打造新時期我國核電、核燃料產業命運共同體

李廣長1,張紅林

(1.中國核工業集團有限公司，北京 100822;2.中國核科技信息與經濟研究院，北京 100048)

1 現狀與形勢

1.1 我國核燃料產業的發展取得的重要成績

我國核燃料產業起步于20世紀50年代末,經過幾十年的發展,我國形成了世界上只有少數國家才擁有的完整核燃料科技工業體系,滿足了國內核電發展對核燃料供應的需求,持續保持著良好的安全紀錄,自秦山一期核電站發電以來,國內核燃料加工產業的產品質量和服務能力成為核電站安全穩定運行的可靠保障,同時有效地支撐了核電“走出去”戰略。

“十二五”以來,在國家大力支持和相關企業的努力下,核燃料科技創新體系的建設不斷完善,一批與核燃料產業技術發展相關的大型基礎設施相繼開工建設或投入使用,科技創新能力和水平顯著提升。核燃料產業核心領域技術取得一批標志性成果：一是鈾純化轉化單線3 000 t/a鈾純化轉化技術成果已經實現商業化應用,建成了萬噸級的鈾純化轉化一體化生產線,生產運行穩定,單線6 000 t鈾純化轉化一體化技術將在3年左右完成研發;二是鈾濃縮技術實現從擴散技術向離心技術的更新換代,專用設備及配套設備制造實現了大規模應用,濃縮工廠設計、建造、運行技術完全實現了自主化,整體水平與國際先進水平相當,新型設備研制取得重要階段成果;三是自主品牌壓水堆核燃料元件研發加快推進,中核集團研制的CF3先導組件于2014年在大型商用壓水堆實現入堆輻照,CF3A先導組件于2017年實現入堆考驗,后續將逐步擴大入堆數量,最終實現全堆芯使用并具備替換能力,其他核電集團也都在加快推進壓水堆元件研發工作。環形燃料元件和ATF燃料元件等先進燃料研發與世界各國開展了研發競賽,已經完成階段性研究工作。

核燃料加工能力按照核能發展規劃適度超前配置,始終保障了我國核電當前和長遠的發展需要。目前,我國鈾純化轉化已具備萬噸級能力,鈾濃縮能力可滿足國內市場需求和一定的國際市場需求。核燃料組件加工已經形成南北兩個制造基地,具備每年加工1 000 t鈾的AFA 3G組件、400 t鈾的AP1000組件、50 t鈾的VVER組件、200 t鈾的CANDU重水堆組件以及30萬個球的高溫氣冷堆燃料,現有核燃料元件加工能力可以滿足國內以及出口核電站多種堆型及機型的現實需求,是全球具備加工能力最全面的國家之一。

與此同時,我國已經具備了自主可靠的體系配套能力和工程設計與建造能力,其中在鈾濃縮環節具備了專業化的離心生產線設計、施工和運行體系,核燃料組件關鍵材料鋯材體系基本構建,自主研發生產改進的Zr-4合金(低錫Zr-4)可滿足燃耗低于40～45 GW·d/t燃料組件的要求,自主研發的高性能鋯合金N36已經具備工業化生產條件。另外,通過技術轉讓,已經實現了AFA-3G燃料組件所需M5鋯合金管材本土化生產加工;構建了完整的AP1000燃料Zirlo合金生產鏈,包括海綿鋯生產、合金熔煉、條帶和管材制造等在內的全部生產工藝。

同時也要清醒地看到,盡管我國核燃料產業能力、技術水平取得了顯著的進步,但是由于我國長期以引進核電為主,燃料依靠技術轉讓實現本土化生產,因此在系統研究設計技術、工藝技術、關鍵材料與設備等方面仍存差距,要實現自主化,達到國際一流的先進水平還需要鍥而不舍持續努力,其中特別重要的是原始創新能力和研發實驗驗證基礎能力需要大力加強,面對國際新型燃料研發群雄并起爭搶制高點的局面,我國在繼續趕超先進國家的同時努力取得獨創獨有的發明,是我國能否實現戰略目標的關鍵。

