基于核電發展的鈾資源供需趨勢及對策分析

摘要：在世界核電復蘇以及我國積極發展核電的背景下，鈾資源供需平衡已經成為國內外關注的焦點。而我國鈾資源供需前景不容樂觀，鈾供給的安全將是我國核電可持續發展的制約因素之一。根據對世界鈾資源供需現狀及前景分析，應加強我國鈾資源供給能力的對策，努力完善我國閉式核燃料循環技術和充分利用國外鈾市場。

關鍵詞：鈾供給； 鈾需求；次生鈾供給； 核燃料循環； 循環經濟

中圖分類號：F019 文獻標識碼：A

The Trends of UraniumSupply-demand Based on Nuclear Power Development

ZOU Shu-liang，SUN Mei-lan

(Center of Nuclear Energy Economics ＆ Management，Nanhua University，Hengyang 421001，China)

Abstract:

The balance of uranium supply-demand has been a focus issue under the backdrop of nuclear power'sresuscitation in the world and active development in China. In China， the future of uranium supply is not optimistic and the security of uranium supply will become one of the factors which restrict nuclear power sustainable development.

According to the current situation and prospect of the world uranium supply and demand，the paper suggests that China should strengthen the policy making for uranium resource supply capacity，pefect nuclear fuel recycling technology and fully utilize the overseas uranium resources.

Key words:uranium supply；uranium demand；secondary uranium supply；nuclear fuel cycle；cycle economy

一、世界鈾資源供需趨勢分析

在20世紀40年代至70年代之間，鈾資源主要被用于核武器生產，目前，鈾資源主要被用于核反應堆，以滿足電力生產的需要。世界鈾市場價格變化經過先降后升再降再升的循環過程（見圖1），伴隨著鈾供給與需求的變化，2003年世界鈾價又開始回升^[1]。鈾資源供給對世界核電產業發展具有著深刻影響，因此，基于核電發展的基礎上，探索加強我國鈾資源供給能力的對策。

(一)世界鈾資源供應分析

鈾供應源主要有一次鈾生產和次生鈾供給源兩種

來源。據此，我們將用于核電生產的世界鈾資源供應渠道分為以下四種途徑，并對其供應能力進行分析。

1.鈾礦生產。表1表明近幾年的年鈾產量基本維持在3 600～40 219t^[2]，天然鈾的生產量僅能滿足當前需求量的55%左右。據國際經濟合作與發展組織的核能機構（OECD/NEA）和國際原子能機構（IAEA）出版的2004年第18、19和20期“紅皮書”報道，由于澳大利亞、加拿大、尼日爾和哈薩克斯坦等四國增加了低成本鈾資源，全球已知常規鈾資源（KCR）比2001年有明顯的增加，據統計，2003年的已知常規鈾儲量中:＜130美元/kg U的有458.8萬t，＜80美元/kg U的有353.7萬t， ＜40美元/kg U的有252.3萬t（見表2）。當前，低成本（＜80美元/kg U）已知常規鈾資源主要分布于澳大利亞、哈薩克斯坦、加拿大、南非和納米比亞，這些國家分別占世界相應總量的30%、17%、12%、8%和6%^[3]。按每年需求量6.5-7.0萬t計算，已知常規鈾資源可滿足約50年的核電發展之需。此外，據IAEA-NEA估計，全球鈾儲量有970萬t，可供現有反應堆使用140年。

2.俄羅斯核武器的高濃縮鈾。俄羅斯擁有500t的高濃縮鈾（highly enriched uranium HEU），約相當于152000t天然鈾。根據美俄簽訂的協議，在2000-2013年內，俄羅斯每年稀釋30tHEU，約相當于10600tU，

約占當前世界反應堆年需求量的13%，從而在一定程度上保證了核電發展對鈾資源的需要。由于俄羅斯要在核武器能力上與美國保持平衡，所以可能不會進一步擴大出售HEC^[4]。

