第1420期-日本爭取台積電建廠投入水電資源等之概述

壹、前言

因應全球晶片荒與地緣政治之關係，台積電赴日設置熊本晶圓廠，備受全球矚目。晶圓廠設廠建造與營運量產，均需各項資源與人才的大量投入。日本為獲得設廠，所投入的補助與各種能源資材協助，十分的積極與主動。日本過去數十年產業外移、經濟空洞化與少子化等慘痛經驗，目前電力備載容量約低至3%的窘境下，卻仍積極提高電力建設與人才教育培訓等，克服萬難來爭取與大力協助各類產業生根壯大。值得我們省思。

貳、晶圓廠設廠與營運生產所需頗多資源投入

2023年12月下旬，筆者特地到日本九州熊本縣菊池市菊陽町，查看台積電在此地建造晶圓廠，23公頃以上土地的廠房建築工程。該基地位置約在肥後大津車站西北側1.5公里，如圖1所示。

一、建廠工址地質構造概述

日本列島地處歐亞大陸板塊、北美洲板塊、太平洋板塊和菲律賓板塊這3大1小等板塊交擠界面處，為全球地震發生約九成以上的環太平洋火山地震帶之西火環熱區。熊本縣菊池市該建廠地區，位在日本最南端九州中部地區，東距25公里緊鄰阿蘇火山群與西側30公里緊接有明海灣與八代海、原島灣這3處內海。歷史上最近地震就以2016年4月14~16三天內，該建廠處南方為約10公里，順著自東側瀨戶內海四國島日本列島中央構造線斷層帶(Median Tectonic Line)在大分縣九重山來到熊本縣的阿蘇火山再往大津町與菊陽町南側的益城町，在該町北邊布田川斷層帶(Futagawa Fault)交織，進入較南側屬熊本市區往西南側的宇城市與八代市的日奈久斷層帶(Hinagu Fault)往鹿兒島縣長島延展下去，曾發生芮氏6.5、6.4與7.3級之極淺層(12公里)3次大地震與400多次餘震(其中逾6弱級以上震度有8次之多)，而在建廠鄰近熊本市菊陽市觀測到最大震度6強之級，其最大地動加速度Pga為440~800cm/sec²，而7級最大震度在益城町西原村[1] [2]。該處地層構造從地表面往下約屬人工覆蓋表土與鬆散沉積層及變質岩與風化層和自中新世到第四紀火山岩等較硬的岩床。因該地區地表各層地質有頗多火山脆屑泥流與泥渣灰沉降區，偶見若干火山熔岩浮石斑紋岩等混雜尖滅地層，並因龐大雨水漫流而下成為淤積地區，為27~9萬年前火山活動後所致，為極標準火山地形帶。

二、地質改良與深基礎結構

在該工地現場，為要承載高科技晶圓廠房機台設備荷載、減少地震的加害及避免額外非預期沉陷等，其廠房基礎使用直徑Ø600~800mm、L=12~15m預鑄PC基樁，做為廠房改良基地的地下主要結構體，並再加上其他結構消能斜撐、耐震阻尼器(Damper)及耐震消能斜撐結構等系統，可謂極為慎重，如圖3~6所示。

參、科技廠營運所需能源因素分析

所有產業均需要有土地、水與電的資源投入。

一、用水部分

建廠工址水文屬於阿蘇火山山路與白川、黑川、堀川、平井川與井芹川等地下水伏流與湧出旺盛地區，而2023年7月台積電在廠區內進行7處深井同時抽取12,000噸的地下水，經當地自來水機構也在鄰近20處同時檢測原有自來水井水位，均沒有大變化，也驗證該處地下水豐沛與潔淨，對建廠到生產營運所需龐大用水之需求與其低廉取水成本，極有正面的支撐價值。

