與服務來提 升競爭力。且採用綠色供應鏈裡的科技技術也能讓公司解決環保汙染的問題。 (4)員工的積極性：由於採用綠色供應鏈會改善生產流程使其較無汙染問題，因此員工能 更安心工作。 在社會利益面中： (1)檢舉風險：企業若無做好汙染防治時，可能會有被舉發的問題。此時企業會喪失民眾 對自己的信心與市場地位。因此，企業可將部份風險的責任成本轉嫁給消費者，使 消費者與企業能共同分擔風險責任。 (2)企業責任：這相當於企業的核心義務。企業必須透過綠色供應鏈來使生產作業，儲存 作業，與處理廢棄物來達到安全的零汙染環境。 (3)競爭地位：在風險檢舉中亦提到，企業若無法對供應鏈所造成的環境影響有所改善 時，企業將會面臨競爭地位受到動搖的危機。反觀，若能做好綠色供應鏈時，企業 即會被民眾所認同，進而提升競爭力並增加市場佔有率。 由此可知，建立一個完整的綠色供應鏈是供應鏈發展的必要過程。學者 Sarkis(1995) 構建出一套完整的綠色供應鏈環境影響與物流作業的相關架構圖，如下圖所示：. 17.
(27) 再利用 流程 設計 產品 設計. 原物 料. 未使用 物料. 組裝. 生產. 顧客. 再製造 回收. 廢棄物. 廢棄物. 廢棄物. 廢棄物. 廢棄物 最終處. 減少 圖 2.3 綠色供應鏈架構圖 資料來源：Sarkis(1995) 透過上圖可清楚了解，顧客端所產生的物質可經過再利用、再製造、回收，與最終 處理，且採用前三種處理方式所產生的物質均可再回饋至供應鏈的流程，以減少資源浪 費的情形。茲對於再利用、再製造、回收，與最終處理作業進行介紹： (1)再利用： 再利用是一以復原產品至可再使用為目的的一種流程。學者 Kroon 與 Vrijens 曾在 荷蘭設計一個封閉式的物流網路，標的物為可重複使用的運輸容器，在這系統內容器在 配送廠站、寄件人、收件人、收集廠站內流動。而物流服務提供者則需對於保管、配送、 收集空容器負責，並由寄件人處配送貨品至收件人處。而此個案焦點即在於物流服務提 供者上，目的在決定出在一配送系統內需要多少容器的數量、容器放置站與找出運送合 適的價格。 該問題是利用 MILP(mixed integer linear programming)混合整數線性規劃來架構，其 類似“無產能限制”廠區選址模式，且利用啟發式演算法求解，問題目標式包含運輸成本 與物流中心內保有容器的固定成本。 (2)再製造 再製造包含轉換至產品組成元件的過程，但要求許多方面的工作，並常要求徹底的 拆卸產品。主要焦點在附加價值的復原(在產品上使用再生的原物料)，取代物料零件的 復原(將再製造的退貨品轉變成新產品)。 (3)回收 回收是一種作業流程，是將產品透過分解過程還原至最基本的要素(如：原物料)， 然後再繼續使用。. 18.
