世界核電發(fā)展及鈾供需形勢(shì)

中國(guó)核工業(yè)集團(tuán) 林燕

一、世界核電發(fā)展回顧

1942年，美國(guó)建成了世界上第一座人工核反應(yīng)堆，開創(chuàng)了核能利用的新紀(jì)元。在20世紀(jì)50～60年代，美國(guó)、前蘇聯(lián)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在進(jìn)行軍備競(jìng)賽的同時(shí)也競(jìng)相發(fā)展核電站，前蘇聯(lián)、美國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)、德國(guó)、英國(guó)、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家建造了大量核電站。

20世紀(jì)70年代，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家受到兩次石油危機(jī)的沖擊，以核代油的選擇使核電進(jìn)入發(fā)展高潮，此時(shí)的核電發(fā)展速度要大于火電和水電發(fā)展速度；但是80年代以后受經(jīng)濟(jì)發(fā)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(fā)展陷入低谷。

此后，人們對(duì)核電的安全性提出了新的要求，不斷增加新的規(guī)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)也相應(yīng)地增加了建設(shè)與維護(hù)投資，使核電站的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本增加。雖然，人們對(duì)核電利用的安全性仍存在一定的疑慮，且核電站的建設(shè)成本不斷提高，但各國(guó)出于種種考慮，仍然把核電放在重要的能源發(fā)展位置，并使其在本國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有重要位置。

進(jìn)入新世紀(jì)，隨著對(duì)能源需求的增加、核電技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)核電產(chǎn)業(yè)的充分認(rèn)識(shí)，核電越來越受到希望增加能源供應(yīng)多樣性，保障能源安全的國(guó)家青睞，比如說，世界上最大的3個(gè)煤消費(fèi)大國(guó)中國(guó)、美國(guó)和印度都計(jì)劃大力發(fā)展其核電產(chǎn)業(yè)，如圖1。

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

據(jù)IAEA Pals數(shù)據(jù)庫(kù)顯示，截至到2009年10月，世界上共有436臺(tái)核電機(jī)組在運(yùn)行(見圖2)，正在建設(shè)中的核電機(jī)組有53臺(tái)——發(fā)電量將達(dá)47.2GWe。美國(guó)有103個(gè)核電機(jī)組，占其總發(fā)電量的19%；法國(guó)59臺(tái)機(jī)組，占80%；日本核電發(fā)電量占總電量的33.3%；韓國(guó)占28%。全球核發(fā)電量占所有發(fā)電量的17%，核電產(chǎn)業(yè)已成為許多國(guó)家重點(diǎn)扶持和發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，而我國(guó)僅占1.2%。發(fā)展核電，已是“時(shí)不我待”。世界電力生產(chǎn)中核能的份額變化見圖3。

圖2 世界上正在運(yùn)行的核電機(jī)組及其分布

圖3 世界電力生產(chǎn)中核能的份額變化

核電雖然提供了全球發(fā)電總量的16%，但83%的核發(fā)電量都集中在工業(yè)化國(guó)家。2008年核能在國(guó)家電力中所占的份額(%)見圖4，有l(wèi)6個(gè)國(guó)家的核發(fā)電量占國(guó)內(nèi)總發(fā)電量的25%以上，其中法國(guó)、立陶宛、比利時(shí)和斯洛伐克四國(guó)的核電百分比超過50%。西歐和北美國(guó)家核電發(fā)展停滯衰退，而亞洲和東歐的一些國(guó)家核電正快速發(fā)展。發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家核電發(fā)展停滯，有生產(chǎn)力過剩和經(jīng)濟(jì)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(fā)民眾不滿的因素。

二、世界核電發(fā)展趨勢(shì)

在世界更加重視環(huán)境保護(hù),減少溫室氣體排放的大形勢(shì)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(jié)構(gòu)中將占據(jù)更重要的地位和獲得更快的發(fā)展是毋庸置疑的。

圖4 2008年核能在國(guó)家電力中所占的份額(%)

據(jù)世界核協(xié)會(huì)2009年的最新預(yù)測(cè),擁有核電的國(guó)家將從2008年的31個(gè)增加到2020年的43個(gè),而到2030年將增加到54個(gè)。表1列出至2030年世界預(yù)期的核電反應(yīng)堆數(shù)和核電裝機(jī)容量。

