天然铀不应成为核电发展的瓶颈.pdf
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1、第 39 卷第 5 期2023年9月UraniumGeology铀矿地质Vol.39 No.5Sep.2023天然铀不应成为核电发展的瓶颈王成,胡鹏(中国核工业地质局,北京 100013)摘要 在全球碳减排的倡议下,核电又逐渐成为世界上主要经济体和碳排放大国构建能源保障新格局、落实碳减排目标的重要选择。天然铀作为核电发展的重要基础原料,其供应保障能力对核电发展的规模和运行成本将产生较大影响。文章从天然铀市场供需关系的角度,在充分引用国际原子能机构、相应咨询公司和业内人士及专家的有关铀资源、核电发展等相关数据,从核电发展对天然铀的总体需求及铀资源总量和生产保障能力对核电供应影响角度进行分析预判,
2、初步形成了全球铀资源总量和供应能力应能满足核电发展需要的预判结论,即目前全球的铀资源不应成为核电发展的瓶颈。同时也对我国核电发展对天然铀需求的多少和来源进行了分析,结果表明:我国核电发展所需的天然铀供应只要措施有力,应对及时,也不会成为我国核电发展的瓶颈。关键词 天然铀;核电发展;供需关系;全球及中国文章编号 1000-0658(2023)05-0721-06 中图分类号 P619.14 文献标志码 A发展核电是实现“双碳”目标的一条重要途径。为缓解能源压力,保障社会能源需求,有效减少碳排放和“温室效应”的影响,许多经济发达国家和发展中国家都把核能作为一个重要的选项,并制定了相应的发展路线和发
3、展规划1。一般来说核电规模发展主要受安全可靠的核电技术、强大的核电制造建设能力、合适的建设厂址、稳定供应的天然铀及雄厚的资金实力等几方面要素影响。而随着全球核能大发展概念的提出,大家更多关注核 能 发 展 的 基 础 原 料 天 然 铀 的 供 应 能力,并由此推升了天然铀的需求预期和铀价的剧烈波动2-4。在核电大发展的强劲需求下,铀资源够不够用?国际铀价上涨后还是否用得起?国际形势发生巨大变化是否会造成天然铀断供?天然铀是否是影响核电发展的重要因素,引起了社会广泛的关注,为此笔者从天然铀市场供需关系的角度,通过对全球已查明铀资源总量、铀资源潜力及未来核电发展对铀资源需求,天然铀成本对核电成本
4、影响,及天然铀加工能力和运回能力等方面进行分析研判,尝试寻求上述问题的答案,并对我国核电发展所需天然铀保障能力和方式提出建议。1全球及中国铀资源的总体情况全球铀资源通过世界各国近 80 年的找矿工作,取得了巨大成就。据 IAEA 发布的 2020年 红 皮 书 统 计5,全 球 常 规 铀 资 源 总 量 达1 529.03 万 t,其中已查明铀资源为 807 万 t,待查明铀资源为 722.03万 t,另外还有非常规铀资源为 3 873.2万 t。1.1已查明铀资源据 2020年 IAEA红皮书5,全球已查明回收成本小于260美元/kgU的铀资源为807万t,其中小于40美元/kgU的108
5、.05万t、小于 80 美元/kgU的 200.76 万 t、小于 130 美元/kgU 的 614.78 万 t(表 1),主要分布在澳大利亚(25.39%)、哈萨克DOI:10.3969/j.issn.1000-0658.2023.39.063基金项目 中国核工业地质局地勘费项目“铀资源成矿规律与勘查部署建议研究”(编号:202346-6)资助。收稿日期 2023-06-01 改回日期 2023-06-13作者简介 王成(1965),男,高级工程师(研究员级),主要从事铀矿地质勘查与管理工作。E-mail:王成铀 矿 地 质第 39 卷斯 坦(12.01%)、加 拿 大(10.82%)、俄
6、 罗 斯(8.20%)、纳米比亚(6.25%)、南非(5.55%)、尼日尔(5.44%)等 13 个国家,合计占全球铀资源总量的 88.58%。表 1 全球已查明铀资源统计表(截至 2019年 1月 1日)5Table 1 Identified recoverable resources(as of 1 January 2019)5国家澳大利亚哈萨克斯坦加拿大俄罗斯纳米比亚南非尼日尔巴西中国印度乌克兰蒙古乌兹别克斯坦其他国家总计铀资源量/万 t40美元/kgUNA53.060 026.050 0000013.810 08.600 0NA005.480 06.530 0108.050 080美元
