鈾礦資源概況與2030年需求預(yù)測

閆 強，王安建，王高尚，陳其慎，于汶加，李瑞萍

(中國地質(zhì)科學院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037)

在全球二氧化碳減排及能源安全壓力下，各國都在努力發(fā)展化石能源的低排放替代品，主要包括可再生能源和核能?？稍偕茉窗l(fā)展前景良好，可望大規(guī)模替代化石能源，不過目前技術(shù)不完全成熟且成本較高，預(yù)計這種大規(guī)模替代至少要在2030年之后。相比之下，核電經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)成熟，其發(fā)電成本也已降至火電水平。由于核能的能源密度高，核電機組一般在百萬千瓦以上，因此核電是未來20年內(nèi)大規(guī)模替代火電的重要選擇。近幾年，隨著技術(shù)先進的第3代核電站的建造，核電呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢，對鈾礦的需求也隨之大增，各國圍繞鈾礦資源的競爭日趨激烈。

1 鈾礦資源概況[1]

根據(jù)國際原子能機構(gòu)的統(tǒng)計，全球鈾礦資源總量約為1238萬tU(以可回采礦石中鈾的回收量計算)，其中已查明資源量約547萬tU，待查明資源量約791萬tU。此外，開采難度大、經(jīng)濟價值較低或不具經(jīng)濟價值的非常規(guī)鈾礦資源量，可能高達近3000萬tU。澳大利亞、哈薩克斯坦、俄羅斯、美國、加拿大等是鈾礦資源豐富的國家，也是主要的鈾礦生產(chǎn)國和供應(yīng)國。

1.1 已查明鈾礦資源

按照成本范圍劃分，全球已查明的鈾礦資源量分別為：小于40美元/kg U為297萬tU，小于80美元/kg U為446萬tU，小于130美元/kgU為547萬tU。從大的區(qū)域來看，亞洲和大洋洲的鈾礦資源最為豐富，其次為北美洲和非洲。澳大利亞的已查明鈾礦資源量為世界最多，小于130美元/kg U的鈾礦資源量高達124萬tU，占世界的23%。其余鈾礦資源豐富的國家，還有哈薩克斯坦、俄羅斯、南非、加拿大、美國、巴西、納米比亞、尼日爾、烏克蘭等國家。上述十國之和占全球比重接近90%。我國的成本低于130美元/kg U的鈾礦資源量只有6.8萬tU，占全球比重只有1.2%，屬于鈾礦資源貧乏國家(表1)。全球鈾礦資源分布極為不均，主要是由地殼演化和結(jié)構(gòu)的不均勻性，以及勘查程度差異所造成的。此外，部分國家出于國家安全等考慮，少報了本國的鈾礦資源量也是重要原因。

表1 全球已查明鈾礦資源量最多的15個國家(tU)

1.2 待查明鈾礦資源

待查明鈾礦資源代表未來找礦潛力，包括預(yù)測資源和推測資源。據(jù)國際原子能機構(gòu)統(tǒng)計，兩者合計共約791萬tU(按75%回收率進行計算)。美國、蒙古、南非、俄羅斯、加拿大、巴西、哈薩克斯坦等7個國家合計達650萬tU，占全球82%。美國待查明鈾礦資源為196萬tU，蒙古排第二，為104萬tU，找礦潛力僅次于美國。不過，由于一些重要的鈾礦資源國未能提供相關(guān)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)失真，待查明鈾礦資源數(shù)據(jù)可能要低于實際情況。例如，我國的待查明鈾礦資源只有5800 tU，明顯偏低。國際原子能機構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要代表了世界鈾礦資源的宏觀現(xiàn)狀和概貌，可以肯定的是，全球還有很大找礦潛力。

1.3 非常規(guī)鈾礦資源

常規(guī)鈾礦資源是指可回收的主要產(chǎn)品、共產(chǎn)品或重要副產(chǎn)品的鈾礦資源，而非常規(guī)鈾礦資源僅僅是以少量副產(chǎn)品回收的鈾礦資源，如與磷塊巖、非有色金屬礦石、碳酸巖、黑色頁巖和褐煤伴生的鈾。其中，磷塊巖中的鈾占大多數(shù)，并且是唯一曾實現(xiàn)過商業(yè)化生產(chǎn)的非常規(guī)鈾礦資源。從磷塊巖中回收鈾的成本較高，約為40～115美元/kgU，如果鈾價重回高位，還是有利可圖的。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球已知非常規(guī)鈾礦資源總量為700多萬噸U，其中，磷塊巖占95%左右，而摩洛哥的磷塊巖又占世界全部磷塊巖的95%左右，資源量高達600多萬噸U。由于非常規(guī)鈾礦資源的地質(zhì)工作程度很低，實際數(shù)字可能要高得多。據(jù)有關(guān)機構(gòu)估計，全球非常規(guī)鈾礦資源量可能還有2200萬tU。

