核能是最減碳、最可靠、最便宜的能源,應該已無疑義。比較有爭議的可能是核能電廠的安全,尤其是耐震性。
核三公投將屆,本文就來探討下面幾個大家都關切的風險議題:
- (1) 核三廠廠址下方是否有斷層?長度多長?規模多大?多久會發生一次大地震?
- (2) 核三廠曾經遭受過多大的地震,是否有受損呢?
- (3) 若恆春斷層真發生大地震,核三廠能撐得住嗎? 輻射外洩的機率如何?萬一外洩,死傷嚴重嗎?
- (4) 核能與天然氣、煤氣、風能、太陽能等風險的比較。何者較低?
以上幾個大哉問,在這次核三大辯論及各項討論中,似乎很少看到具體的答案,因此我藉助ChatGPT這個大神,利用這次核三廠公投的機會,逐一探討。
為了避免主觀認定的偏頗甚至錯誤,我盡可能依據最新版的ChatGPT 5的資訊。這些問題其實不好回答,但聰明又客觀的ChatGPT 5每個題目都花了好幾分鐘,收集了無數的資訊(從電腦中可以看出它參考了哪些資訊),因為很有價值,就不嫌其煩,放到本文中,供大家參考。
大哉問一: 核三廠廠址下方是否有斷層?長度多長?規模多大?平均多久會發生一次大地震?以下是ChatGPT 5.0的回答:
(1) 地震規模與斷層長度的關聯
在地震學上,斷層破裂長度、破裂面積與位移量共同決定地震釋放的能量(也就是規模,M)。
規模與斷層長度大致呈「對數關係」,而非單純的線性正比,還要考慮斷層寬度、破裂深度與位移量。例如 Wells & Coppersmith (1994) 的回歸關係。
斷層長度大約增加 3 倍左右,規模會增加 (如下圖表)。
表一: 地震規模、斷層長度與破壞程度關聯表地震規模。
地震規模
| 典型斷層破裂長度
| 破壞程度說明
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Mw 5.5
| 約 2–5 km
| 中小型斷層破裂,通常屬於淺層地震
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Mw 6.0
| 約 5–10 km
| 造成區域性破壞,城市可能受災
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Mw 6.5
| 約 15–20 km
| 已屬大地震,會造成嚴重結構破壞
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Mw 7.0
| 約 30–50 km
| 可跨越城市與鄉鎮,多地區受影響
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Mw 7.5
| 約 70–100 km
| 巨大地震,破裂可延伸至數縣市,例如 921 集集地震
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Mw 8.0
| 約 200–300 km
| 超巨大地震,通常發生在板塊邊界
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Mw 9.0
| 約 500–1,000 km
| 超級大地震,如 2011 日本東北地震
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(2) 核三廠廠址下方是否有斷層?
官方調查並未劃出活動斷層直接穿過核三廠。就近的主要構造是恆春斷層,距離核三廠約 1.1–1.2 公里【中央地質調查所,2012;原能會, 2013】。
部分學者主張廠區存在剪裂帶或斷層帶,甚至認為恆春斷層跨入廠區,惟此屬專家爭議,非主管機關正式定論。
(3) 斷層長度多少?是否為活動斷層?
恆春斷層陸域約 16 km;加上海域延伸,近年調查估總長約 41 km。中央地調機關把恆春斷層列為第二類活動斷層,最近一萬年無明確活動證據。【中央地質調查所, 2012;原能會, 2013】。
(4) 可能引起多大的地震?
以經驗關係(逆衝型斷層、長度 ~40 km)估計,約 Mw 6.8–7.1層級。
核安機關的機率式危害分析亦把「恆春斷層系統」視為控制震源之一,對核三廠的控制規模約 Mw 7.2、控制距離約 1.20 km(在年超越頻率 1E-4 的危害水準下)。【原能會《地震危害與篩選報告-核三廠》, 2014】。
(5) 可以達到 0.72g 的震度嗎?