由表1可見: (1)總體上世界核電處于上升發(fā)展的態(tài)勢(shì); (2)今后一段時(shí)間(至2030年)的核電增長(zhǎng)主要集中在亞洲及大洋洲地區(qū),其中特別是中國(guó)和印度,增長(zhǎng)幅度(裝機(jī)容量)達(dá)2·7倍(中國(guó))和8·6倍(印度);其次是東歐,也將達(dá)到1倍多; (3)西歐與北美都只保持微弱的增長(zhǎng)勢(shì)頭,其中德國(guó)和瑞典甚至將出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。

據(jù)2007年《紅皮書》,其中核電裝機(jī)容量數(shù)據(jù)采用其預(yù)測(cè)中的低位和高位的平均值，2010年以后其發(fā)展速度將明顯加快(表2)。

三、核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展特性

核電產(chǎn)業(yè)指將核能轉(zhuǎn)換為商用電力的生產(chǎn)者的總和，是指與核電站關(guān)聯(lián)的企、事業(yè)單位。從產(chǎn)業(yè)鏈角度分析，核電產(chǎn)業(yè)又可界定為與核電站有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工建設(shè)、調(diào)試運(yùn)營(yíng)有關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈條中的主要環(huán)節(jié)組成的產(chǎn)業(yè)群，具備能夠標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、批量化生產(chǎn)核電站、改進(jìn)核電站技術(shù)以及研究和開發(fā)新一代核電站的能力。核電產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)相比具有如下特點(diǎn):

1、自然壟斷特性和網(wǎng)絡(luò)特性

核電產(chǎn)業(yè)需要專用的原料供應(yīng)、專門的設(shè)備制造及電力上網(wǎng)線路。具有明顯的自然壟斷特性和網(wǎng)絡(luò)特性。核電產(chǎn)業(yè)其壟斷性質(zhì)主要體現(xiàn)在燃料端與電網(wǎng)端。核電站發(fā)電使用的是鈾235，屬于國(guó)家戰(zhàn)略資源，整個(gè)礦藏的開采、加工及后期乏燃料處理，都關(guān)系到國(guó)家核能力的發(fā)展戰(zhàn)略，是國(guó)家戰(zhàn)略安全的重要影響因素，一般都由政府嚴(yán)格控制。所以，核電站的這個(gè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)也是很單一的，具有明顯的國(guó)家壟斷性。但對(duì)整個(gè)核電產(chǎn)業(yè)來說，形成了核電壟斷性質(zhì)的一個(gè)基礎(chǔ)。

表1 至2030年世界預(yù)期的核電反應(yīng)堆數(shù)和核電裝機(jī)容量

表2 2002～2025年世界核電總裝機(jī)容量的演變

2、規(guī)模經(jīng)濟(jì)和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)顯著

核電產(chǎn)業(yè)的另外一個(gè)顯著特點(diǎn)是投資巨大且投資回報(bào)期長(zhǎng)，投資形成的資產(chǎn)專用性強(qiáng)，規(guī)模經(jīng)濟(jì)和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)非常顯著。同時(shí)，核電在經(jīng)濟(jì)上也具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。在投資費(fèi)用上，雖然核電目前還高于煤電和氣電，但是它的燃料費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)卻很低，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，相對(duì)于煤電和油電，核電的建設(shè)費(fèi)用比較高，核電在發(fā)電成本上將會(huì)越來越低于煤電和氣電。據(jù)國(guó)際能源組織對(duì)美國(guó)、韓國(guó)和法國(guó)等國(guó)家的核電運(yùn)行效益分析，實(shí)現(xiàn)群堆化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)和建造的核電站，其價(jià)格可降低15%。如果把核電的內(nèi)部成本(建設(shè)資金回收、燃料費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)等)和外部成本綜合起來評(píng)價(jià)，則核電的經(jīng)濟(jì)性是最好的。

3、壟斷性和競(jìng)爭(zhēng)性并存

核電更具規(guī)模效益，更需要集中，適宜形成壟斷競(jìng)爭(zhēng)格局并圍繞龍頭企業(yè)及其技術(shù)擴(kuò)散和產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散發(fā)展中小企業(yè)形成產(chǎn)業(yè)集群。同時(shí)，核電的產(chǎn)品是民用的電力，必須服從電力部門的規(guī)劃、管理和調(diào)度，必須服從電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則；為核電產(chǎn)業(yè)服務(wù)的制造工業(yè)、電力工業(yè)、信息工業(yè)等工業(yè)體系是可以市場(chǎng)化運(yùn)行操作的，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)性。