7、/kgUNA72.020 026.950 03.800 0022.800 09.90022.940 015.420 0NA7.290 06.000 05.480 017.070 0200.760 0130美元/kgU169.270 090.680 056.490 048.600 044.830 032.090 027.640 027.680 024.890 0NA10.870 014.350 013.230 054.160 0614.780 0260美元/kgU204.940 096.920 087.300 066.190 050.420 044.770 043.940 027.680 026
8、.970 019.590 018.690 014.350 013.230 092.050 0807.040 0全球铀资源量占比/%25.3912.0110.828.206.255.555.443.433.342.432.321.781.6411.41100注:NA表示未收集到相关数据。1.2待查明铀资源待查明铀资源分为预测铀资源和推测铀资源,据 2020 年 IAEA 红皮书5,预测铀资源中 回 收 成 本 小 于 260 美 元/kgU 的 铀 资 源 为160.67 万 t,其中小于 80 美元/kgU 的 48.71 万 t、小于 130 美元/kgU 的 88.25 万 t;推测铀资源
9、中回收成本小于 260美元/kgU 的 373.61万 t,其中小于 130美元/kgU 的 287.53万 t,另外还有经济性不明的推测铀资源 187.75万 t;全球待查明铀资源合计为 722.03 万 t(表 2)。值得注意的是,很多国家没有向 IAEA 报送待查明铀资源数据,报送数据的国家有的数据也一直没有更新,因此表 2 中的数据只能反映部分国家的情况,不能代表全球的实际情况。1.3非常规铀资源据 2020 年 IAEA 红皮书5,全球非常规铀资源总量为 3 873.2万 t,其中黑色页岩、褐煤中的铀资源约为 2 926.2 万 t,磷块岩中铀资源约为 919.5万 t,多金属中的铀
10、资源约为 3.4万 t,独居石中的铀资源约为 2.7 万 t,其他为 18.5 万 t。但是,受技术限制和成本影响,这些资源尚不能被大量经济利用。1.4中国铀资源概况据 2020 年 IAEA 红 皮 书5,中 国 已 查 明回收成本小于 260 美元/kgU 的常规铀资源为26.97 万 t,其中,小于 40 美元/kgU 的 8.6 万 t、小于 80 美元/kgU 的 15.42 万 t、小于 130 美元/kgU的 24.89 万 t;待查明铀资源为 0.77 万 t;非常规铀资源为 4.3 万 t。另据核工业北京地质研究院最新预测6,中国陆域常规铀资源潜力达到 280 余万 t,非常
11、规铀资源超过 210 万 t,铀资源潜力总量接近 500万 t。由此可见,我国铀资源潜力总体较大,但是目前铀矿勘查工作程度总体较低,仍然存在广阔的找矿空间。2全球及中国核电发展的现状和前景2.1全球及中国核电发展的现状据中核战略规划研究总院统计7,截至2022年底,全球在33个国家和地区共运行422台核电机组,总装机容量为 37 831.4 万千瓦;全球在 18 个国家在建 57 台核电机组,总装机容量为 5 885.8万千瓦;2022年全球核电发电量约 722王成,等:天然铀不应成为核电发展的瓶颈第 5期2.7万亿千瓦时,在全球电力结构中的占比约为9.6%。其中,中国核电发电量为 3 662
12、.43 亿千瓦时,约占中国全年累计发电量的 5%。2.2全球及中国核电发展的预期据 2020 年 IAEA 红皮书预测5,按低、高 2个方案,全球核电装机 2025年分别为 3.64亿千瓦和 4.21亿千瓦,2030年分别为 3.65亿千瓦和4.98 亿千瓦,2035 年分别为 3.53 亿千瓦和 5.67亿千瓦,2040年分别为 3.54亿千瓦和 6.26亿千瓦(表 3)。表 3 全球核电装机预测(20252040)5Table 3 Global nuclear power forecast scenarios,202520405方案高低核电装机容量/亿千瓦2025年4.213.642030
