一、前言
2022年2月，在反核與擁核團體持續激烈爭論的背景下，歐盟執委會發布修正之永續活動分類標準(EU taxonomy for sustainable activities)，正式將核能納入永續能源(sustainable energy)的範疇。姑且不論核能是否有被利益團體「漂綠」(greenwash)，在全球追求碳淨零排放及能源轉型的趨勢下，核能發展依然受到國際間的重視。本文將概略介紹核能的基本工作原理、核廢料的處理、核子反應爐的沿革、近年創新技術發展以及促使近期核能發展的因素，以期使讀者對近期核能技術之發展與挑戰有概略的認識。

二、基本工作原理
核能(發電)是指利用核子反應爐來啟動、控制及維持原子核之核連鎖反應，並將反應中所釋放之巨大能量轉化為電力的一種發電方式。若依照核子反應類型分類，核子反應爐可分為核融合式及核分裂式。然因核融合式反應爐受技術尚未成熟以及建置成本高等因素限制，現役商業運轉中之核子反應爐皆為核分裂式反應爐，本文後面所提及之反應爐亦皆屬核分裂式。(補充：核融合是指將兩個較輕的原子核結合而形成一較重的原子核和一極輕的原子核或粒子的一種核反應過程；核分裂則是將指將較重的核(一般為鈾-235, U-235)分裂成兩個以上較輕的核的反應過程。當一個核融合(或核分裂)反應發生後觸動兩個或以上的周邊核反應，便會進而帶動其他核反應以指數形式增長，即核連鎖反應。)

三、核廢料處理
因核能發電所產生的核廢料含有放射性物質，如何將其妥善處置以降低其釋放之游離(高能量)輻射對人體和環境的傷害一直是核能發展上的重要議題。而核廢料因放射性的等級不同，需要的處置方法也不同，一般將其分為3個等級：高階核廢料、中階核廢料以及低階核廢料。其中，中、低階核廢料一般的處置方式是先經過焚化、壓縮或固化處理後，再以強化的貯存桶盛裝，暫存於核電廠的廢料貯存庫內，最後再送往最終處置場隔離。而高階核廢料因具高放射性，其處置方式一直是各國最頭痛的問題，一般認可的方式是將其先存放在核子燃料池，以循環冷卻水快速移除熱量，再取出使用乾式貯存，以自然循環空氣移除熱量繼續降溫，最後再移至幾百公尺深地下之最終處置場(即深層地質處置，deep geological repository)，隔離靜置數萬至百萬年，使輻射量降至安全背景值。

四、現有核子反應爐
根據Frost & Sullivan報告顯示，目前已知之核子反應爐歷經了四代的沿革。第一代反應爐(Generation I, Gen I)為最早期實驗性反應爐，生產的電力一般用於展示且幾乎皆已退役。第二代反應爐(Generation II, Gen II)為目前商轉主要使用之反應爐，特別是壓水式反應爐(pressurized water reactor, PWR)及沸水式反應爐(boiling water reactor, BWR)，其中又以壓水式反應爐最為常見。
第三代反應爐及其加強版(Generation III and III+, Gen III and III+)是以第二代為基礎，針對燃料技術、安全系統與經濟效能等方面進行大幅度改良之反應爐設計，例如先進型壓水式反應爐(advanced pressurized water reactor, APWR)及先進型沸水式反應爐(advanced boiling water reactor, ABWR)。模組化是這一代的重要特徵之一，其中愈來愈受歡迎的小型模組化核子反應爐(small modular reactor, SMR)被視為這一代的革命性突破，因其尺寸較小，可在工廠內生產後運送至不同地點設置、運轉，大幅降低了整體建置成本，且可依據需求擴建，有助於核能在更多國家被廣泛採用。下一段將針對此類模組化反應爐做進一步介紹。
而最新的第四代反應爐(Generation IV, Gen IV)為第四代核能系統國際論壇(Generation IV International Forum, GIF)尚在研發中的一系列理論反應爐設計，現有六款設計，預估2040至2050年可實現商轉。

五、近年創新技術發展
針對上段提及的小型模組化核子反應爐(以下簡稱SMR)，以下列舉三款相關產品，並簡述其關鍵技術研發項目(參表一)：

(一) NuScale Power Module™
NuScale Power Module™是由美國NuScale Power公司所研發的一款第三代、輕水式(Light Water Reactor, LWR)小型模組化核子反應爐(以下簡稱SMR)，發電量僅77 MW，可與其他反應爐結合以依需求擴增發電。相較於其他大型反應爐，該SMR使用螺旋盤管蒸汽產生器來擴大傳熱的表面積，減少了燃料使用量(少5%)，且建置時間短(小於36個月)、運作及維護花費低，整體成本低。另外，其設計簡單(圓柱形模組中裝有安全殼、蒸汽產生器及反應爐槽)，組件不需特殊運送方式，可使用傳統運輸方式來運送(如火車、平底貨船和卡車)。冷卻時和停機都不需要電力，故有利於維護 (故障前的緊急修補時間較不受限制)，加上其冷卻方式彈性，在水資源缺乏的情形下，水冷及風冷皆可使用。適合和再生能源結合，可取代燃煤電廠，且產生之蒸氣可做其它工業應用。

