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2020年08月法國核電廠除役經驗

身為核能發電大國的法國，目前有18 座核電廠，共56 部反應爐在運轉中，主要由法國國營電力公司（EDF）負責營運，除了將核電業務出口至其他國家之外，還與德國並列歐洲最大電力出口國。法國核能產業為國家繼汽車、航空業後排名第三大的產業。法國有超過7 成的電力來自核能發電，雖然機組數量仍比最高的美國（95 部）低出許多，但核電占國家能源配比則為全球最高。對法國來說，核能與水力可說是國家電力的基石，剩餘的部分則透過風力、太陽能及生質能等再生能源與化石能源補足。
核電在法國國家能源配比中占有主導地位，是法國在1960 年代時為了達到國家「能源自主」以及「能源多樣化」而做出的決定。在國家支持大力發展核能發電下，今（2020）年剛關閉、尚未開始除役作業的Fessenheim 核電廠2 部機組不列入計算，法國至今已有12 部機組正在進行除役工程，其中有3 座（Marcoule 與Phénix核電廠）屬於軍用核子設施，由法國原子能與替代能源委員會（CEA，類似我國核能研究所，為國家政府資助的研究機構）進行該核電廠的除役作業，其他商業用機組的除役則都是由法國電力公司負責。法國電力公司必須全權承擔機組除役的技術與財務方面的責任，在除役過程期間首要的任務為確保安全與電廠周圍環境的保護，並在與其他運轉中機組相同的標準與透明度下，進行除役的工作。

法國電力公司目前有9 部機組正在進行除役作業（圖片來源：法國電力公司EDF）
表1. 法國除役中核電機組一覽表資料來源：IAEA-PRIS、WNA，本刊製

國際上的核電機組除役方式可分成3 種，分別為：
1. 立即拆除（Immediate dismantling），即反應爐在停機後立即進行除污作業，在短時間內將反應爐解體與拆除。
2. 延後拆除（Deferred dismantling），即反應爐在停機後在適當的管理監控下，安全保存一段時間，待放射性自然衰減後，再進行反應爐的解體與拆除，因此也稱作「安全貯存（Safe enclosure）」。
3. 固封除役（Entombment），反應爐在停機後利用如混凝土等結構合理的材料，將放射性物質於當地永久封存，並進行維護與監控至放射性水平降至限制的水平為止，車諾比核電廠發生事故的4 號機即是用此種方式進行原地封存。
法國核能管制機構核能安全署（Nuclear Safety Authority）在 2008 年公開的一份政策文件中，建議法國的核子設施應採用「立即拆除」的方式來進行除役工程，因此當時除役的 9 部商用機組的除役策略皆為立即拆除，但所需要的時間依照各電廠的複雜程度而有所差異，法國電力公司最初計畫在 25 年內完成 9 部機組的除役工程。
法國電力公司決定採取立即拆除的策略主要有兩個原因，除了不希望核電廠除役成為下一代的負擔之外，同時也期望能利用現有員工的能力與專業知識，因為這些員工過去也參與了將除役電廠的營運。法國電力公司在 2001 年時為了核電廠的後端與環境安全等的業務，成立了一座除役與環境工程中心（Decommissioning and Environmental Engineering Centre,CIDEN），內有 600 名員工專門進行各部機組的除役，也替這些除役計畫進行計畫管理。
根據法國電力公司的除役策略，法國的核電廠除役分成三個階段，分別為：
第一階段：關閉核電廠，將核燃料移出並清空迴路，以及非反應爐區域設備的關閉與拆除。在這個階段，整座電廠有 99.9%的放射性會隨著用過核燃料與迴路清空後一起被移除。
第二階段：部分除役，反應爐之外的設備與建築物的拆除，並開始進行放射性監測。
第三階段：完全除役，反應爐本體、材料與設備等仍具有放射性的物質之拆除。
第一與第二階段會在機組停止發電的 10年內進行，第三階段則需要較長、大約 10年的時間。而電廠的放射性水平，會在所有的拆除工程完成後恢復至天然背景值，這個時候已不再需要任何的放射性水平監測，土地也可供再次利用。在法國電力公司的除役計畫中包含數座屬於第一代核電技術、現在已不再建造的石墨氣冷式反應爐（Gas-cooled reactor,GCR）。
這種反應爐是利用石墨作為緩和劑來減緩中子的速度（以提高核分裂的速率），以及利用二氧化碳作為冷卻劑，使法國可使用天然鈾作為燃料，不需要像近代的反應爐技術必須使用由濃縮鈾製成、即鈾濃度比天然鈾高出數倍的核燃料，讓開發天然鈾的國家也可以自產核燃料，不需依賴其他國家來供應濃縮鈾。
而法國的石墨氣冷式反應爐均在 1960年代所建，目前皆已進入除役的階段，但這種反應爐在設計上普遍都建有非常厚的混凝土以作為屏蔽，以及大量的石墨塊與複雜的支撐結構等，導致在進行拆除作業時常碰到混凝土與金屬在切割上的技術議題。另外，在拆除石墨氣冷式反應爐還會面臨到在解體切割後所產生大量的低放射性廢棄物，與近代一般的壓水式反應爐（Pressurized water reactor, PWR）相比，拆除一座石墨氣冷式反應爐所產生的廢棄物量將會多出 10 至 30 倍，也不易為這些廢棄物找尋貯存地點，因此大多數使用石墨氣冷式反應爐的國家均傾向「延後拆除」的除役策略。

