世界核電發展及鈾供需形勢

中國核工業集團 林燕

一、世界核電發展回顧

1942年，美國建成了世界上第一座人工核反應堆，開創了核能利用的新紀元。在20世紀50～60年代，美國、前蘇聯等工業發達國家在進行軍備競賽的同時也競相發展核電站，前蘇聯、美國、法國、比利時、德國、英國、日本、加拿大等發達國家建造了大量核電站。

20世紀70年代，工業發達國家受到兩次石油危機的沖擊，以核代油的選擇使核電進入發展高潮，此時的核電發展速度要大于火電和水電發展速度；但是80年代以后受經濟發展趨緩的影響，電力需求增速隨之放緩，再加上1979年和1986年的三哩島事故和切爾諾貝利事故，核電發展陷入低谷。

此后，人們對核電的安全性提出了新的要求，不斷增加新的規則和技術標準。同時也相應地增加了建設與維護投資，使核電站的建設與運營成本增加。雖然，人們對核電利用的安全性仍存在一定的疑慮，且核電站的建設成本不斷提高，但各國出于種種考慮，仍然把核電放在重要的能源發展位置，并使其在本國能源結構中占有重要位置。

進入新世紀，隨著對能源需求的增加、核電技術的發展以及對核電產業的充分認識，核電越來越受到希望增加能源供應多樣性，保障能源安全的國家青睞，比如說，世界上最大的3個煤消費大國中國、美國和印度都計劃大力發展其核電產業，如圖1。

圖1 中國、印度和美國在2005年、2015年和2030年的核電生產能力(單位:千兆瓦)

據IAEA Pals數據庫顯示，截至到2009年10月，世界上共有436臺核電機組在運行(見圖2)，正在建設中的核電機組有53臺——發電量將達47.2GWe。美國有103個核電機組，占其總發電量的19%；法國59臺機組，占80%；日本核電發電量占總電量的33.3%；韓國占28%。全球核發電量占所有發電量的17%，核電產業已成為許多國家重點扶持和發展的支柱產業，而我國僅占1.2%。發展核電，已是“時不我待”。世界電力生產中核能的份額變化見圖3。

圖2 世界上正在運行的核電機組及其分布

圖3 世界電力生產中核能的份額變化

核電雖然提供了全球發電總量的16%，但83%的核發電量都集中在工業化國家。2008年核能在國家電力中所占的份額(%)見圖4，有l6個國家的核發電量占國內總發電量的25%以上，其中法國、立陶宛、比利時和斯洛伐克四國的核電百分比超過50%。西歐和北美國家核電發展停滯衰退，而亞洲和東歐的一些國家核電正快速發展。發達的工業國家核電發展停滯，有生產力過剩和經濟衰退的原因，有核廢料處理的難題，也有受核電廠事故造成核泄露，引發民眾不滿的因素。

二、世界核電發展趨勢

在世界更加重視環境保護,減少溫室氣體排放的大形勢下,核能作為一種清潔安全并且有充分資源保證的能源,在今后世界能源結構中將占據更重要的地位和獲得更快的發展是毋庸置疑的。

圖4 2008年核能在國家電力中所占的份額(%)

據世界核協會2009年的最新預測,擁有核電的國家將從2008年的31個增加到2020年的43個,而到2030年將增加到54個。表1列出至2030年世界預期的核電反應堆數和核電裝機容量。

由表1可見: (1)總體上世界核電處于上升發展的態勢; (2)今后一段時間(至2030年)的核電增長主要集中在亞洲及大洋洲地區,其中特別是中國和印度,增長幅度(裝機容量)達2·7倍(中國)和8·6倍(印度);其次是東歐,也將達到1倍多; (3)西歐與北美都只保持微弱的增長勢頭,其中德國和瑞典甚至將出現負增長。

據2007年《紅皮書》,其中核電裝機容量數據采用其預測中的低位和高位的平均值，2010年以后其發展速度將明顯加快(表2)。

三、核電產業發展特性

核電產業指將核能轉換為商用電力的生產者的總和，是指與核電站關聯的企、事業單位。從產業鏈角度分析，核電產業又可界定為與核電站有關的系統設計、設備制造、施工建設、調試運營有關的產業鏈條中的主要環節組成的產業群，具備能夠標準化、系列化、批量化生產核電站、改進核電站技術以及研究和開發新一代核電站的能力。核電產業與其他產業相比具有如下特點:

1、自然壟斷特性和網絡特性

核電產業需要專用的原料供應、專門的設備制造及電力上網線路。具有明顯的自然壟斷特性和網絡特性。核電產業其壟斷性質主要體現在燃料端與電網端。核電站發電使用的是鈾235，屬于國家戰略資源，整個礦藏的開采、加工及后期乏燃料處理，都關系到國家核能力的發展戰略，是國家戰略安全的重要影響因素，一般都由政府嚴格控制。所以，核電站的這個服務網絡也是很單一的，具有明顯的國家壟斷性。但對整個核電產業來說，形成了核電壟斷性質的一個基礎。

表1 至2030年世界預期的核電反應堆數和核電裝機容量

表2 2002～2025年世界核電總裝機容量的演變

2、規模經濟和網絡經濟顯著

核電產業的另外一個顯著特點是投資巨大且投資回報期長，投資形成的資產專用性強，規模經濟和網絡經濟非常顯著。同時，核電在經濟上也具有一定的競爭力。在投資費用上，雖然核電目前還高于煤電和氣電，但是它的燃料費和運行費卻很低，從長遠來看，相對于煤電和油電，核電的建設費用比較高，核電在發電成本上將會越來越低于煤電和氣電。據國際能源組織對美國、韓國和法國等國家的核電運行效益分析，實現群堆化、標準化、模塊化設計和建造的核電站，其價格可降低15%。如果把核電的內部成本(建設資金回收、燃料費、運行維護費等)和外部成本綜合起來評價，則核電的經濟性是最好的。

3、壟斷性和競爭性并存

核電更具規模效益，更需要集中，適宜形成壟斷競爭格局并圍繞龍頭企業及其技術擴散和產業擴散發展中小企業形成產業集群。同時，核電的產品是民用的電力，必須服從電力部門的規劃、管理和調度，必須服從電力市場的競爭規則；為核電產業服務的制造工業、電力工業、信息工業等工業體系是可以市場化運行操作的，具有一定的競爭性。

4、配套半徑的特殊要求

核電站半徑5公里內是限制發展區，而且不能建立在10萬人以上聚居區域直線距離l0公里內。同時，核電產業的大量裝備是由機械等行業提供，需要產業配套體系、產業集群和專業市場的健康成長，而且由于其需要大型裝備對核電站所在區域的交通能力以及裝備制造業、機械加工業的配套半徑均有特殊要求。

5、保密性和開放邊界

核電產業既姓核也姓電，核電產業既是一種高科技產業，也是我國在新形勢下保持核能力的戰略性產業，核電涉及敏感的核技術，必須進行核安全管理，把握好保密與開放的關系，在共享中保密，在開放中保密。

四、核電利用的安全性問題

究竟哪一種能源系統對人類的健康造成的危險性更大呢?回答這一問題不能只從其大小和外觀來看，必須用單位能量所造成的危險——即對人類健康造成的總危險除以該能源系統產生的凈能量來衡量，同時還要考慮到全部能量的循環，如果僅僅計算和比較部分系統造成的危險性是不能說明問題的。總的危險性是根據該能源系統所引起的死亡、創傷和疾病來評定的，同時要考慮能量生產的全過程，包括開始階段、中間階段和最后階段。例如，對核電站和太陽能收集器，不僅要考慮建造和運行過程的危險性，而且還要考慮開采所需的沙、銅、鐵、鈾和其他原材料，以及把它們造成玻璃、銅管、核燃料棒、鋼材等過程中的危險性，還要考慮運輸中的危險性。

自從1954年蘇聯建成世界上第一座核電站以來，對于發展核電的問題的爭論，始終沒有停止過。爭論的人不僅包括核科學家、經濟學家、環境學家，也包括許多政治家。批評者認為，核電是一種不可接受的危險的能源，發生災難性事故不是不可能的，而且全世界已經發生過幾次大事故了。放射性廢物的持久性威脅，將危及人類幾千年文明。還有核燃料循環設施可能成為恐怖分子攻擊的目標，造成災難。支持者認為，核能是一種安全而又干凈的能源，未來世界不可缺少，同各種化石燃料相比，核能對環境和人類健康的危害更小。反應堆發生嚴重事故的概率很小。放射性廢物僅在數百年內才具有危害性，而且在此期間內還可以進行處理，核電價格較為便宜。

核電站的設計和制造標準比常規工業要高得多，并且，為達到這些標準麗實施的質量控制和質量保證也要嚴密得多。核電站甚至以可能性極小的假想的最嚴重事故作為安全設計的依據，并加以縱深層層設防，確保安全。實際上發生最大假想事故的可能性較小。核電站是現代科學技術綜合發展的產物，它的科學設計、精心制造、可靠的運行和多重安全措施使之發生重大事故的可能性比其他自然或人為災害(如飛機失事、火災、地震、水壩決口、颶風等)要小得多。

