我國核電工業(yè)及鈾資源供應(yīng)對策

陳元初，趙聲貴，梁 毅

(1.中國核電工程有限公司，北京 100840；2.萬寶礦產(chǎn)有限公司，北京 100053)

隨著全球經(jīng)濟的不斷增長與發(fā)展，世界對能源的需求與日俱增。核能作為一種清潔能源，已受到世界各國政府和人民的高度重視。鈾資源是發(fā)展核電的前提條件之一，而我國鈾礦資源相對貧乏，不能滿足我國高速發(fā)展的核電工業(yè)對鈾的需求，供需矛盾異常突出。

1 核能發(fā)電的優(yōu)勢

核能與其他能源相比，具有高能量、低成本的優(yōu)勢。在等量的能源條件下所產(chǎn)生的電能明顯不同，它們的關(guān)系是：l kg木柴=1 kWh電；1 kg煤=3 kWh電；1 kg石油= 4 kWh電；1 kg鈾=50000 kWh電。由于鈾是高濃縮的能源，因而價格波動對成本的影響要比其他能源小得多。比如，鈾價提高一倍，核電成本僅增加7%，如果是汽油提價一倍，那么電力成本就要提高70%[1]。所以在各種能源之間，核能是最經(jīng)濟的潔凈能源。

全球氣候變暖是人類面臨的最嚴(yán)重的環(huán)境威脅之一。全球變暖的主要原因，是礦物能源在燃燒過程中產(chǎn)生大量二氧化碳氣體排入大氣中所造成的。如一座100萬kW煤電廠，一年排出的二氧化碳氣體就達680萬t。然而核電不向外部排放二氧化碳氣體與其他一切有害氣體。按目前發(fā)電規(guī)模，核電站每年給世界避免了23億t二氧化碳氣體排入大氣層。若沒有核電，二氧化碳氣體排放量在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，每年還會以10%的速度遞增。核電站雖然使用具有放射性的裂變材料，然而對釋放出的放射性物質(zhì)而言，一個100萬kW的煤電站，將是同等規(guī)模核電站的100倍。核電站也不會像水電站那樣占地龐大，造成大量人口遷移、水土流失、生態(tài)環(huán)境變化，以及發(fā)生水壩垮塌等；也不會像地?zé)崮堋⑸锬苡绊懣諝赓|(zhì)量，材料運輸也十分方便。實踐證明，核電是一種最清潔、最便利的能源。

核電還是一種安全可靠的能源。根據(jù)各種電力生產(chǎn)全生產(chǎn)鏈的實際統(tǒng)計，每百萬千瓦電力每年造成人員死亡數(shù)量為：核電1人，天然氣電2人，水電32人，煤電37人[2]。相比而言，核電是最安全的能源。世界各國正在積極努力推進新一代核電站的開發(fā)，使核能發(fā)電具有最大的安全保證程度。

2 全球核電工業(yè)

自20世紀(jì)50年代中期第一座商業(yè)核電站投產(chǎn)以來，核電發(fā)展已歷經(jīng)50多年。根據(jù)國際原子能機構(gòu)2005年發(fā)表的數(shù)據(jù)，全世界正在運行的核電機組共有442臺，核電總裝機容量為3.69億kW，分布在31個國家和地區(qū)。核電年發(fā)電量占世界發(fā)電總量的17%。

核電發(fā)電量超過20%的國家和地區(qū)有16個，其中包括美、法、德、日等發(fā)達國家，法國為77.6%，德國為28.1%，日本為25%，英國為23.7%，美國為20%，俄羅斯為16.5%[3]。各國核電裝機容量的多少，很大程度上反映了各國經(jīng)濟、工業(yè)和科技的綜合實力和水平。核電與水電、火電一起構(gòu)成世界能源的三大支柱，在世界能源結(jié)構(gòu)中有著重要的地位。