官方公開報告寫明:核三廠在完成補強後,於地表峰值加速度(PGA) =0.72g(評估基準地震,RLE)等級的地震下,仍可確保安全停機【原能會,2013】。
也就是說,0.72g 的地動是「被納入設計/評估基準」的情境。早期設計的SSE(安全停機地震)PGA = 0.4g;福島後依規範提升評估基準到RLE = 0.72g。
進一步的地震危害再評估顯示,場址可能遭遇的地動加速度上看 1.384g。(屬低年超越機率事件)【原能會, 2014】。需注意 1.384g 為模型推算的低年超越機率上限值,不等於設計基準。
此外,美國 Sandia National Laboratory 曾實測 1/4 圍阻體模型,其耐震能力可達地表 2g。
- 核安機關《地震危害與篩選報告-馬鞍山核能發電廠(公開版)》:控制震源表列出恆春斷層系統對核三的控制距離約 1.20 km、控制規模 ~Mw7.2。
- 經濟部地調單位彙編:恆春斷層最近一萬年無明確活動證據、列第二類活動斷層;距核三約 1.1 km。
- 屏東縣核安監督資料:陸 16 km+海 25 km ≈ 41 km;距廠約 1.1 km。
- 原能會/核安會公開資料:核三補強後可承受 RLE = 0.72g 的地震並安全停機;早期設計 SSE = 0.4g。
1. SSE(Safe Shutdown Earthquake)
- 原始設計基準地震,表示廠區在此地動下仍可安全停機。
- 台灣核電廠在 1970–1980 年設計時,常用 0.3–0.4 g。
2. RLE(Re-evaluated Level Earthquake)
- 福島事故後,主管機關要求進行「地震危害再評估」。
- 依據最新地震危害分析,核一、核二、核三分別提升到0.56g、0.52g、0.72g。
以上是ChatGPT 5關於核三廠下面是否有斷層,及可能引起的規模與震度做了客觀的介紹。
大哉問二: 核三廠曾經遭受過多大的地震,是否有受損呢?
2006年恆春地震(規模 Mw 7.0),為核三廠建廠以來影響最大的一次。 該地震並非由恆春斷層本體引起,而是來自南部外海隱沒帶。根據原子能委員會與台電過去的公開資料,以下是2006年恆春地震對核三廠的實際影響、地震加速度(PGA)數據與是否自動停機的綜合整理:
1. 2006年恆春地震簡介
- 發生時間:2006年12月26日
- 規模:Mw 7.0
- 震央位置:台灣南方海域(非恆春斷層)
- 震源深度:約44公里(屬於板塊隱沒帶)
2. 核三廠接收到的最大地震加速度(PGA)
- 核三廠地表測得最大水平加速度(PGA)為: 約 0.26g
- 垂直方向加速度約為 0.15g
- 為台灣核電廠歷史上最高紀錄之一
核三廠設計的 安全停機地震(SSE)標準為 0.4g,因此當時的地震仍未超過安全設計值。
3. 核三廠是否有自動停機?
- 核三廠一號、二號機組於地震發生後自動跳機(Scram)
- 所有反應爐保護系統、冷卻系統、緊急柴油發電機均運作正常
- 事件發生後由原能會派員進駐,核三廠於後續完成安全檢查才重新啟動
4. 地震對核三廠造成的實際影響?
- 廠區部分非安全系統(如氣管、水管)有輕微損壞
- 部分設備有非結構性裂痕與洩漏
- 反應爐本體與結構系統未受損
- 無輻射外洩或安全事件發生
以上是ChatGPT 5關於核三廠之前遭遇過的最大地震的描述。
大哉問三:大地震真的發生,核三廠會發生輻射外洩的風險嗎?
