🔥 端午懂能源 🔥
端午節連假開始了，各位已經塞在高鐵站、客運站或高速公路上了嗎？如果你是乘客的話，就花點時間聽阿DEN聊能源，順便分享給身旁辛苦開車的駕駛聽吧！
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說到端午節，大家一定會想到划龍舟... 旁邊剛上岸的濕身正妹猛男...恩哼...除了這個之外，大家最期待的肯定是吃到剛出爐熱騰騰的南部/北部/客家粽拉~ (請各自表述)
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但你有注意過蒸粽子所使用的能源是什麼嗎？
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你知道蒸粽子用的能源也常被使用在發電上嗎？
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燃氣發電目前常使用的技術是複循環機組的應用，特色是，除了以燃氣帶動氣渦輪機(燃氣渦輪機)轉動發電機之外，也運用了氣渦輪機餘熱的特性，利用高溫產生高壓蒸氣推動汽輪機(蒸氣渦輪機)，再次帶動發電機。
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但複循環機組的結構有許多不同的設計，此處阿DEN使用的是以通用動力燃氣渦輪機原理短片的構造來說明，這個原理跟渦輪增壓的概念很相似。至於什麼是渦輪增壓？這個問題只好問阿斯拉了。#BoosterOn
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影片出處：How a Gas Turbine Works | Gas Power Generation | GE Power, https://www.youtube.com/watch?v=zcWkEKNvqCA
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#端午節 #燃氣發電 #粽子能源 #戰南北

【三哩島41周年長篇大論】
#嫌文字太多可以直接看圖 #或是直接搞懂幾個事實
今天是美國三哩島事故41周年(1979/3/28)，也是去年三哩島電廠正式關閉後的半年，你沒看沒錯，一個曾經發生事故的電廠仍持續運轉至去年才與大家道別，而且本來預計運轉至2034年，但礙於美國便宜天然氣競爭下的營運虧損，只好提前打烊。

▋關於三哩島事故簡單的幾個事實：
1. 沒有任何人因為輻射或事故傷亡
2. 有爐心熔毀，但沒有任何爆炸
3. 有核輻射外洩，但是我覺得用滲出或飄出形容比較恰當
4. 實際廠外輻射暴露增加劑量僅一張X光不到
5. 周邊五英里居民曾因事故混亂預先撤離，十天後解除
6. 三哩島一號機運轉至2019年關閉，運轉績效一度為美國最佳
7. 因為三哩島，美國(世界)核工業才用更謹慎態度面對核安
8. 三哩島電廠所在之處的賓州有四成核電

▋PWR反應爐原理
壓水式反應爐(PWR)也是輕水反應爐的一種，另一為沸水式(BWR)，如果要用廚房類比，沸水式叫做水煮，壓水式叫做清蒸。壓水式反應爐水循環主要有兩側(Primary and Secondary)，一側的高壓冷卻水進入壓力槽，流經爐心吸收熱量後，流出壓力槽，進入蒸汽產生器，加熱低壓低溫的二次側飼水，使飼水沸騰，產生蒸汽，推動渦輪發電機，以產生電力。由於壓水式反應器冷卻水系統的一次側不會產生沸騰，而液態水為不可壓縮，因此為了調節反應器的壓力，反應器的出水管路上裝有調壓槽(Pressurizer)，以調節系統壓力。
※調壓槽(事故關鍵)
調壓槽內，一半為水，一半為蒸汽。當冷卻水系統內的水溫因功率增加，或熱量無法移除而上升時，冷卻水體積膨脹，驅使冷卻水流入調壓槽，調壓槽水位因而上升，擠壓調壓槽上方的水蒸汽空間，造成調壓槽壓力升高，此時調壓槽上方的噴灑系統自動打開，灑入低溫的水將部份水蒸汽凝結，降低系統壓力。如果壓力上升幅度太大，噴灑系統不足以有效降低壓力，調壓槽上方的釋壓(安全)閥會自動開啟，將調壓槽內的水蒸汽洩放至圍阻體內的洩壓水槽(Pressurizer relief tank)，快速將系統壓力降低。系統壓力降低後，安全閥會自動關閉。
※安全系統
三哩島電廠備有多樣的安全系統，其中較重要的有緊急爐心冷卻系統，及輔助飼水系統。壓水式反應器中，蒸汽產生器二次側飼水是移除爐心熱量的主要途徑，為了防止飼水喪失，爐心的熱量無法排除，因此設計有輔助飼水系統，於主飼水系統故障時自動啟動，代替原飼水泵打水，移除衰變熱。

