能源與環境 期末書面報告
核能發電的經濟效益—核能真的是一個便宜的發電方式？
一、前言
電力是現代社會中重要的工業、民生能源來源。電力系統基本上由發電、輸電和配電三個成分組成。而在廣泛應用的化石燃料終將耗盡、及二氧化碳排放造成全球暖化的今日，由於電力在能源使用形式中佔了相當大的比例，發電方式因此成為必須被仔細看待的焦點。
對於一個穩定的電力系統，其系統的輸入與輸出必須時時維持在平衡的狀態，也就是說發電廠所送出來的電力，要能夠跟使用者所消耗掉的電力維持相當。為了維持這樣的平衡，發電廠的運轉情形就要隨著全國的電力需求隨時變化。圖1為一個一天之中電力需求變化的範例[1]，電力需求會隨著時間而有高低變化：比如晚上商家都關門了，所以電力需求較少；而上班時間辦公區域的空調使用，使得電力需求較高；而中午的午休時間，也使得在12點附近有一個往下的缺口。總結一整天的變化情形，可以得到即使有高高低低的起伏，基本上存在著一個最小的固定需求量，這也就是所謂的基載(Base Load)。一般而言，對於基載的供應，會需要有一批發電廠能夠不斷地運轉。這批發電廠的啟動與停機的反應時間不需要太快，但要能夠穩定運轉，而且它們的運轉成本會被希望是盡量地低，因為在這裡壓低成本對於整體的發電成本有很直接的影響。
就臺灣電力公司的說法[2]，核能發電具有成本低廉、並且沒有二氧化碳排放等特色，是符合成本效益與環境考量要求的絕佳基載供應來源。關於台電提供的數據，可以參考表1[3]，表中的資料年份未知，而台幣對美元的匯率假設為31:1。不過，核能發電是否真的具有如此的優勢？回答這個問題若只以台電單方面所提供的資料為依據，似乎有些薄弱。因此，本研究爬梳了一些近年來國際上對於核能發電經濟效益的分析報告。從一些獨立研究機構的報告來看，台電的說法似乎有待商榷。另外，值得一提的是，近年來有報告指出，核能發電並不能真的完全排除二氧化碳排放的問題，因此其實也不能做為全球暖化的解決方式之一。
二、核能發電的成本評估(2003)
本報告在核能發電的成本方面，主要參照MIT在2003年發表的《Future of Nuclear Power》及其2009年的Update[4]。之所以會將該報告做為主要參照對象，是因為在比較了幾篇類似的文章之後，發現MIT的報告算是在方法上面比較有交待，而且與其它也是獨立研究機構的報告，結論並沒有相差太多。
l 情境假設
MIT(2003)的報告假設的情境是：去管制自由電力市場、追求利益的發電廠投資者。在這樣的假設之下，該報告比較了新建核能、燃煤與複循環天然氣(Gas CCGT)等三種基載電力供應設備，從建廠到運轉所需的各項成本，平均分配到電廠經濟生命為40年的每度電價格。其中詳細的計算方式由於太過繁複，在此不特別說明，可參閱該報告書的Appendix Chapter 5。表2為其假設情境中共同的部分，而表3為各項的差異。
所謂Overnight cost是假設沒有利率變化問題，整個電廠的從開始興建到完工所需要的所有建設成本，包括反應爐與電廠其它硬體建設，還有與電力系統的連結設備建構等等。對於核能發電，由於認為基於之前的經驗，未來的新建成本會較低，所以這裡的情境設定得比實例的平均值還要樂觀。從數字上可以看到核能發電的Overnight cost比起其它兩項都還要高，而這也正是核能發電的成本裡吃重的部分。而建廠所需時間，這裡採取工業界宣稱的5年標準時程。
所謂的O&M指的是Operating and Management，基本上就是運轉的成本。在核能發電的部分，它取的是當時實際數字的次低四分位數(second lowest cost quartile)，預估工業界將會在新發電廠的成本控制上達到比之前更好的績效。另外，由於核能發電的燃料成本較低，並且其價格也較穩定，因此也計入O&M cost裡面。而其放射性廢料處理基金亦計入此項。而天然氣的燃料成本在此引用的是該報造進的Moderate的情境。
l 成本推算與表現增進
基於以上的情境假設(Base case)，可以推測到，當所有成本和應有的投資報酬都反應在電價上，則每度電的價格將會是多少錢。由於對於投資者而言，核能的風險比較高，因此在投資報酬的部分，這裡假設的情境是比燃煤或天然氣都還要高一些的。該報告在假設電廠的容量因素(capacity factor)為85%，電廠經濟壽命為40年，計算得到每度電的價格如表4。而燃料成本方面，該報告對於天然氣其實有Low、Moderate、High和High (advanced) 等四種情境，這裡只引用較為平均的moderate部分。在Base case的情況下，可以看到核能發電的成本其實是高過其它化石燃料的，這與台電的說法顯然不一樣。
