2022 年2 月24 日，美國能源部發(fā)布《核能供應(yīng)鏈深度評估報告》，預(yù)測了核能在美國和全球其他國家的發(fā)展前景，評價了美國核能供應(yīng)鏈風(fēng)險和機遇，并指出了美國核工業(yè)未來的發(fā)展重點。

這份報告是能源部根據(jù)拜登總統(tǒng)2021 年2月簽署的第14017 號行政令“美國供應(yīng)鏈”編寫的13 份能源領(lǐng)域供應(yīng)鏈深度評估報告中的一份。在這13 份評估報告的基礎(chǔ)上，能源部撰寫了《維護供應(yīng)鏈安全以大力推進清潔能源轉(zhuǎn)型的綜合戰(zhàn)略》。這是美國政府有史以來第一份關(guān)于建立安全、有彈性和多樣化國內(nèi)能源工業(yè)基礎(chǔ)的綜合戰(zhàn)略，為提升美國清潔能源供應(yīng)鏈的彈性與可靠性提出了60多項行動建議。

1 核能市場前景廣闊

隨著先進反應(yīng)堆研發(fā)、示范和部署工作的推進，核能未來將在三方面實現(xiàn)多樣化：一是反應(yīng)堆類型多樣化，目前全球商業(yè)核電機組主要是大型輕水堆，未來會有包括先進輕水堆、液態(tài)金屬冷卻快堆、高溫氣冷堆、熔鹽堆在內(nèi)的多種反應(yīng)堆實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用；二是反應(yīng)堆規(guī)模多樣化，隨著模塊化小堆和微堆實現(xiàn)商用，未來用戶可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)規(guī)模的反應(yīng)堆，甚至可以在現(xiàn)有燃煤電廠建設(shè)反應(yīng)堆；三是能源產(chǎn)品多樣化，除了發(fā)電，核能還可用于供暖、制氫、液體合成燃料的生產(chǎn)等。

世界各國已就能源結(jié)構(gòu)清潔低碳轉(zhuǎn)型達成廣泛共識。核能在美國及其他國家均有廣闊的發(fā)展前景。美國已設(shè)立2035年電力部門無碳排放和2050年整個經(jīng)濟體凈零排放目標。最近的兩項研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有核電機組延壽和核能創(chuàng)新是美國降低碳減排目標實現(xiàn)成本的關(guān)鍵：核電機組一次延壽（即將運行壽期從40年延長至60年）能夠降低3300 億美元的碳減排支出；如果將現(xiàn)有核電機組延壽與新建機組相結(jié)合，能夠進一步降低數(shù)千億美元支出。模擬研究表明，核電在美國電力結(jié)構(gòu)中所占份額可能從當(dāng)前的20%增至70%。

美國商務(wù)部2017年的一項研究估計：“未來十年全球民用核電市場產(chǎn)值將達5000億至7400億美元，可能為美國創(chuàng)造逾1000 億美元的出口收入和數(shù)千個就業(yè)崗位?！睈圻_荷國家實驗室預(yù)計，2040 年全球微堆市場規(guī)?？赡苓_到每年數(shù)百座，2050 年增至每年數(shù)千座。在國際市場開拓方面，美國面臨著來自中國和俄羅斯等國的競爭。在當(dāng)前國際環(huán)境下，各國關(guān)于核電建設(shè)的決策總是超出經(jīng)濟范疇，涉及地緣政治關(guān)系、國家能源戰(zhàn)略、環(huán)境目標（尤其是碳減排）、核不擴散、技術(shù)準備、監(jiān)管基礎(chǔ)架構(gòu)和當(dāng)?shù)毓娊邮芏鹊?。美國企業(yè)在其中的部分領(lǐng)域擁有優(yōu)勢（詳見表1）。報告建議美國加快推進先進反應(yīng)堆商業(yè)化部署，在核工業(yè)領(lǐng)域重新確立國際領(lǐng)導(dǎo)地位，進而確保核能在世界各地以高安全水平和不擴散標準部署。

2 美國核能供應(yīng)鏈風(fēng)險

報告從現(xiàn)有核電機組和先進反應(yīng)堆兩方面評估了美國供應(yīng)鏈風(fēng)險（詳見表2）。

2.1 現(xiàn)有核電機組供應(yīng)鏈風(fēng)險

美國現(xiàn)有93臺核電機組，均為大型輕水堆，其中8 臺機組許可壽期為40 年，79 臺機組已獲準延壽至60 年，6 臺機組已獲準延壽至80 年。此外，19 臺機組準備延壽至80 年。對于現(xiàn)有機組，美國已擁有成熟供應(yīng)鏈，但在三個方面存在供應(yīng)風(fēng)險。