▋事故過程
1978年12月，三哩島二號機正式商轉。過沒多久，1979年3月28日，清晨四點鐘，三哩島電廠二號機，由於化學除污系統的樹脂發生阻塞現象，使得凝結水泵跳脫，進而也使飼水泵和汽機跳脫(停止發電)。此時，原先備用應該要開啟的輔助飼水系統竟然因為維修時，沒有將進水閥打開，飼水迴路鎖死，導致反應器內衰變熱無法移除，造成反應器壓力快速上升，但調壓槽灑水系統自仍動啟動灑水降壓，釋壓閥亦開啟洩壓，但系統壓力仍繼續上升，觸及反應器急停設定值。控制棒插入爐心，核分裂反應停止。

反應器急停後，功率降低，反應器壓力亦隨之降低。當反應器壓力降至釋壓閥自動關閉點時，閥門卻故障沒有關閉，於是冷卻水由閥門持續流出。由於輔助飼水無法進入蒸汽產生器，使蒸汽產生器內二次側的水已逐漸被燒乾(變成蒸氣)。另一方面，釋壓閥的開啟造成反應器壓力持續下降，導致緊急爐心冷卻系統(ECCS)自動啟動，開始將高壓硼水注入爐心。(發生到這邊只過了50秒)

但操作員此時不知道蒸汽產生器已經沒有飼水(因為儀器燈號被掛牌遮蔽)，且調壓槽釋卸壓閥發生故障沒有關閉(儀表燈號卻已經顯示關閉)，直到4:08分的時候才找到原因，手動打開了輔助飼水泵的進水閥，但因為二次迴路上方充滿蒸氣進水不順，一次迴路也因為蒸氣產生導致熱交換不完全，接下來的注水措施則都因為卸壓閥故障導致處理誤判(過早關閉冷卻水注水系統)，倒置爐上方產生蒸氣，燃料棒開始露出反應毀壞，到6:18分後，終於發現釋壓閥問題，以手動關閉之後，便全心處理反應爐內的衰變熱移除，最終在19:51危機暫時宣告解除，但最終爐心燃料棒也熔毀了將近50%，而即便填滿了冷卻水，爐內仍有少許氫氣泡，因為擔心發生氫爆，持續採取維持壓力緩慢注水以及洩壓排氣，最終於4/1解除危機，好個愚人節快樂。不過事後也證實當時氫氣量與爐內氧氣並不足以發生氫爆。

▋輻射外洩
過程中，因為自調壓槽釋壓閥流出的冷卻水進入位於圍阻體的洩壓水槽，洩壓水槽很快的被注滿，釋壓保護片破裂，使輻射水溢流到圍阻體的集水區，輻射氣體也因此瀰漫於圍阻體中。集水區水位升高，圍阻體集水機的抽水機自動啟動，將水送進輔助廠房，而輻射物質便隨著蒸發水從廠房煙囪緩慢洩露(飄出)於大氣之中。
3/29與3/30的時候，廠方則將氣體導向了放射廢氣槽，讓放射氣體得以先行過濾再做排出，最後排出的物質為惰性氣體以及碘131(較有害)，大約37萬兆貝克，就是37000,000,000,000,000,000貝克，但結論是，這看起來很長一串數字所造成的輻射劑量，根據NRC，環保署，衛福部、能源部和賓州等幾個獨立的小組也進行了研究估計，僅約0.08~1毫西佛，在場工作人員也僅1毫西佛，均小於背景輻射，完全無法對人體造成傷害。