目前，全球常規(guī)鈾礦資源地質(zhì)工作程度總體來說并不高，找礦潛力和生產(chǎn)潛力較大，未來全球鈾礦供應(yīng)將仍然主要來自于常規(guī)鈾礦資源，非常規(guī)鈾礦資源比重難以有大的提高。此外，海水中的鈾大約為40億tU，但由于其濃度太低，開發(fā)成本過于高昂，在可以預(yù)見的未來不可能被商業(yè)開發(fā)。

2 核電發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)世界核協(xié)會統(tǒng)計，2009年，全球在役核反應(yīng)堆共有436座，分布于31個國家和地區(qū)，裝機容量3.73億kWe，2009年度的發(fā)電量為2.6萬億kWh，約占全球總發(fā)電量的15%。在建核反應(yīng)堆49座，總裝機容量為4436萬kWe，規(guī)劃核反應(yīng)堆136座，總裝機容量為1.5億kWe，擬建核反應(yīng)堆277座，總裝機容量為2.9億kWe。美國、法國、日本是世界三大核電強國，合計發(fā)電量、在役核反應(yīng)堆數(shù)及裝機容量在全球中的比重都超過50%。我國至今已有11臺機組投入商業(yè)運行，裝機容量906.8萬kWe，發(fā)電量比重僅為2%，不過，全國在建、規(guī)劃和擬建的核電容量達1.24億kWe，相當于全球的四分之一，高居世界第一[2]。

3 全球鈾礦需求預(yù)測

世界各國核電發(fā)展都是由政府主導，而非市場主導，因此，無法建立基于市場供求的數(shù)學模型。本次研究對全球2030年前核電裝機容量的預(yù)測值是根據(jù)世界核協(xié)會公布的各國建設(shè)計劃并結(jié)合我國核電建設(shè)規(guī)模占全球比重做出的趨勢分析的結(jié)果，以近線性增長為假設(shè)條件[3-4]。根據(jù)以上方法，2030年，全球核電裝機規(guī)模在低方案、中方案和高方案3種情景下，將分別達到8.6億kWe、11.4億kWe和13.8億kWe(表2)，占電力裝機總?cè)萘康谋戎丶s在10%～15%之間，可能會達到或超過1990年12%的歷史最高值。對鈾礦的需求分析，是基于以上預(yù)測結(jié)果及下列技術(shù)條件[5]：新投入運營的核反應(yīng)堆首次裝料需要鈾0.339t/MWe，以后每年換料需要鈾0.157t/MWe；燃料組件提前1年生產(chǎn)，鈾轉(zhuǎn)化、分離提前2年進行，天然鈾提前3年生產(chǎn)，即某年度的需求量依據(jù)當年在役容量以及3年后新增投運容量來計算。

根據(jù)上述計算方法，得出全球2030年鈾累計需求量如下：低方案221萬tU，中方案277萬tU，高方案325萬tU(表2)。全球現(xiàn)有已查明鈾礦資源量為547萬tU，足以滿足2030年前的需求。如果以在役核電還可以服役30年、2030年前新投入運營的核電服役60年計算，則全部核電(2030年之后投入運營的不計算在內(nèi))全壽期對鈾的累計需求量分別為：低方案639萬tU，中方案909萬tU，高方案1139萬tU。全球常規(guī)鈾礦資源總量為1238萬tU，能夠滿足未來幾十年的需求(圖1)。另外，全球還有非常規(guī)鈾礦資源近3000萬tU，因未開展地質(zhì)工作或地質(zhì)工作程度低而未知的潛在鈾礦資源量也很龐大，這些鈾礦資源都為核電發(fā)展提供了燃料保障。第四代核電技術(shù)共有6種方案，其中的4種方案是快中子堆，預(yù)計將于2035年左右投入商業(yè)運營?？熘凶佣岩再Y源更為豐富的238U或232Th為核燃料，而目前在役的核反應(yīng)堆以235U為核燃料，快中子堆對核燃料的利用率可大幅度提高60～70倍，以此推算，現(xiàn)有的鈾礦資源可以供人類使用千年以上?？紤]到核電有可能在本世紀內(nèi)(最遲下個世紀)被資源更為豐富、環(huán)境更加友好、價格更為低廉、使用更為便利的新能源(如太陽能等可再生能源，或許還有核聚變能)所完全替代，因此就全人類而言，無需擔心鈾礦資源的供應(yīng)問題。