表1 美國核工業(yè)的優(yōu)勢和劣勢以及未來發(fā)展機會和面臨的威脅

表2 美國現(xiàn)有電機組和先進反應(yīng)堆供應(yīng)鏈主要風(fēng)險

一是天然鈾生產(chǎn)和鈾轉(zhuǎn)化服務(wù)供應(yīng)。由于國際市場鈾價持續(xù)保持在低位，美國鈾礦近年來紛紛停產(chǎn)減產(chǎn)，產(chǎn)量持續(xù)降低，2020年鈾產(chǎn)量只占全球總產(chǎn)量的0.2%。一旦全球天然鈾供應(yīng)中斷，本國產(chǎn)能可能無法快速提升，導(dǎo)致供應(yīng)中斷。但是，應(yīng)當(dāng)指出的是，澳大利亞和加拿大等美國盟友擁有大量鈾資源且產(chǎn)量很高。如果發(fā)生斷供，他們能夠填補供應(yīng)缺口。美國唯一的鈾轉(zhuǎn)化廠即梅特羅波利斯廠2017 年暫時停運，此后的美國鈾轉(zhuǎn)化服務(wù)完全依賴外國供應(yīng)商。目前預(yù)計梅特羅波利斯廠將于2023年恢復(fù)運行。

二是濃縮鋰供應(yīng)。在現(xiàn)有核電廠中，壓水堆機組需要在整個運行期間不斷添加鋰，以控制一回路酸堿值。鋰的總需求量估計為每年300 千克。澳大利亞、智利和中國是世界三大鋰生產(chǎn)國，但當(dāng)前僅中國和俄羅斯擁有鋰濃縮能力。隨著其他國家更多壓水堆建成投運，鋰需求量會逐步增加。為消除這一供應(yīng)風(fēng)險，美國電力研究協(xié)會正在研究使用氫氧化鉀代替鋰。

三是鉻和鎳供應(yīng)。鎳和鉻是核電機組管道系統(tǒng)以及金屬設(shè)備和部件的重要制造原料。目前美國50%的鎳需求和75%的鉻需求通過進口滿足：鎳主要來自印度尼西亞、菲律賓和俄羅斯，鉻主要來自南非和哈薩克斯坦?，F(xiàn)有核電廠的長期持續(xù)運行需要更換多種金屬設(shè)備和部件。

2.2 先進反應(yīng)堆供應(yīng)鏈風(fēng)險

美國正在積極推進先進反應(yīng)堆研發(fā)，并預(yù)計先進反應(yīng)堆將在2035 年后實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)部署。在先進反應(yīng)堆商業(yè)化過程中，需要大力開展供應(yīng)鏈建設(shè)，尤其應(yīng)關(guān)注四方面能力建設(shè)。

一是高豐度低濃鈾（即鈾-235 豐度在5%至20%之間的濃縮鈾）供應(yīng)。許多先進反應(yīng)堆需要使用高豐度低濃鈾燃料。愛達荷國家實驗室估計：包括國防部微堆項目、能源部“先進反應(yīng)堆示范計劃”、醫(yī)用同位素生產(chǎn)等在內(nèi)的確切需求2030 年前約為每年8 至12 噸鈾；潛在商業(yè)需求到2030 年可能超過每年100 噸鈾。美國目前沒有任何商業(yè)產(chǎn)能可用于生產(chǎn)高豐度低濃鈾，唯一供應(yīng)商是俄羅斯技術(shù)裝備出口公司。

二是燃料制造能力。美國現(xiàn)有燃料制造設(shè)施均是為滿足輕水堆需求建設(shè)的，目前沒有商業(yè)規(guī)模的先進反應(yīng)堆燃料制造設(shè)施，例如三元結(jié)構(gòu)各向同性（TRISO）燃料和金屬燃料。BWX技術(shù)公司已啟動弗吉尼亞州林奇堡TRISO燃料生產(chǎn)線的升級改造和產(chǎn)能擴張，并且該生產(chǎn)線已獲準使用高豐度低濃鈾制造TRISO燃料。X能源公司和泰拉能源公司正在“先進反應(yīng)堆示范計劃”幫助下推進先進燃料制造設(shè)施的建設(shè)：前者擬建設(shè)一座TRISO燃料設(shè)施，后者擬建設(shè)一座金屬燃料設(shè)施。

三是核級石墨供應(yīng)。部分先進反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)件和慢化劑需要使用核級石墨。但石墨存在供應(yīng)風(fēng)險，因為美國全部依賴進口，且全球75%的石墨產(chǎn)自中國。此外，美國目前沒有核級石墨結(jié)構(gòu)件（部件）生產(chǎn)商。

四是鋰以及鋰和氯的濃縮。熔鹽堆需要高純度的鋰或氯基鹽來用作冷卻劑和燃料（除非使用TRISO燃料）。鋰和氯都需要濃縮，并需要合成燃料鹽。目前，美國僅有實驗室規(guī)模的燃料鹽生產(chǎn)能力，未來需要部署商業(yè)產(chǎn)能。

3 美國未來核能發(fā)展重點

根據(jù)核工業(yè)供應(yīng)鏈風(fēng)險評估結(jié)果，報告指明了美國核工業(yè)需要在短期和長期內(nèi)開展的重點工作。

3.1 短期發(fā)展重點

在至本世紀20 年代中期的短期內(nèi)，美國應(yīng)重點關(guān)注兩項工作：確保高豐度低濃鈾供應(yīng)安全和完成先進反應(yīng)堆首堆建設(shè)。實際上，能源部近年來一直在這兩個方面持續(xù)開展工作。