過程中，也因為現場秩序混亂，以及一度測得較原背景值高出百倍的輻射劑量，因此州長決定暫時疏散方圓五英里的孕婦以及小孩，而疏散於是發後十天解除，居民都得以返家。

在事故發生後的幾個月中，儘管有人質疑輻射對三浬島地區的人類，動物和植物生命可能造成的不利影響，但沒有一個問題與事故直接相關。監測該地區的各種政府機構收集了成千上萬的空氣，水，牛奶，植被，土壤和食品的環境樣本，全面調查和評估得出的結論是，儘管反應堆受到了嚴重破壞，但實際釋放對個人的身體健康或環境的影響可忽略不計。

▋後續改善
或許三哩島事件的發生，除了廠房設計改善外，或可怪罪於運轉人員的失誤。若運轉人員沒有因為誤信燈號，錯誤的將高壓注水系統關閉的話，整個事件也不會惡化。但從較廣泛的角度來檢討整個事件，該檢討的是，運轉人員有沒有受到適當的訓練、控制室的設計是否考慮到運轉人員操作上的便利、以及運轉員是否能充分掌握電廠重要系統的運轉狀況；還有在緊急狀況下，運轉人員能否獲得必要的協助等問題。因此，不再完全依賴調度人員的判斷，建立一連串的「是、否」機制應對事件發生，

同時核能界了解到：運轉人員的臨場應變對核能電廠安全的重要性，電廠控制室的人機介面也需要適當的改善，以及電力公司間運轉經驗相互交流的必要性。後一項的認知促成了美州核能運轉協會 (Institute of Nuclear Power Operation，簡稱INPO)及國際核能運轉組織 (World Organization of Nuclear Operation，簡稱WANO)等國際組織的成立，這些組織的主要功能即為核能電廠運轉經驗的交流，希望透過相互合作，提昇電廠的安全，其中INPO也成立了核電廠操作員培訓課程，建立完善了操作人員的認證制度。法規管制單位也意識到，核能界對爐心熔毀的物化現象瞭解不足，因此大幅度提高相關研究的經費。

從安全的角度來看，三哩島事件對核能電廠安全所帶來的衝擊是正面的，它促成了核能界全面檢討核能電廠的安全運作模式，發覺許多隱藏性盲點，進而提出相當多的改善方案，這些改善措施直接提昇了電廠的安全。

▋事後影響
三哩島事件之後，法規管制單位提出不少新的規定，要求電力公司改正缺失，其中不少牽涉到硬體設施的改善，這些要求使得核電的成本大幅攀升，美國也因此有好長一段時間未在新建核電廠，導致該國核工業呈現自我放飛狀態，以致後續要建置新電廠時，供應鏈廠商挑選太過複雜難以整合(大家都能做，但不知道怎麼做)，因此讓新核電廠的建置處處碰壁，直到川普政府決心傾國家之力發展核能。

此外美國以及世界反核運動的興起，電影China Syndrome的渲染下讓民眾對核能更加恐慌，促成了反核流行文化產業，也讓美國人對於核電的態度在當時即不信任，但到現在，發生事故的賓州有四成電力來自核電。

三哩島電廠方面，事故二號機最後的清理費用為9.73億美元，相較於福島或車諾比事故少非常多，最後它的發電機也賣給了其他核電廠做升級汰換使用，加減補貼。至於一號機，因為事故壓力，它只能拿出更好的表現來說服所有人它值得被使用，也確實它表現卓越，較美國其他核電機組的指標都更加凸出，創下了616天營運不間斷的紀錄，因此於2009年時，申請再延20年通過，但因為化石燃料產業的快速變動，頁岩油氣挖掘讓天然氣成本快速下降，最後即便核電便宜，但背負2號機債務的1號機也無法與天然氣在市場競爭，因此決定於2019年關門，三哩島電廠共計營運45年，正式進入除役階段。

