環境能源

從日本福島到挪威:環境教育的挑戰和契機 ── 編輯序言

從日本福島到挪威:環境教育的挑戰和契機 ── 編輯序言
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士

2011年3月的日本東北地震和海嘯引發的福島核能電廠災變再度提醒世人環境教育的迫切性。而環境教育的最大挑戰,就是「環境」本身,並不是一個定義清楚,範圍明確的學科。對於「環境」的知識既包含了物理,化學,生物,地球科學等學科,也與經濟學,政治學,社會學,政策管理等社會科學領域密切相關。簡而言之,「環境」的知識的特徵是多面向(multidimensional)、多學科(multidisciplinary)、跨部門(multisectoral)和動態變化的(dynamic)。編輯環境教育的相關文章的核心挑戰,就是如何將這些特徵在1000字左右的文字裡面呈現出來。

基於這個考量,我們「環境教育」教師團隊大量採用和參考聯合國環境規劃署2007出版的報告:《全球環境展望4 ——旨在發展的環境》。 坦白說,放眼全球,面對這些嚴苛的挑戰──能夠兼顧自然科學與社會科學,同時考量環境保護與經濟發展,而且能夠將全球環境問題作系統性的考量──聯合國環境規劃署是少數有能力擔當重任而且享有專業聲譽的機構之一。《全球環境展望4》的內容,不僅僅是闡明有關「環境」的知識,更進一步反省和分析「環境」與「發展」息息相關,無法切割的緊密連結。換句話說,對「人」的問題不瞭解,就無法瞭解「環境」的問題。這是《全球環境展望4》的基本思維,也是本組「環境教育」教師團隊希望傳達的重要訊息。

「多學科」「跨部門」等早已是媒體常出現的詞彙,但是環境科學與其他傳統自然科學具體不同的地方何在?簡言之,環境問題不只是「純科技」問題,而還要考量多元變因。圖一以兩種社會性變因來說明:1)問題的緊迫性(可逆與否), 和2)管理的困難度。

圖1:環境問題的分佈圖 , 縱軸是管理難度(上方:有已證實有效的解決方法,下方:解決方法正在出現),橫軸是可逆程度(左方:可逆,右方:不可逆)。 (圖片來源:改編自《全球環境展望4》, p. 461)

車諾比核電廠事故:人為疏失與事件過程

車諾比核電廠事故:人為疏失與事件過程
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 導致車諾比核事故的人為操作疏失提醒我們哪些核能安全的管理問題?

導致車諾比核電廠事故的原因是反應爐安全設計不當和人為操作疏失。RBMK反應爐部分已另文說明。此文簡述人為操作疏失的部分。無論反應爐的安全設計如何縝密和進步,人為操作還是最關鍵的一環。瞭解車諾比核電廠事故中人為疏失的部分,是反省核能安全的必要課題。

事發過程

1986年4月25日夜間事故發生之前,正值第四機組將定期保養停機,電廠當局擬趁其停機之便,進行一項測試緊急爐心冷卻裝置的實驗。技術上而言,該實驗為利用該機組兩部汽輪發電機中之第八號汽輪機,測試其驅動之蒸汽被切斷之後,汽輪發電機之轉動慣性能量,在備用柴油發電機啟動前能提供多久之廠內緊急電源。此實驗曾在商轉前試驗過,但當時因其發電輸出電壓下降比預期來得快而未能成功。此次之試驗,則是在勵磁機上採用特殊之發電機磁場調整器設計,欲藉此克服電壓急劇下降之問題。以下4個圖表說明事件發生過程。

三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 檢討與改善安全措施

三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 檢討與改善安全措施
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 三哩島核泄漏事故對核能安全提升有何助益?

2. 調查三哩島事故的單位,從哪幾個方向來檢驗和提出改善建議?

圖1:三哩島核電廠2010年的相片,左邊是事故後永遠停機的TMI-2機組。 (圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_Nuclear_Generating_Station)

三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 事件過程

三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 事件過程
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 三哩島核泄漏事故中出現哪些嚴重的人為疏失?