法國核電廠除役的拆除順序以反應爐為中心，從外至內來進行（圖片來源：Cyclife-EDF）
法國電力公司原計畫將 9 部商用機組的除役分成兩階段來進行，第一階段有Brennilis、Creys-Malville、Chooz 與 Bugey核電廠共 4 部機組，第二階段則是 Chinon核電廠 3 部機組以及 Saint-Laurent 核電廠2 部機組。除役的方式則分成在水下（Bugey1、Chinon A3、Saint-Laurent A1 與 A2）及不在水下（Chinon A1 與 A2）來進行。但是，法國電力公司在 2016 年告訴管制機構，將把 Chinon、Bugey 與 SaintLaurent 核電廠共 6 部石墨氣冷式反應爐的除役策略調整回「延後拆除」，即反應爐本體必須靜置 25 年的時間，整個除役的時間約需要 60 年，這項策略的轉變將導致法國石墨氣冷式反應爐的除役無法在這個世紀內結束。
目前法國已進行除役作業的石墨氣冷式反應爐中，屬 Chinon 核電廠 3 部機組的拆除進度為最快，均已完成非反應爐區域的拆除，部分拆除的瓦礫與塊狀金屬零件等也已被送到法國國家放射性廢棄物管理機構（National Agency for Radioactive Waste Management, ANDRA）核准的貯存地點。另外，Bugey 核電廠 1 號機也已經拆除反應爐周圍的電機系統與管路，Saint-Laurent 核電廠 A2 號機反應爐周圍的電機系統與管路則預計於這兩年完成。
除了我國沒有的石墨氣冷式反應爐與快中子反應爐（Fast breeder reactor,FBR）之外，法國除役的核電機組中還有全歐洲首座進行除役的壓水式反應爐—Chooz 核電廠 A 號機，裝置容量僅 30 萬瓩，該部機組自 1967 年開始商業運轉，1991 年關閉，2007 年獲頒除役執照，並在2017 年進入除役工程的最後一個階段，預計將於 2022 年完成。
Chooz 核電廠 A 號機是建在山坡上開挖的兩個洞穴內，分別給反應爐本體與輔助設施使用，在山頂的建築物裝有緊急爐心冷卻系統與通風設備，內部通道與洞穴的壓力低於外部，可確保放射性物質不會釋出。使用鋼筋混凝土來進行包覆是壓水式反應爐標準的設計方式，但 Chooz 核電廠 A 號機的設計人員決定利用藍閃石片岩類似花崗岩、擁有良好的包覆與耐壓等的特性，將反應爐安置在地下。除了 A 號機組之外，Chooz 核電廠還有 B1 與 B2 兩座於 1990 年代投入商業運轉的 150 萬瓩
壓水式反應爐，但這兩部並未如 A 號機一樣建在地下。
Chooz 核電廠 A 號機的核燃料在 1995年底全數移出，1999 年管線淨空，清除了該部機組 99.9% 的放射性。待 2007 年獲得除役執照後，陸續在 2008 年前後拆除位於山坡上的渦輪機、隧道、行政大樓等設施，並進行土壤除污。近幾年則是拆除洞穴內總體積約 6 萬立方公尺的機電組件，以及 4 座蒸汽產生器（各高 14 公尺、重110 噸）與增壓器等主要、大型的輔助設施，並運送至法國國家放射性廢棄物管理機構的貯存設施。
2017 年，Chooz 核電廠 A 號機的除役工程進入最後階段，即拆除反應爐容器，法國電力公司預計可在 2022 年完成拆除工程。目前該座核電廠雇用約 20 名來自法國電力公司的員工，以及 50 名的約聘人員，來進行 A 號機的除役作業。由於國內深層地質處置場尚未定案，法國電力公司目前正在 Bugey 核電廠建造一座臨時廢棄物貯存設施，這座被稱作 ICEDA 的暫時活性廢棄物貯存與封裝設施，將用來暫貯與封裝目前除役中 9 部核電機組所產生的中放射性廢棄物。
根據世界核能學會（World Nuclear Association）的估計，法國電力公司的核電廠因除役所產生的廢棄物約會有 500 噸壽命較長的中放射性廢棄物、18,000 噸的石墨、41,000 噸壽命較短的中放射性廢棄物，以及 105,000 噸的低放射性廢棄物。
法國前任總統歐蘭德在 2016 年通過《能源轉型法案（Energy Transition for Green Growth Act）》，最新的能源政策力求能源轉型，相關政策包含溫室氣體減量、能源消費減半、降低化石燃料的使用、提高綠能占國家電力配比，以及 2025年將關閉 14 部核電機組，降低核電占比至 50% 等等，但現任總統馬克宏在 2018年宣布，考量到國家電力供給，將 2025年關閉 14 部機組的政策延後至 2035 年，也重申「降低核電的占比不代表將放棄核電」，未來將首先關閉燃煤發電廠，配合減碳行動。

除役是核電廠運轉壽命期間一個正常的階段，法國電力公司必須全權承擔法國商業用核電機組在技術與財務上的責任（圖片來源：法國電力公司 EDF）
參考資料：
1. World Nuclear Association. “Nuclear Power in France.”
2. Cyclife-edf. “Decommissioning.”
3. EDF. “Decommissioning.”
4. EDF. “Decommissioning PWRS in France.”
5. EDF. “EDF nuclear plant under decommissioning programme.”
6. EDF. “Centrale de Chinon A.”
7. EDF. “Press kit 2019 – Chooz nuclear power plant.”
8. Nuclear Engineering International. “Excavating Chooz A.”
出處:核能簡訊第185期