但其實只差那麼一小步，一號機就得以因為賓州加入的區域溫室氣體倡議計畫RGGI (Regional Greenhouse Gas Initiative)，因為零碳電力的特性相對獲得碳稅補助，繼續生存，同樣位於賓州的Beaver Valley電廠即因此政策繼續營運。

▋參考資料
WNA-Three Mile Island Accident
https://reurl.cc/E7Z55v
Backgrounder on the Three Mile Island Accident
https://reurl.cc/V65bbA
三哩島事故時序
https://reurl.cc/Y1jKAD
Pennsylvania Move to Join RGGI May Save Nuclear Plant
https://reurl.cc/L37KkK
事故圖片取材HyperPhysics
https://reurl.cc/R4b3Z6

【三哩島41周年長篇大論】
#嫌文字太多可以直接看圖 #或是直接搞懂幾個事實
今天是美國三哩島事故41周年(1979/3/28)，也是去年三哩島電廠正式關閉後的半年，你沒看沒錯，一個曾經發生事故的電廠仍持續運轉至去年才與大家道別，而且本來預計運轉至2034年，但礙於美國便宜天然氣競爭下的營運虧損，只好提前打烊。

▋關於三哩島事故簡單的幾個事實：
1. 沒有任何人因為輻射或事故傷亡
2. 有爐心熔毀，但沒有任何爆炸
3. 有核輻射外洩，但是我覺得用滲出或飄出形容比較恰當
4. 實際廠外輻射暴露增加劑量僅一張X光不到
5. 周邊五英里居民曾因事故混亂預先撤離，十天後解除
6. 三哩島一號機運轉至2019年關閉，運轉績效一度為美國最佳
7. 因為三哩島，美國(世界)核工業才用更謹慎態度面對核安
8. 三哩島電廠所在之處的賓州有四成核電

▋PWR反應爐原理
壓水式反應爐(PWR)也是輕水反應爐的一種，另一為沸水式(BWR)，如果要用廚房類比，沸水式叫做水煮，壓水式叫做清蒸。壓水式反應爐水循環主要有兩側(Primary and Secondary)，一側的高壓冷卻水進入壓力槽，流經爐心吸收熱量後，流出壓力槽，進入蒸汽產生器，加熱低壓低溫的二次側飼水，使飼水沸騰，產生蒸汽，推動渦輪發電機，以產生電力。由於壓水式反應器冷卻水系統的一次側不會產生沸騰，而液態水為不可壓縮，因此為了調節反應器的壓力，反應器的出水管路上裝有調壓槽(Pressurizer)，以調節系統壓力。
※調壓槽(事故關鍵)
調壓槽內，一半為水，一半為蒸汽。當冷卻水系統內的水溫因功率增加，或熱量無法移除而上升時，冷卻水體積膨脹，驅使冷卻水流入調壓槽，調壓槽水位因而上升，擠壓調壓槽上方的水蒸汽空間，造成調壓槽壓力升高，此時調壓槽上方的噴灑系統自動打開，灑入低溫的水將部份水蒸汽凝結，降低系統壓力。如果壓力上升幅度太大，噴灑系統不足以有效降低壓力，調壓槽上方的釋壓(安全)閥會自動開啟，將調壓槽內的水蒸汽洩放至圍阻體內的洩壓水槽(Pressurizer relief tank)，快速將系統壓力降低。系統壓力降低後，安全閥會自動關閉。
※安全系統
三哩島電廠備有多樣的安全系統，其中較重要的有緊急爐心冷卻系統，及輔助飼水系統。壓水式反應器中，蒸汽產生器二次側飼水是移除爐心熱量的主要途徑，為了防止飼水喪失，爐心的熱量無法排除，因此設計有輔助飼水系統，於主飼水系統故障時自動啟動，代替原飼水泵打水，移除衰變熱。