3 我國核電工業(yè)現(xiàn)狀

我國核電工業(yè)始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過30多年的努力，已形成比較完整的核工業(yè)體系。自1991年我國第一座核電站——秦山一期并網(wǎng)發(fā)電以來，我國有6座核電站共11臺機組先后投入商業(yè)運行，裝機容量910萬kW，占全國電力裝機容量比重的1.3%。根據(jù)國家發(fā)改委2009年11月發(fā)布的報告，2008年中國新核準(zhǔn)14臺百萬千瓦級核電機組，核準(zhǔn)在建的核電機組達24個，裝機容量約2540萬kW，是世界上核電在建規(guī)模最大的國家。另有9個核電機組正在開展建設(shè)的前期準(zhǔn)備工作。

2009年4月19日，采用世界先進的第三代核電技術(shù)AP1000的浙江三門核電1號機組正式開工建設(shè)，該機組是全球首臺AP1000核電機組，是中國核電進入發(fā)展新階段的重要里程碑。中國內(nèi)陸核電站將全部采用第三代核電技術(shù)，首批內(nèi)陸核電廠址湖北大昄、湖南桃花江、江西彭澤，將在2010年得到開展前期工作的批準(zhǔn)文件。

2009年9月，在山東榮成，20萬kW的“高溫氣冷堆”核電站示范工程項目正式開建，標(biāo)志著中國自主設(shè)計的具有一定四代特征的先進核電反應(yīng)堆進入工程示范階段。

中國實驗快堆于2010年7月21日實現(xiàn)“臨界”，這是中國自主設(shè)計的首個快中子反應(yīng)堆。成為繼美、俄、法等國之后，世界上第8個擁有快堆技術(shù)的國家，快堆代表下一代先進核能技術(shù)，被稱為是“明天”的核能產(chǎn)業(yè)，它不僅能將天然鈾資源的利用率從現(xiàn)在熱中子反應(yīng)堆核電站的約1%提高到60%～70%，還能使核廢物充分燃燒，減少污染物質(zhì)的排放。

根據(jù)我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005～2020年)，到2020年，我國核電運行裝機容量將達到4000萬kW，占全國總裝機容量的4%，核電年發(fā)電量達到2600億～2800億kWh。同時，考慮核電的后續(xù)發(fā)展，2020年末在建核電容量應(yīng)保持1800萬kW左右[4]。但國家能源局電力司表示，從目前的情況看，“核電中長期發(fā)展規(guī)劃”并不能滿足核電發(fā)展需求。國家能源局醞釀對規(guī)劃進行調(diào)整，即在“到2020年中國核電裝機量要達到4000萬kW”的基礎(chǔ)上做一個比較大的調(diào)整，調(diào)整后的目標(biāo)為，到2020年我國核電裝機容量要達到7000萬kW，占全國總裝機容量的5%。

4 世界鈾資源

鈾資源是發(fā)展核電的前提條件之一，正確了解世界鈾資源的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，是合理利用國際鈾市場、鈾資源的前提。

鈾的供應(yīng)一般分為兩大類型：第一類為主要資源，是指直接從鈾礦山和水冶廠加工回收的鈾；第二類為二次資源，二次資源包括高濃縮鈾、天然和低濃縮鈾庫存、混合氧化物燃料、再處理的鈾和從乏鈾中富集的鈾。早在1990年，鈾的生產(chǎn)就不能滿足市場的需求，二次資源彌補了市場的不足。在2003年，二次資源提供給市場鈾的份額占50%。但隨著庫存和高濃縮鈾的耗盡，二次資源的市場占有額也將逐漸下降，預(yù)計到2020年，其提供給市場的鈾只占市場需求的15%[3]。因此，核工業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)，要解決主要資源以滿足市場的需求，首先就要有適度的鈾地質(zhì)儲量。