13、年4.983.652035年5.673.532040年6.263.54据 中国核能发展报告(2022)8,预计到2025年,中国核电在运装机规模将达到 7 000万千瓦左右,在建规模接近4 000万千瓦;到 2040年,中国核电在运机组规模将达到 2 亿千瓦,发电量约占全国发电量的 10%;到 2060年要实现碳中和,核电装机规模将达到 4亿千瓦,按全国当年用电量 20万亿千瓦时计,发电量占全国发电量的近 15%18%,总体达到世界有核电国家的平均水平。考虑到中国等承诺碳减排国家到 2060 年为实现“双碳”目标而提出的核电发展目标及反核国家提出的核退出计划的相互对冲,初步预判全球核电装机容量
14、到 2060 年预计最高将达到 8亿千瓦。以此推算核电发电量在全球发电量中的占比也不会超过历史上最高 20%的比例。因此 8亿核电装机基本可以认为是全球核电发展的最高目标。3全球及中国核电发展对天然铀资源的需求3.1全球核电发展对天然铀的需求核电对天然铀的需求主要取决于装机容量的发展,也受国际核管控和国际政治等其他因素影响。从目前几十年全球天然铀生产量和核电运行的消耗量的数据看,核电天然铀来源以原矿为主,二次为辅,即一次初始原矿占比 70%75%,二次为储备、浓缩和再利用,供应占比 25%30%8。为了最大限度测算核电发展对天然铀的消耗量,我们用核电的高目标来测算天然铀一次供应的需求。按 IA
15、EA 高方案预测,至 2030 年,表 2 全球待查明铀资源统计表(截至 2019年 1月 1日)5Table 2 Reported undiscovered resources(as of 1 January 2019)5国家巴西加拿大中国印度哈萨克斯坦蒙古纳米比亚尼日尔俄罗斯南非乌克兰乌兹别克斯坦其他报送国家总计预测铀资源/万 t80美元/kgU30.005.000.36NA8.181.33000002.481.3648.71130美元/kgU30.0015.000.36NA10.981.3301.3611.077.400.842.487.4388.25260美元/kgU30.0015.0
16、00.3612.7210.981.335.701.3616.9315.902.252.4845.66160.67推测铀资源/万 t130美元/kgUNA70.000.41NA18.63131.900014.8224.300NA27.47287.53260美元/kgUNA70.000.41NA18.63131.9005.1354.0241.1012.00NA40.42373.61经济性不明50.00NANA5.51NANA11.070028.0025.50NA67.67187.75小计50.0070.000.415.5118.63131.9011.075.1354.0269.1037.50NA1
17、08.09561.36注:NA表示未收集到相关数据。723铀 矿 地 质第 39 卷全球核电装机容量达到 4.98 亿千瓦,当年天然铀需求达到 8.8 万 t,20232030 年间累计天然铀需求约 117万 t;至2040年,全球核电装机容量达到6.26亿千瓦,当年天然铀需求达到11.1万t,20312040 年间累计天然铀需求约 121 万 t;至2060年,全球核电装机容量将达到 8亿千瓦,当年天然铀需求达到 14.2 万 t,20412060 年累计天然铀需求约 229万 t。总体上,按照高方案预测,2060 年全球核电装机容量达到 8 亿千瓦的情况下,20232060 年累计天然铀需
18、求为467 万 t。如果按一台百万装机的核电机组全生命周期消耗天然铀 1.0 万 t来考虑,全球 8 亿装机全寿期需要天然铀 800 万 t。如果考虑二次供应的来源,按 20%供应,将减少一次供应量 160 万 t,即满足全球 8 亿核电装机的天然铀总需求量只要 640万 t即可。3.2中国核电发展对天然铀一次资源的需求核电技术专家认为,以“华龙一号”核电机组(120万千瓦)为例,首炉料需天然铀 411 t,换料所需天然铀207 t,换料周期为18个月,全生命周期按照 60年计算,共需要天然铀 0.87万 t9。如按延寿 20 年,共 80 年计,一个百万千瓦核电机组全寿期需天然铀 1 万 t
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