▋事故過程
1978年12月，三哩島二號機正式商轉。過沒多久，1979年3月28日，清晨四點鐘，三哩島電廠二號機，由於化學除污系統的樹脂發生阻塞現象，使得凝結水泵跳脫，進而也使飼水泵和汽機跳脫(停止發電)。此時，原先備用應該要開啟的輔助飼水系統竟然因為維修時，沒有將進水閥打開，飼水迴路鎖死，導致反應器內衰變熱無法移除，造成反應器壓力快速上升，但調壓槽灑水系統自仍動啟動灑水降壓，釋壓閥亦開啟洩壓，但系統壓力仍繼續上升，觸及反應器急停設定值。控制棒插入爐心，核分裂反應停止。

反應器急停後，功率降低，反應器壓力亦隨之降低。當反應器壓力降至釋壓閥自動關閉點時，閥門卻故障沒有關閉，於是冷卻水由閥門持續流出。由於輔助飼水無法進入蒸汽產生器，使蒸汽產生器內二次側的水已逐漸被燒乾(變成蒸氣)。另一方面，釋壓閥的開啟造成反應器壓力持續下降，導致緊急爐心冷卻系統(ECCS)自動啟動，開始將高壓硼水注入爐心。(發生到這邊只過了50秒)

但操作員此時不知道蒸汽產生器已經沒有飼水(因為儀器燈號被掛牌遮蔽)，且調壓槽釋卸壓閥發生故障沒有關閉(儀表燈號卻已經顯示關閉)，直到4:08分的時候才找到原因，手動打開了輔助飼水泵的進水閥，但因為二次迴路上方充滿蒸氣進水不順，一次迴路也因為蒸氣產生導致熱交換不完全，接下來的注水措施則都因為卸壓閥故障導致處理誤判(過早關閉冷卻水注水系統)，倒置爐上方產生蒸氣，燃料棒開始露出反應毀壞，到6:18分後，終於發現釋壓閥問題，以手動關閉之後，便全心處理反應爐內的衰變熱移除，最終在19:51危機暫時宣告解除，但最終爐心燃料棒也熔毀了將近50%，而即便填滿了冷卻水，爐內仍有少許氫氣泡，因為擔心發生氫爆，持續採取維持壓力緩慢注水以及洩壓排氣，最終於4/1解除危機，好個愚人節快樂。不過事後也證實當時氫氣量與爐內氧氣並不足以發生氫爆。

▋輻射外洩
過程中，因為自調壓槽釋壓閥流出的冷卻水進入位於圍阻體的洩壓水槽，洩壓水槽很快的被注滿，釋壓保護片破裂，使輻射水溢流到圍阻體的集水區，輻射氣體也因此瀰漫於圍阻體中。集水區水位升高，圍阻體集水機的抽水機自動啟動，將水送進輔助廠房，而輻射物質便隨著蒸發水從廠房煙囪緩慢洩露(飄出)於大氣之中。
3/29與3/30的時候，廠方則將氣體導向了放射廢氣槽，讓放射氣體得以先行過濾再做排出，最後排出的物質為惰性氣體以及碘131(較有害)，大約37萬兆貝克，就是37000,000,000,000,000,000貝克，但結論是，這看起來很長一串數字所造成的輻射劑量，根據NRC，環保署，衛福部、能源部和賓州等幾個獨立的小組也進行了研究估計，僅約0.08~1毫西佛，在場工作人員也僅1毫西佛，均小於背景輻射，完全無法對人體造成傷害。

過程中，也因為現場秩序混亂，以及一度測得較原背景值高出百倍的輻射劑量，因此州長決定暫時疏散方圓五英里的孕婦以及小孩，而疏散於是發後十天解除，居民都得以返家。

在事故發生後的幾個月中，儘管有人質疑輻射對三浬島地區的人類，動物和植物生命可能造成的不利影響，但沒有一個問題與事故直接相關。監測該地區的各種政府機構收集了成千上萬的空氣，水，牛奶，植被，土壤和食品的環境樣本，全面調查和評估得出的結論是，儘管反應堆受到了嚴重破壞，但實際釋放對個人的身體健康或環境的影響可忽略不計。

