核燃料是核電的“糧倉”,核燃料產業的健康發展將為核電的可持續發展奠定堅實的基礎。當前全球核電占總發電量的10%,核電還有很大的提升空間。核能發電的優勢主要體現在二氧化碳及其污染物的排放接近零,具有長期成本競爭力和工業、人力資本效益。這些優勢深深吸引著本土資源匱乏的發展中國家和需要引進可持續能源來保持電網穩定的發達國家。隨著核電的發展,為核電提供持續、穩定、具有經濟性的核燃料對核電而言具有重要的意義,核燃料產業發展是核電國家特別關注的產業。
全國核電發展基本情況
當前全球有420個核電機組在運行,裝機容量為374845MWe,56個核電機組在建,裝機容量為58595MWe。根據國際原子能機構2050年能源、電力和核電評估,2050年用電量將是現在的2倍,電力占能源消耗份額的29.8%:按最高情形預估,到2030年裝機容量增加23%(479GWe);按最低情形預估,2030年裝機容量下降2.4%,回到2021年的水平(404GWe)。
自1980年以來核電發展很快,受福島核事故影響,2011年以后日本和德國減少了核能發電,核電發展放緩,亞洲新建核電促進了核能發電的發展。
核能在發達國家中具有較高占比,美國核電占比19.7%,法國占比70.6%,英國占比14.5%,俄羅斯占比20.6%,加拿大占比14.6%,西班牙占比22.2%,韓國占比10.1%。美國核能占清潔能源的52%,歐盟核能占清潔能源的43%。
全球核燃料基本情況
全球鈾資源主要分布在澳大利亞、哈薩克斯坦、加拿大、俄羅斯、納米比亞、尼日爾等國家。其中澳大利亞鈾資源占總量的25%,哈薩克斯坦占12%,加拿大占11%,這三個國家鈾資源儲量位居前三。
根據核燃料報告評估,2030年對鈾的需求量將上升到7.9萬噸鈾,到2040年將上升到112.3萬噸鈾。
2008~2018年,全球六氟化鈾(UF6)市場供應總體過剩,目前鈾轉化的年生產量遠低于鈾轉化的年需求量,由此可見過剩的鈾轉化庫存已經被消化掉。中期看,轉化生產商需要增加生產能力,長期看,全球鈾轉化市場需要在現有設施進一步擴展能力或新建轉化廠。
俄烏沖突前,俄羅斯是世界上最大的鈾濃縮供應國。俄羅斯一直是鈾濃縮市場主要的參與者。俄羅斯的分離功/濃縮鈾產品穩定地銷往全球主要市場,包括美國、歐洲、亞洲和其他地方。俄羅斯四個濃縮廠總裝機容量約占世界總量的45%。歐洲Urenco的絕大部分分離功已經在公開市場銷售,特別是在歐盟和美國,少量銷往中國。據美國咨詢公司(UxC)評估,目前Urenco每年2500~3000噸分離功貧料產能已通過定期合同預售。如果Urenco轉為正常的濃縮生產,約1.8萬噸分離功可供公開市場銷售。但考慮到機損率和轉化市場供應不足情況,未考慮額外新增產能的情況下,到2035年Urenco可供應的分離功為1.68萬噸。法國歐安諾(Orano)濃縮廠(Georges Besse II)額定產能是7500噸分離功,不考慮額外新產能情況下,美國咨詢公司(UxC)評估這一產能到2035年前不會變化。這個產能包含美國貿易商(Centrus)與法國Orano簽訂的2026~2030年每年800噸分離功以及供應臺山核電的量。法國Orano多年來也是一直貧料再濃縮,UxC評估有500~1000噸分離功,2030年后分離功達到7500噸。少數貿易商、小的濃縮供應商、庫存以及氧化物的供應較高水平約5000~6000噸分離功,隨時間推移到2035年僅約每年1000~1500噸分離功。2030年Urenco和Orano將占公開市場總供應量的76%左右,俄羅斯的供應量份額由18%降到12%。
2022年與2030年俄羅斯市場供應減少后公開市場供應商份額的變化
中國核燃料產業的機遇和挑戰
受地緣政治的影響,俄供核燃料因其運輸成本和履約風險等影響,其市場份額將受到一定的影響,核燃料市場未來將面臨供應不平衡。核燃料市場的波動和震蕩將給核燃料制造商帶來機會和挑戰,供應的不平衡直接影響的是核燃料的價格。核燃料的安全、穩定供應促使核電站業主的采購更加多元化,目的是平衡采購的風險。核燃料生產商通過調節產能適應市場的需求和變化。
而中國有完整的核燃料循環體系,從鈾礦開采、純化轉化、濃縮到燃料組件制造。中國燃料組件呈多元化,這與中國引進核電技術多元化有關。中國的核燃料生產和加工能力除可以滿足國內核電站燃料需求外,還出口燃料組件及其加工服務到海外市場。隨著中國核電機組的增加,中國的核燃料生產商對建立可持續的、健康的核燃料產業將發揮重要的作用。
中國擁有自主知識產權的CF3燃料組件
對我國核燃料產業發展的思考與建議
受地緣政治的影響,核燃料市場的變化會達成新的平衡。根據世界核燃料評估,全球有足夠的鈾資源滿足未來的需求,鈾資源生產商需要等到市場再平衡時開始再次投資新的、閑置以及關閉的項目。需要建立理性的市場運營模式,根據市場供需情況理智投產,理智采購。
做好鈾資源儲備,實現經濟利益最大化。全球鈾資源地理分布不均,通過投資并購可以規避資源分布不均的風險,為未來鈾資源的可持續發展提前產業布局。鈾資源的合理儲備,根據市場變化調節庫存,將會為鈾資源持有者帶來經濟利益最大化。
提升燃料制造的技術,降低生產和管理成本。加快燃料制造的數字化建設,提升燃料性能。以快堆為例,開發高致密度先進快堆燃料,如金屬燃料(U-Pu-Zr)、氮化物燃料、碳化物燃料,提高增殖和嬗變性能等。梳理核燃料供銷商業模式,創新管理模式,降低生產和管理成本。
在具備一定能力和條件的情況下,參與鈾產品金融市場。鈾產品屬于礦產資源,它和其他礦產品具有相似的屬性。鈾產品的金融化,表面上是用來規避市場風險,或者說是用來定價的,但實際上是用于獲取情報,炒作市場,左右礦石價格漲跌的。相對于黃金、石油而言,鈾產品市場的參與者少,一旦徹底金融化,將會影響全球鈾產品產業鏈。盡早研究鈾產品金融化,尋找應對措施是鈾產品市場當前工作的重中之重。(摘編自《中國核工業》雜志2023年第8期)
高溫氣冷堆核燃料元件