NEW 2021年8月南韓核電廠的除役經驗

2021年8月南韓核電廠的除役經驗

南韓身為全球第五大核電生產國家,目前共有24 部核電機組運轉中,分布在4 座核電廠,為南韓生產超過25% 的電力,也由於南韓國土比美國、法國、中國等核電大國小非常多,國家核電密度因此為全球最高(以每平方英里有多少部核電機組來計算)。南韓大部分的核電機組位於該國人口稠密的東南部的兩座核電廠,靠近慶州、蔚山和釜山市,這些城市為南韓主要的電力需求中心,也是許多重工業的所在地。

南韓的能源政策著重「國家能源安全」,以對進口化石燃料的依賴降至最低為目標,因此南韓自1970 年代即開始研發核電廠國產建設計畫,旨在減少因國際間化石燃料短缺時對國家能源安全可能造成的影響。南韓與我國狀況類似,大部分的主要發電來源(2018 年時的數字為98%)必須進口國外的燃煤與液化天然氣(LNG),且南韓也不如許多國家設有跨國天然氣管線,只能依靠載運液化天然氣船隻自出口國運送至南韓,於國內7 座接收站進行再氣化後才可供燃氣電廠發電。由於全球暖化越顯急迫,身為世界煤炭與天然氣前幾大進口國,南韓在2015 年時確立了「2030 年時將溫室氣體排放量從估算的8.5 億噸減少37%」的目標。與化石燃料電廠不同,核能發電廠因為是利用核分裂效應所產生的能量來發電,因此在發電過程中並不會產生二氧化碳,在減少碳排放的執行上扮演著重要的角色。

但是,為因應2011 年福島事故後所出現的質疑核能安全聲浪,立場反核的文在寅在2017 年上任總統後,隨即在古里(Kori)核電廠1 號機組的除役典禮上宣布南韓「不延不建,逐步脫核」[ 註] 的目標,2038 年時運轉中核電機組的數量將減少至14 部。古里1 號機是南韓第一座核電機組,自1978 年就開始商業運轉,2007 年時獲准延役10 年,在經過40 年的運轉後已於2017 年6 月關閉,也是南韓首座邁入除役的機組。

南韓現有核電機組啟動商業運轉的時間介於1978 年與2019 年,均由韓國電力公司旗下的韓國水力與核電公司(Korea Hydro and Nuclear Power Corporation,KHNP)負責營運,除了古里1 號機之外,月城(Wolsong)核電廠1 號機也於2019 年12 月、比運轉許可期限提早3 年關閉;另外還有10 部機組的運轉許可都將於2030 年到期,南韓屆時將迎來大規模的核電除役時期。

南韓現有24 部核電機組在運轉中,分布在4 座核電廠,另有4 部機組興建中,2 部機組已關閉待進行除役工程。(圖片來源:美國EIA,本刊譯)

南韓政府的除役策略與雄心壯志南韓至今尚無完整除役商業用核反應爐的經驗,古里1 號與月城1 號機組雖然都已終止運轉,但實質的除役工程都還未開始,僅處於除役準備的階段。南韓政府也因此將古里1 號機的除役視為開發核子設施除役技術的一個機會,除了可增加國內核電廠除役的經驗,未來還可提升南韓在國際除役市場所占的地位。南韓政府在2019 年時就已為推廣南韓核子設施的除役制定了相關商業策略,期望能從技術上支援古里1 號機的除役,並透過核子設施的除役發展南韓核工業的技術競爭力,甚至非常有野心的將目標放在2035 年的全球核電除役市場,期望屆時能在全球除役市場占有10%、成為市場前五大玩家的腳色。

南韓這項商業策略還計畫為核電廠的除役設立數座專門的研究中心,首座為核反應爐的拆除所建立的研究所將於今(2021) 年下半年完工,KHNP 為此已與當地市政當局簽署了相關的備忘錄(MOU),該研究所將由兩個研究機構組成,分別負責研究輕水反應爐(Lightwater reactors)與重水反應爐(Heavywater reactors)的拆除。

