分析歐坦貝克的核四廠壓力測試評估

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前言

有關綠色和平組織與綠色公民行動聯盟聯合邀請歐盟壓力測試專家,歐坦.貝克,針對福島核災後龍門電廠(核四廠)壓力測試評估報告之內容,進行詳細且深入的審視,並對歐坦.貝克提出之壓力測試評估報告中謬誤之處,提出澄清與解釋,以避免各界誤用該報告之偏頗結論導致錯誤判斷。

根據綠色和平組織提供有關歐坦.貝克(Oda Becker)之背景,歐坦.貝克係於漢諾瓦大學修習物理與教育科學,為能源與環境自由撰稿者,而並非正式參與歐盟官方壓力測試的專家群,而是以獨立身分替綠色和平組織審閱歐盟壓力試驗報告,其審閱之報告內容經查詢並未曾刊載於核能領域相關期刊或文獻中,僅存於綠色和平組織網站中。此外,歐坦.貝克並未有過核能領域相關訓練的紀錄或資料,也未曾領有核能工程或科學等專業工程師或學位,顯示其足堪核能電廠壓力測試評估審查工作。本報告係針對歐坦貝克在其對於龍門電廠壓力測試報告所作之審查報告中相關之錯誤評論,逐條解釋澄清如後。

地震

貝克提出台灣核能電廠使用的地震歷史數據僅400年,歐洲地震重現建議以一萬年做週期計算。事實上,人類歷史僅5000年,故所有的核能電廠的地震分析,可以透過定值法(透過古地震學、空照地形貌方法)或機率法(透過統計學方法或PSHA理論(Probabilistic Seismic Hazard Analysis,機率性地震危害度分析,包含回歸週期計算方法)等方法。貝克所提一萬年週期計算係其中一種分析(PSHA法),而貝克前述以地震歷史數據做為參考的方法,也僅是定值法運用的一種參考指標。
目前龍門電廠在安全有關系統與設備,已採用機率法(PSHA法)執行SPRA(Seismic PRA),透過一萬年與十萬年週期計算,經了解安全有關系統與設備可承受0.7g。以歷史數據做為參考指標方法,並不違反符合工程設計的邏輯。
緊急交流電源及救援設備

貝克提出有關喪失交流電源之假設,然並未提出該假設情況的肇始事件,僅任意假設如遭遇加速度達2.0g的地震時,將會喪失緊急柴油發電機的電源供應(第23頁),純粹僅只考量各類救援系統地震的最大耐受度。同時,也誤以為當發生事故時,生水池是唯一的救援水源(第24頁)。而對於安全系統的認知也不足,三串低壓注水系統,僅只有一串(C串)能透過消防車注水,而且依賴手動模式,這是對安全系統的認知不足(第25頁)。事實上,爐心與外界的連接(非常態性注水路徑)不宜太多,過多的直接性連接未必能夠增加安全性,核四透過安全度評估認為此類非常態性注水路徑最多一串是可以降低爐心損害頻率(Core Damage Frequency,CDF),但是不宜每串都建置此種路徑以免產生新的失水路徑。而依賴手動模式則是因為此種注水方法具有一定風險性,必須再三確認,同時透過複雜的系統列置(lineup)過程才能使用,避免由於誤動(操)作而導致其它的安全性問題。

再者,此篇報告並不瞭解核四廠是否有運用安全度評估(Probabilistic Risk Assessment,PRA,第25頁),事實上核四廠的FSAR附錄A即詳述了PRA評估方法、事件樹、故障樹的建置等,符合IAEA TECDOC 1643對定期安全審查(Period Safety Review,PSR)的要求。貝克要求技術支援中心(TSC)應比照日本建置免震棟(即建築物柱子下方建置彈簧,避免強震造成建築物崩塌,第25頁),此部分台電已有規劃,目前各廠均有設置TSC作為事故時的指揮中心。

海嘯

與地震論述的同樣邏輯,提出台灣核能電廠使用的歷史數據僅400年,歐洲海嘯建議以一萬年做週期計算。貝克所提係依據1867年基隆大海嘯具7.5公尺高(報告第26頁,事實上該海嘯高度仍有爭議,約在5公尺至7.5公尺;係根據淡水廳志與阿瓦力茲(Alvarez)著「福爾摩薩(Formosa)」等文獻推估),不足以做為設計基準海嘯(DBT)(報告第27頁)。以歷史數據做為參考指標方法,並不違反符合工程設計的邏輯。

本報告屢屢否定台灣的海嘯研究結果,甚至推翻國科會針對22種海嘯模式的分析結論,只因為其分析最大海嘯遡上高的結果符合核四海嘯分析結果,建議國科會海嘯分析結果應自壓力報告中刪除(報告第27頁)。貝克不具土木或地球科學背景,卻否定國科會由專家進行的海嘯分析結果,也明顯違背專業。

降雨 / 其它嚴重天然災害

與地震論述的同樣邏輯,提出台灣核能電廠使用的歷史數據僅400年,歐洲海嘯建議以一萬年做週期計算。係依據1901至1982年基隆地區降雨量(報告第28頁,事實上核四廠FSAR報告是以基隆與宜蘭地區降雨量取惡劣者做分析),不足以做為設計基準降洪量(DBF)(報告第28頁)。以歷史數據做為參考指標方法,並不違反符合工程設計的邏輯。