表2 全球2030年前核電裝機容量及鈾礦需求預(yù)測

圖1 全球鈾礦累計需求預(yù)測

4 我國鈾礦需求預(yù)測

目前，我國在役核電機組為906.8萬kWe，在建機組為1644萬kWe，規(guī)劃機組加上2030年前擬建機組超過1億kWe，全部合計超過1.3億kWe。關(guān)于我國核電未來裝機容量有多種預(yù)測，從近幾年看，有不斷提高的趨勢。2015年前的核電發(fā)展，可以根據(jù)已開工或近期將開工的建設(shè)情況加以較為準確的預(yù)測。2016～2030年的核電發(fā)展，可根據(jù)國家正在擬議的核電規(guī)劃、與內(nèi)部人士交流，以及我國能源和電力發(fā)展態(tài)勢加以推測。將2030年投入運營的核電機組預(yù)測結(jié)果，分為低、中、高3個方案，分別為1.3億kWe、2億kWe、2.6億kWe，占全國電力裝機容量的比重將達到5%～10%的水平。雖然仍然低于當時的世界水平以及美國當前的水平，但明顯高于我國目前1%的水平，屆時，我國將有可能成為世界核電第一大國。

按照3種方案，對我國2010～2030年期間鈾礦累計需求量的預(yù)測結(jié)果如下：低方案28.4萬tU，中方案40.7萬tU，高方案51.8萬tU(表3)。根據(jù)國際原子能機構(gòu)數(shù)據(jù)，我國已查明鈾礦資源量為6.8萬tU，待查明鈾礦資源量為0.6萬tU，合計7.4萬tU。2030年前，我國鈾礦累計需求量分別約相當于我國資源量的3.9倍、5.5倍及7倍，缺口分別高達21萬tU、33.4萬tU、44.4萬tU。2030年前投入運營的核電機組全壽期對鈾礦累計需求量，分別高達123萬tU、190萬tU、248萬tU，相當于我國資源量的16.7倍、25.8倍及33.6倍。有關(guān)人士指出，國際原子能機構(gòu)公布的我國鈾礦資源量數(shù)據(jù)明顯偏低，我國鈾礦資源潛力可能達177萬tU。不過，即使照此計算，也僅能滿足低方案2030年前投運核電機組全壽期對鈾礦資源的累計需求。

表3 中國2030年前核電裝機容量及鈾礦需求預(yù)測

根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料，鈾礦山建設(shè)約需要10年周期，也就是說，即使幾年之內(nèi)我國國內(nèi)鈾礦勘查有新的重大發(fā)現(xiàn)，也難以在2020年前大規(guī)模供應(yīng)市場，而2016～2018年期間鈾礦累計需求量就將超過我國現(xiàn)有資源量(圖2)。即使考慮到找礦潛力較大，面對急劇攀升的需求，我國仍將很快出現(xiàn)鈾礦供應(yīng)嚴重短缺的現(xiàn)象，鈾礦對外依存度將迅速上升，導致我國能源供需格局的重大變化。

圖2 我國鈾礦累計需求預(yù)測

5 戰(zhàn)略對策

5.1 建立和不斷擴充我國的鈾礦資源儲備

從20世紀90年代開始，世界的鈾產(chǎn)量始終低于需求量，但全球并沒有出現(xiàn)鈾的供需失衡，這是由于美國、俄羅斯、日本等國家在多年前就已經(jīng)建立起充足鈾礦資源儲備，為穩(wěn)定本國甚至其他國家的鈾供給發(fā)揮了重要作用。由于我國的核電起步晚、規(guī)模小，目前也沒有出現(xiàn)鈾礦資源供不應(yīng)求的局面，因此尚未建立起鈾礦資源儲備。目前，國際鈾價為40～45美元/lb，相比2007年6月138美元/lb的歷史最高位，大幅度下降70%，接近低品位鈾礦的生產(chǎn)成本，價格繼續(xù)下降的空間不大。建議趁當前國際鈾價不高、未來預(yù)期價格上漲的情況下，趕在全球鈾需求大幅增加之前，大量從國際市場購進鈾礦石、金屬鈾及其他各類核燃料，建立起政府和企業(yè)兩個層面的鈾礦資源戰(zhàn)略儲備。