除了為核電廠除役建立相關的研究機構,南韓產業通商資源部(產資部)還將投入更多的資金,來推動安全處理放射性廢棄物方法,以及處理放射性廢棄物期間所需要的核心設備等的研發。南韓政府也根據其市場變化的需求,計畫對現有核能專家進行再教育,並通過撥款500 億韓元(約12.5 億元新台幣),幫助相關的公司向除役進行財務轉型。透過古里1 號機的除役來證明除役能力,南韓政府計畫在2020 年代後期與其他除役技術較先進的國家合作,最終在2030 年代後期獨立贏得他國除役計畫的合約。

此外,南韓產資部也計畫為相關系統進行加強,讓核電廠的除役可以安全、透明的進行。南韓工業部長(Industry Minister)當時表示,「在進行核電廠除役計畫的同時,政府期望能為核工業各公司創造商機,並為核電廠周邊地區找尋經濟復興的機會。」根據南韓工業部的估計,南韓的除役市場約有22.5 兆韓元的商機,還將於2020 年代後期有所成長,全球除役市場則高達近550 兆韓元。南韓中央與地方政府估計拆除一座核電機組的成本約為近8,000 億韓元(約195 億元新台幣)。

古里核電廠1 號機除役計畫為了可安全、順利的執行古里1 號機的除役計畫,KHNP 將與國內外相關公司與機構合作,也就除役所需技術的研發、確保相關的資金進行了充分的準備,有些準備甚至在古里1 號機運轉執照到期(2017)前數年前就已開始進行。該部機組在2017年宣布關閉後即將爐心內的核子燃料移出,至該部機組的用過核子燃料池進行暫時貯存,反應爐至今也一直維持在穩定、安全的冷停機狀態(Cold Shutdown)。

古里1 號機目前的除役進度還在除役準備工作的階段,準備工作內容涵蓋除役計畫的申請與運轉許可的變更(即自運轉許可轉變至除役許可)等,KHNP 現在正著手準備古里1 號機的除役計畫,並於數個月前結束計畫所需要的民眾公聽程序、收集民眾的意見想法並依這些意見修訂除役計畫,待完成後才可向管制機構核能安全與保安委員會(Nuclear Safety and Security Commission, NSSC)提交除役計畫與申請。除役計畫的內容包含了人力與成本的管控、環評調查、除役方法論、安全檢查,以及放射性廢棄物的管理等層面,但不包含自除役反應爐退出的用過核子燃料的最終處置。

南韓大部分的核電機組位於人口稠密的東南部,靠近慶州、蔚山和該國第二大城的釜山市,圖為釜山市廣安大橋一景。

目前,KHNP 已於今(2021)年5 月中時向管制機構提交古里1 號機的拆除許可申請與其他所需的文件,根據南韓核能安全相關法規,若要申請拆除許可,必須檢附拆除計畫、相關品質保證計畫與當地居民意見調查的結果,KHNP 期望能在2022年獲得該部機組的除役許可,開始實質的除役工作。
KHNP 採用立即拆除的策略,估計古里1 號機整個除役計畫約需要8,000 億韓元(約195 億元新台幣)的預算、約15.5 年的時間來完成。KHNP 將古里1 號機的除役規劃分成4 個階段,分別為除役準備、除役工程開始與建造廢棄物貯存設施、除污與拆除,及廠址復原。

南韓總統文在寅2017 年出席古里1 號機組除役典禮時,宣布國家逐步廢核的能源政策及古里核電廠1 號機的除役工程即將開始(圖片來源:青瓦台網站)(圖片來源:World Nuclear News)

第一階段:除役準備
1. 反應爐停機、燃料自爐心卸載並轉移至用過核子燃料貯存池、用過核子燃料管理、管制機構執行相關檢測;
2. 除役計畫規劃、廢棄物處理設施的研發與採購;
3. 除役計畫相關文件準備、必須在反應爐停止運轉後的5 年內向管制機構提交最終除役計畫(即除役申請)。
第二階段:除役工程開始與建造廢棄物貯存設施
1. 無放射性區域的拆除、除役所需設備的安裝與啟用;
2. 放射性廢棄物處理設施的建設;
3. 用過核子燃料自燃料池移轉至廠外的中期貯存設施。
第三階段:除污與拆除
1. 受放射性污染系統與建築的除污與拆除;
2. 除污、切割、減容、包裝等放射性廢棄物處理設施的啟用;
3. 放射性檢測的評估與驗證。
第四階段:廠址復原
1. 廠址土地復原;
2. 除役工程結束前最終狀態檢測與調查;
3. 執照終止。

