美國(guó)全面推動(dòng)核燃料循環(huán)前段產(chǎn)業(yè)發(fā)展

鈾是核工業(yè)最基本的原料，廣泛用于核能發(fā)電以及核武器的制造。近年來(lái)，美國(guó)核燃料循環(huán)前段能力頹勢(shì)明顯，嚴(yán)重威脅到能源供應(yīng)安全和國(guó)家安全。為此，美國(guó)能源部2020年4月23日發(fā)布《重塑美國(guó)核能競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)》報(bào)告，提出將推動(dòng)核燃料循環(huán)前段產(chǎn)業(yè)發(fā)展列為首要任務(wù)，并準(zhǔn)備撥款15億美元建立鈾儲(chǔ)備。美國(guó)能源信息管理局5月18日發(fā)布的《2019年國(guó)內(nèi)鈾生產(chǎn)報(bào)告》顯示，2019年美國(guó)鈾產(chǎn)量創(chuàng)下近70年來(lái)的新低。美國(guó)亟需振興核燃料循環(huán)前段產(chǎn)業(yè)。

1 背景

核燃料循環(huán)前段主要包括鈾礦開(kāi)采、鈾轉(zhuǎn)化、鈾濃縮和核燃料制造四個(gè)環(huán)節(jié)。天然鈾中的鈾-235豐度極低，需要經(jīng)過(guò)濃縮，將鈾-235豐度提高到一定水平，制成供核電廠和海軍反應(yīng)堆使用的燃料或核武器材料。

1.1 發(fā)展歷史

在核武器采購(gòu)計(jì)劃推動(dòng)、政府補(bǔ)貼和全球需求增長(zhǎng)等一系列因素的影響下，美國(guó)鈾采冶產(chǎn)業(yè)1953至1980年繁榮發(fā)展，鈾產(chǎn)量一度世界領(lǐng)先。1980年，美國(guó)鈾產(chǎn)量達(dá)到頂峰，生產(chǎn)了1.98萬(wàn)噸八氧化三鈾(U3O8)。而上世紀(jì)70年代末至80年代初，由于鈾價(jià)下跌約六成以及面臨擁有更好品質(zhì)鈾資源的澳大利亞和加拿大等國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)，美國(guó)許多鈾礦關(guān)閉，鈾產(chǎn)量縮水約七成。此后美國(guó)鈾生產(chǎn)行業(yè)長(zhǎng)期處于低谷。

近年來(lái)，受三方面的政策影響，美國(guó)鈾產(chǎn)量進(jìn)一步降低：一是在1994至2013年的“兆噸換兆瓦”計(jì)劃執(zhí)行期間，500噸俄羅斯過(guò)剩武器級(jí)鈾稀釋獲得的低濃鈾進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)，滿足了美國(guó)核電廠約三分之一的燃料需求；二是在1998年國(guó)有企業(yè)美國(guó)鈾濃縮公司私有化之前，美國(guó)能源部向該公司移交了4.5萬(wàn)噸天然鈾；三是2009年，能源部開(kāi)始以易貨形式交換冗余鈾，以籌集政府鈾濃縮廠的清理費(fèi)用。這三項(xiàng)舉動(dòng)給鈾生產(chǎn)行業(yè)造成沉重打擊。

此外，受?chē)?guó)際大環(huán)境影響，國(guó)際市場(chǎng)鈾需求疲軟，競(jìng)爭(zhēng)激烈，美國(guó)生產(chǎn)商即使在本國(guó)市場(chǎng)上的份額也越來(lái)越小。2011年日本福島核事故后，許多機(jī)組關(guān)閉或長(zhǎng)時(shí)間暫停運(yùn)行，多個(gè)國(guó)家決定逐步放棄核能，導(dǎo)致全球核燃料需求下降約15%。同時(shí)，受到大量廉價(jià)天然氣和可再生能源價(jià)格下跌的沖擊，美國(guó)核電的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力不斷削弱。再加上許多世界主要產(chǎn)鈾國(guó)采冶成本低廉，更加使得美國(guó)本土鈾幾乎無(wú)立足之地，2019年僅占有本國(guó) 10%的市場(chǎng)份額。

1.2 振興前段產(chǎn)業(yè)的重要意義

一是保障能源安全和獨(dú)立。美國(guó)認(rèn)為核電有巨大優(yōu)勢(shì)：核電十分清潔，核發(fā)電量占美國(guó)無(wú)碳電力的55%；核電可創(chuàng)造大量就業(yè)機(jī)會(huì)，提供近50萬(wàn)個(gè)工作崗位，每年創(chuàng)收約600億美元。美國(guó)是世界上最大的核電生產(chǎn)國(guó)，核發(fā)電量約占全國(guó)總發(fā)電量的20%。美國(guó)還是全球最大鈾消費(fèi)國(guó)，消費(fèi)量占全球25%。然而，美國(guó)2019年90%以上鈾依賴進(jìn)口，嚴(yán)重影響美國(guó)能源安全和能源獨(dú)立性。

