閆 強(qiáng)，王安建，王高尚，陳其慎，于汶加，李瑞萍

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)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(guó)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(guò)目前技術(shù)不完全成熟且成本較高，預(yù)計(jì)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(guò)半個(gè)多世紀(jì)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(jī)組一般在百萬(wàn)千瓦以上，因此核電是未來(lái)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(jìn)的第3代核電站的建造，核電呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢(shì)，對(duì)鈾礦的需求也隨之大增，各國(guó)圍繞鈾礦資源的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。

1 鈾礦資源概況[1]

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

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(wàn)tU，小于80美元/kg U為446萬(wàn)tU，小于130美元/kgU為547萬(wàn)tU。從大的區(qū)域來(lái)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(dá)124萬(wàn)tU，占世界的23%。其余鈾礦資源豐富的國(guó)家，還有哈薩克斯坦、俄羅斯、南非、加拿大、美國(guó)、巴西、納米比亞、尼日爾、烏克蘭等國(guó)家。上述十國(guó)之和占全球比重接近90%。我國(guó)的成本低于130美元/kg U的鈾礦資源量只有6.8萬(wàn)tU，占全球比重只有1.2%，屬于鈾礦資源貧乏國(guó)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(guó)家出于國(guó)家安全等考慮，少報(bào)了本國(guó)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(gè)國(guó)家(tU)

1.2 待查明鈾礦資源

待查明鈾礦資源代表未來(lái)找礦潛力，包括預(yù)測(cè)資源和推測(cè)資源。據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，兩者合計(jì)共約791萬(wàn)tU(按75%回收率進(jìn)行計(jì)算)。美國(guó)、蒙古、南非、俄羅斯、加拿大、巴西、哈薩克斯坦等7個(gè)國(guó)家合計(jì)達(dá)650萬(wàn)tU，占全球82%。美國(guó)待查明鈾礦資源為196萬(wàn)tU，蒙古排第二，為104萬(wàn)tU，找礦潛力僅次于美國(guó)。不過(guò)，由于一些重要的鈾礦資源國(guó)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(shí)際情況。例如，我國(guó)的待查明鈾礦資源只有5800 tU，明顯偏低。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)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(yè)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(shí)現(xiàn)過(guò)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(jià)重回高位，還是有利可圖的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球已知非常規(guī)鈾礦資源總量為700多萬(wàn)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(dá)600多萬(wàn)噸U。由于非常規(guī)鈾礦資源的地質(zhì)工作程度很低，實(shí)際數(shù)字可能要高得多。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)估計(jì)，全球非常規(guī)鈾礦資源量可能還有2200萬(wàn)tU。

目前，全球常規(guī)鈾礦資源地質(zhì)工作程度總體來(lái)說(shuō)并不高，找礦潛力和生產(chǎn)潛力較大，未來(lái)全球鈾礦供應(yīng)將仍然主要來(lái)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(kāi)發(fā)成本過(guò)于高昂，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)不可能被商業(yè)開(kāi)發(fā)。

2 核電發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)世界核協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2009年，全球在役核反應(yīng)堆共有436座，分布于31個(gè)國(guó)家和地區(qū)，裝機(jī)容量3.73億kWe，2009年度的發(fā)電量為2.6萬(wàn)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(jī)容量為4436萬(wàn)kWe，規(guī)劃核反應(yīng)堆136座，總裝機(jī)容量為1.5億kWe，擬建核反應(yīng)堆277座，總裝機(jī)容量為2.9億kWe。美國(guó)、法國(guó)、日本是世界三大核電強(qiáng)國(guó)，合計(jì)發(fā)電量、在役核反應(yīng)堆數(shù)及裝機(jī)容量在全球中的比重都超過(guò)50%。我國(guó)至今已有11臺(tái)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，裝機(jī)容量906.8萬(wàn)kWe，發(fā)電量比重僅為2%，不過(guò)，全國(guó)在建、規(guī)劃和擬建的核電容量達(dá)1.24億kWe，相當(dāng)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(cè)

世界各國(guó)核電發(fā)展都是由政府主導(dǎo)，而非市場(chǎng)主導(dǎo)，因此，無(wú)法建立基于市場(chǎng)供求的數(shù)學(xué)模型。本次研究對(duì)全球2030年前核電裝機(jī)容量的預(yù)測(cè)值是根據(jù)世界核協(xié)會(huì)公布的各國(guó)建設(shè)計(jì)劃并結(jié)合我國(guó)核電建設(shè)規(guī)模占全球比重做出的趨勢(shì)分析的結(jié)果，以近線性增長(zhǎng)為假設(shè)條件[3-4]。根據(jù)以上方法，2030年，全球核電裝機(jī)規(guī)模在低方案、中方案和高方案3種情景下，將分別達(dá)到8.6億kWe、11.4億kWe和13.8億kWe(表2)，占電力裝機(jī)總?cè)萘康谋戎丶s在10%～15%之間，可能會(huì)達(dá)到或超過(guò)1990年12%的歷史最高值。對(duì)鈾礦的需求分析，是基于以上預(yù)測(cè)結(jié)果及下列技術(shù)條件[5]：新投入運(yùn)營(yíng)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(jìn)行，天然鈾提前3年生產(chǎn)，即某年度的需求量依據(jù)當(dāng)年在役容量以及3年后新增投運(yùn)容量來(lái)計(jì)算。