本報告認為未來的極端氣候將會導致降雨異常,並根據IPCC的資料(非官方單位,Intergovernment Panel on Climate Change,跨政府氣候變遷組織)認定過去的歷史資料並不足以佐參(歷史降雨資料不足以佐參之立論,違背目前工程設計的概念原則),特別是亞洲地區,此處對DBF的要求無限上綱,與前述地震的論述如出一轍,如歷史降雨資料不能做為參考,那顯然無論亞洲、歐洲,乃至全球都不會有足以佐參的降雨資料,各國諸多重大建設防洪能力均堪慮,應立即停用。此論述等於推翻了(或是未深入瞭解)目前工程設計的一般概念,本報告的論述明顯違背工程概念。

目前原能會要求龍門電廠容納安全級設備的建築物具有抵抗70.2 m/s(每小時252公里,17級風風速僅61.2 m/s),遠大於目前一般建築物對颱風的耐受能力。

喪失電源與最終熱沉

同時,本報告認為由於安全級匯流排均位於海平面4.8公尺高處,恐有淹沒之虞使電廠喪失交流電力,但事實上各緊急柴油發電機均設置在海平面12.3公尺處,所顧慮的狀況無發生之可能(報告第28頁),本報告認為廠址高12公尺,緊急柴油發電機僅較廠址高出30公分,餘裕不足(報告第32頁),這也違背了水文學對高程的概念。龍門電廠較一般歐洲電廠在全黑事故中有著不一樣的設計,龍門電廠的機組在電廠喪失外電後,可透過棄載(Load Rejection)設計,由於核四廠主冷凝器具100% 蒸汽洩放(steam dump)能力,因此主發電機仍可持續運轉發電,提供廠內用電。使電廠在面臨喪失外部電源的情況時,較其它電廠更有能力對救援設備提供救援電力。

而且,此處有關龍門電廠導致全黑(Station Blackout)事件情況的分析不符合安全分析的情境,其中假設,電廠在使用直流電源8小時後將會喪失所有電源(含每部機各三台緊急柴油發電機、第七台氣冷式緊急柴油發電機、兩台氣渦輪機與多台移動式電源車)。事實是,只要任何一個交流電源起動,便可以延遲直流電源的使用。而且,透過S串匯流排,兩部機各三台緊急柴油發電機可以互相支援不同機組,以上救援方式均要失效,才會進入到無交流電源供應的電廠全黑事件。另外,FSAR附錄A已有分析,加裝第七台氣冷式緊急柴油發電機已能提供足夠的安全餘裕,毋須加裝第八台。而且,本報告假設電廠是在喪失所有電源後,才會通知新北市消防隊請求支援,俾錯失救援時機,然而這是對於電廠緊急程序毫無概念所致(報告第33頁)。
同時,認為在地震後,電廠必然會喪失最終熱沉(報告第34頁)且各救援水槽均無法提供救援機能(報告第35頁),似刻意忽略並暗指位於高程116公尺的生水池水將無法順利透過非常態性注水路徑灌入爐心,以及生水池有三路引水路徑的事實(包含軟硬管、明暗管),另可透過消防水車或是消防軟管等人工方法等引水路徑。本報告只一昧強調失效,卻無法提供失效評估或是合理的情境分析(報告第35頁)。

嚴重事故管理

有關反應器壓力槽高壓失效狀態,使融熔爐心以高壓方式噴射出反應器壓力槽外,高熱融熔爐心附著在圍阻體上,將會造成圍阻體完整性的潛在危機。此情境核能界稱為「直接加熱圍阻體」(Direct Heating Containment,DHC),美國核管會已於1994年結束該項議題的討論,因為依據目前的緊急操作程序及嚴重事故指引(EOP/SAG)的操作策略,會在進入嚴重事故前進行緊急洩壓,故不會有DCH,且本公司電廠皆為美國式之電廠,遵照沸水式反應器業主組織(BWR Owner Group,BWROG EPG/SAG執行,加上特有的斷然處置措施(Ultimate Response Guideline,URG)可停留在EOP階段,進行熱停機之洩沖冷卻(Bleed and Feed)可避免進入SAG之嚴重事故情結。(報告第38頁)。

預防圍阻體過壓

台電公司在政策上已決定加裝圍阻體排氣過濾系統(FCVS)。

預防氫氣爆炸

而裝置被動氫氣再結合器(PAR,報告第39頁),首先PAR並非萬靈丹,PAR是透過化學物質與氫氣再結合(如NaOH+KMnO4或H2C2O4+H2O2),需要反應時間,較點火式氫氣再結合器反應為慢,運用範圍也較受限制(如圍阻體灑水後將會降低再結合能力),且需要大體積貯槽儲存具有腐蝕性的液體,也增加額外意外與管理風險,這些都需要總合考慮,安裝未必具有正面效益。

