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核能發電的原理與火力發電相似,核能發電是利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應時所產生的熱,將水加熱成高溫高壓的蒸汽,用以推動汽輪機,再帶動發電機發電。
核能發電的原理和水力、火力發電廠有同樣的共通點,就是設法使渦輪機(turbine)轉動,以帶動發電機切割磁場,將機械能轉變為產生電能。其中主要的不同點在於推動渦輪機所用的動力來源。水力電廠以大量的急速流動水(例如由水壩或瀑布引出)直接推動渦輪機,而核能電廠與火力電廠則利用大量高溫、高壓之水蒸氣推動渦輪機,其中核能電廠是靠核分裂所釋放出的能量、火力電廠則是靠燃燒煤炭、石油或天然氣等化石燃料以產生蒸汽。
核能發電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產生的熱,將水加熱成高溫高壓,核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多(相差約百萬倍),比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當多。核能發電所使用的的鈾235純度只約佔3%-4%,其餘皆為無法產生核分裂的鈾238。
舉例而言,核四廠每年要用掉80噸的核燃料,只要2支標準貨櫃就可以運載。如果換成燃煤,需要515萬噸,每天要用20噸的大卡車運705車才夠。如果使用天然氣,需要143萬噸,相當於每天燒掉20萬桶家用瓦斯。換算起來,剛好接近全台灣692萬戶的瓦斯用量。
核能發電與核子武器完全不同,主要差別在於:
1. 核能發電藉著控制棒來控制能量釋放的速率,使能量慢慢釋放出來;而原子彈要的就是不受任何控制的瞬間爆炸。打個比方,核能電廠就像比VOLOV更重視安全、有7重煞車[1]的高級房車能跟一輛沒有煞車橫衝直撞的貨櫃車相提並論嗎?
2. 核能發電用的是3-5%濃度的核燃料,與原子彈使用濃度90%的鈾235,後果當然不同! 比方來說,淺酌一杯冰啤酒能消暑解渴,如果喝一杯濃度90%的藥用酒精,恐怕就得送醫急救了。
優點
核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中,因此核能發電不會造成空氣污染。
核能發電不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳。
核能發電所使用的鈾燃料,除了發電外,沒有其他的用途。
核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍,故核能電廠所使用的燃料體積小,運輸與儲存都很方便,一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料,一航次的飛機就可以完成運送。
核能發電的成本中,燃料費用所佔的比例較低,核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響,故發電成本較其他發電方法為穩定。
缺點
核能電廠會產生高低階放射性廢料,或者是使用過之核燃料,雖然所佔體積不大,但因具有放射線,故必須慎重處理,且需面對相當大的政治困擾。
核能發電廠熱效率較低,因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏,故核能電廠的熱污染較嚴重。
核能電廠投資成本太大,電力公司的財務風險較高。
核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。
興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。
核電廠的反應器內有大量的放射性物質,如果在事故中釋放到外界環境,會對生態及民眾造成傷害。
經濟問題
核能之所以在1960年代逐漸抬頭,主要的原因有二:一﹑世界上的化石能源有限,而人類對它的消耗卻是天天增加,核能可輔助化石能源消耗之不足。二﹑核能發電系統雖然複雜,建廠初步投資也高,但燃料體積小,重量小,費用極少,算起總帳,還很可以和慣常電廠在經濟上競爭。目前由於經驗少,核能發電在技術上還不及普通發電,譬如核能電廠的容量因數,全世界平均只有百分之六十五左右,比普通電廠的百分之八十左右低了不少。原因是過分重視安全,動不動停電或不准開機所致。有的出版物說是金山核能一廠一號機只有百分之五十五,這表示此類的電廠一年只能運轉不到七個月,其他時間皆耗在停滯與修護,龐大的資金投下去而運作生息的時間不夠,日久天長,電價不漲才怪,果真如此,核能發電休矣。事實並不是這樣,金山核能一號機的確曾有容量因數只有百分之五十五的紀錄,但那是 1978年初度商業運轉後短期間的事,這是那段時間先要充分了解核能電廠的性能,使有關機件逐漸納入正常狀態而必須開開停停,停停開開的結果。這種過程非經過不可。1979年起,其累積容量因數就一直維持在百分之七十多,高於世界水平,值得國人引以為慰。即使核能發電的容量因數還低於化石發電,但發電的費用卻出奇的便宜,這是經濟上最主要的考慮。目前我國核能發電的電價成本,比煤便宜三倍,比石油發電便宜四倍,在世界經濟不景氣聲中,核能發電幫忙我國不少。
三哩島事件,給了我們兩個教訓,一﹑核反應器是相當的安全,二﹑它萬一出了大故障,經濟上的損失,可能很大。值得大家商量的是,就算當前台灣的核能電價出奇的便宜,但如果把類似三哩島事件也考慮進去,算盤就不得不重打了,這種事故,一損失就是十億美金,美國賠得起,我們可賠不起