4、配套半徑的特殊要求

核電站半徑5公里內(nèi)是限制發(fā)展區(qū)，而且不能建立在10萬人以上聚居區(qū)域直線距離l0公里內(nèi)。同時(shí)，核電產(chǎn)業(yè)的大量裝備是由機(jī)械等行業(yè)提供，需要產(chǎn)業(yè)配套體系、產(chǎn)業(yè)集群和專業(yè)市場(chǎng)的健康成長(zhǎng)，而且由于其需要大型裝備對(duì)核電站所在區(qū)域的交通能力以及裝備制造業(yè)、機(jī)械加工業(yè)的配套半徑均有特殊要求。

5、保密性和開放邊界

核電產(chǎn)業(yè)既姓核也姓電，核電產(chǎn)業(yè)既是一種高科技產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)在新形勢(shì)下保持核能力的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，核電涉及敏感的核技術(shù)，必須進(jìn)行核安全管理，把握好保密與開放的關(guān)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(tǒng)對(duì)人類的健康造成的危險(xiǎn)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(xiǎn)——即對(duì)人類健康造成的總危險(xiǎn)除以該能源系統(tǒng)產(chǎn)生的凈能量來衡量，同時(shí)還要考慮到全部能量的循環(huán)，如果僅僅計(jì)算和比較部分系統(tǒng)造成的危險(xiǎn)性是不能說明問題的?？偟奈ｋU(xiǎn)性是根據(jù)該能源系統(tǒng)所引起的死亡、創(chuàng)傷和疾病來評(píng)定的，同時(shí)要考慮能量生產(chǎn)的全過程，包括開始階段、中間階段和最后階段。例如，對(duì)核電站和太陽能收集器，不僅要考慮建造和運(yùn)行過程的危險(xiǎn)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?cè)斐刹Ａ?、銅管、核燃料棒、鋼材等過程中的危險(xiǎn)性，還要考慮運(yùn)輸中的危險(xiǎn)性。

自從1954年蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站以來，對(duì)于發(fā)展核電的問題的爭(zhēng)論，始終沒有停止過。爭(zhēng)論的人不僅包括核科學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、環(huán)境學(xué)家，也包括許多政治家。批評(píng)者認(rèn)為，核電是一種不可接受的危險(xiǎn)的能源，發(fā)生災(zāi)難性事故不是不可能的，而且全世界已經(jīng)發(fā)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(huán)設(shè)施可能成為恐怖分子攻擊的目標(biāo)，造成災(zāi)難。支持者認(rèn)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(duì)環(huán)境和人類健康的危害更小。反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故的概率很小。放射性廢物僅在數(shù)百年內(nèi)才具有危害性，而且在此期間內(nèi)還可以進(jìn)行處理，核電價(jià)格較為便宜。

核電站的設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)比常規(guī)工業(yè)要高得多，并且，為達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)麗實(shí)施的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證也要嚴(yán)密得多。核電站甚至以可能性極小的假想的最嚴(yán)重事故作為安全設(shè)計(jì)的依據(jù)，并加以縱深層層設(shè)防，確保安全。實(shí)際上發(fā)生最大假想事故的可能性較小。核電站是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物，它的科學(xué)設(shè)計(jì)、精心制造、可靠的運(yùn)行和多重安全措施使之發(fā)生重大事故的可能性比其他自然或人為災(zāi)害(如飛機(jī)失事、火災(zāi)、地震、水壩決口、颶風(fēng)等)要小得多。

如果將核能、煤、石油和天然氣等能源系統(tǒng)生產(chǎn)單位能量所造成的危險(xiǎn)性進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，核電站比燒油或燒煤電站的危險(xiǎn)性要低得多。同時(shí)，計(jì)算結(jié)果表明:太陽能、風(fēng)能、海洋能及木醇等多數(shù)非常規(guī)能源系統(tǒng)的總危險(xiǎn)性比常規(guī)能源系統(tǒng)(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(nèi)的10種能源系統(tǒng)中，天然氣發(fā)電的危險(xiǎn)性最低，其次是核電站，第三是非常規(guī)的海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)。其他大多數(shù)非常規(guī)能源系統(tǒng)都有大得多的危險(xiǎn)性。但所有能源系統(tǒng)中危險(xiǎn)性最高的是煤和石油，其危險(xiǎn)性大約為天然氣的400倍。