對于高豐度低濃鈾供應(yīng)，能源部已明確兩種方案。一是為確保近期供應(yīng)，從庫存的高濃鈾乏燃料中提取高濃鈾（鈾-235豐度超過20%），然后稀釋成高豐度低濃鈾。二是為保障長期穩(wěn)定供應(yīng)，能源部正在幫助森圖斯能源公司推進離心鈾濃縮技術(shù)的商業(yè)化，并采用費用共擔(dān)的方式在俄亥俄州派克頓建設(shè)一座濃縮設(shè)施。預(yù)計這座設(shè)施將于今年上半年投運，啟動高豐度低濃鈾的示范性生產(chǎn)。

能源部2020 年啟動“先進反應(yīng)堆示范計劃”，目標是在未來五至七年內(nèi)幫助兩個技術(shù)開發(fā)商建成示范堆，并大力支持有望在21 世紀30年代中期實現(xiàn)商用的創(chuàng)新型反應(yīng)堆研發(fā)。能源部已決定在該計劃下資助10 種先進反應(yīng)堆，其中兩種準備在2028 年底前建成首堆，并已選定廠址：X能源公司準備在華盛頓州哥倫比亞縣建設(shè)首座Xe-100 小堆電廠；泰拉能源公司準備在懷俄明州凱默勒建設(shè)第一座“Natrium反應(yīng)堆-儲能系統(tǒng)”示范電廠。

3.2 長期發(fā)展重點

美國核工業(yè)的長期發(fā)展規(guī)劃應(yīng)重點關(guān)注三個領(lǐng)域：新機組的建設(shè)和運營、現(xiàn)有機組持續(xù)運行以及核能多元化應(yīng)用。美國已在后兩個領(lǐng)域積極開展工作。

由于天然氣價格長期保持在低位以及可再生能源在補貼支持下迅速發(fā)展，電價持續(xù)處于較低水平，美國幾乎所有核電廠都處于收不抵支的狀態(tài)，自2012 年以來已有超過10 臺機組永久關(guān)閉。為保障現(xiàn)有機組的持續(xù)運行，已有多個州宣布向處于虧損狀態(tài)的核電廠提供非市場金融補貼。《2021 年基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法》授權(quán)能源部在2022 至2026 年實施總額為60 億美元的民用核信貸計劃，支持現(xiàn)有機組持續(xù)運行。

能源部2021年宣布為兩個核電制氫示范項目提供資助：8月宣布為愛克斯龍電力公司提供資助，將在九英里峰核電廠安裝用于制氫的質(zhì)子交換膜電解槽，預(yù)計電解槽將于2022 年投入運行；10 月宣布為PNW 氫能公司提供資助，在帕洛弗迪核電廠開展低溫電解制氫示范項目。

4 結(jié)語

核能是一種清潔、高效、優(yōu)質(zhì)的基荷能源，具有能量密度高、碳排放量低、環(huán)境影響小、持續(xù)運行時間長、用途廣泛等特點，已在滿足電力需求、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境等方面為我國做出重要貢獻，是我國踐行“2030 年碳達峰、2060 年碳中和”承諾的理性且現(xiàn)實的選擇。我國應(yīng)“積極安全有序發(fā)展核電”，加快裝機容量建設(shè)，逐步提升核電在電力結(jié)構(gòu)中所占份額，同時大力開展先進核能技術(shù)研發(fā)，推進核能多元化應(yīng)用及其與能源密集型產(chǎn)業(yè)的耦合發(fā)展，充分發(fā)揮核能零碳排放的優(yōu)勢，在更多領(lǐng)域取代化石能源，助力雙碳目標的實現(xiàn)。

通過幾十年的努力，我國已構(gòu)筑完整的核工業(yè)體系，形成完整的核工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，正在從核能大國向核能強國邁進。然而，當(dāng)今世界正面臨百年未有之大變局，且新冠疫情全球大流行和近期俄烏沖突均在加速推進這一變局。面對當(dāng)前情況，我國應(yīng)增強憂患意識，居安思危，持續(xù)開展產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的能力評價，堅持科技創(chuàng)新，不斷加強產(chǎn)業(yè)鏈中薄弱環(huán)節(jié)建設(shè)，為實現(xiàn)向核能強國的跨越奠定堅實基礎(chǔ)。

我國核電“走出去”已上升為國家戰(zhàn)略，是踐行“一帶一路”倡議的重要體現(xiàn)。但國際核電市場開拓面臨的政治風(fēng)險很大，易受地緣政治關(guān)系的影響。除了反應(yīng)堆造價，業(yè)主國政府在選擇供應(yīng)商時還需要考慮政治、外交、融資等諸多因素。美國已從2020年開始改變過去以企業(yè)為主的方式，轉(zhuǎn)而使用國家力量幫助本國企業(yè)進軍國際市場，已在波蘭、烏克蘭和羅馬尼亞等國取得重要階段性成果。未來我國應(yīng)加強頂層協(xié)調(diào)，推進跨部級協(xié)調(diào)，各方形成合力，大力開拓國際市場。