金牛鴻運,迎春慶好!工業材料雜誌2021年二月號推出「核能除役技術與產業」特刊

 

刊登日期:2021/2/8
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核能除役新興產業與相關技術   
行政院副院長沈榮津去(2020)年底表示,核電廠除役可藉機產業化,因為核一、核二、核三電廠的相繼除役可達經濟規模,在地試驗後,亞太核能市場差不多也有除役商機,如同綠能產業的歐洲開發商在台灣設置風場,進行場域測試後,可開發亞洲其他風場。前經濟部長李世光於2017年6月接受聯合報專訪時也曾表示核電除役會是一個產業。政府2025年非核家園的政策,代表台灣現有的六部核電機組已經啟動並將在未來幾年陸續除役。而除了台灣,包括全球都有核電廠待除役,台灣要培養自己的核電除役人才,包括核電專業、營建、放射性廢棄物處理及貯存技術等,將來技術還可以輸出海外。
 
我國共有6部機組必須進行除役,核一廠已於民國107年進入除役階段,核二廠將於民國110年進入除役階段、核三廠將於民國113年進入除役階段。因核能電廠涉及放射性物質及輻射劑量之考量,所以核能電廠除役工作相較其他產業之工廠或設施的拆除,需投入更多的時間與技術進行廠區結構、系統及設備之拆除,以確保在安全無疑及無放射性物質外釋的情況下,完成電廠之除役工作。若能藉此契機尋訪整合國內具實力之廠家,配合台電公司實際工作需求,不但兼顧核電廠工作,更能整合我國有能力的廠家成為核能除役產業的一環,進一步培植廠家核能技術,創造國家產值。「我國核能電廠之除役產業現況」一文分析國內外核電廠除役現況、策略、除役產業推動做法,期能藉由台電推動除役工作,將除役商機留在國內。
 
國內推動非核家園,所有機組將於民國114年停止運轉。原有廠址需土地資源再利用,除污是除役中極重要的工作。除污過程會使用各種物理及化學方法移除或降低建物、系統、設備及組件的放射性污染。「核電廠除役除污技術介紹」一文說明核電廠在除役中採行的化學、電化學及物理除污技術,包括歐美使用的除役系統化學除污方法,如AREVA化學氧化還原除污法、美國電力研究所開發之氟硼酸氧化除污法、日立-奇異改良之HOP等技術,同時說明廢料生成及處理原則。電化學除污為強化化學除污的另一種選擇,文中亦提及其他機械除污方法供除污參考選用。
 
核電廠除役包含了一系列重要的工作項目,運轉過的核電廠,會有相當數量的設施與組件,帶有不同程度的輻射,對核電廠除役的拆解與切割工作,增加了相當的複雜性與困難度。在決定切割技術時,會考量核電廠的反應器類型、運轉歷程、廢棄物的盛裝方式、場地限制,在安全性可以被確定的條件下,選用最經濟有效的技術。「核電廠除役之切割技術介紹」收集國外核設施除役曾使用過且可應用到核電廠除役的切割技術,說明相關技術的基本原理與優缺點;也概述我國核能研究所為拆除台灣研究用反應器(TRR)爐體廢棄物,所作的拆解規畫與所開發的切割技術。
 
由於核電廠在運作過程中會產生輻射,使有些部件受到放射性物質污染。因此當核電廠屆齡除役,並面臨拆除時,必須嚴謹地規劃每一個流程,以確保人民之安全及環境之永續。從其他國家的核電廠除役經驗來看,核電廠除役工作流程涉及了初期的3D模型建構與拆除工法模擬、表面除污、切割拆除、自動化運輸搬運、廢棄物處理等多項程序,其中3D模型建構與拆除工法模擬為除役工程的基礎。許多實際除役工程需在虛擬環境中驗證,並完成人員訓練後,才能正式實行。「核電廠除役之3D軟體模擬技術介紹」針對除役需求中之3D軟體模擬技術進行調查,了解目前國際上3D軟體模擬技術在核電廠除役應用之現況,以及目前國內3D軟體模擬技術的能量,以提供台灣核電廠除役規劃參考。
 