除役技術的研發與計畫管理
為了確保擁有除役古里1 號機的技術能力,KHNP 表示必須開發一共58 項的除役技術才可完成古里1 號機的除役工程。而KHNP 自2017 年起就已開始其中17項除役技術的研發,並為這些技術規劃相關的研發時程,目前這17 項除役技術的研發大部分已完成,剩餘幾項尚未完成研發的技術也必須在表定的今年底前完成。

另一方面,有關除役過程所需要11 項特殊設備的開發也在進行當中。這些技術與設備的研發涵蓋了相關軟硬體系統、除污、切割、拆除、減容、廢棄物處理、放射性量測等方面,KHNP 也將這些技術與設備的研發,依照每個除役階段的需求分別制定研發時程,例如混凝土結構除污、設備除污、反應爐切割、廢棄物減容等技術的研發必須在實質的拆除工程開始前完成,進行土地除污的設備研發則可等到廠址復原前完成即可等等。

而除了KHNP 之外,韓國原子能研究所(Korea Atomic Energy Research Institute)在2017 年時也與南韓數間公司簽約,一同研發古里1 號機的除役技術,如設備拆除、土地污染測量、模擬拆除、化學除污、廢棄物處置程序等。韓國原子能研究所在2017 年時就表示已完成其中約2/3 的技術的研發,剩餘1/3 的技術則已在驗證階段。
而為了可讓古里1 號機的除役計畫能順利、依照時程的進行,KHNP 將不同的除役計畫分割成6 項事業(Business),分別為:
1. 除役的設計;
2. 系統除污;
3. 廢棄物處理設施的建造、營運,以及其除污與拆除;
4. 反應爐系統的切割與拆除;
5. 放射性檢測的評估與驗證;
6. 廠址復原。
有關承接這6 個事業與業務的包商,KHNP 將通過具有競爭性的標案流程來選擇設備齊全的公司或財團,並與其簽訂業務合約,而KHNP 仍是整個古里1 號機除役計畫的總計畫管理者。
不過,一份由南韓檀國大學(Dankook University)所進行的研究顯示,古里1 號機的除役仍可能面臨到3 項挑戰,而導致無法在計畫時程內完成。根據南韓核能安全法規,各核電機組的用過核子燃料貯存池必須在淨空的狀態下才可開始實質的除役工作,而現在1 號機燃料池內的用過核子燃料未來暫時貯存的地點仍無法確定,將可能導致除役工程因此延後數年。

另外,除役期間所產生的中、低放射性廢棄物預計將達數十萬桶(每桶200 公升),若要在15 年內經過減容將數量減少至KHNP 設定的目標14,500 桶可能有其困難;再加上古里核電廠除了1 號機之外還有其他3 部機組在運轉當中,其中2 號機更與1 號機相連,1 號機的除役將可能直接影響到2 號機的運轉,因此必須特別注意避免此情況發生。

南韓核電除役的前景
南韓現任總統文在寅,在2017 年5 月上任後於百日內即提出新能源政策藍圖,南韓產資部在2017 年底公布了《第8 次電力供應基本計畫(2017-2031 年)》,這份計畫也確立了南韓將關閉老舊的火力發電廠,核電廠則是不新建也不延役,且將使用再生能源與天然氣填補電力缺口,與前總統朴槿惠政府於2015 年公布的《第7 次電力供應基本計畫》、將於2029 年前新增11 部核電機組以及2022 年前新增20 座燃煤電廠的目標背道而馳,也揭示了南韓能源轉型的目標。

若根據這份《第8 次電力供應基本計畫》,南韓國內將於10-15 年後進入大規模核電除役的時代,在2020-2029 年之間將會有10 部機組陸續除役,至2050 年時一共將會有20 部機組除役。根據南韓中央與地方政府目前以古里1 號機來估計,拆除一座核電機組的成本約為近8,000 億韓元(約195 億元新台幣),除役的成本包含了人力成本、拆除成本、除污成本、廢棄物處置成本(含廢棄物運送成本),以及如保險、稅金與電力公司營運成本等支出成本,年度的支出會因每年執行的除役工程內容而有所不同。若依照《第8 次電力供應基本計畫》來估算,預計南韓國內的除役市場將於2037 年達到高峰。

古里核電廠1 號機內的用過核子燃料貯存池(圖片來源:KHNP/ The Korea Times)