非常規(guī)能源系統(tǒng)有較大的危險(xiǎn)性，是因?yàn)樗鼈兊膯挝荒芰枯敵鲂枰罅康牟牧虾蛣趧?dòng)。太陽能和風(fēng)能是發(fā)散性的能，很微弱，要積聚大量的能量需要相當(dāng)大的收集系統(tǒng)和貯存系統(tǒng)。而煤、石油及核能系統(tǒng)屬于集中形式的能，需要設(shè)備不多。非常規(guī)能源系統(tǒng)需要大量的材料，這意味著要進(jìn)行開采、運(yùn)輸、加工和建造等大量的工業(yè)活動(dòng)。而每種工業(yè)活動(dòng)都會(huì)造成一定的危險(xiǎn)性，把所有危險(xiǎn)性加起來，這些非常規(guī)能源系統(tǒng)的危險(xiǎn)性就相當(dāng)大了。

表3 近年來世界反應(yīng)堆鈾需求和鈾生產(chǎn)量(tU)

表4 2007年世界鈾生產(chǎn)和需求的平衡情況

五、世界鈾未來供需形勢(shì)

近年來世界當(dāng)年的鈾生產(chǎn)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(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),鈾生產(chǎn)對(duì)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(bǔ)償,而“二次鈾供給”中的最大部分是庫(kù)存,即先期生產(chǎn)而沒有消耗的鈾。

OECD (2008)和WNA (2008, 2009)公布了至2008年世界累計(jì)鈾生產(chǎn)量為231.9218tU。累計(jì)產(chǎn)量居前列的21個(gè)國(guó)家列于表5。上述巨大的生產(chǎn)總產(chǎn)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(chǎn),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(chǔ)備。

表5 至2008年世界累計(jì)鈾產(chǎn)量

WNA (2008)還披露了前蘇聯(lián)和東歐國(guó)家1945～2006年的累計(jì)鈾生產(chǎn)量共計(jì)80·3萬t鈾。這些鈾絕大部分被運(yùn)往了前蘇聯(lián),成為它巨大的鈾儲(chǔ)備。在獨(dú)聯(lián)體解體以后的20多年里,俄羅斯不斷向世界市場(chǎng)拋售鈾,也供給前獨(dú)聯(lián)體國(guó)家核燃料,向美國(guó)供應(yīng)由核武器級(jí)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(chǔ)備。按最近俄羅斯出售鈾的數(shù)據(jù)推算(2007年俄羅斯向美國(guó)和歐盟出售了1·246萬t鈾),俄羅斯巨大的鈾儲(chǔ)備大概還能支持俄羅斯各方面需求10～0年。

當(dāng)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(jí)钚轉(zhuǎn)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(chǎn)和需求的一個(gè)鮮明的特點(diǎn),即大部分鈾消費(fèi)國(guó)自身并不生產(chǎn)鈾,或只生產(chǎn)少量鈾,而大部分鈾生產(chǎn)國(guó)卻沒有核電鈾需求,鈾已經(jīng)成為典型的“商品”。生產(chǎn)國(guó)并非為了自身的需求而進(jìn)行和擴(kuò)大鈾生產(chǎn),而消費(fèi)國(guó)也沒有必要根據(jù)自身的需求來擴(kuò)大或削減本國(guó)的鈾生產(chǎn)。這一核電發(fā)展模式正越來越國(guó)際化。因此中國(guó)可以借助這樣的模式實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展核能建設(shè)的目標(biāo)。

世界鈾生產(chǎn)的另一個(gè)鮮明特點(diǎn)是鈾生產(chǎn)正越來越向若干大的鈾業(yè)公司集中,向若干大型鈾礦山集中。當(dāng)前占世界前8位的鈾業(yè)公司的鈾產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的84%～86%。這些大公司之所以能夠在世界鈾生產(chǎn)中占有重要地位,是因?yàn)樗鼈冋莆罩舾墒澜缱畲蟮拟櫟V山的生產(chǎn)。世界十大鈾礦山的生產(chǎn)量占世界鈾總產(chǎn)量的62%～68%。

從當(dāng)前至2015年鈾生產(chǎn)對(duì)核電鈾需求是有保證的。2015年以后核電進(jìn)入加速發(fā)展時(shí)期,鈾生產(chǎn)有可能成為核電發(fā)展的障礙之一。從目前的鈾生產(chǎn)和需求來看，滿足中長(zhǎng)期核電鈾需求還是可能的。但是越長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)其不確定性也就越大,歷史上有關(guān)鈾價(jià)的預(yù)測(cè)就證明了這一點(diǎn)。