核電除役為一長期的工作,對於運載自動化而言,不同於一般產業界的應用,核電除役更需要考慮人員安全(減少輻射暴露)以及在特殊環境下運載系統的可靠性與對輻射的耐受度。「核電廠除役之自動化無人搬運技術」一文首先說明整個無人搬運系統的架構,再針對關鍵模組深入闡述驅動模組、感測模組以及AGV控制器;整機的部分則說明一般業界常用的自動搬運載具種類;最後並對多車派車與交通管理的後台運算相關技術進行初步的介紹。期能夠對國內核電除役技術中有關無人自動運載的技術提供不同的面向分析與選擇,俾能自立完成國內反應器的相關除役工作,亦能夠輸出國際展現台灣在核能除役技術的發展經驗。
 
核能發電廠在台灣用電有著舉足輕重之地位,占台灣總用電量約10%。隨著時間過去,我國核電廠共有6部機組必須進行除役,每部機組須於25年內完成除役作業,主要分成四個階段,包括除役過渡階段8年、除役拆廠階段12年、廠址最終狀態偵測階段3年,以及廠址復原階段2年,共計25年。每個階段都會使用到輻射劑量的量測技術。因應大面積、人員無法到達、重複性高、高輻射區域的廠址與設施輻射特性調查及評估需求,可能會造成人員不必要之工安與輻安的風險,未來針對此類偵檢工作,若能搭配無人系統與自動化,必能有效降低人員面臨之風險。輻射劑量自動量測成為整個除役工程中不可或缺之一項核心技術。「核電廠輻射劑量自動量測技術」一文將針對除役需求中之輻射劑量自動量測技術與設備進行介紹,並提供除役技術供應鏈廠商名錄。
 
核電廠除役期間,由於有些廠房、設備、管路等的輻射劑量很高,需倚賴機器人協助相關除役作業,機器人技術從20世紀後半期開始蓬勃發展,其應用於核電廠除役相關活動的項目包括特性調查、放射性物質再取回、設備與建物之拆除與除污、設備與建物之切割等。核子反應器除役一般有三種方法:立即拆除、延遲拆除和固封除役,延遲拆除須考慮安全封存期間的維護與監測費用,而固封除役之耗費資金相當龐大,目前我國法規已規定須採立即拆除方式,有關機器人的使用可加入考量,利用機器人進行核電廠於除役過程的特殊使用性,已逐漸被廣泛應用。「機器人在核電廠除役作業應用之探討」將以瑞典生產製造電動遙控機器人的Brokk公司之產品技術為例來進行介紹,藉由機器人的協助,利用遠端運作和機器人系統,可減少人員受到由於游離輻射所引起的輻射曝露危險,並降低除役成本與縮短除役時程。
 
核能電廠除役作業將產生大量的廢棄物,大多數為無放射性污染,或污染低於一定程度而可解除管制之廢棄物,可運離電廠處理、資源回收、再利用,有效減少電廠倉貯壓力,進而順利推動整體除役工作。為使廢棄物離廠無輻射安全顧慮,「核電廠除役物質與設備輻射偵檢與評估」一文建議,可參考美國多部會物質與設備輻射量測與評估手冊(MARSAME),建立並實施嚴謹且具公信力的輻射量測程序及輻射安全評估程序。透過實施初始評估(IA),設定量測品質目標(MQO),針對不同形式的物質與設備,以及不同型態的放射性污染,設計具經濟效益且適當的量測方法,確保離廠的物質設備對民眾與環境無輻射影響,並達成資源有效利用。
 
核電廠址內輻射特性調查是除役先期作業最重要工作項目之一,除役作業時應確實掌握設施內的輻射與污染狀態。特性調查結果可作為除役計畫規劃的依據,並應用至廢棄物估量、除役成本評估、安全分析、環境影響評估、拆除工法及除污技術選擇,以及最終狀態偵測規劃等重要議題。「核電廠除役之輻射特性調查及偵測技術概述」以MARSSIM輻射特性調查方法,說明除役過程中的調查方法及技術,包含:廠址歷史資料評估、範圍偵測、輻射特性調查偵測、改善措施輔助偵測、最終狀態偵測。
 