事件發生過程

1979年3月28日凌晨4點左右,三哩島核電廠二號反應爐(TMI-2)主給水泵停轉,輔助給水泵按照預設的程序啟動,但是由於輔助迴路中一道閥門在此前的例行檢修中沒有按規定打開,導致輔助迴路沒有正常啟動,二迴路冷卻水沒有按照程序進入蒸汽發生器,熱量在堆心聚集,堆心壓力上升。堆心壓力的上升導致減壓閥開啟,冷卻水流出,由於發生機械故障,在堆心壓力回復正常值後堆心冷卻水繼續注入減壓水槽,造成減壓水槽水滿外溢。一迴路冷卻水大量排出造成堆心溫度上升,因為不當的控制板面設計和閥位指示無法正確顯示,運轉員並不知道閥是打開的。待運行人員發現問題所在的時候,堆心燃料的47%已經融毀並發生泄漏,上午7時左右系統已經發出了放射性物質泄漏的警報,但由於當時警報蜂起,核泄漏的警報並未引起運行人員的注意,甚至現時無人能夠回憶起這個警報。直到當天晚上8點,二號堆一二迴路均恢復正常運轉,但運行人員始終沒有察覺堆心的損壞和放射性物質的泄漏。

圖1:管理程序的關鍵疏失:重要訊號被掛卡遮住。 (資料來源:出自於凱曼尼調查團(Kemeny Commision)三哩島事故報告第117頁, 引用自http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_20.pdf)

三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 背景與對全球核能工業的衝擊

三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 背景與對全球核能工業的衝擊
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 三哩島核泄漏事故對全球核能工業有什麼重要的歷史意義?

2. 比較三哩島事件,1986年車諾比和2011年日本福島核事件的異同?

事件背景

自從1956年第一座核能電廠開始商業運轉以來,核能發電被視為是廉價和安全的電力來源,廣受工業國家的歡迎,民間也沒有反核的聲音。但是1979年的三哩島核事故,重挫了當時當年意氣風發,如日中天的核能產業。當年3月28日凌晨4點,位於美國賓州(Pennsylvania) 薩士奎亞納河(Susquehanna)中間的三哩島(ThreeMile Island)發生核電廠意外事件,導致部分爐心(約50%)融毀,震驚了全世界。當時全球共有130 餘座興建中或預訂中的核電廠被取消。民眾首次經歷到使用核能的風險,促使各地反核運動開始萌芽發展。

圖1:位於美國賓州(Pennsylvania)的三哩島核電廠的地理位置。 (圖片來源:http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_20.pdf)

車諾比核電廠的未來:國際合作的新安全圍堵體(New Safe Confinement, NSC)

車諾比核電廠的未來:國際合作的新安全圍堵體(New Safe Confinement, NSC)
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 為什麼車諾比核電廠長期善後計畫需要國際合作?

車諾比核電廠事故發生時,蘇聯的領導人是具有改革企圖心的戈巴契夫。儘管在戈巴契夫革新之下,蘇聯政權已經比過去開放透明許多,但是車諾比核電廠真正肇事主因到現在還是疑霧重重,蘇聯官方的調查將責任推給當時進行反應爐「實驗」的操作人員,卻不追究反應爐設計和整體核能決策疏失的責任。

事故發生後,蘇聯當局原本決定在1993年年底徹底關閉車諾比核能電廠,但是不久蘇聯解體,新獨立的烏克蘭面臨嚴峻的經濟和政治不穩定問題,若關閉核電廠則無法提供百萬人度過寒冬所需的電力。所以,要長期解決車諾比核電廠的善後問題,必須有國際組織的介入和支援。

圖1:車諾比核電廠出事的第4號機組的損壞情況(左)和1986年11月建成覆蓋在上方的「石棺」(sarcophagus)。 (圖片來源:http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_21.pdf)

車諾比核電廠事件:建造背景與事故後運轉情況

車諾比核電廠事件:建造背景與事故後運轉情況
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

 

思考問題:

1. 為何車諾比核能電廠事故發生後其他機組繼續運作了相當長的時間?除了電力需求外,還有哪些可能的社會因素?

