自 ChatGPT 於 2022 年 11 月問世以來，科技大廠加速興建資料中心，開發人工智慧應用，但其高耗能的特性，對於當地電網和環境造成龐大負擔。究竟人工智慧科技有多耗電？根據美國《 紐約客 》( The New Yorker ) 雜誌報導，ChatGPT 每天耗電量超過 50 萬度 ( KWh )，相當於 17,000 美國家庭一天的耗電量。根據 IEA ( International Energy Agency ) 和美國銀行 ( BofA Securities ) 的預估，2023 年人工智慧和數據中心年耗電量約 430 億度，約佔全球約 1.5% ，預估在 2023 年至 2028 年間以 25% - 33% 的年複合成長率成長至 1,300 ~ 1,800億度，佔全球約 5% ~ 7%。這期間增加的耗電量中有 30% 以上來自美國，因全球約 33% 的資料中心設置於此且快速增加中。高盛 ( Goldman Sachs ) 預估，至 2030 年僅資料中心就佔美國年耗電量的 8% ~ 11%。如何兼顧淨零碳排，並增加足夠電力發展人工智慧，自然成為各國政府關注的焦點。
在這樣背景下，因 2011 年 311 福島核災而發展停滯的核電，又重回到聚光燈下。雖有棘手的核廢料爭議，但核電能 24 小時穩定發電，且每度電碳排量僅 12 公克，接近光電及風電的表現。因此，許多紛紛重新發展核電。而台灣面對國際擁核趨勢，人工智慧帶起的半導體擴張潮，和日漸增加的缺電風險，是否該堅持「非核家園」的政策？
各國競相擴張核電
在 2023 年 12 月的 COP28 氣候峰會中，美國、法國等 25 個國家簽署 《 Triple Nuclear Energy by 2050 ( 2050 年實現三倍核能 ) 》 宣言，目標讓全球核電佔比從目前的 9％提高至 2050 年的 16% 。跟據世界核協會 ( World Nuclear Association ) 的資料，目前全球 33 國家，共有 440 座核反應爐正在運轉中，興建中和已獲許可但尚未動工的共 152 座，預計 15 年內完工，將使全球核電裝置容量增加三成，另有 343 座反應爐投資案在討論中。
美國將投入 60 億美元讓目前的核電廠再延役 20 年，並規劃讓 2030 年前退役的 50 座燃煤電廠轉型為核電廠以填補用電缺口。歐洲議會 ( European Parliament ) 也在 2022 年將核電列入永續能源投資標的，符合規範的電廠可獲得補貼或是融資。目前除德國、奧地利、西班牙等少數國家外，其餘都重新投資核電。英國預估花費 300 億英鎊，在 2030 年前新增8 座核反應爐，讓核電佔比從目前的 17％ 拉高至 2050 年的 25%。法國也斥資 500 億歐元，預計在 2035 年前新增 6 座核反應爐。
轉到亞洲，中國興建及規劃中的核反應爐共有 67 座，最快 2040 年併網發電，核電佔比一舉從目前的 5％上升至 10% 。日本因供電緊繃和重啟半導體發展，將加速重啟因核災而停機的核電廠，並已修法延役現有電廠，計畫讓在 2030 年前讓核電佔比從目前的 5% 提高 20%。韓國則規劃在 2038 年前增加 3 ~ 4 座核反應爐，目標是讓佔比從目前的 28% 提升至 36%。
復興核電不易，但新技術帶來新機會
各國如今欲重啟、擴建核電，勢必面臨許多挑戰，如昂貴費時的興建過程，和難解的核廢料處置問題。政府希望能藉由新技術破除這些爭議，例如以小型模組化反應爐 SMR ( Small Modular Reactor ) 取代傳統核電廠，和發展核廢料再應用技術。
相較於傳統核電廠至少 250 億美元以上的興建成本和 15 ~ 20 年的施工期，SMR 採模組化設計，零件先在工廠生產再運到現場組裝，成本較低且僅需 3 ~ 5 年即可完工。由於裝置容量不到 300MW，反應爐釋放的熱能少，能靠自然對流冷卻爐心，可避免重演日本福島電廠因冷卻設備失靈使爐心融化並發生輻射外洩的慘劇。專家認為 SMR 適合設置在高耗能產業或資料中心周邊，可減少電網傳輸耗損和對民生用電的排擠。目前中國的進度最快，全球首座 SMR 「玲瓏一號」將在 2026 年併網發電，其他國家仍在規劃中。市場預估，SMR 最快 2028 年進入商業化階段。
針對棘手的核廢料，目前標準作法是處理後封存於地底下。半衰期短的低階核廢料，如受污染的防護衣，埋入地下三百公尺內的地層或坑道中。半衰期長達數萬年的高階核廢料，也就是核燃料棒，則是封存於地下 500 至1,000 公尺的最終處置場。由於遴選場址需要考量地質、生態環境等因素，加上民眾反彈，至今全球僅一座位於芬蘭的最終處置場，將於 2025 年啟用。