就實際操作之安全性言,核一、核二、核三在2013年3月被經濟合作暨發展組織核能署(OECD/NEA)專家評定為Good Practice,由此證明此三座電廠營運經驗受國際肯定。
據參與核二核三的泰興工程顧問公司(美國貝泰與中興顧問合組,惟目前中興已無股份)的退休總工程師告訴筆者,核能電廠在設計時曾多方考慮各種受力狀況,耐震組合不下百種之多。
對世界各地曾發生的大地震反應譜都拿到基地來進行動力分析,必需要應付各種地震角度及狀況做包絡式 (Envelope) 的設計(即考慮所有組合最壞的情況),而不只是簡單假設0.4g或0.72g的擬靜態分析(Pseudo Static Analyses) 而已。
另據台電退休主管告知,早年台電曾委託美國Sandia National Laboratory做一個1/4 比例實體圍阻體模型,實地測試圍阻體耐震能力,可以承受地表2g以上的地震。【US DOE Sandia Report, 1982】。
鋼筋混凝土包封圍阻體 (Reinforced Concrete Containment Vessel, RCCV) 乃核電廠施工規範最嚴格的一個項目,是一個厚度約2m 的混凝土結構 。
另有外牆約1.2m厚的圓型結構物(即我們在核能電廠外面看到結構),可視為是二次圍阻體,做為萬一圍主體失效時的第二道防線。
圍阻體採用至少10層#18號鋼筋(市場上買到最大號的鋼筋,直徑5.7公分)配置,依循ASME, USA NRC10CFR50, ANSI及ACI 圓359...等嚴格規範施工,是核電廠的壓力邊界。
當萬一有核能事故時,能確保高溫和高輻射物體侷限在RCCV範圍內,確實是核能電廠的安全屏障。而且因為是圓形構造,具拱 (arch) 效應而沒有應力集中問題,所以耐震上具有先天的優勢。
核能電廠因地震而破壞的機率趨近於零,全世界各核能電廠也未有因地震出事的先例。
即使日本三一一規模九點零、能量比九二一地震大約百倍的強震,位於福島但未受海嘯侵襲的女川核電廠也安然無恙。
耐震分析也必需符合美國核能管制委員會(NRC)的設計規範,和台電、原能會各種設計及施工重重審查,以確保耐震能符合各項要求。
根據筆者的核四風險評估 (詳見「從地質和耐震觀點,試算核四輻射外洩的風險」一文,風傳媒),核四服務50年間,因地震(含海嘯)發生輻射外洩的機率,依保守值估算,約為百萬分之3。
核三廠的風險可能因為地震的規模較大而較高,假設增加10倍,在延長20年服務期發生輻射外洩的機率也可能在百萬分之一的範圍。
這比飛機失事或天然氣管線爆炸的機率要低很多很多,當然更比因燃煤造成空污而引起肺腺癌及心血管死亡的機率天差地遠。
台灣廢核之舉是肇始於2011年日3月11日的日本福島核災。但是福島電廠出事,不是因為核能電廠無法承受規模9.0的強震,福島附近的女川核能電廠即安然無恙【IAEA, 2015;日本政府事故調查報告, 2012】。
福島電廠出事是因13公尺高的海嘯入侵(福島核電廠高程僅5.7m),造成柴油發電機停止運作,反應爐無法冷卻,再加上核電廠工程師久久未獲得主管單位授權而貽誤戎機,未能斷然處置的結果使得幅射外洩。
日本厚生勞動省報告顯示,其實並沒有人因福島電廠幅射而直接死亡。但根據調查,甚至簽了生死狀的50位到核電廠救災的烈士,也都安然歸來,傷亡遠遠低於我們的想像。
核三廠附近的確有恒春斷層 (Fault)存在,廠區下方或許可能有剪裂帶(Shear Zone)存在,讓人感覺到危險。危險的感知因人而異,而風險則可透過科學方法加以量化與比較。
人生於世,隨時都有風險。只要這風險是屬於可以被控管並可接受的低風險即可。風險是可以比較的。
大哉問四: 核能與天然氣、煤氣、風能、太陽能等風險的比較。何者較低?
美國富比世(Forbes)在2018年刊出的一篇文章,比較各種能源的致死率(每兆千瓦/小時)。其中燃煤最多,是10,000人;天然氣是4000人;核能最少,只有九十人。此數字比大家公認是綠能的太陽能(440人)、風能(150人)、水力發電(1400人)還要少很多。
另一份世界衛生組織(WHO)所做的研究也獲得類似的結論:核能的死亡率是燒煤的萬分之四,天然氣的百分之一,風能的1/4和太陽能的1/11。這兩份報告是否顛覆一般人的想像?