1.2 機遇

清潔低碳是當今世界能源發展的主題,核電在構建清潔低碳能源體系中將繼續發揮重要作用。截至2018年底,我國在運核電裝機容量世界第三,在建規模世界第一。2019年我國核電項目審批將重新開啟,預計到2035年核電裝機規模達到1.5億kW左右,到2050年核電裝機規模將更大。在世界范圍內,沒有哪個國家有如此規模的核電發展規劃,這是我國核燃料產業能夠長遠發展的根本基礎。另外,“一帶一路”沿線國家是核電重要的增長動力來源,這些國家大都缺乏核燃料技術和生產能力,中國完全可以發揮地緣優勢,服務周邊國家和地區的核電用戶,建立地區核燃料加工中心?？偟膩砜?未來國內以及國際核電增長預期為我國核燃料產業發展壯大提供了難得的戰略機遇。

當前,我國實施創新驅動戰略,核燃料產業創新加速提質,成果不斷,水平攀高,差距縮小,后發優勢明顯。例如2010年中核集團設立了高性能燃料元件設計與制造技術專項科技攻關項目,在前期積累基礎上,到目前為止,N36鋯合金經堆內考驗和生產技術攻關具備工業化條件,CF3以及CF3A自主設計元件經2～3個循環表現良好,研發已進入尾聲,更先進的CF型燃料以及N系列高性能鋯合金等研發正持續推進?？梢灶A計,按照這樣的節奏繼續努力,再有10年左右,可以期待我國核燃料產業加工環節的科技狀態達到世界先進水平。

我國核燃料產業能力經過近十年的發展,也已經發生了質的飛躍,不僅表現在生產能力大幅提高,更重要的是自主能力和技術水平顯著增強,如果繼續堅持核燃料立足于國內供應的政策,使核燃料產業的規模經濟性得到發揮,其國際競爭力達到更高水平是毫無問題的,然而這不僅需要核燃料行業的奮發努力,同時需要國家主管部門、核電企業達成共識,鞏固和發展好國內市場這個根本立足點,共同打開國際市場,一致應對國際競爭。

1.3 挑戰

受福島核事故的影響,全球核電增長預期以及原有的發展節奏受到嚴重影響,出現了一些國家宣布關閉、減緩發展核電甚至棄核的情況,雖然一些國家有建設核電意愿,但真正落地仍需相當的時間周期。這種情況導致核燃料供求失衡嚴重,市場競爭激烈。鈾濃縮價格不斷下行,鈾濃縮價格指數已經跌破主要供應商的成本價,對核燃料產業造成了嚴重的沖擊。從供需角度看核燃料元件歷來供大于求,燃料元件并不單純取決于價格的可替代商品,與反應堆自身的物理特性、用戶的燃料循環策略等方面息息相關,因此全球大多數核燃料元件制造商同時也是反應堆供應商,為其設計的反應堆提供首爐和初期換料的同時,以其技術的獨有性和保證反應堆的安全運行為依托力圖獲取長期市場或利益?？梢灶A計當前和今后很長時期,世界范圍內核燃料供應將處于供過于求的狀態,國際供應商必將面臨更嚴峻的生存壓力。目前最現實可期待的全球最重要的發展核電的國家是中國,也是最有發展最可期待的核燃料市場,因此各國際核燃料供應商加快拓展進入我國核燃料市場已是目前最嚴峻的挑戰。目前,相比于俄羅斯、歐盟等國際上具備自主鈾濃縮供應能力的國家或地區,我國鈾濃縮供應外國占比已經處于高位,并且有日趨嚴重的傾向。有的資源國家還成功利用資源出口打開我國核燃料產品市場,有的核電出口國企圖采取各種方式延緩我國燃料自主化進程,力圖保持并擴大在中國的市場占有份額,燃料元件的市場和利益也面臨不斷損失的現狀和進一步擴大的風險。