根據(jù)國際原子能機構(gòu)(IAEA)和國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織的核能機構(gòu)(OECD/NEA)2008年出版的“紅皮書”，截至2007年1月1日，世界已查明的鈾資源總量，按3個不同成本類別劃分，分別為：可回收資源成本<130美元/kg的為546萬t，<80美元/kg的為445萬t，<40美元/kg的為297萬t。主要分布在43個國家(歐洲14個，亞洲11個，非洲10個，北美洲3個，南美洲4個，大洋洲1個)，澳大利亞、加拿大、哈薩克斯坦、尼日爾、納米比亞、俄羅斯、美國、南非、烏茲別克斯坦、烏克蘭占有世界已查明鈾資源總量的90%，而且主要集中于澳大利亞、哈薩克斯坦和加拿大三個國家，分別占32%、18%和17%[5]。

目前，世界上已發(fā)現(xiàn)的鈾礦主要類型有不整合型、砂巖型、古礫巖型、熱液脈型、侵入巖型和角礫雜巖型等。其中，高品位的不整合型和可用地浸技術(shù)開采的低成本砂巖型礦床，是當(dāng)前勘查和生產(chǎn)的最佳類型。不整合型鈾礦的特點是品位高，例如加拿大的McArthur River 礦床鈾平均品位在20%以上，Cigar Lake 礦床鈾平均品位在15%以上，加拿大探明此類儲量43.3萬t；澳大利亞已探明鈾礦儲量的90%屬不整合型鈾礦。砂巖型鈾礦資源占總儲量的份額最大，約40%，主要以哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦為代表。哈薩克斯坦已探明儲量的70%屬可用地浸方法開采的砂巖型鈾礦床；烏茲別克斯坦地浸砂巖型鈾礦床儲量近20萬t[6]。

5 我國鈾資源的特點

5.1 我國鈾資源的特點

中國鈾礦資源相對貧乏，據(jù)已提交的礦床地質(zhì)儲量報告統(tǒng)計，我國現(xiàn)已探明的鈾金屬儲量大約為7萬t，居世界第10位之后，不能適應(yīng)發(fā)展核電的長遠需求。

我國鈾資源分布廣泛，現(xiàn)已探明的近350個鈾礦床分布于23個省(自治區(qū))，中東部、南部地區(qū)的贛、粵、湘、桂、浙、閩、皖、冀、豫、鄂、瓊、蘇等12個省(自治區(qū))的鈾資源，占已查明儲量的68%；西部地區(qū)及東北地區(qū)的新、蒙、陜、遼、甘、滇、川、黔、青、黑、晉等11個省(自治區(qū))，占己查明鈾資源儲量的32%。

礦床類型主要有花崗巖型、火山巖型、砂巖型、碳硅泥巖型鈾礦床4種，其所擁有的儲量分別占全國總儲量的34%、22%、15%、20%[7]。

礦床規(guī)模普遍偏小，以中小型為主(占總儲量的60%以上)，單個礦床儲量在萬噸(金屬量)以上的少。其中，礦床金屬量大于2000t的占礦床總數(shù)的約10%，金屬量占近一半；礦床金屬量在1000t以下的占礦床總數(shù)的50%以上，金屬量卻較小。

我國鈾礦石品位偏低，通常有磷、硫及有色、稀有金屬礦產(chǎn)與之共生或伴生，礦床的礦石品位多數(shù)在0.1%～0.3%之間，占總資源儲量的60%，而高于0.3%的富礦只占7%，低于0.1%的鈾礦占33%。全國礦床的平均品位為0.115%，低于世界平均值，世界已探明的鈾資源平均品位為0.15%[6]。

鈾礦床礦體的埋藏深度較淺，一般小于300m，個別礦體向地下延伸到800m。礦體厚度較小，厚度為1～5m的礦體占總資源儲量的73.6%。

綜上所訴，我國鈾資源量的特點是：儲量少、分布廣、類型多、規(guī)模小、品位低、埋藏淺。

5.2 我國鈾礦工業(yè)

中國鈾礦冶工業(yè)創(chuàng)建于1958年，其業(yè)務(wù)范圍包括鈾礦開采、鈾礦選冶、鈾純化、鈾氧化物的生產(chǎn)以及機械加工、放射性輻射防護、放射性環(huán)境評價、礦山退役治理等。