▋後續改善
或許三哩島事件的發生，除了廠房設計改善外，或可怪罪於運轉人員的失誤。若運轉人員沒有因為誤信燈號，錯誤的將高壓注水系統關閉的話，整個事件也不會惡化。但從較廣泛的角度來檢討整個事件，該檢討的是，運轉人員有沒有受到適當的訓練、控制室的設計是否考慮到運轉人員操作上的便利、以及運轉員是否能充分掌握電廠重要系統的運轉狀況；還有在緊急狀況下，運轉人員能否獲得必要的協助等問題。因此，不再完全依賴調度人員的判斷，建立一連串的「是、否」機制應對事件發生，

同時核能界了解到：運轉人員的臨場應變對核能電廠安全的重要性，電廠控制室的人機介面也需要適當的改善，以及電力公司間運轉經驗相互交流的必要性。後一項的認知促成了美州核能運轉協會 (Institute of Nuclear Power Operation，簡稱INPO)及國際核能運轉組織 (World Organization of Nuclear Operation，簡稱WANO)等國際組織的成立，這些組織的主要功能即為核能電廠運轉經驗的交流，希望透過相互合作，提昇電廠的安全，其中INPO也成立了核電廠操作員培訓課程，建立完善了操作人員的認證制度。法規管制單位也意識到，核能界對爐心熔毀的物化現象瞭解不足，因此大幅度提高相關研究的經費。

從安全的角度來看，三哩島事件對核能電廠安全所帶來的衝擊是正面的，它促成了核能界全面檢討核能電廠的安全運作模式，發覺許多隱藏性盲點，進而提出相當多的改善方案，這些改善措施直接提昇了電廠的安全。

▋事後影響
三哩島事件之後，法規管制單位提出不少新的規定，要求電力公司改正缺失，其中不少牽涉到硬體設施的改善，這些要求使得核電的成本大幅攀升，美國也因此有好長一段時間未在新建核電廠，導致該國核工業呈現自我放飛狀態，以致後續要建置新電廠時，供應鏈廠商挑選太過複雜難以整合(大家都能做，但不知道怎麼做)，因此讓新核電廠的建置處處碰壁，直到川普政府決心傾國家之力發展核能。

此外美國以及世界反核運動的興起，電影China Syndrome的渲染下讓民眾對核能更加恐慌，促成了反核流行文化產業，也讓美國人對於核電的態度在當時即不信任，但到現在，發生事故的賓州有四成電力來自核電。

三哩島電廠方面，事故二號機最後的清理費用為9.73億美元，相較於福島或車諾比事故少非常多，最後它的發電機也賣給了其他核電廠做升級汰換使用，加減補貼。至於一號機，因為事故壓力，它只能拿出更好的表現來說服所有人它值得被使用，也確實它表現卓越，較美國其他核電機組的指標都更加凸出，創下了616天營運不間斷的紀錄，因此於2009年時，申請再延20年通過，但因為化石燃料產業的快速變動，頁岩油氣挖掘讓天然氣成本快速下降，最後即便核電便宜，但背負2號機債務的1號機也無法與天然氣在市場競爭，因此決定於2019年關門，三哩島電廠共計營運45年，正式進入除役階段。

但其實只差那麼一小步，一號機就得以因為賓州加入的區域溫室氣體倡議計畫RGGI (Regional Greenhouse Gas Initiative)，因為零碳電力的特性相對獲得碳稅補助，繼續生存，同樣位於賓州的Beaver Valley電廠即因此政策繼續營運。

▋參考資料
WNA-Three Mile Island Accident
https://reurl.cc/E7Z55v
Backgrounder on the Three Mile Island Accident
https://reurl.cc/V65bbA
三哩島事故時序
https://reurl.cc/Y1jKAD
Pennsylvania Move to Join RGGI May Save Nuclear Plant
https://reurl.cc/L37KkK
事故圖片取材HyperPhysics
https://reurl.cc/R4b3Z6