國內方面,我國核燃料產能建設按照核電發展規劃進行了配置,但由于核電近幾年新增開工核電機組寥寥無幾,在建核電與核電規劃節奏核目標差距較大;同時部分核電建設周期延長,未能按期完工,造成了國內核燃料加工能力出現了階段性過剩。目前國內現有AP1000核燃料加工能力為400 t鈾,即使目前4臺AP1000核電站全部建成,年需求也僅有100 t鈾左右,過剩產能超過3倍;AFA 3G燃料國內供應能力為1 400 t鈾,實際目前需求僅約為800 t鈾;與此同時,國內核電集團在哈薩克斯坦建設200 t鈾生產線,預計2020年投運,加工的產品將全部銷往國內,這將進一步加劇市場流失問題。當前,國內核燃料產業部分環節幾年沒有新項目開工,對產業可持續發展帶來嚴重沖擊,尤其是鈾濃縮這一環節,多年來已經建成的設備制造能力以及工程設計施工力量,由于幾年沒有新項目,生產線處于半停產狀態,骨干人才開始流失。鈾濃縮工廠在尚未達到經濟規模時,不能繼續擴大生產能力,又遇上價格急速下跌的市場環境,面臨要鞏固市場份額,擴大市場占有的嚴峻挑戰。

當前分離功價格低迷已成為產業必須面對的問題,使我國分離功更具有價格競爭力，這是必須實現的要求,也是產業的責任,而另一方面這個問題如果僅從核電企業角度出發,在各自利益的斟酌中,按照價低者得之,把市場拱手讓人,似乎無可厚非,但必將會對我國鈾濃縮這一戰略領域造成嚴重消極影響,在充分考慮核電經濟性的同時,必須從這一領域對國家的重要性和對核電長期燃料循環保障的綜合因素系統性予以解決。

應該看到,上述的挑戰與問題是客觀存在的,并且在某些方面呈現越來越嚴重的趨勢。但同時,只要我國政府部門、行業部門、各集團企業共同努力,在國家、行業、企業的長遠利益和根本利益上尋求一致,把保護好發展好我國核燃料工業作為一項重要的事情,就完全可以戰勝這些挑戰,在為核電提供優質服務的基礎上,發展好我國的核燃料產業。

2 我國核電與核燃料是利益命運共同體

核電安全、高效、可持續發展需要安全可靠的核燃料供應保障體系,核燃料產業高質量發展也需要依靠核電發展的帶動,一臺核電機組投運到退役通常需要40～60年的核燃料供應保障。因此,核燃料產業體系與核電產業體系之間不是一種單純的市場買賣關系,而是相互依存利益一致的,需要長期相伴、相互依賴,是共榮共生、共生共贏的生態體系,兩者實質上是命運共同體,對我國來說更是如此。這就需要建立一種長期信任關系和相互包容的文化,共同實現核電核燃料系統整體的效率和價值,提高整個體系的抗風險能力。

還應該看到,核燃料的服務對象單一,就是核電站。自有核電以來,目前全球在運一共也就400多座核電站,市場容量非常有限,預期也非常清晰。我國核電發展到2035年,其所增加的燃料需求也是清晰有限的,發展好了可以使我國核燃料產業邁上一個新的臺階,不僅可以保障我國核電全壽期的穩定經濟供應與服務,而且能與國際主要供應商同臺比高下,在國際市場上有所作為,為核電走出去提供強有力的支持。如果各核電集團都要發展自己的核燃料體系,必然是在不經濟的規模下,承擔高成本的代價,同時受到更多的制約。而國內主要的核燃料產業體系由于未能在中國的核電發展中得到同步發展,核燃料市場增量甚至部分存量被瓜分了,產業受到嚴重影響,不僅是我國核燃料產業的損失,對我國核電而言,也絕非符合其根本利益。我國是核電大國,并正在向核電強國邁進中,更需要建設基于本土化的核燃料供應體系能力,才能為核電發展提供真正的、可靠的保障。打造本國的自主可控的核燃料加工保障能力體系是建設核電強國的必然方向。

從核燃料行業特性看,全球具備規模和競爭力的核燃料產業公司不超過10家,核燃料產業是一個技術性強、上下游銜接緊密,各環節能力相互配套的產業。為了實現核燃料技術的迭代升級,提升競爭力,核燃料各關鍵環節需要持續的高技術研發費用投入;這些原因,導致俄羅斯、法國等核電強國,為了鞏固競爭地位和話語權,建立了高度集中的核燃料產業體系,國家主導產業發展,效果十分明顯。雖然法國市場包括歐美市場是開放的,但是有限度受制約,并且開放對等,沒有單邊開放只進不出。目前有的核電集團正布局自己的燃料體系,國內核燃料產業正日趨分散,集中統一的核燃料供應體系正在被瓦解,核電與核燃料相互依存、相互支持、共同發展的生態環境正接受考驗。是各自為戰,被人各個擊破,還是構建命運共同體,一致對外,是必須回答的問題。