二、用電部分

據日本放送協會NHK，2023年12月27日指出，全日本目前33座核子反應爐發電機組，其中通過因應311東日本大地震福島核子事故後制訂新規範標準審查重啟運轉共有12座，全數都位在西日本地區。這12座重啟運轉的核電機組全數反應爐型式皆為壓水反應爐（Pressurized Water Reactor），與福島事件沸水反應爐（Boiling Water Reactor）發電機組是有結構上的不同；目前九州全島有玄海、川內2所核能發電廠共4座反應爐，概算九州目前能源供電種類與比例，以核能發電量占16%、燃煤占29%、燃氣31%、重油石油3%、再生能源20%(其中水力4%、太陽能9%餘為風力、生質、家禽畜獸糞便燃料和地熱)。台灣與日本是天然資源極度缺乏的國家，但日本極為務實的電價本益調整，故其電價頗為接近成本(不做非理性爛政策補助)且定期調整及分區分時調價，再加上用越多的耗電其電價單價就越高的合理費率之設計，與我國相較其工業與住宅電價約是台灣的1.6~2.6倍以上。故全國全民力行用電原則：當用則用、當省就該省的的好習慣。九州因應台積電入駐龐大需電與國際淨零要求，他們在2016年制定《優先供電規則》，藉「電力廣域的運營推進機關（Organization for Cross-regional Coordination of Transmission Operations ，OCCTO）」執行「長周期廣域頻率調整」，再由東北側本州中國地區電力約可達九州的七成來互相調度支援[5][6]。筆者預測日本南方電力最脆弱與僅單一跨區供電的九州，原本就呈現缺電窘境。因應台積電熊本1~2廠與其他供應鏈廠商大幅耗電需求，應會再從九州島正東測四國島沿著佐田岬半島建造跨海電纜系統，取得九州約35%的四國電力約資源來相互調度，並把九州與中國及四國等3區可直接串連；併同又再連到電力較充裕關西地區，終期利用明石海峽大橋連接淡路島與大毛島等為樞紐要徑，再把四國與中部地區及東京地區甚至這次發生能登半島大地震的北陸供電地區等相互串聯，形成複數2套+4迴路以上安全供電互補迴路，並把日本全國最樞紐關鍵的關西供電地區給強固起來，如圖7所示。這樣各項用水與用電資源的適度調配，將會使近期又宣布台積電第2日本廠將又落在熊本，更具有妥適可靠的成功性。

肆、結語

台日同是天然資源極匱乏，日本之電能備載容量接近3%之低，但為提升該國在全球競爭力與改變整體產業技術方向及改善偏鄉轉型等，補助一半建廠經費，來吸引台積電等赴日設廠，並把建廠與營運生產所需各項資源與行政措施準備好了，短短不到2年內就要從宣布設廠進入營運。比照台灣，卻是對各項建設所需資源之提供，相形見絀、困頓不已，況且百業所需就是水電與土地、人力等資源的投入，台灣實在還有頗大努力空間，值得國人省思。

參考文獻

1.台灣國家科學及技術委員會國家災害防救科技中心NCRD，「全球災害事件簿~2016年熊本地震」，https://den.ncdr.nat.gov.tw/1132/1188/1205/20357/22119/

2.日本國立研究開發法人產業技術總合研究所地質調查綜合中心，「2016年熊本地震為活動斷層做好準備」， https://www.gsj.jp/Muse/exhibition/archives/src/2017spring_kumamoto_l.pdf

3.黃有志，國家實驗研究院國家地震工程研究中心，「日本九州火山活動、災害與地熱能源」，2018年8月27日。

4. Lai Ming-Huang，「Lessons for Taiwan in Fukushima response」，Taipei Times，Wed, Jan 03, 2024 page 8。

5.林祥輝，經濟部能源署能源資料庫，「日本九州電力因再生能源高占比下，火力等調整力不足，首次請求跨區送電，並在假日電力需求低時實施太陽光電設備的輸出控制」，2018年10月1日。

6.日本野村總合研究所(Nomura Research Institute: NRI)，「電力輸出抑制機制對再生能源投資風險探討」，2023年2月9日。

7.財訊雜誌674期，「台積電再造日本矽島1，熊本現場直擊！台積電日本廠24小時趕工把蘿蔔田變「晶圓廠」」，2022年12月。

1420-2-1