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【行业观察】世界天然铀资源可用多少年？
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| 来源：中国核工业杂志 日期：2011-04-14 |
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发展核电需天然铀资源作保障。经合组织核能组和国际原子能机构联合公布的2009年版红皮书《2009年铀：资源、生产和需求》，是从三个方面进行概括的：全世界铀探明储量636.6万吨，比2007年版增加了15.5％，按2008年年消费量计算，足够利用100年以上；核能还会发展，按国际原子能机构预测，全球核电容量到2035年，将增加到500万至785万千瓦，铀资源需求量还会增加；从技术上看，如果及时部署先进反应堆和核燃料循环技术，探明铀资源可使用千百年。 经合组织核能组和国际原子能机构，从近、中、远三个层次，从发展的观点，比较全面客观地表述了世界核电发展的天然铀资源保证的情况。结论是：探明铀资源可满足近期核能的发展，铀资源不会构成核能发展的制约因素；但中期还会逐步趋紧，要抓紧勘查；从长远发展看，应及时部署能增殖核燃料的快堆等先进反应堆技术，及其配套的核燃料循环技术的发展。 天然铀资源利用的静态指标 ——天然铀资源利用率 被利用裂变释能的原子数占总消耗原子数比例，就是天然铀的资源利用率。以一个百万千瓦级压水堆核电机组为例，假定容量因子65%，铀浓缩厂尾料铀-235富集度为2.5%，初始堆芯装料需低浓铀约80吨，约需400吨天然铀富集而成；年换料需用155吨天然铀富集成约22吨低浓铀。60年寿命共需天然铀约9545吨。按1个铀-235原子裂变释放195Mev可利用能量计算，60年发电需5.65吨铀原子裂变，资源利用率为0.59%。如果实行铀钚再循环，乏燃料中的铀钚回收复用，可节省1/4到1/3的天然铀，资源利用率提高到0.79%~0.89%。由于计算不确定性较大，一般粗略地说约1%。 对快中子堆来说，从理论上说，不考虑燃料循环过程的损耗，是可以把所有铀原子都裂变利用的，资源利用率为百分之百。但按目前燃料循环过程中各环节的加工损耗水平估算，资源利用率为60%左右。快中子堆的资源利用率是一次利用循环压水堆的100倍，是铀钚再循环压水堆的60倍左右。 ——万吨天然铀发电量 一个百万千瓦的压水堆，全寿命运行60年，总共大致需要约1万吨天然铀。反过来说，1万吨天然铀能支持1个百万千瓦压水堆核电机组运行60年，万吨天然铀发电量就是指1万吨天然铀能支持核电机组能发的电量。 把一百万千瓦、容量因子80%、全寿命运行60年的发电能力记作1GWeL（百万千瓦寿命），表征对核电支持能力的大小。一般压水堆可发电约1GWeL，实行铀钚再循环可发电1.25~1.3GWeL，快堆则可发电约100GWeL。 静态计算的压水堆——快堆万吨天然铀核电支持能力高达100 GWeL。但实际上因快堆的增殖有一个过程，支持能力的增长有一个增长过程，也与快堆的性能关系密切。假定压水堆全寿期60年内生产的钚，可建氧化物燃料快堆2个，每30年建1个；可建金属燃料快堆3个，每20年建1个。氧化物燃料快堆的倍增时间为20年，经过20年增殖的钚，可再建一个快堆，全寿期60年可增殖3个；金属燃料快堆倍增时间为10年，全寿期可增殖6个。那么1万吨天然铀在100年内可建的发电容量见图1。 由图看出，增殖过程前期是很慢的，要经过相当时间后才能显现。增殖性能好的快堆，效果才好。 这是个理想化的分析，将来的快堆性能如何，现在还很难说，这里只说明快堆增殖核燃料对核电发展大致的作用。 ——发电铀耗 煤电厂中有一个发电标准煤耗，每发1KWh电所消耗的标准煤量，是煤电厂先进性和能源利用的重要指标。在核电厂中相应的指标是天然铀耗，每发1KWh电要消耗多少天然铀？对目前建设的压水堆，当铀浓缩厂的尾料铀-235富集度为0.25%时，天然铀耗约为25毫克。如果进行铀钚再循环利用，天然铀耗降低为约18毫克。快堆可不消耗天然铀，消耗的是贫铀。快堆的铀耗约为0.26毫克。 天然铀供需的动态分析 天然铀利用的静态指标只能在一定前提条件下才能说明事物的情况。而客观现实是发展变化的动态过程，因此，应根椐核电的发展过程和天然铀资源的消耗过程作动态分析，才能相对正确反映铀资源供需的真实情况。 动态分析要求有一定的时间跨度，我们用世界核协会（WNA）最近做的百年展望的核电增长作展望性的分析。 世界核电发展规模预测 WNA作了21世纪世界核电发展的百年展望，对世界60多个国家、地区，作了社会、经济、能源、电力、核电发展的预测，综合给出了世界核电发展的总规模。世界核电发展的总趋势是，在2060年前保持每年1500万~6300万千瓦的增长速度，2060年后将以更快的速度增长，到2090年后趋缓。全球核电容量2030年为6.02亿~13.49亿千瓦，2060年为11.4亿~36.88亿千瓦，2100年为20.6亿~110.46千瓦。 铀资源对世界核电发展支持能力的综合分析 下面结合WNA预测的核发电增长过程和2009年版红皮书给出的天然铀资源量，作世界核电发展中的铀资源的供求分析。 ——近期（2030年） 按当前全世界天然铀的年消耗量约6.5万吨计算，636.6万吨的探明铀资源几乎可满足100多年的需求。 根据WNA核电发展百年展望中2030年全球核电总装机容量，框算从2008到2030年的22年内，对天然铀资源的需求为243万~456万吨，已探明铀资源636.6万吨，超过高边界对铀资源的需求，可以满足核电发展的需求，且有余。因此，从宏观看，世界近期核电发展的铀资源是有保证的。 ——中期（2060年） 根据WNA百年展望中的数据，2060年，世界核电总装机容量为11.4亿~36.88亿千瓦，那么从2009年到2060年的52年内，共需天然铀资源为900万~2450万吨。高、低边界都超过了已探明铀资源量，必须通过努力，把预测、推断资源提升转化利用。对低边界需求而言，若强化探查，利用目前掌握的预测、推断资源，部分转化为探明资源，由约636万吨增加到900万吨，那么可以满足核电发展的需求。对高边界而言，已远远超过了1600万吨的世界铀资源总量。从宏观看，世界核电中期发展的铀资源供应有缺口，为了满足中期核电发展的需要，必须要积极采取措施，做好充分的准备。 ——远期（2060年以后） 按WNA的预测，世界核电发展2060年后会加速发展，到2090年后才可能减缓。不论是高边界还是低边界，全球天然铀资源总量1600万吨都不能支持这阶段核电的发展。 由上述分析可得出结论： 2030年以前的近期，全球已探明铀资源可以满足世界核电发展的需求，并可能支持到稍后一段时间。在2030至2060年的中期，铀资源的支持能力与核电发展的实际规模关系密切，如果规模偏于最低边界，通过抓紧勘查工作，把较多现尚未探明的预测、推断资源转化为探明资源，则有可能满足核电发展的需求；如果偏于最高边界，那么延续走只发展目前的轻水堆核电站的老路，就走不通了，必须另辟新路。（温鸿钧） |
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