如果將核能、煤、石油和天然氣等能源系統生產單位能量所造成的危險性進行比較，可以發現，核電站比燒油或燒煤電站的危險性要低得多。同時，計算結果表明:太陽能、風能、海洋能及木醇等多數非常規能源系統的總危險性比常規能源系統(煤、石油、天然氣、水電等)和核電的大。在包括上述各種能源在內的10種能源系統中，天然氣發電的危險性最低，其次是核電站，第三是非常規的海洋溫差發電系統。其他大多數非常規能源系統都有大得多的危險性。但所有能源系統中危險性最高的是煤和石油，其危險性大約為天然氣的400倍。

非常規能源系統有較大的危險性，是因為它們的單位能量輸出需要大量的材料和勞動。太陽能和風能是發散性的能，很微弱，要積聚大量的能量需要相當大的收集系統和貯存系統。而煤、石油及核能系統屬于集中形式的能，需要設備不多。非常規能源系統需要大量的材料，這意味著要進行開采、運輸、加工和建造等大量的工業活動。而每種工業活動都會造成一定的危險性，把所有危險性加起來，這些非常規能源系統的危險性就相當大了。

表3 近年來世界反應堆鈾需求和鈾生產量(tU)

表4 2007年世界鈾生產和需求的平衡情況

五、世界鈾未來供需形勢

近年來世界當年的鈾生產均不能滿足該年的核電鈾需求,見表3、表4，從1999～2007年的供需平衡數據統計,鈾生產對核電鈾需求的保障程度在50%～64%。其缺口部分則由所謂的“二次鈾供給”補償,而“二次鈾供給”中的最大部分是庫存,即先期生產而沒有消耗的鈾。

OECD (2008)和WNA (2008, 2009)公布了至2008年世界累計鈾生產量為231.9218tU。累計產量居前列的21個國家列于表5。上述巨大的生產總產量中,至2006年大概只有170萬t鈾(2007版年《紅皮書》)用于核電生產,也就是說大約有62萬t鈾的“剩余”。該“剩余”鈾少部分被用作軍事目的,而大部分成了世界的鈾儲備。

表5 至2008年世界累計鈾產量

WNA (2008)還披露了前蘇聯和東歐國家1945～2006年的累計鈾生產量共計80·3萬t鈾。這些鈾絕大部分被運往了前蘇聯,成為它巨大的鈾儲備。在獨聯體解體以后的20多年里,俄羅斯不斷向世界市場拋售鈾,也供給前獨聯體國家核燃料,向美國供應由核武器級鈾稀釋的低濃鈾,這些全部依賴于其此前積累的龐大的鈾儲備。按最近俄羅斯出售鈾的數據推算(2007年俄羅斯向美國和歐盟出售了1·246萬t鈾),俄羅斯巨大的鈾儲備大概還能支持俄羅斯各方面需求10～0年。

當然,鈾的二次供給中還包括乏燃料中回收鈾、貧鈾的再濃縮和軍用武器級钚轉換用作MOX燃料等,但這些在二次鈾供給中占的份額都不大。

表4還凸顯出世界鈾生產和需求的一個鮮明的特點,即大部分鈾消費國自身并不生產鈾,或只生產少量鈾,而大部分鈾生產國卻沒有核電鈾需求,鈾已經成為典型的“商品”。生產國并非為了自身的需求而進行和擴大鈾生產,而消費國也沒有必要根據自身的需求來擴大或削減本國的鈾生產。這一核電發展模式正越來越國際化。因此中國可以借助這樣的模式實現高速發展核能建設的目標。

世界鈾生產的另一個鮮明特點是鈾生產正越來越向若干大的鈾業公司集中,向若干大型鈾礦山集中。當前占世界前8位的鈾業公司的鈾產量占世界產量的84%～86%。這些大公司之所以能夠在世界鈾生產中占有重要地位,是因為它們掌握著若干世界最大的鈾礦山的生產。世界十大鈾礦山的生產量占世界鈾總產量的62%～68%。

從當前至2015年鈾生產對核電鈾需求是有保證的。2015年以后核電進入加速發展時期,鈾生產有可能成為核電發展的障礙之一。從目前的鈾生產和需求來看，滿足中長期核電鈾需求還是可能的。但是越長期的預測其不確定性也就越大,歷史上有關鈾價的預測就證明了這一點。