5.2 確立近期以國際貿(mào)易為主、遠期以海外生產(chǎn)為主的發(fā)展目標

國際貿(mào)易與國外生產(chǎn)是我國獲取國外鈾礦資源的重要手段。不過，在國外產(chǎn)能建立起來之前，只能依靠國際貿(mào)易，以解決鈾礦供應(yīng)近期可能出現(xiàn)的短缺。有關(guān)部門和企業(yè)應(yīng)充分利用因全球金融危機而導致的各國對外資依賴程度上升的大好機遇，迅速行動，以參股或控股的形式，盡可能多地獲取國外的鈾礦山。爭取在較短時間內(nèi)，取得國外鈾礦勘查重大突破，通過風險勘查開發(fā)等形式，在國外建立鈾礦生產(chǎn)供應(yīng)基地和資源儲備基地，降低對國際鈾礦貿(mào)易市場的依賴。

5.3 對主要鈾礦資源國進行綜合評估，確定對外投資優(yōu)先順序

綜合考慮各國鈾礦資源情況和投資環(huán)境，并充分考慮各國自身的鈾礦需求及對外來鈾礦投資的管制程度，可將我國鈾礦對外投資候選國按優(yōu)先順序分為三類：第一類國家包括哈薩克斯坦、澳大利亞、蒙古、加拿大、俄羅斯、巴西；第二類國家包括南非、納米比亞、尼日爾、烏茲別克斯坦、約旦、越南、哥倫比亞、委內(nèi)瑞拉、摩洛哥；第三類國家包括美國、印度、烏克蘭、丹麥、德國、捷克、瑞典、墨西哥、埃及。我國對外投資以第一類國家為主要目標國，第二類國家要給予重點考慮，第三類國家作為候補。

5.4 努力降低快中子反應(yīng)堆成本，開發(fā)利用非235U核燃料資源

快中子反應(yīng)堆已不存在重大技術(shù)障礙，不過其建造成本相當于熱中子反應(yīng)堆的3.5倍，發(fā)電成本相當于熱中子反應(yīng)堆的2.5倍，經(jīng)濟上不可行。如果能進一步改進和完善快中子反應(yīng)堆技術(shù)，把成本降至可接受水平，推動快中子堆核電站大規(guī)模投入商業(yè)運營，鈾利用率將提高60～70倍，可實現(xiàn)核能的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展快中子反應(yīng)堆可把占鈾礦資源99.3%的238U以及資源更為豐富的232Th利用起來，極大地拓寬了核燃料來源，從而大大降低對鈾礦的需求。

5.5 認真應(yīng)對來自印度的競爭

印度的能源資源非常貧乏，其核電發(fā)展計劃比我國更為雄心勃勃。辛格總統(tǒng)最近表示，印度計劃到2050年將核電裝機規(guī)模提高到4.7億kWe[6]，比目前提高100倍。印度的鈾礦資源并不豐富，已查明資源量約5.1萬tU，未查明資源量約7.3萬tU，合計12.4萬tU。如果印度的核電計劃得以實現(xiàn)，則印度每年的鈾需求量達8萬tU以上，4.7億kW全壽期內(nèi)的全部鈾需求量高達500萬tU，比我國高得多，約相當于全球常規(guī)鈾礦資源量的40%。印度國內(nèi)的鈾礦資源量相比需求是杯水車薪，必然會動用一切手段搶占國外鈾礦資源?？梢灶A(yù)見，未來全球范圍內(nèi)的對鈾礦資源最激烈爭奪可能發(fā)生在中印之間，對此，我國需要提早應(yīng)對，探討與印度合作開發(fā)國外鈾礦資源的可能性，盡可能避免兩敗俱傷的惡性競爭。

[1] IAEA. Uranium 2007: Resources, Production and Demand [R]. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2008.

[2] WNA. World Nuclear Power Reactors 2008-09 and Uranium Requirements [EB/OL]. 2010. London: World Nuclear Association. http://www.world-nuclear.org/info/reactors.html.

[3] WNA. Plans For New Reactors Worldwide [EB/OL]. 2010. London: World Nuclear Association. http://www.world-nuclear.org/info/inf17.html.

[4] WNA. Nuclear Power in China [EB/OL]. 2010. London: World Nuclear Association. http://www.world-nuclear.org/info/inf63.html.

[5] 汪永平, 趙守峰, 袁玉俊, 等. 2020年中國核能發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]. 中國核科技報告, 2005(01): 150-159.

[6] WNA. Nuclear Century Outlook Data [EB/OL]. 2010. London: World Nuclear Association. http://www.world-nuclear.org/outlook/nuclear_century_outlook.html.