二是滿足國(guó)防需求。美國(guó)認(rèn)為鈾是一種重要且稀有的戰(zhàn)略資源，是軍民核工業(yè)的基礎(chǔ)，必須自主可控。此外，國(guó)家核軍工管理局明確提出，本世紀(jì)40年代需要為以反應(yīng)堆輻照方式生產(chǎn)武器級(jí)氚提供低濃鈾燃料，50年代需要為海軍核動(dòng)力艦艇提供高濃鈾燃料。美國(guó)因此提前謀劃，確保軍用鈾燃料可靠供應(yīng)。

三是出于政治考量。美國(guó)認(rèn)為，發(fā)展核燃料循環(huán)前段產(chǎn)業(yè)并推動(dòng)出口，有利于與他國(guó)建立百年經(jīng)濟(jì)、安全和地緣政治關(guān)系，進(jìn)一步提升國(guó)際影響力?！吨厮苊绹?guó)核能競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)》指出，俄羅斯和中國(guó)在核能領(lǐng)域正試圖超越美國(guó)，恢復(fù)美國(guó)核能領(lǐng)導(dǎo)地位事關(guān)美國(guó)國(guó)家安全。核燃料循環(huán)前段產(chǎn)業(yè)是整個(gè)核工業(yè)的基礎(chǔ)，所以“最重要的是恢復(fù)美國(guó)對(duì)于鈾這一最重要的天然放射性元素的絕對(duì)控制能力，將其用于和平目的和國(guó)防用途”。

1.3 前段產(chǎn)業(yè)問(wèn)題突出

美國(guó)核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)在上世紀(jì)90年代前曾處于全球領(lǐng)導(dǎo)地位，但近幾十年來(lái)政府不夠重視，私營(yíng)公司難以抵御激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入惡性循環(huán)，逐漸萎縮?！吨厮苊绹?guó)核能競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)》指出：“核燃料循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)都很脆弱，鈾礦開(kāi)采和轉(zhuǎn)化最為脆弱，即將崩潰。”

1.3.1 鈾采冶

《2019年國(guó)內(nèi)鈾生產(chǎn)報(bào)告》顯示，2019年國(guó)內(nèi)僅生產(chǎn)78.9噸U3O8，比2018年減少89%。自1980年以來(lái)，美國(guó)國(guó)內(nèi)鈾產(chǎn)量持續(xù)保持在低位(詳見(jiàn)圖1)，進(jìn)口數(shù)量大幅攀升，并占主導(dǎo)地位。當(dāng)前美國(guó)90%以上的鈾依賴進(jìn)口，大部分鈾礦只能停運(yùn)或處于低產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 美國(guó)鈾的來(lái)源(1950—2019年)

截至2019年底，美國(guó)共有12座鈾礦：4座運(yùn)行，包括1座地下鈾礦(1814噸鈾礦石/天)和3座地浸礦(總產(chǎn)能為4309噸U3O8/年)；8座停運(yùn)，包括2座常規(guī)鈾礦(總產(chǎn)能為3402噸鈾礦石/天)和6座地浸礦(總產(chǎn)能為254噸U3O8/年)。美國(guó)還計(jì)劃建設(shè)8座鈾礦，包括1座堆浸礦(654噸鈾礦石/天)和7座地浸場(chǎng)(總產(chǎn)能為3856噸U3O8/年)。

1.3.2 鈾轉(zhuǎn)化

美國(guó)僅有一家鈾轉(zhuǎn)化廠。該廠屬于霍尼韋爾公司，將天然鈾轉(zhuǎn)化為UF6，年產(chǎn)能1.76萬(wàn)噸。由于全球轉(zhuǎn)化市場(chǎng)持續(xù)低迷，該廠從2017年開(kāi)始停產(chǎn)，一直處于備用狀態(tài)。

1.3.3 鈾濃縮

美國(guó)僅有一家鈾濃縮廠運(yùn)行。該廠屬于歐洲鈾濃縮公司，年產(chǎn)能約4700噸分離功，可滿足美國(guó)約1/3的需求(1.5萬(wàn)噸分離功)。由于該廠屬于外資企業(yè)，使用的是歐洲企業(yè)研發(fā)的技術(shù)，其產(chǎn)品只能用于滿足民用需求。

1.3.4 核燃料制造

美國(guó)擁有4座核燃料制造廠，產(chǎn)能充足。其中法國(guó)法馬通公司、西屋公司和全球核燃料公司的制造廠年產(chǎn)能分別為1200噸、1500噸和1500噸，主要生產(chǎn)核電機(jī)組燃料；美國(guó)海軍核動(dòng)力主要承包商BWX技術(shù)公司的燃料廠為美海軍生產(chǎn)航母和潛艇動(dòng)力堆燃料。

2 多舉措振興前段產(chǎn)業(yè)

