2010年7月21日，中國第一座快中子反應(yīng)堆——中國實(shí)驗(yàn)快堆首次成功臨界。2010年12月21日，我國首座動(dòng)力堆乏燃料后處理中間試驗(yàn)工程熱調(diào)試成功。這兩大成果，是我國第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)、核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)的重大突破，是中國核工業(yè)自主創(chuàng)新的重大成果，為推進(jìn)我國核能工業(yè)的繼續(xù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)核燃料供應(yīng)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，奠定了基礎(chǔ)，是我國核能工業(yè)獨(dú)立自主、自力更生、研發(fā)創(chuàng)新的重大勝利。
發(fā)展核電需天然鈾資源作保障。經(jīng)合組織核能組和國際原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合公布的2009年版紅皮書《2009年鈾：資源、生產(chǎn)和需求》，是從三個(gè)方面進(jìn)行概括的：全世界鈾探明儲(chǔ)量636.6萬噸，比2007年版增加了15.5％，按2008年年消費(fèi)量計(jì)算，足夠利用100年以上；核能還會(huì)發(fā)展，按國際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球核電容量到2035年，將增加到500萬至785萬千瓦，鈾資源需求量還會(huì)增加；從技術(shù)上看，如果及時(shí)部署先進(jìn)反應(yīng)堆和核燃料循環(huán)技術(shù)，探明鈾資源可使用千百年。
經(jīng)合組織核能組和國際原子能機(jī)構(gòu)，從近、中、遠(yuǎn)三個(gè)層次，從發(fā)展的觀點(diǎn)，比較全面客觀地表述了世界核電發(fā)展的天然鈾資源保證的情況。結(jié)論是：探明鈾資源可滿足近期核能的發(fā)展，鈾資源不會(huì)構(gòu)成核能發(fā)展的制約因素；但中期還會(huì)逐步趨緊，要抓緊勘查；從長遠(yuǎn)發(fā)展看，應(yīng)及時(shí)部署能增殖核燃料的快堆等先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)，及其配套的核燃料循環(huán)技術(shù)的發(fā)展。
天然鈾資源利用的靜態(tài)指標(biāo)
——天然鈾資源利用率
被利用裂變釋能的原子數(shù)占總消耗原子數(shù)比例，就是天然鈾的資源利用率。以一個(gè)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組為例，假定容量因子65%，鈾濃縮廠尾料鈾-235富集度為2.5%，初始堆芯裝料需低濃鈾約80噸，約需400噸天然鈾富集而成；年換料需用155噸天然鈾富集成約22噸低濃鈾。60年壽命共需天然鈾約9545噸。按1個(gè)鈾-235原子裂變釋放195Mev可利用能量計(jì)算，60年發(fā)電需5.65噸鈾原子裂變，資源利用率為0.59%。如果實(shí)行鈾钚再循環(huán)，乏燃料中的鈾钚回收復(fù)用，可節(jié)省1/4到1/3的天然鈾，資源利用率提高到0.79%~0.89%。由于計(jì)算不確定性較大，一般粗略地說約1%。
對(duì)快中子堆來說，從理論上說，不考慮燃料循環(huán)過程的損耗，是可以把所有鈾原子都裂變利用的，資源利用率為百分之百。但按目前燃料循環(huán)過程中各環(huán)節(jié)的加工損耗水平估算，資源利用率為60%左右。快中子堆的資源利用率是一次利用循環(huán)壓水堆的100倍，是鈾钚再循環(huán)壓水堆的60倍左右。
——萬噸天然鈾發(fā)電量
一個(gè)百萬千瓦的壓水堆，全壽命運(yùn)行60年，總共大致需要約1萬噸天然鈾。反過來說，1萬噸天然鈾能支持1個(gè)百萬千瓦壓水堆核電機(jī)組運(yùn)行60年，萬噸天然鈾發(fā)電量就是指1萬噸天然鈾能支持核電機(jī)組能發(fā)的電量。
把一百萬千瓦、容量因子80%、全壽命運(yùn)行60年的發(fā)電能力記作1GWeL（百萬千瓦壽命），表征對(duì)核電支持能力的大小。一般壓水堆可發(fā)電約1GWeL，實(shí)行鈾钚再循環(huán)可發(fā)電1.25~1.3GWeL，快堆則可發(fā)電約100GWeL。
靜態(tài)計(jì)算的壓水堆——快堆萬噸天然鈾核電支持能力高達(dá)100 GWeL。但實(shí)際上因快堆的增殖有一個(gè)過程，支持能力的增長有一個(gè)增長過程，也與快堆的性能關(guān)系密切。假定壓水堆全壽期60年內(nèi)生產(chǎn)的钚，可建氧化物燃料快堆2個(gè)，每30年建1個(gè)；可建金屬燃料快堆3個(gè)，每20年建1個(gè)。氧化物燃料快堆的倍增時(shí)間為20年，經(jīng)過20年增殖的钚，可再建一個(gè)快堆，全壽期60年可增殖3個(gè)；金屬燃料快堆倍增時(shí)間為10年，全壽期可增殖6個(gè)。那么1萬噸天然鈾在100年內(nèi)可建的發(fā)電容量見圖1。