那麼，如果要讓核能發電可以跟燃煤或天然氣一較高下的話，有兩個方向：降低核能發電成本，或提高化石燃料發電成本。對於降低核能成本的部分，造成核能成本較高的因素主要有三：建造成本(Construction cost)、建造時間(Construction time)與風險貼水(Risk Premium)。首先假設建造成本可以達到25%的降低，這是核能工業認為在適當的條件下可以達成的狀況。從表4可以看到，這個情況下的核能仍不足以與化石燃料相比。如果建廠時間從五年縮短到四年，那麼每度電的成本就又得到一些降低，這時核能也仍然比化石燃料還要貴。除非它們的投資條件相同，也就是說，核能沒有顯著較高的風險，因此不需要提供較高的投資報酬給投資者，沒有額外的風險貼水，那麼核能才真的能夠與化石燃料的平均水準相比，而這有賴於現有核能發電廠運轉效能的表現情形。
溫室效應日愈嚴重的情況下，二氧化碳排放原先做為外部成本的角色，可能會藉由碳稅(carbon tax)的方式，轉化為電廠必須負擔的內部成本。因此，該報告又探討了每噸的碳排放(只計碳的部分)，所須負擔的碳稅分別為50、100和200 USD的情形。由於後來的資料是$25/tCO2，這與$100/tC的價格較相近，因此本文只引用此情境的數據。
從數字上來看，Base case的核電廠與加上碳稅的燃煤成本相當，但是天然氣卻顯得比它們都經濟。若果建造成本或是建造時間的進展能夠達到，核能的發電成本才能與加上碳稅的天然氣相當。除非是風險貼水被拿掉，核能才能比加上碳稅的化石燃料還經濟。不過，在碳稅如此高的情況下，其它的化石燃料技術，如煤碳的氣化(gasification of coal)，或是碳補捉、封存等技術，可能就會變得具有經濟效益，而使得化石燃料的成本獲得進一步的下降，這個部分就沒有在這篇報告中被拿來計算了。
l 成本評估更新(2009)
在2009年，MIT針對2003年的報告提出了更新，以做為將來進一步對於燃料循環做評估的基準。也就是說，之前的分析不考慮核能燃料再處理(reprocessing)等技術，然而那是擁護核能的說法裡，認為核能能夠相當長時間提供人類社會的電力需求的理由之一。以目前的電能消耗，若要全部使用核能來供應，並且使用目前商業運轉的技術的話，目前的原料儲量大約只夠全世界使用3年[5]。再來就要用純度更低的原料，而那時燃料成本會再上升，而且開採造成的其它問題可能就更加嚴重了。
在2009年的更新裡，由於原物料上漲，各種電廠的建廠成本都有上漲。而在核能裡原本建廠成本所佔的比例就比較高，這裡的漲幅更是比化石燃料再稍高一些，不過化石燃料的燃料價格也上升了不少。這裡考慮的碳稅為$25/tCO2，是後來評估出來的排碳價格。從表5中的數字來看，考慮碳稅的狀況不足以讓核能變得較為具競爭力。而在風險降低、投資條件相同的狀況下，核能變得能與不考慮碳稅的化石燃料競爭，而加上考慮碳稅之後核能就變得比較有優勢。雖然時空環境不同，但推論到的結論其實與2003年並沒有差異。
l 對於該報告的質疑
如上所述，該報告對於核能的情境假設都趨於樂觀，更不用說在核能的成本降低方面的設想了。不過，如果回到該報告一開始的假設：去管制自由電力市場、追求利益的發電廠投資者，以上的樂觀看法是否真的能夠實現？去管制意味著沒有補貼，一切都遵循市場機制。而近年來實際的核能電廠建造，卻都集中在電力事業為國營，或是核能發電具有國家補貼的地方。由於安全與效率的考量，現在討論發電場建造應該都是以第三代的核能機組為主[6]，而這類機組目前唯一的民營化建造案例為芬蘭Olkiluoto核電廠的第三個反應爐。且該反應爐為第一個開始建造的European Pressurized water Reactor (EPR)，號稱成本與安全性都能獲得提升[7]。然而，在該案例中，反應爐的建造截至目前為止(2010.1)已經延遲了三年，這也造成本升高以及可靠性受質疑。也就是說，不論是建造成本、建造時間還是風險貼水，在民間投資的實際案例中全部都受到了沉重的打擊。
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