根據(jù)上述計(jì)算方法，得出全球2030年鈾累計(jì)需求量如下：低方案221萬(wàn)tU，中方案277萬(wàn)tU，高方案325萬(wàn)tU(表2)。全球現(xiàn)有已查明鈾礦資源量為547萬(wàn)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(yùn)營(yíng)的核電服役60年計(jì)算，則全部核電(2030年之后投入運(yùn)營(yíng)的不計(jì)算在內(nèi))全壽期對(duì)鈾的累計(jì)需求量分別為：低方案639萬(wàn)tU，中方案909萬(wàn)tU，高方案1139萬(wàn)tU。全球常規(guī)鈾礦資源總量為1238萬(wàn)tU，能夠滿足未來(lái)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(wàn)tU，因未開(kāi)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(jì)將于2035年左右投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)?？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(duì)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(jì)內(nèi)(最遲下個(gè)世紀(jì))被資源更為豐富、環(huán)境更加友好、價(jià)格更為低廉、使用更為便利的新能源(如太陽(yáng)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(wú)需擔(dān)心鈾礦資源的供應(yīng)問(wèn)題。

表2 全球2030年前核電裝機(jī)容量及鈾礦需求預(yù)測(cè)

圖1 全球鈾礦累計(jì)需求預(yù)測(cè)

4 我國(guó)鈾礦需求預(yù)測(cè)

目前，我國(guó)在役核電機(jī)組為906.8萬(wàn)kWe，在建機(jī)組為1644萬(wàn)kWe，規(guī)劃?rùn)C(jī)組加上2030年前擬建機(jī)組超過(guò)1億kWe，全部合計(jì)超過(guò)1.3億kWe。關(guān)于我國(guó)核電未來(lái)裝機(jī)容量有多種預(yù)測(cè)，從近幾年看，有不斷提高的趨勢(shì)。2015年前的核電發(fā)展，可以根據(jù)已開(kāi)工或近期將開(kāi)工的建設(shè)情況加以較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。2016～2030年的核電發(fā)展，可根據(jù)國(guó)家正在擬議的核電規(guī)劃、與內(nèi)部人士交流，以及我國(guó)能源和電力發(fā)展態(tài)勢(shì)加以推測(cè)。將2030年投入運(yùn)營(yíng)的核電機(jī)組預(yù)測(cè)結(jié)果，分為低、中、高3個(gè)方案，分別為1.3億kWe、2億kWe、2.6億kWe，占全國(guó)電力裝機(jī)容量的比重將達(dá)到5%～10%的水平。雖然仍然低于當(dāng)時(shí)的世界水平以及美國(guó)當(dāng)前的水平，但明顯高于我國(guó)目前1%的水平，屆時(shí)，我國(guó)將有可能成為世界核電第一大國(guó)。

按照3種方案，對(duì)我國(guó)2010～2030年期間鈾礦累計(jì)需求量的預(yù)測(cè)結(jié)果如下：低方案28.4萬(wàn)tU，中方案40.7萬(wàn)tU，高方案51.8萬(wàn)tU(表3)。根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，我國(guó)已查明鈾礦資源量為6.8萬(wàn)tU，待查明鈾礦資源量為0.6萬(wàn)tU，合計(jì)7.4萬(wàn)tU。2030年前，我國(guó)鈾礦累計(jì)需求量分別約相當(dāng)于我國(guó)資源量的3.9倍、5.5倍及7倍，缺口分別高達(dá)21萬(wàn)tU、33.4萬(wàn)tU、44.4萬(wàn)tU。2030年前投入運(yùn)營(yíng)的核電機(jī)組全壽期對(duì)鈾礦累計(jì)需求量，分別高達(dá)123萬(wàn)tU、190萬(wàn)tU、248萬(wàn)tU，相當(dāng)于我國(guó)資源量的16.7倍、25.8倍及33.6倍。有關(guān)人士指出，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)公布的我國(guó)鈾礦資源量數(shù)據(jù)明顯偏低，我國(guó)鈾礦資源潛力可能達(dá)177萬(wàn)tU。不過(guò)，即使照此計(jì)算，也僅能滿足低方案2030年前投運(yùn)核電機(jī)組全壽期對(duì)鈾礦資源的累計(jì)需求。

表3 中國(guó)2030年前核電裝機(jī)容量及鈾礦需求預(yù)測(cè)

根據(jù)國(guó)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(shuō)，即使幾年之內(nèi)我國(guó)國(guó)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(chǎng)，而2016～2018年期間鈾礦累計(jì)需求量就將超過(guò)我國(guó)現(xiàn)有資源量(圖2)。即使考慮到找礦潛力較大，面對(duì)急劇攀升的需求，我國(guó)仍將很快出現(xiàn)鈾礦供應(yīng)嚴(yán)重短缺的現(xiàn)象，鈾礦對(duì)外依存度將迅速上升，導(dǎo)致我國(guó)能源供需格局的重大變化。