南韓未來將關閉之反應爐機組數量與對應年代(資料來源:atw Vol. 65 (2020) | Issue8/9 ı August/September)

月城核電廠1 號機除役計畫為了符合南韓國家逐步脫核的政策,KHNP 在2018 年決定終止月城核電廠1號機的營運,比運轉許可期限到期的2022年還提早了3 年。南韓核能管制機構也在2019 年底同意該部機組停止運轉,管制機構也公開表示月城1 號機的關閉不會對電廠周遭環境安全造成任何負面影響。

月城1 號機自1983 年即開始運轉,是南韓第二古老的核電機組,也是南韓繼古里核電廠1 號機之後第二部除役的核電機組。月城1 號機在原定30 年的運轉期限後於2015 年獲准延役至2022 年,但當時卻面臨到公民團體提出延役無效的行政訴訟。首爾行政法院在2017 年做出裁定,決定撤銷該部機組的延役許可,管制機構雖於同年提出上訴,KHNP 卻在2018 年以「月城1 號機繼續運轉無法帶來經濟效益」為由,宣布將提前終止運轉。而另一方面,韓國議會也於2019 年就月城1 號機其經濟效益的相關數據,質疑KHNP 刻意低估該部機組的經濟效益,要求南韓監察院調查提早停機的可行性。

不過, 調查的最終結果表示, 雖然KHNP 確實低估了該部機組的經濟效益,行政機關在決策過程中也存有瑕疵,但這次的調查並不會影響能源政策的推動,南韓產資部對此也表示將繼續推動能源轉型的政策。如此月城1 號機依計畫進行除役工程的可能性也大大提升,KHNP 預計在2024 年提交除役計畫申請,預計也需要15 年的時間來完成所有的除役工程。

結論
雖然南韓能源轉型的政策在產業界仍因未來可能面臨到缺電而受到不少批評的聲音,該項政策也將使南韓揮別中國、俄羅斯等世界核電新興大國的行列,但南韓卻看準除役在15-20 年後的市場轉而大力朝其發展,期望能與其國產核電廠建設技術相同,也將除役技術外銷至世界各國,為國家帶來更多的經濟效益。

月城1 號機自1983 年即開始運轉,是南韓第二古老的核電機組。(圖片來源:World Nuclear News)

註:南韓在2017 年5 月面臨政黨輪替,由於新任總統文在寅競選期間提出中斷新古里核電廠5、6 號機組建設的承諾,為兌現競選支票,文在寅在上任一個月後於出席古里核電廠1 號機除役典禮時發表新的能源政策:「不延不建」,即不再核准新建核電廠、也不會同意核電廠延役,同時決定暫停當時已開始建設工程的新古里5、6 號機組。不過,由於兩部機組的建設工程進度已完成近30%,文在寅政府在審慎考量後決定透過民意決定,故成立「新古里5、6 號機組公論化委員會」,選出500 位的公民代表,於2017年7-10 月的期間,對是否應重啟這兩部機組的建設工程進行專題討論與說明,透過「審議式民調」的方式讓參與的公民代表了解正反雙方的立場,再進行討論與投票。而最終的投票結果於同年10月20 日出爐,有近6 成的公民代表認為應重啟兩部機組的建設工程,但同時也有53% 的公民代表認為政府應在未來減少核電的比例。文在寅對此也表示會尊重公論化委員會的決定,隨即於10 月25 日重啟兩部機組的建設工程。

參考資料:
1. U.S. Energy Information Administration. “South Korea is one of the world’s largest nuclear producers.”
2. Joo Hyun Moon. “Current Status and Prospects of Nuclear Power Plant Decommissioning in the Republic of Korea.”
3. Min-Hee Jung. “Business Korea-Decommissioning Plan Released for Kori Nuclear Power Plant Unit 1.”
4. Nuclear Engineering International. “South Korea looks to decommissioning.”
5. World Nuclear News. “Korea develops expertise for Kori 1 decommissioning.”
6. World Nuclear News. “KHNP applies to dismantle Kori 1.”
7. 能源知識庫《南韓原子能安全委員會決議將慶州市月城核電廠一號機組永久停機,為繼古里1號機組後,第2 座永久關閉的核電廠》
8. 台灣電力公司《出國報告:韓日除役計畫技術發展與電廠安全改善設施觀摩》

出處:核後端雙月刊第四期