(二) Westinghouse eVinci™
Westinghouse eVinci™是一款由美國Westinghouse電力公司以太空用反應爐的技術為基礎研發的微型反應爐(microreactor)。該SMR電力需求低，具有實心的爐心，因採用熱管從爐心被動散熱，故安全性高。其熱輸出為13 MW、電輸出為5 MW，適用於供熱以及熱電聯產(cogeneration, or combined heat and power, CHP)。不需另外存放自用廢料或用過之燃料。另外，因其在工廠生產後可裝在貨櫃中運至不同地點，適合作遠端、分散式的應用，例如現場自用(on-site)發電，亦可充當移動式發電廠，又，因其占地面積小且可機動性高，可快速設置至可運轉狀態。

(三) Rolls-Royce SMR
Rolls-Royce SMR是一款由英國Rolls-Royce公司研發的第三代加強版壓水式SMR，其發電量高達近470 MW，相當於近150台風力發電機，可作為基本負載電廠(base load power plant)。該SMR透過其自用(on-site)發電和低成本之電解電力，可支援氫氣生產以用於生產合成燃料，減少合成燃料生產的碳足跡。另外，因其近90%的反應爐零件均可由同工廠製造和生產，故可快速出貨，且其占地面積小(約為傳統核電廠之十分之一)，建置較快速且風險較低，亦適合遠端、分散式的應用。(補充：基本負載發電廠亦簡稱基載電廠，是指各形式的發電廠中，能24小時持續滿足供電網路系統最低基本電功率需求的發電廠。)

整體而言，SMR 因體積小、建置成本較低，且能夠滿足基本負載電力及分散式發電需求，預期將越來越受歡迎，而其廣泛商業化將成為核能發展的重要關鍵之一，有助於提高核能在能源結構中的占比。

六、近期核能發展因素
依相關研究分析顯示，在近年各國追求碳淨零排放及能源轉型的背景下，核能在未來可能將持續受到重視，其主要因素如下：

(一) 核能屬於低碳排能源
依國際原子能總署(International Atomic Energy Agency, IAEA)聲明所述，核電廠在運作過程中不會排放溫室氣體，且相較於煤或天然氣等化石燃料，核能整體碳排較低，故應有助於加速全球達成碳淨零排放的目標。

(二) 核電廠供電穩定
純粹的再生能源如太陽與風能，因具有間歇性(即其發電受到日夜、季節、氣候變化影響)，目前仍都有供電不穩定的風險，在相應的儲電技術尚未成熟前，難以作為基載電廠。相較之下，核能電廠的供電穩定，可作為基載電廠，亦可與再生能源結合以滿足穩定供電需求。

(三) 核能具高能量密度
核能所使用的燃料鈾-235(U-235)能量密度約為1,083,333千瓦小時/公斤(kWh /kg)，遠高於天然氣的15千瓦小時/公斤(kWh /kg) 和煤炭的6.6 千瓦小時/公斤(kWh /kg)，是所有可用能源燃料中能量密度最高的，故核能所需的燃料相對較少。

(四) 核能燃料資源豐富
根據世界核能協會(World Nuclear Association, WNA)發布的報告顯示，鈾是地殼中相對常見的元素，與錫或鋅一樣常見，亦可見於大多數岩石及海洋成分中，礦產相當豐富。

七、結語
綜觀目前核能發展，各國若要極積發展核能以達成淨零的目標，未來要面臨的除了核能本身技術(例如第四代反應爐之研發)以及經濟層面(例如建置成本高)的挑戰，更棘手的是核能的安全性及其對全球生態環境的影響。對此，由於許多研究尚在進行中、各方論述分歧(例如核廢料處置之有效性、核能整體生命週期碳排)，社會大眾難以對核能所能帶來的整體效益以及核廢料現有處置方法的風險與有效性有更真切的認識。尤其在日本福島核電廠事件後，不少國家民眾對核電廠建設普遍有強烈的負面看法。儘管近年來多數研究顯示核能是緩解氣候變遷的可行解決方案，公眾的反對聲浪仍使許多政府在其技術推廣方面進展甚微，在這樣的國際情勢下，各國面對核能如此複雜的議題，實需要更多的理性分析與公民溝通。