車諾比核能電廠建造的社會政治背景

車諾比核能電廠位於烏克蘭基輔州普里皮亞季鎮(英文拼法:Pripyat)附近,距離烏克蘭和白俄羅斯邊境只有16公里,距車諾比市西北18公里,距烏克蘭首都基輔(Kiev)以北110公里。核電廠建設方案最初打算將電站建在距離基輔僅25公里處,但是科學界擔憂核電廠與基輔過於接近,逐更改為現今位置。1986年電站的四號機組發生爆炸,引發目前為止(包括2011年日本福島核災在內)最嚴重的核電廠事故。

圖1:車諾比核電廠的地理位置和周遭國家。 (圖片出處:http://www.world-nuclear.org/info/chernobyl/inf07.html)

車諾比核電廠事故: 壓力管式石墨慢化沸水反應爐

車諾比核電廠事故: 壓力管式石墨慢化沸水反應爐 (RBMK)
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 車諾比核能電廠反應爐的設計上的缺陷為何?

車諾比核事故中的核反應爐是壓力管式石墨慢化沸水反應爐(俄語縮寫為RBMK,意思是「大功率管式反應爐」)。這是蘇聯建造的用於核電站的石墨慢化沸水反應爐。此技術於20世紀50年代發明,現在已被認為過時且有嚴重的缺陷,但是一直到2010年,俄羅斯境內仍有至少11台RBMK反應爐在運行,只是並沒有再新建此類型反應爐的計劃,車諾比核事故之後國際社會也持續施壓,要求俄羅斯當局關閉剩餘的那些RBMK反應爐。

圖1:RBMK反應爐構造示意圖 (圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/RBMK)

環境和人類脆弱性 (Vulnerability of People) (2):世界風險指數 (World Risk Index)

環境和人類脆弱性 (Vulnerability of People) (2):世界風險指數 (World Risk Index)
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 為什麼需要評估世界風險指數?

2. 剛剛發表的世界風險指數有什麼用途?

圖1:2011年6月15日發表的《世界風險報告 2011》(德文版,英文版預計2011年9月初發表)封面。 (圖片來源:http://www.ehs.unu.edu/file/get/8696)

極端氣候或自然災害的消息近年來成了全球媒體關注的對象。但是天災對人類社會的衝擊,卻因為各個地區政治經濟發展條件的不同而有很大的差異。傳統的風險分析強調自然領域,缺乏對人類社會應變的能力和長期策略的評估。因此,聯合國相關單位與數個重要救援團體合作,2011年6月15日發表《世界風險報告 2011》(圖1)。此報告的核心就是在自然天災風險考量中整合放入「脆弱性」和「恢復力」的社會性因素,整體評估出「世界風險指數」,幫助決策者和民間團體能夠及早準備應變的措施和策略。

環境與人類的脆弱性 (Vulnerability of People) (1):概念與應用

環境與人類的脆弱性 (Vulnerability of People) (1):概念與應用
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 脆弱性和風險的概念有何不同?

2. 脆弱性的分佈不平衡與環境問題有何關連?

自然環境的變動牽涉到複雜多元的因素,而現代化社會的特徵也是功能分化越來越細微,複雜度越來越高。環境問題的特色之一,就是要面對各種形式的不確定和風險。近年來「脆弱性」(vulnerability)的概念成了傳統的風險分析的重要延伸。傳統的風險分析主要強調了自然災害,而脆弱性已經成為食品安全隱患(food insecurity)、貧困(poverty)、生計(livelihoods)和氣候變化(climate change)等研究的核心概念。

圖1:貧困是威脅個人安全的主要成因之一。圖中簡易房屋沿河口而建造延伸,使居民面臨巨大風險。貧困人民若無適當支援,很難改善他們本身的脆弱性問題。 (圖片來源:《全球環境展望4》,p.313)

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