3.混合鈾-钚氧化物（MOX）和后處理得到的鈾。世界大部分國家采用一次通過的燃料循環方式，這種方式的鈾利用率極低，據IAEA指出，反應堆乏燃料仍然含有96%以上的初始鈾。法國、日本和俄羅斯等國家采用了后處理和再循環策略（閉式循環），將后處理得到的钚用于MOX燃料制造，當前法國已經在運行反應堆上使用MOX。世界上產生的乏燃料約有1/3經過了后處理，以循環利用一些剩余能量，增殖反應堆能夠提取所有的能量，這將使已知鈾資源提供的可用燃料增加60倍。

4.世界鈾庫存。天然鈾和低濃縮鈾的庫存量主要存在于國家的商業庫存和俄羅斯。西方國家核工業目前的商業庫存可滿足西方國家約2.8年的需求。美國核電廠商掌握的鈾數量通常僅能滿足燃料循環加工的需求，幾乎沒有任何戰略庫存，在2004年初，美國公司的庫存量為4570萬lb，相當于約1年的需求；美國能源部（DOE）存有約5000萬lb的天然鈾庫存預期會在今后12 年里進入市場，此外美國濃縮公司（USEC）的鈾庫存量有3800萬lb，但約有1340萬lb受到锝污染。此外，據估計俄羅斯可能有相當于約1.6億lb的鈾庫存^[5]。

（二）世界鈾資源供需前景

進入21世紀以來，由于核電安全技術的快速發展、高漲的天然氣和煤炭價格以及全球變暖的現實，許多國家都將核能列入本國中長期能源政策中，世界核電又將邁入新一輪增長階段，因此，鈾需求量必然會隨著核電發展而增加。截至2006年1月全球共有37個國家擁有在役、在建或擬建的反應堆，其中有31個國家或地區運行著441座核反應堆、總凈裝機容量達368386MWe，預計全球2006年的鈾需求量將達到65478tU^[6]。

應用系統分析國際協會/世界能源委員會（IIASA/WEC）預測了2000-2050滿足世界反應堆的鈾總需求量的低、中、高三種方案（見表3）。這三種方案在2000-2050年累計的鈾總需求量分別為3390000 t、5394100 t和7577300 t，且在2050年的年鈾需求量分別為52000 t、177000 t和283000 t^[7]。IIASA/WEC把一次鈾生產來源分為獨聯體、國民計劃量、中國和市場生產商，次生鈾供給分為HEC、商業庫存、俄羅斯庫存、MOX、乏燃料再處理鈾（RepU）和尾料的再富集鈾。由于中等方案比較接近實際，并對中等方案在2000-2050間的年鈾供需情況進行了預測（見表4）。方案表明了到2025年次生鈾供給量由目前的45%左右下降至6%，并且這種百分比仍將繼續下降，在2000-2050中，次生鈾供給僅提供了占總需求量的11%；為了滿足市場需求，隨著次生鈾供給的枯竭，需要在2010年以后擴大鈾生產能力。而鈾生產能力的擴大取決于鈾勘探、開采和生產能力的擴大與投資，實際上，低鈾價已經給鈾供應商以沉重打擊，導致鈾供應商合并、關閉礦山以及延緩投資項目。

因此，從近期來看，預期在2010年鈾供給能夠滿足需求^[8-9]。目前，盡管世界鈾生產只能供給全球反應堆需求的55%左右，但是由于次生鈾供給相對充足，鈾需求缺口可由次生鈾供給來彌補。從長期來看，以庫存滿足鈾需求是不可行的，要滿足核電發展的鈾需求必將依靠鈾生產能力以及鈾的循環再利用能力的擴大。由于發現新的鈾資源和開發新的生產能力

都需要較長的準備時間，而次生鈾供給正逐漸枯竭，如商業庫存和俄羅斯庫存到2010年左右就消耗殆盡了，HEC也只能供應到2023年左右，這必然會導致鈾供給與需求之間將會進一步失衡，如何滿足世界鈾需求將成為全球核電產業持續發展面臨的挑戰。