臺灣的能源目前以天然氣為最大宗,需要靠船運和LNG儲存槽,且安全儲存量只有7到11天。
假設發生戰爭,對方不可能去轟炸核電廠 (包括俄烏和中東戰爭都沒有開此禁例),但一顆飛彈就可能打到暴露在地面且結構脆弱的LNG儲存槽,其風險不知道要比核能電廠因地震而輻射外洩的風險要大了多少萬倍。
我們若能接受LNG儲存槽的風險,卻不能接受核三的耐震風險,不是很奇怪嗎?核三廠輻射外洩和石門水庫潰堤、台北盆地發生九二一規模的地震風險相比,實在小了太多。
我們若能接受LNG爆炸、石門水庫潰堤、臺北盆地發生強大地震的風險,為何不能接受風險明顯較低、死亡人數可能為零的核三風險呢?
結論
一、核三廠廠址是否有斷層
官方調查並未劃出活動斷層直接穿過核三廠。就近的主要構造是恆春斷層,距離核三廠約 1.1–1.2 公里。
二、斷層長度與地震規模
恆春斷層陸域約 16 km,加上海域延伸,總長約 41 km。依 Wells & Coppersmith (1994) 回歸關係,其潛在規模約 Mw 6.8–7.1。
核安機關的機率式危害分析以此斷層作為控制震源之一,控制規模約 Mw 7.2。
三、耐震設計與補強
核三原始設計安全停機地震(SSE)為 0.4g,福島事故後經再評估(RLE)提升至 0.72g。需注意 1.384g 為模型推算的低年超越機率上限值,不等於設計基準。
此外,美國 Sandia National Laboratory 曾實測 1/4 圍阻體模型,其耐震能力可達地表 2g。核能電廠因地震而破壞的機率趨近於零,全世界各核能電廠也未有因地震出事的先例。
四、福島核災啟示
福島事故主要由於 13 公尺海嘯淹沒柴油機,並非因地震導致結構毀損。
厚生勞動省報告顯示,無人直接死於輻射。即使日本三一一規模九點零、能量比九二一地震大約百倍的強震,位於福島但未受海嘯侵襲的女川核電廠也安然無恙。
五、與其他能源之風險比較
根據 Forbes (2018) 與 WHO 研究,不同能源的致死率(每兆千瓦小時)為:燃煤 ~10,000、天然氣 ~4,000、水力 ~1,400、風能 ~150、太陽能 ~440、核能 ~90。
結語
核三廠的耐震設計與補強措施顯示其可承受規模七或更巨大的地震。
即便強震來襲,發生輻射外洩之機率異常低,是屬於可以接受的風險程度。雖核三廠下是否有斷層,存在學術爭議與公眾疑慮,但整體風險遠低於其他能源,與石門水庫、臺北盆地受強震的風險相較,亦不在同一級別。
危險的感知因人而異,而風險則可透過科學方法加以量化與比較。
在充分了解核三的風險之後,您,聰明的讀者,就可以投下您神聖的一票了。贊成乎?反對乎?
致謝:本文初稿經過下列專家學者的指正,特此致謝。
- 葉宗洸教授: 國立清華大學核子工程與科學研究所特聘教授
- 姚大鈞博士: 風險管理專家,Eos Rhea Metis, Ltd.首席總監
- 黃南鴻總工: 前泰興工程顧問公司總工程師
- 1. Wells, D.L., & Coppersmith, K.J. (1994). New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement. Bull. Seism. Soc. Am., 84(4).
- 2. 原子能委員會(2013, 2014)《核能電廠地震危害與篩選報告》公開版。
- 3. 經濟部中央地質調查所(2012, 2018)《台灣活動斷層調查成果報告》。
- 4. Sandia National Laboratory (1982). Seismic Testing of Nuclear
- Containment Models. US DOE.
- 5. US NRC (2007). 10 CFR Part 50 – Domestic Licensing of Production and Utilization Facilities.
- 6. IAEA (2011, 2015). Reports on Fukushima Nuclear Accident.
- 7. 日本政府(2012)《福島核災事故調查報告》。
- 8. 日本厚生勞動省 (MHLW, 2013). Health management report on Fukushima.
- 9. Forbes (2018). "Deaths per TWh by Energy Source".
- 10. WHO (2016). "Health risks of energy production."