這種深埋地下的處置方式一直備受爭議。反核人士擔憂若保存不當會造成輻射外洩，污染土壤和地下水。核能專家也認為，用過的核燃料棒仍具有價值，應從中重新提煉鈾礦，製成新燃料棒投入使用。除了產出更多電力，核廢料體積也縮小至原本的十分之一，半衰期也縮短至 400 年左右。這種技術早在 50 年前就已問世，但因成本高加上鈾礦價格長期低迷導致發展緩慢。如今各國重啟核電，核廢料再應用的技術也受到關注，英國、法國、俄羅斯和日本都在研發中。
台灣要持續漠視失衡的能源政策？
台灣身為全球半導體晶片製造重鎮，半導體製造產業隨著人工智慧發展而加速擴張，所需電量大增。以台積電 ( TSMC ) 明年將量產的 2 奈米晶圓廠為例，單一座廠一年耗電量約 37 億度，相當於四分之一個台北市一年的用電量。台積電 2022 年用電量逾 210 億度，約佔全台的 7.5% ，預估至 2030 將達到 360 ~ 390 億度，佔全台約 11% ~ 12%。環保團體綠色和平 ( GREENPEACE ) 推估，若涵蓋其他半導體公司，至 2030 年全台半導體製造業用電量將達到 740 億度，佔全台約 20%。
然而，台灣供電相當吃緊。今年一度因 403 地震損傷設備使夜間備轉容量降至 2.8%，離全台大停電僅一步之遙。如今半導體業用電需求高漲，台電虧損日漸擴大，再生能源發展進度落後，核三廠又將於明年 5 月正式除役，電網系統崩潰的風險驟增。如果台灣因限電影響半導體生產，將衝擊全球市場。彭博社 ( Bloomberg ) 和美國財經媒體 CNBC 等多家外媒近期也頻頻關切台灣電力不足的議題。此外，美國將於 2025 年開徵碳稅，歐洲也將在 2026 年跟進，台灣高度依賴化石燃料的發電結構 ( 燃煤和燃氣分別佔 42% 和 40%、再生能源 9.5%、核電 6.3% )，會導致產品外銷時被課徵碳稅，還可能被排除在供應鏈之外。反觀和台灣產業結構接近的日本、韓國和中國，其低碳發電 ( 核電、水力發電、再生能源 ) 的佔比分別是 35.2% 、37.3％和35.6％，更符合國際潮流。因此，工商產業界近期呼籲政府持續使用核電，並儘速投入新技術發展。
無奈的是，目前政府對於是否延用核電的態度曖昧不明，一方面無視供電緊繃的問題，堅持「2025 非核家園」的政策，一方面說考慮將核電將作為備援電力。但核三廠明年若除役，至少需 3 ~ 5 年修法、檢查、和補強結構才能重啟，難以作為備援用電。政府應借鏡其他國家，檢討不切實的能源政策，並以務實的態度儘速衡量核電利弊，才能維持台灣的國際競爭力。
AI 的未來是核融合？
倘若能解決核廢料的問題，核電是很好的潔淨能源。當前最受注目的是核融合技術 ( Nuclear Fusion )，是將兩顆以上的原子核以攝氏 1 億度以上長時間加熱合併成更重的核，過程中產生的巨大能量可用來發電。這原理和太陽釋放能量原理相同，因此核融合又稱為「人造太陽」。由於發電過程只會產生少量且半衰期僅 100 - 200 年的核廢料，加上需要精準控制，稍有偏差就會停止運作，沒有爐心溶解的風險。
多家科技大廠都認為核融合技術可以滿足人工智慧不斷增長的用電需求，包括微軟 ( Microsoft )、谷歌 ( Google ) 母公司Alphabet Inc. 、和亞馬遜 ( Amazon ) 已投資多年。目前最具指標性的是由 35 個國家共同合作，位於法國的國際熱核融合實驗反應爐 ITER ( International Thermonuclear Experimental Reactor )，預計於 2025 年進行測試運轉，基於此的示範電廠DEMO ( DEMOnstration power plant ) 則於 2040 年開始興建，以驗證核融合的商業可行性。中國的核融合反應爐 EAST ( Experimental Advanced Superconducting Tokamak ) 也在 2023 年 4 月成功實現等離子體運行 403 秒，對發展具有重大意義。
專家認為這項技術還需至少 20 年才能商業化，一旦成功將永遠改變人類用電的方式。人工智慧發展日新月異，各國也努力發展新技術以應付快速增長的用電需求。無論使用何種能源，都應該以兼顧「能源穩定」和「減少溫室氣體」排放為宗旨，因地因時制宜，建立多元化能源結構，才是邁向永續發展的唯一途徑。