二、我國鈾資源供需分析

（一）我國核電發展前景

目前，我國大陸運行的核電機組有9座、裝機容量為6600MWe，2006年需求量約為1 294tU。為了滿足我國經濟建設、調整電源結構和保障國家能源安全的需要，我國對在建、擬建的核電裝機容量進行了規劃。(1)我國在建的核電項目有：嶺澳二期工程為2座核電機組、裝機容量為2 000MWe，堆型為壓水堆，開工日期為2005年12月；秦山二期擴建工程為2座核電機組、裝機容量為1 300MWe，堆型為壓水堆，開工日期為2006年3月。(2)根據規劃預測，到2020年，中國核電總裝機容量，高方案將達40GWe，當年天然鈾需求量達6 540t^[10]。也就是說，為了達到高方案建設要求，到2015年前，必須有28座百萬千瓦級的核電機組開工建設。據此估算，到2025年，將有58GWe核電機組運行。因此，在2015-2020期間，還有可能再開工建設18座百萬千瓦級核電機組^[11]。

（二）我國鈾需求量預測

1.鈾需求量的計算方法，如圖2所示：

2.規劃核電機組的鈾需求量。由于壓水堆是我國核電的主流堆型，可能采用“翻版加改進”、“引進第三代核電技術”或“中國特色的壓水堆”批量建設反應堆的方式，根據上述計算方法，可以預測出規劃目標的鈾年需求量（見圖3）。40GWe全壽期鈾總需求量59 645t， 58GWe全壽期鈾總需求量64 1867t；如2020-2040再建25GWe或62GWe，全壽期內鈾總需求量將為926 715t 或1 348 289t。

（三）我國鈾資源供應分析

我國已經探明的鈾礦資源，經逐個礦床按投資項目技術經濟評價的方法和參數估算生產成本，并完全按IAEA的經濟分類評價指標，重新評價結果表明：我國鈾資源總量和經濟儲量分別占世界當量的4%-7%，且勘探程度不夠高，其中約1/3為RAR可靠資源。已經探明的鈾資源經濟儲量，不能滿足到2020年的高方案的鈾需求量。目前，我國鈾資源年產量約為750t，隨著我國大規模發展核電，在國內外鈾供給與需求進一步失衡的環境下，鈾供給的安全將是我國核電可持續發展的制約因素之一。

三、保障我國鈾資源供給的措施

按我國核電規劃目標，2025年天然鈾年需求量為10 616t，而據國際原子能機構預測屆時我國鈾生產能力為1 380t，鈾需求量遠遠大于供給量，我國的國內鈾供需將會嚴重失衡。在世界鈾供給趨于短缺的情況下，筆者建議我國從以下幾個方面加強的鈾供給能力：

（一）擴大國內鈾生產能力

一是要加強鈾成礦理論和規律的研究，盡快掌握世界先進的勘查理論、技術和方法，以便迅速地探明新的鈾資源。二是要制定大量的勘查計劃，尋求新的鈾資源。增加勘探投入，加強對鈾資源的勘察工作，特別是加強對西北、華北和東北地區鈾資源的勘探工作，如在我國北部地區尋找大型可地浸砂巖型鈾礦，在華南現有一些礦田深部尋找大型富礦。三是要加強技術創新，開發新的鈾生產能力。運用地浸、堆浸、原地爆破浸出等新技術、新工藝，合理有效地利用鈾資源，提高鈾資源利用率。通過技術創新，探索新的采鈾技術如非常規鈾資源的研究開發、煤渣提鈾技術和海水提鈾技術等。

（二）增加戰略鈾庫存量

在世界鈾資源市場趨于需求大于供給的背景下，我國核電企業可借鑒日本擁有核電的各大電力公司使用的戰略庫存方式，即通過提前簽訂鈾供應合同方式來保證其貯存的鈾比其他國家的電力公司貯存得多。