針對(duì)核燃料循環(huán)前段薄弱等問(wèn)題，美國(guó)政府決定采取多項(xiàng)措施，振興和壯大該行業(yè)，恢復(fù)全球領(lǐng)導(dǎo)地位。多年來(lái)，美國(guó)核燃料循環(huán)前段的發(fā)展和風(fēng)險(xiǎn)管理與協(xié)調(diào)主要由行業(yè)自己承擔(dān)。目前，美國(guó)決定強(qiáng)力推動(dòng)，發(fā)揮政府引導(dǎo)作用，促進(jìn)核工業(yè)復(fù)興。

美國(guó)的目標(biāo)定位高遠(yuǎn)，志在全球。不僅是為了滿足國(guó)內(nèi)需要，更要恢復(fù)全球領(lǐng)導(dǎo)地位并擴(kuò)大出口，提升政治、經(jīng)濟(jì)、外交影響力，展現(xiàn)出美國(guó)獨(dú)霸全球的野心。美國(guó)的手段是全面布局，整體發(fā)展，從鈾礦開(kāi)采、鈾轉(zhuǎn)化、鈾濃縮到核燃料制造的所有環(huán)節(jié)，都進(jìn)行了系統(tǒng)謀劃和安排，保障供應(yīng)鏈的自主性、先進(jìn)性并完整配套，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。主要措施如下：

一是建立鈾儲(chǔ)備，恢復(fù)和重建相關(guān)能力。能源部提出自2021財(cái)年起，在未來(lái)十年共投資15億美元，建立國(guó)內(nèi)鈾儲(chǔ)備，或擴(kuò)大“美國(guó)燃料供應(yīng)保證”。具體措施是：(1) 從2020年開(kāi)始采購(gòu)7711～8618噸U3O8，至少支持兩座鈾礦運(yùn)行；(2) 在2022年之前啟動(dòng)6000～7500噸UF6的采購(gòu)，使鈾轉(zhuǎn)化廠恢復(fù)運(yùn)行；(3) 2023年開(kāi)始從美國(guó)本土鈾濃縮服務(wù)供應(yīng)商采購(gòu)鈾濃縮服務(wù)，其中25%濃縮鈾用于軍事目的。

二是頒布利好政策，營(yíng)造良好發(fā)展環(huán)境。美國(guó)決定終止能源部以易貨形式交換冗余鈾，重新評(píng)價(jià)能源部冗余鈾庫(kù)存管理政策；支持商務(wù)部延長(zhǎng)《俄羅斯暫停出口協(xié)議》，防止俄羅斯未來(lái)在美國(guó)市場(chǎng)傾銷(xiāo)鈾；允許核管會(huì)以國(guó)家安全目的為由拒絕進(jìn)口俄羅斯或中國(guó)制造的核燃料。

三是資助研發(fā)先進(jìn)核燃料與水處理技術(shù)，恢復(fù)技術(shù)領(lǐng)先地位。美國(guó)決定資助私營(yíng)公司進(jìn)行高豐度低濃鈾、耐事故燃料研發(fā)，完成高豐度低濃鈾示范項(xiàng)目，資助研發(fā)用于鈾采冶和地浸開(kāi)采的先進(jìn)水處理技術(shù)，大力支持并恢復(fù)在鈾采冶、濃縮和燃料制造方面的技術(shù)領(lǐng)先地位。

四是簡(jiǎn)化審批流程，降低鈾礦開(kāi)采成本。擬進(jìn)行多種監(jiān)管改革，采用新的土地使用政策，簡(jiǎn)化政府和監(jiān)管部門(mén)的許可審批流程，擴(kuò)大鈾礦開(kāi)采，提高出口競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)語(yǔ)

核燃料循環(huán)工業(yè)是戰(zhàn)略性領(lǐng)域，是核威懾力量建設(shè)的基礎(chǔ)和核電發(fā)展的重要支撐，服務(wù)于國(guó)防安全、地緣政治和外交政策等多個(gè)方面，并可為促進(jìn)核能和平利用、構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體作出積極貢獻(xiàn)。我國(guó)應(yīng)充分發(fā)揮制度優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化國(guó)家統(tǒng)籌：制訂實(shí)施國(guó)家核工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)2050年建成世界一流核強(qiáng)國(guó)目標(biāo)；國(guó)家投資擴(kuò)大鈾儲(chǔ)備，提高核工業(yè)應(yīng)對(duì)國(guó)際市場(chǎng)動(dòng)蕩、維護(hù)產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定和可靠供應(yīng)的能力；加強(qiáng)科技攻關(guān)，發(fā)展先進(jìn)的鈾濃縮、核燃料制造等技術(shù)，提高核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)性、自主可控水平，增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。此外，針對(duì)美國(guó)可能實(shí)施的遏制和制裁，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)策措施研究。

(中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院 高寒雨 付 玉 趙 暢 張馨玉)