預防爐心融穿基座

貝克報告中認為應採用歐盟進步型沸水式反應器(EU-ABWR)規格(事實上,目前EU-ABWR尚未有商轉機組,報告第39頁)使用爐心補集器(Core-Catcher,通常的名稱是爐渣收集器,Debris Catcher),雖然文中有提出ABWR的被動式防禦系統(下乾井淹覆系統,Lower Drywell Flooding,LDF),可於融熔爐心掉落至下乾井後,因融熔爐心仍有熱量,將可使連接下乾井與壓力抑制池間的可融性栓塞融解,使壓力抑制池的池水灌入下乾井淹覆融熔爐心,但未能提出該被動系統失效的機制或模型,即宣告該系統無法在時間內有效作用,將導致融熔爐心破壞反應器基座。
然而此論點不成立之處在於,可融性栓塞的設計便在於當反應器基座與大量高溫熔渣作用前,其高溫就足以融化可融性栓塞使水淹覆高溫融渣,避免基座分解。且貝克不瞭解核四結構,核四基座乃是使用玄武岩水泥,功能類似EU-ABWR的爐渣收集器,在意外時可以承接高溫融渣,減少不可凝結氣體的發生,但玄武岩水泥基座的設計較EU-ABWR具更低的結構重心,並將爐渣收集器的概念與結構結合,增加抗震能力。因此,核四的玄武岩水泥基座,其設計目的與堅固構造是與爐心補集器具同等效能,並更具抗震能力的結構設計。

其它

本報告其餘章節係摘譯或摘錄自遠見雜誌(報告43頁至49頁)與歐盟進步型沸水式反應器(EU-ABWR)規格(報告第50頁至54頁),非貝克本人論點。

關於初級測試階段,核四檢測是由一組非獨立於台電公司的團隊進行,這是國際間的測試常態,試運轉階段是由廠家與電力公司組織的聯合測試團隊進行,測試是要讓系統達成設計目標,而不是以通過認證為目的,所以該報告(於綠盟摘譯版本)提出要由獨立團隊檢測以發現系統存在故障是本末倒置,測試的目的是要確認系統能順利運轉達成設計目標,而不是要故意發現故障,以後者為目的,很有可能會讓系統面臨險峻狀況(為發現故障),造成設備壽命損失。

此外,針對數位儀控系統完全沒有傳統類比硬體線路接線(hard-wired),也是錯誤的訊息,核四在替代反應度控制系統(備用硼液系統)等具潛在安全風險系統有硬接線裝置,此處說完全沒有傳統類比硬接線係為謬誤。而核四數位儀控系統的方法論,經過美國核能管制委員會與原子能委員會的審查通過,除核四此型ABWR外,其於所謂下個世代的ABWR均尚未通過美國核管會的方法論審查(包含此處推崇的EU-ABWR),而文中多次以過時來形容核四ABWR。歐盟型ABWR根本尚未興建,核四就是目前世界最新的ABWR,何過時之有?

最後,本報告認為核四無充分準備因應多重事故同時發生(如同時涉及兩組反應器或單一反應器與用過燃料池),但該項指控並未提出情境分析或其它定量分析結果,事實上,龍門FSAR附錄A安全度評估有針對第七台緊急柴油發電機作過雙機組救援分析;而FSAR第15章亦有關於用過燃料池的意外分析。而台電在福島事故之後,已經超越FSAR的要求,額外建置2台氣渦輪機、多台移動式柴油發電機與電源車等,使安全度更加提升。本報告疑慮係無根據的假設情境。

結論

歐坦.貝克報告事實上無參考價值。文章多為摘錄或摘譯他人文獻,且無法提出具有建設性意見,同時,評估水平無一定標準,在多項天然災害中混用歷史數據與機率性概念,混淆視聽。

而且,對於龍門電廠系統無深入了解,要求加裝多餘系統卻沒有提供深入分析,有些系統安裝未必有正面效益,甚至部分系統在FSAR中即有明述不安裝的原因(如第八台氣冷式緊急柴油發電機),對於安全防禦概念也沒有統整性的論述,而以點為面,以很微小的事故現象推翻事故序列分析結果;對於諸多假設,也沒有提出論述或是假設背景、分析邊界,完全就是無根據假設,完全脫離安全分析的範疇,也違反工程分析的基礎。

歐坦.貝克被綠色和平組織以核能專家包裝,但其報告之理論證據力低下,假設性薄弱,企圖以假性技術觀點混淆視聽,同時,其經歷過度美化,凡受過核能技術訓練或學校課程者,均容易發現許多對於安全分析的錯誤概念,與邏輯推理過程的瑕疵,建議此報告相關之結論應予以廢止,避免錯誤資訊傳播危及透過嚴謹方法論所推導之重要科學結論。

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作者: 洪國鈞
清華大學工科系核工程組碩士、世界核能大學暑期學院結業
台電員工,長期任職於核電廠與核能溝通小組
曾經歷19次核電廠大修工作、7次燃料檢驗工作、6次核子燃料運送與貯存工作
親身參與龍門電廠(核四)興建與試運轉
擁有傳遞第一手正確核電資訊的專業與能力

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