由圖看出，增殖過程前期是很慢的，要經(jīng)過相當(dāng)時(shí)間后才能顯現(xiàn)。增殖性能好的快堆，效果才好。
這是個(gè)理想化的分析，將來的快堆性能如何，現(xiàn)在還很難說，這里只說明快堆增殖核燃料對(duì)核電發(fā)展大致的作用。
——發(fā)電鈾耗
煤電廠中有一個(gè)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗，每發(fā)1KWh電所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤量，是煤電廠先進(jìn)性和能源利用的重要指標(biāo)。在核電廠中相應(yīng)的指標(biāo)是天然鈾耗，每發(fā)1KWh電要消耗多少天然鈾？對(duì)目前建設(shè)的壓水堆，當(dāng)鈾濃縮廠的尾料鈾-235富集度為0.25%時(shí)，天然鈾耗約為25毫克。如果進(jìn)行鈾钚再循環(huán)利用，天然鈾耗降低為約18毫克。快堆可不消耗天然鈾，消耗的是貧鈾。快堆的鈾耗約為0.26毫克。
天然鈾供需的動(dòng)態(tài)分析
天然鈾利用的靜態(tài)指標(biāo)只能在一定前提條件下才能說明事物的情況。而客觀現(xiàn)實(shí)是發(fā)展變化的動(dòng)態(tài)過程，因此，應(yīng)根椐核電的發(fā)展過程和天然鈾資源的消耗過程作動(dòng)態(tài)分析，才能相對(duì)正確反映鈾資源供需的真實(shí)情況。
動(dòng)態(tài)分析要求有一定的時(shí)間跨度，我們用世界核協(xié)會(huì)（WNA）最近做的百年展望的核電增長作展望性的分析。
世界核電發(fā)展規(guī)模預(yù)測
WNA作了21世紀(jì)世界核電發(fā)展的百年展望，對(duì)世界60多個(gè)國家、地區(qū)，作了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、能源、電力、核電發(fā)展的預(yù)測，綜合給出了世界核電發(fā)展的總規(guī)模。世界核電發(fā)展的總趨勢是，在2060年前保持每年1500萬~6300萬千瓦的增長速度，2060年后將以更快的速度增長，到2090年后趨緩。全球核電容量2030年為6.02億~13.49億千瓦，2060年為11.4億~36.88億千瓦，2100年為20.6億~110.46千瓦。
鈾資源對(duì)世界核電發(fā)展支持能力的綜合分析
下面結(jié)合WNA預(yù)測的核發(fā)電增長過程和2009年版紅皮書給出的天然鈾資源量，作世界核電發(fā)展中的鈾資源的供求分析。
——近期（2030年）
按當(dāng)前全世界天然鈾的年消耗量約6.5萬噸計(jì)算，636.6萬噸的探明鈾資源幾乎可滿足100多年的需求。
根據(jù)WNA核電發(fā)展百年展望中2030年全球核電總裝機(jī)容量，框算從2008到2030年的22年內(nèi)，對(duì)天然鈾資源的需求為243萬~456萬噸，已探明鈾資源636.6萬噸，超過高邊界對(duì)鈾資源的需求，可以滿足核電發(fā)展的需求，且有余。因此，從宏觀看，世界近期核電發(fā)展的鈾資源是有保證的。
——中期（2060年）
根據(jù)WNA百年展望中的數(shù)據(jù)，2060年，世界核電總裝機(jī)容量為11.4億~36.88億千瓦，那么從2009年到2060年的52年內(nèi)，共需天然鈾資源為900萬~2450萬噸。高、低邊界都超過了已探明鈾資源量，必須通過努力，把預(yù)測、推斷資源提升轉(zhuǎn)化利用。對(duì)低邊界需求而言，若強(qiáng)化探查，利用目前掌握的預(yù)測、推斷資源，部分轉(zhuǎn)化為探明資源，由約636萬噸增加到900萬噸，那么可以滿足核電發(fā)展的需求。對(duì)高邊界而言，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了1600萬噸的世界鈾資源總量。從宏觀看，世界核電中期發(fā)展的鈾資源供應(yīng)有缺口，為了滿足中期核電發(fā)展的需要，必須要積極采取措施，做好充分的準(zhǔn)備。
——遠(yuǎn)期（2060年以后）
按WNA的預(yù)測，世界核電發(fā)展2060年后會(huì)加速發(fā)展，到2090年后才可能減緩。不論是高邊界還是低邊界，全球天然鈾資源總量1600萬噸都不能支持這階段核電的發(fā)展。
由上述分析可得出結(jié)論： 2030年以前的近期，全球已探明鈾資源可以滿足世界核電發(fā)展的需求，并可能支持到稍后一段時(shí)間。在2030至2060年的中期，鈾資源的支持能力與核電發(fā)展的實(shí)際規(guī)模關(guān)系密切，如果規(guī)模偏于最低邊界，通過抓緊勘查工作，把較多現(xiàn)尚未探明的預(yù)測、推斷資源轉(zhuǎn)化為探明資源，則有可能滿足核電發(fā)展的需求；如果偏于最高邊界，那么延續(xù)走只發(fā)展目前的輕水堆核電站的老路，就走不通了，必須另辟新路。（溫鴻鈞）
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