主題專欄
能源/儲能專欄「電動車電池系統發展」一文報導,在未來5年,全球大多數車廠將全力推出替代原燃油車型的電動汽車,動力電池售價每年估計有20%降幅,電動車市場預期快速增長。全球電動車占比50%的中國大陸,開放外資股比限制,國際車廠在中國本土化及擴大產能,並提升中國電動汽車產業能力,到2020年代中期將達到中國電動車銷售占比50%,同時電動車性價比將超越燃油車。電池系統是電動汽車的核心部件,發展重點是電動汽車平台模塊化,整合電池包和底盤一體化設計,提升電芯電能密度及電池包成組效率,提高續航里程,具有3C~4C充電能力快速充電,電池工作溫度控制以對應變化的工作環境,並應用電池管理系統來維護電池安全性和使用壽命。電池系統發展進步促使電動車於全球車輛占比在未來幾年大幅提升。
 
市場瞭望「全球智慧電動車產業發展趨勢」一文指出,全球電動車市場正快速成長中。然而,突如其來的疫情影響,讓電動車生產供應鏈驟然中斷,對製造與銷售面向皆造成巨大影響。從電動化普及來看,未來車輛動力系統將呈現區域化差異;車廠也開始啟動電動車的規模量產。在自動駕駛車輛技術方面,短期雖然受到疫情影響,但長期需求仍然存在。而全球汽車產業朝「互聯、自動、共享、電動」的C.A.S.E.方向發展,對輕量化技術發展亦帶來顯著影響。整體而言,全球車輛產業持續朝向C.A.S.E.發展,並從而形成一個新的移動載具生態系。
 
掌性分子因具有光學活性特徵,廣泛應用於醫藥品、藥妝品、環境用藥與食品添加。光學活性中間體在藥品開發與生產扮演一重要角色,目前掌性藥物占整體小分子藥物比例已超過50%,並逐漸逼近60%。高質量醫藥中間體合成生產是精細化工領域中重要的行業,但因為中間體來源控管不易,目前大多由中國、印度進口,常因仿製的學名藥物紛爭不斷,而使用連續式微反應器生產則能給予解決方案,將對目前台灣過度依賴國外進口中間體提供新的機會。延續上期,「具光學活性中間體連續合成技術與市場分析(下)」將以適合於連續流體合成的Chiral Aryl Amine與Chiral Aryl Alcohol兩種類別的掌性中間體進行討論,並探討近期連續合成技術的發展的方向與契機。
 
因應國內外法規,對於放流水中氮系污染物之管制趨於嚴格,各種廢水除氮技術的需求亦逐漸浮現。綠色環保專欄「從氨氮放流水管制到厭氧氨氧化技術之興起(下)」承上期論述,除統整國內外既有之除氮程序,檢視其於經濟、環境及法規各層面面臨之挑戰;同時也因應節能減碳技術之潮流,特別針對近年興起之厭氧氨氧化(Anammox)技術進行深入探討,其因具節省能源及減少添加藥劑,也具有一段式除氮之優點,逐漸於眾多除氮技術中脫穎而出;本期接續分析厭氧氨氧化技術應用及相關實場案例,探討不同廢水條件與其厭氧氨氧化操作條件下之表現,以加深國內對於厭氧氨氧化技術之了解及信心。
 
由於創新高性能熱塑高分子不容易被設計與合成,透過改質技術提升既有熱塑性高分子之物性,已成為最便捷且符合成本效益的路徑。高分子的百年盛事特別報導「由高分子改質技術引領石化產業朝向高值化發展(下)」一文報導工研院材化所高分子組於在政府科專支持下,自1983年投入建構全台首套W&P ZSK-30雙螺桿押出機進行高分子改質,開啟了國內熱塑性高分子改質產業的蓬勃發展,成功輔導國內廠商進行熱塑性高分子改質技術轉移。近年亦藉由執行「創新技術開發與跨業整合應用」及「關鍵化學材料缺口鏈結推動(試量產研發與驗證)」落實商業化量產,已實現帶動年產值大於新台幣1,000億元的豐碩成果,引領石化產業朝向高值化發展。
 
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