(28) (4)最終處理 透過上述三種逆物流流程後，所剩下無法再進行回收之物品，最後僅能透過焚化或 掩埋等作業進行之處理作業，稱之為最終處理。. 2.2.2 綠色供應鏈相關文獻回顧 Shih(2001)提出電子物品的逆物流回收系統規劃，主要是使用混合目標規劃模式來 解決回收設施的設點最適化與逆物流系統的構建。該學者亦在研究中提出各種回收設施 的設置限制與所需考量的問題，例如：收集廠的容量守恆限制，與各種處理廠的處理類 形限制等。研究中亦指出，台灣的電子物品回收最大的問題還是在於回收獎勵金的設 定，獎勵金越多當然會讓回收率上升而使回收系統的績效增加，但政府亦無法漫無上限 的增加回收獎勵金，使得回收獎勵金的設定不易。因此，該研究只能透過不同的情境分 析來找出，在何種情形下的回收率最高，而產生最適化情形。 胡峻嘉(2001)提出資訊科技產業的整合物流管理之研究。研究中主要是考量資訊科 技產業的正逆向物流作業之整合模式，且利用多目標數學規劃來進行求解，該學者所建 構的多目標式分別為，正向供應鏈最大化與逆向供應鏈最大化。而模式的最大特點，即 在於考慮各項目標式之間的利益衝突，以便於管理者來進行整合物流系統的作業。而研 究中，透過敏感度分析亦可以清楚地知道回收處理費的合理範圍與在不同的目標式權重 下回收率應如何反應與調整才能達到最適化的情形。 Fleischmann 等學者(2000)利用討論與整理的方式對產品逆向回收問題提出其特性 與相關整理。研究中提出(1)逆向回收流程的各種作業成員與其特性，(2)正向與逆向物 流的作業差異，(3)正逆向物流在營運模式上的不同之處，(4)逆向物流的基本考量因素(回 收物品特性、供應鏈特性、回收資源特性)，(5)逆向物流的網路型態。學者期望透過這 些資訊的分析與整理可讓後續研究者對於逆向物流能有更深一層的認知，以便建構出最 適的逆物流營運模式。 Georgiadis 等學者(2004)，在研究中提出採用產品回收策略對於環境因素所造成的影 響評估。研究是利用動態系統的方式，並將整體架構分為質化與量化兩方面。透過質化 分析先構建出一個完整的正逆向供應鏈因果影響架構圖，再延續該架構圖做量化方面的 求解與敏感度分析，最後再採用環境保護政策指標來表示對於環境因素的影響評估因 子。研究中另一特點即是動態系統與質化分析的結合，該兩者結合會使得整個系統在不 同的時期會追求該時期的最適化行為，且各時限的結果亦會影響到下一時階的活動與參 數，最後達到整體系統最適化。而該研究最大限制即在於，模式構建中逆向物流均為無 產能限制，此項設定可能會影響逆向回收體系中的存貨會有無限增加的可能性。. 19.
(29) 2.3 風險評估模式之相關研究 2.3.1 風險評估與管理介紹 現今許多人都對危害(Hazard)與風險(Risk)這兩個名詞的定義有所混淆。根據經濟部 工業局對於其定義為：所謂危害就是「具潛在性特性，會造成人員死亡、職業性傷害、 職業病；或可能造成重大財產損失、生產停頓；或對附近社區和居民構成傷害、不適或 恐慌的物質、設備或操作」。而風險則是「對於一個會造成人員傷害或經濟損失的危害 事件之量度；包括潛在危害發生的可能性與該事件發生後的嚴重性兩項因素，它是兩者 相乘後的綜合性指標」。根據美國國家科學委員會對風險所做定義為：除了考量災害發 生的強度外，也必需對不良結果所發生的機率做評估。下表則為其他學者對風險所做的 定義： 表 2.2. 風險相關定義. 學者. 定義. Kanlan & Garrick. 1981. 事件發生機率×事外事故的大小. Sandman. 風險＝災害＋危害 危害＝風險特性. Edmund Penning-Rowsell &. (1)統計概念與意外事件發生的機率. John Handmer,1990. (2)包含損害的類型或潛在的損害，其程度和機 率 (3)強度社會上權力的分配及成本利益的分析. Smith et al., 1978. 威脅本質及發生的可能性. W. David Conn Vlek, Kuper & Boer, 1985. 六個正式的風險定義 (1)損失的機率 (2)可信的損失大小 (3)期望的損失(可能損失機率 X 損失的大小) (4)各種可能相關出象的期望值所形成之機率 分配的變異數 (5)半變異數 (6)期望值與所有可能出象的變異數 資料來源：陳碧珍. 1996. 而社會風險概念即指每年因各類型意外而喪生人口總數，通常可以表示為：某一事 件發生後喪生的人數乘上該事件每年發生的次數。大部份人類對於常發生之輕微損傷小 20.