在中國鈾礦冶創(chuàng)建的初期，一般采用常規(guī)的礦石破磨-攪拌浸出-固液分離-濃縮純化的工藝進行鈾的提取加工，浸出的選擇性不好，工藝流程比較復(fù)雜，致使鈾礦資源回收率較低、提鈾成本偏高、生產(chǎn)的經(jīng)濟性較差，再加上資源逐漸枯竭等多方面的原因，到20世紀(jì)90年代初期，中國陸續(xù)關(guān)停了一批鈾礦冶生產(chǎn)企業(yè)。

針對我國鈾礦資源的基本特點，中國鈾礦冶科技人員自20世紀(jì)60至70年代開始進行投資小、成本低的地浸、堆浸(地表堆浸、井下爆破堆浸及滲濾浸出)等提鈾新技術(shù)的開發(fā)研究，經(jīng)過幾十年的不懈努力，取得了多方面的技術(shù)成果，許多實用提鈾新技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。到目前為止，中國鈾礦冶生產(chǎn)形成了以地浸、堆浸等加工工藝為主，常規(guī)攪拌浸出、井下爆破堆浸工藝為輔的新格局，滲濾浸出提鈾亦即將達到工業(yè)化應(yīng)用[8]。但與加拿大、澳大利亞等鈾礦業(yè)發(fā)達國家相比，我國鈾礦企業(yè)存在規(guī)模小、資源品質(zhì)差、生產(chǎn)成本高等問題。

6 中國核電工業(yè)發(fā)展的鈾資源對策

鈾資源是發(fā)展核電的基礎(chǔ)，但與我國快速發(fā)展的核電工業(yè)相對應(yīng)的卻是鈾資源的貧乏和鈾礦工業(yè)的相對落后。目前，我國天然鈾的年需求量約為1500t，鈾的生產(chǎn)能力為750t，需求量遠遠大于供應(yīng)量。隨著我國核電工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)鈾供需將會更加失衡。按核電中長期發(fā)展規(guī)劃，到2020年，我國對天然鈾的年需求量將達到7000t，如果調(diào)整核電發(fā)展規(guī)劃加快核電發(fā)展，則對鈾的需求量將超過7000t。而據(jù)國際原子能機構(gòu)預(yù)測，屆時我國的鈾生產(chǎn)能力僅為1380t，鈾供需將嚴(yán)重失衡。在世界鈾供給趨于短缺的情況下，建議從以下幾個方面加強我國鈾的供給能力。

(1)我國鈾礦勘查程度低，勘探程度不均，具有很大的找礦前景。應(yīng)加大鈾礦勘查力度，加快摸清和查明我國潛在的鈾資源，努力變資源潛力為現(xiàn)實，為我國核電工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供資源保障。

(2)開發(fā)新的鈾礦提取技術(shù)，提高資源回收率，降低生產(chǎn)成本。加大新工藝、新設(shè)備的研究、開發(fā)與運用，使大量組成和賦存狀態(tài)復(fù)雜的鈾礦石得到最大限度的回收與利用。

(3)充分利用國家“走出去”政策，借金融危機價格降低時提供的機遇，加大海外鈾資源的投資力度，到澳大利亞、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦及非洲等國家購買礦權(quán)。在進行海外鈾礦資源投資時，可有效結(jié)合國內(nèi)鈾礦公司在鈾資源勘探及開發(fā)方面的優(yōu)勢和國內(nèi)非核礦業(yè)公司在海外資源開發(fā)領(lǐng)域的品牌優(yōu)勢和運作模式，共同開拓海外鈾資源。

(4)加快研究先進的核電技術(shù)。如果快中子反應(yīng)堆在核電工業(yè)推廣應(yīng)用，將裂變堆采用鈾钚循環(huán)技術(shù)路線，則世界鈾資源可供人類使用數(shù)千年。

(5)建立和完善國家、核電企業(yè)兩級儲備體系，以減少對國外鈾資源的依賴，對我國能源安全具有重要意義。

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