圖2 我國(guó)鈾礦累計(jì)需求預(yù)測(cè)

5 戰(zhàn)略對(duì)策

5.1 建立和不斷擴(kuò)充我國(guó)的鈾礦資源儲(chǔ)備

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，世界的鈾產(chǎn)量始終低于需求量，但全球并沒(méi)有出現(xiàn)鈾的供需失衡，這是由于美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)家在多年前就已經(jīng)建立起充足鈾礦資源儲(chǔ)備，為穩(wěn)定本國(guó)甚至其他國(guó)家的鈾供給發(fā)揮了重要作用。由于我國(guó)的核電起步晚、規(guī)模小，目前也沒(méi)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(chǔ)備。目前，國(guó)際鈾價(jià)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(jià)格繼續(xù)下降的空間不大。建議趁當(dāng)前國(guó)際鈾價(jià)不高、未來(lái)預(yù)期價(jià)格上漲的情況下，趕在全球鈾需求大幅增加之前，大量從國(guó)際市場(chǎng)購(gòu)進(jìn)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(gè)層面的鈾礦資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備。

5.2 確立近期以國(guó)際貿(mào)易為主、遠(yuǎn)期以海外生產(chǎn)為主的發(fā)展目標(biāo)

國(guó)際貿(mào)易與國(guó)外生產(chǎn)是我國(guó)獲取國(guó)外鈾礦資源的重要手段。不過(guò)，在國(guó)外產(chǎn)能建立起來(lái)之前，只能依靠國(guó)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(mén)和企業(yè)應(yīng)充分利用因全球金融危機(jī)而導(dǎo)致的各國(guó)對(duì)外資依賴程度上升的大好機(jī)遇，迅速行動(dòng)，以參股或控股的形式，盡可能多地獲取國(guó)外的鈾礦山。爭(zhēng)取在較短時(shí)間內(nèi)，取得國(guó)外鈾礦勘查重大突破，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)勘查開(kāi)發(fā)等形式，在國(guó)外建立鈾礦生產(chǎn)供應(yīng)基地和資源儲(chǔ)備基地，降低對(duì)國(guó)際鈾礦貿(mào)易市場(chǎng)的依賴。

5.3 對(duì)主要鈾礦資源國(guó)進(jìn)行綜合評(píng)估，確定對(duì)外投資優(yōu)先順序

綜合考慮各國(guó)鈾礦資源情況和投資環(huán)境，并充分考慮各國(guó)自身的鈾礦需求及對(duì)外來(lái)鈾礦投資的管制程度，可將我國(guó)鈾礦對(duì)外投資候選國(guó)按優(yōu)先順序分為三類：第一類國(guó)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(guó)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(guó)家包括美國(guó)、印度、烏克蘭、丹麥、德國(guó)、捷克、瑞典、墨西哥、埃及。我國(guó)對(duì)外投資以第一類國(guó)家為主要目標(biāo)國(guó)，第二類國(guó)家要給予重點(diǎn)考慮，第三類國(guó)家作為候補(bǔ)。

5.4 努力降低快中子反應(yīng)堆成本，開(kāi)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(guò)其建造成本相當(dāng)于熱中子反應(yīng)堆的3.5倍，發(fā)電成本相當(dāng)于熱中子反應(yīng)堆的2.5倍，經(jīng)濟(jì)上不可行。如果能進(jìn)一步改進(jìn)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(dòng)快中子堆核電站大規(guī)模投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，鈾利用率將提高60～70倍，可實(shí)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(lái)，極大地拓寬了核燃料來(lái)源，從而大大降低對(duì)鈾礦的需求。

5.5 認(rèn)真應(yīng)對(duì)來(lái)自印度的競(jìng)爭(zhēng)

印度的能源資源非常貧乏，其核電發(fā)展計(jì)劃比我國(guó)更為雄心勃勃。辛格總統(tǒng)最近表示，印度計(jì)劃到2050年將核電裝機(jī)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(wàn)tU，未查明資源量約7.3萬(wàn)tU，合計(jì)12.4萬(wàn)tU。如果印度的核電計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)，則印度每年的鈾需求量達(dá)8萬(wàn)tU以上，4.7億kW全壽期內(nèi)的全部鈾需求量高達(dá)500萬(wàn)tU，比我國(guó)高得多，約相當(dāng)于全球常規(guī)鈾礦資源量的40%。印度國(guó)內(nèi)的鈾礦資源量相比需求是杯水車薪，必然會(huì)動(dòng)用一切手段搶占國(guó)外鈾礦資源?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)全球范圍內(nèi)的對(duì)鈾礦資源最激烈爭(zhēng)奪可能發(fā)生在中印之間，對(duì)此，我國(guó)需要提早應(yīng)對(duì)，探討與印度合作開(kāi)發(fā)國(guó)外鈾礦資源的可能性，盡可能避免兩敗俱傷的惡性競(jìng)爭(zhēng)。

[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(guó)核能發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]. 中國(guó)核科技報(bào)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.