3 打造我國先進的核燃料產業體系的思考

當前,我國核燃料產業處于由大到強的發展階段,產業能力正處于向經濟規模過渡期,科技爬坡過坎關鍵期,科技攻關與產業規模效應初步顯現。保護好我國核燃料產業是一項十分重要的工作,需要給予我國核燃料產業在轉型發展上的戰略耐性和必要的包容,也需要給予必要的產業政策引導和鼓勵。就此提出以下幾點思考供討論。

3.1 形成核電與核燃料是命運共同體與利益共同體的共識

站在國家與企業的大利益上,尋求保護好國內核燃料產業和市場的方法和途徑。既要考慮核電的經濟性,也要考慮核燃料發展的階段性,政府部門應堅持核燃料立足國內供應的產業政策,并進一步提出具體的實施政策,如使用國內燃料的鼓勵政策、進口燃料的限制政策等;企業間應針對中短期到中長期的不同預期,形成相互理解和相互支持的供應架構,充分體現一家人的信任與擔當。保住當前國內核燃料市場,防止外國蠶食是最重要的任務之一,只有這樣核燃料工業才有發展的基礎和條件。

3.2 切實采取行動推動核電與核燃料命運共同體的打造

既然是命運共同體,就應該共同建設核燃料產業。核燃料是為核電服務的,是保障核電安全穩定經濟運行的關鍵,核電企業在核燃料產業建設發展過程中不應是被動接受而應是主動參與,核電與核燃料應對相互的關切有深入的理解，在充分理解的基礎上，用具有約束力的方式，履行各自的責任和義務，從而體現信任與責任。命運共同體不僅是口號,主動參與不僅是形式,應尋求構建共同體和參與的具體方式,例如各核電集團共同出資建設一個核燃料產業實體,將現有的各自隸屬的涉及燃料的部分均納入其中,這個實體為國內所有核電服務,接受各核電集團的監督。進而言之,有符合條件的其他投資者也可考慮,形成有效的治理體制機制和運行模式,有利于使這個產業實體在規制下運行。當然也可以探討其他方式。

3.3 形成新時期國內核燃料技術協同創新格局

近期應考慮燃料元件聯合研發問題,目前重復投資,搶奪人才,少有往來,各搞一套,而且極易讓外國公司坐收漁翁之利。應該聯合起來一致對外,國內可以分工協作,也可以形成聯合研發的實體實現利益共享,一起規劃燃料元件的科技方向,關鍵技術、關鍵材料和設備攻關清單和規劃,自主品牌產品替代路線圖,共同支撐核電走出去戰略的實施,使我國在未來的發展中和與國外競爭中處于有利地位。聯合研發的實體可以由各核電集團共同出資,負責人可以公開競聘,成果可以共同擁有,各核電集團均可使用,不但為我國核電服務,也可以為國際客戶服務。

3.4 盡快簽訂落實中長期合同是走向命運共同體的開端

中長期合同是體現誠意,走向命運共同體的開端。這里的關鍵是國內供應量和價格,應以供應量即市場占有率為先,這是國內核燃料產業可持續發展和不斷提升競爭力的基礎,價格充分協商,按照相互體諒、長期共贏的原則,在中長期合同中實行分階段的價格模式,例如基于規模效益的成本優勢的不斷體現,可以給出價格的預期值,以及市場發生劇烈變動時的價格原則,體現相互包容和支持的態度。相信只要有共同目標,就能找到解決的方法。

總之,站在國家戰略、民族工業、持續發展、核電安全的角度,國內核電與核燃料都應同呼吸,共命運,共同打造一套強大的中國核燃料產業體系,實現牢固支撐我國核電產業發展和走出去戰略,實現核電與核燃料共同發展的目標。