(30) 意外的災難容忍度遠大於非常不可能出現之嚴重損傷的事故。亦即人們較能接受常發生 的交通小事故，而無法接受類似飛機失事所造成的意外災害。由此可知，人們在風險模 式中的機率次數與後果程度，較重視風險發生所產生的結果。 在風險的評估中，常用到風險綜合性指標來做為評估。而該綜合性指標可分為定性 風險描述、半定量風險描述與量化風險等方式；前兩者屬於相對性的風險比較，後者則 為絕對的量化風險。 在風險評估方面，由對象與目的之不同可分為安全風險、健康風險、生態與環境風 險及財務風險等。而透過上述的各種風險綜合性指標，可針對不同的風險來進一步做評 估作業。 在風險管理方面，所謂風險管理即是針對風險評估出來之結果與改善建議，並透過 系統化之體系、決策過程與執行之落實與追蹤考核等程序，以達到保護員工、社會大眾、 環境及避免公司商業中斷損失的目的。基本上風險管理是在強調危害控制技術和管理知 識整合。全世界工業先進國家開始對工業安全投以高度的重視後，風險管理即成一項世 界性的潮流。 下圖為美國對於風險管理所繪製的架構圖，其過程簡單的描述為先對製程實施有效 的危害鑑認與辨識，找出重大潛在危害源後，利用系統化的安全評估與管理技術，計算 或估計危害狀況發生的可能性及發生後的嚴重性，進而提出最有效的管理控制(強化製 程安全管理制度)及工程改善方案，以便達到一最低合理風險的管理目標。 頻率評估. 原因. 原因可能性. 分析. 估計. 製程危害. 危害發生之 後果評估. 辨識. 風險評估. 後果. 後果嚴重性. 分析. 估計. 危害發生風. 取代方式之. 險之降低. 評估. 可接受 之風險. 圖 2.4 美國風險評估模式 資料來源：經濟部工業局. 21.
(31) 2.3.2 物流風險相關文獻回顧 現今工業發展的社會中，許多城市正享受著發展快速所獲得的利益，但無形中也造 成了許多對環境生態的汙染。而這些汙染均為長期性的，有些可能一直無法消除而對人 類產生無可消去的傷害。其中有害廢棄物或汙染源更是造成環境破壞與危害人類健康的 原兇。許多廠商更為了貪圖一己之利在製造或物流作業中造成汙染。因此，過去許多學 者已重視到此問題並將汙染的風險因素模式化加入廠商的營運模式，藉此提醒或建議廠 商應考量到汙染的重要性。相關學者所建構的營運作業模式茲分述如下。 Giannikos（1998）利用多目標數學規劃並加入風險模式的考量來解決處理廠設點與 繞徑的問題。其中目標式所考量的因素為：(1)總營運成本最小化，(2)前期總風險最小 化，(3)城市間的適當配送風險，(4)處理廠間的有害廢棄物的最適配送。作者構建一個 多目標規劃模式，決策變數設定為 0-1 變數（有害廢棄物配送路徑的選擇），目標式即 是上述的四個考量因素。作者最後設計一個小型的問題進行模式的求解。 Zografos 與 Androutsopoulos（2004）提出一篇研究，主要在構建一個啓發式演算法 來解決有害廢棄物的配送問題。作者認為一般的配送問題主要是在解決繞徑和排程問 題。而有害廢棄物的配送問題又加入了汙染風險的考量，且風險因素是由風險發生的可 能性與所影響的結果所組成。因此，作者利用上述考量並配合原有的供應鏈模式構建出 一個多目標數學規劃來解決該問題。目標式為成本最小化與風險最小化，設定方式是採 用權重法計算，決策變數設定為 0-1 變數（配送路線的選擇） 。最後，透過所構建的數 學規劃模式採用“插入演算法”來進行求解。 Nema 等學者（1999）針對區域型的有害廢棄物管理系統提出一改善研究。研究中 主要在探討有害廢棄物管理系統的回收廠收集作業、處理廠設點問題、回收廠到處理廠 的指派問題，與運輸問題。該研究的目標仍有考量將風險因素加入模式中，並構建一個 多目標數學規劃來求解。其中較特別之處為，該研究之有害廢棄物設定為多種型態且不 可共同處理。因此，在運輸與處理過程中，可能會產生無法共配與共同處理的情形。該 研究之決策變數有下列三項：(1)運輸路徑的配送量(2)處理廠的設點選擇(3)處理廠能容 納的處理量。作者最後設計一個小型的問題進行模式的求解。 何家豪（2003）提出有關廢棄物共配研究，主要在處理有害廢棄物在逆向物流中如 何聯合處理之營運模式。研究者將有害廢棄物之逆向物流做一完整性的說明並提出其概 念性架構，且認為若各家廠商的多種有害廢棄物若處理與配送型態可相容時，即可進行 共同處理達到逆向供應鏈之最適化目的。該研究之決策變數可分為：有害廢棄物的配送 量、處理量，與回收量。並利用台灣一科學園區來做實例之驗證。該研究之特點即在於 模式中考量存貨與風險特性，為一完整的有害廢棄物供應鏈營運模式，而非傳統運輸問 題。將存貨與風險特性加入模式中，會使得各期影響變數增多，雖然會使運算變得複雜， 但也更符合實際情形。. 22.
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