（三）完善我國閉式核燃料循環技術

閉式核燃料循環技術是指為了充分利用鈾資源，通過后處理將乏燃料中的鈾、钚提取出來再制成燃料返回到反應堆的閉路循環。從循環經濟角度來看，核電產業可通過“資源-產品-廢棄物-再生資源”的反饋式循環過程，遵循著“4R”原則，即減量（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環（Recycle）、再思考（Rethink）的行為原則，從而實現鈾資源的低開采、高利用以及廢物的低排放，獲得盡可能大的經濟效益和社會效益^[12]。20世紀80年代初，我國就制定了民用乏燃料須經后處理的國家政策。目前，我國已建成從鈾礦地質勘探、采冶、轉換、鈾同位素分離、核燃料元件制造直至堆后乏燃料處理的一整套完整的核燃料循環體系，但是我國核燃料循環技術與國外相比仍存在一定差距。在核燃料循環的前段，鈾資源勘查和鈾采冶技術、鈾濃縮、高性能燃料制造等方面的技術水平和經濟競爭力有待提高和完善，如在鈾濃縮技術開發方面，除了開發碳纖維亞臨界離心技術之外，還應積極開展激光同位素分離技術。在核燃料循環的后段，一是要加快世界先進后處理流程的研究，以經濟、安全、廢物最少化等為目標，提出兼顧鈾、钚和次錒系元素分離的一體化流程，應在國際上成熟的PUREX流程的基礎上，提出改進型的PUREX主流程和高放廢液分離輔流程；二是要以建設商用后處理廠為目標的研究開發，應充分利用我國多年來積累的研究成果和后處理廠的運行經驗，注意借鑒和引進國外先進和成熟的技術和裝備，如關鍵工藝設備、遠距離維修設備、自控系統等，通過消化吸收，形成我國的自主技術；三是MOX燃料制備必須與后處理緊密銜接。因此，通過完善和提高我國閉式核燃料循環技術，能體現我國核電產業在循環經濟上的兩個層次，即一是以節約鈾資源為導向的淺層循環經濟，通過閉式核燃料循環，能夠實現鈾資源的再利用和循環利用，從而有利節約鈾資源；二是以預防污染產生、對最終核廢物和核廢液進行無害化處理為導向的深層循環經濟，通過濕式后處理（對钚和镅進行協同處理）和干式（高溫化學）后處理，可以實現“最優”燃料循環的目標，即防擴散、降低成本、減小廢液體積、廢物數量最小化、降低高放廢物（HLW）毒性以及最大限度的利用能量^[13]，從而實現人和自然資源以及生態環境的和諧共生。

（四）充分利用國外鈾資源市場

通過多渠道多途徑獲得國際鈾資源是保障國內需求的重要因素，我國可借鑒法國和日本的經驗。法國雖有自己的鈾礦，但隨著使用已近枯竭，因此，法國核燃料供應商——高杰馬（COGEMA）只能充分利用國外市場以保障國內需求。COGEMA購買國外鈾礦股權，如在尼日爾，COGEMA擁有SOMAIR礦的57%開采權，COMINAK礦的34%開采權；在加蓬，COGEMA擁有COMUF的68.4%開采權；在加拿大，COGEMA完全擁有Cluff礦；在美國，COGEMA擁有Christensen Ranch礦的71%；在澳大利亞，COGEMA擁有Ranger礦的3.3%^[14]。此外，法國還積極參與國外尋求新的鈾礦資源的活動，如COGEMA參與了加拿大的5個礦的初期研究，又在哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、內蒙古和馬達加斯加島等國家發動勘察新鈾礦資源的活動。日本由于天然鈾儲量微不足道，因而所需的鈾資源完全依靠進口。為了保障國內鈾供給，日本核燃料事業團（PNC）積極參與海外鈾勘測和開采。PNC一方面在國內著力從事于先進堆(包括ATR和FBR)、濃縮、后處理、核燃料技術及廢物管理的研究與開發，另一方面，PNC積極參與加拿大、澳大利亞西部、尼日爾、津巴布韋、中國和巴西的一些鈾資源項目。要使我國有穩定可靠的國際鈾資源的供給，我國有必要參與國外如尼日爾、納米比亞、加拿大、澳大利亞、哈薩克斯坦和烏茲別克斯坦等國的一些鈾勘探、開采等項目，并力爭取得一定的鈾礦開采權。

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（責任編輯：席曉虹）

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>