打造新时期我国核电、核燃料产业命运共同体

李广长1,张红林

(1.中国核工业集团有限公司，北京 100822;2.中国核科技信息与经济研究院，北京 100048)

1 现状与形势

1.1 我国核燃料产业的发展取得的重要成绩

我国核燃料产业起步于20世纪50年代末,经过几十年的发展,我国形成了世界上只有少数国家才拥有的完整核燃料科技工业体系,满足了国内核电发展对核燃料供应的需求,持续保持着良好的安全纪录,自秦山一期核电站发电以来,国内核燃料加工产业的产品质量和服务能力成为核电站安全稳定运行的可靠保障,同时有效地支撑了核电“走出去”战略。

“十二五”以来,在国家大力支持和相关企业的努力下,核燃料科技创新体系的建设不断完善,一批与核燃料产业技术发展相关的大型基础设施相继开工建设或投入使用,科技创新能力和水平显著提升。核燃料产业核心领域技术取得一批标志性成果：一是铀纯化转化单线3 000 t/a铀纯化转化技术成果已经实现商业化应用,建成了万吨级的铀纯化转化一体化生产线,生产运行稳定,单线6 000 t铀纯化转化一体化技术将在3年左右完成研发;二是铀浓缩技术实现从扩散技术向离心技术的更新换代,专用设备及配套设备制造实现了大规模应用,浓缩工厂设计、建造、运行技术完全实现了自主化,整体水平与国际先进水平相当,新型设备研制取得重要阶段成果;三是自主品牌压水堆核燃料元件研发加快推进,中核集团研制的CF3先导组件于2014年在大型商用压水堆实现入堆辐照,CF3A先导组件于2017年实现入堆考验,后续将逐步扩大入堆数量,最终实现全堆芯使用并具备替换能力,其他核电集团也都在加快推进压水堆元件研发工作。环形燃料元件和ATF燃料元件等先进燃料研发与世界各国开展了研发竞赛,已经完成阶段性研究工作。

核燃料加工能力按照核能发展规划适度超前配置,始终保障了我国核电当前和长远的发展需要。目前,我国铀纯化转化已具备万吨级能力,铀浓缩能力可满足国内市场需求和一定的国际市场需求。核燃料组件加工已经形成南北两个制造基地,具备每年加工1 000 t铀的AFA 3G组件、400 t铀的AP1000组件、50 t铀的VVER组件、200 t铀的CANDU重水堆组件以及30万个球的高温气冷堆燃料,现有核燃料元件加工能力可以满足国内以及出口核电站多种堆型及机型的现实需求,是全球具备加工能力最全面的国家之一。

与此同时,我国已经具备了自主可靠的体系配套能力和工程设计与建造能力,其中在铀浓缩环节具备了专业化的离心生产线设计、施工和运行体系,核燃料组件关键材料锆材体系基本构建,自主研发生产改进的Zr-4合金(低锡Zr-4)可满足燃耗低于40～45 GW·d/t燃料组件的要求,自主研发的高性能锆合金N36已经具备工业化生产条件。另外,通过技术转让,已经实现了AFA-3G燃料组件所需M5锆合金管材本土化生产加工;构建了完整的AP1000燃料Zirlo合金生产链,包括海绵锆生产、合金熔炼、条带和管材制造等在内的全部生产工艺。

同时也要清醒地看到,尽管我国核燃料产业能力、技术水平取得了显著的进步,但是由于我国长期以引进核电为主,燃料依靠技术转让实现本土化生产,因此在系统研究设计技术、工艺技术、关键材料与设备等方面仍存差距,要实现自主化,达到国际一流的先进水平还需要锲而不舍持续努力,其中特别重要的是原始创新能力和研发实验验证基础能力需要大力加强,面对国际新型燃料研发群雄并起争抢制高点的局面,我国在继续赶超先进国家的同时努力取得独创独有的发明,是我国能否实现战略目标的关键。

1.2 机遇

清洁低碳是当今世界能源发展的主题,核电在构建清洁低碳能源体系中将继续发挥重要作用。截至2018年底,我国在运核电装机容量世界第三,在建规模世界第一。2019年我国核电项目审批将重新开启,预计到2035年核电装机规模达到1.5亿kW左右,到2050年核电装机规模将更大。在世界范围内,没有哪个国家有如此规模的核电发展规划,这是我国核燃料产业能够长远发展的根本基础。另外,“一带一路”沿线国家是核电重要的增长动力来源,这些国家大都缺乏核燃料技术和生产能力,中国完全可以发挥地缘优势,服务周边国家和地区的核电用户,建立地区核燃料加工中心。总的来看,未来国内以及国际核电增长预期为我国核燃料产业发展壮大提供了难得的战略机遇。

当前,我国实施创新驱动战略,核燃料产业创新加速提质,成果不断,水平攀高,差距缩小,后发优势明显。例如2010年中核集团设立了高性能燃料元件设计与制造技术专项科技攻关项目,在前期积累基础上,到目前为止,N36锆合金经堆内考验和生产技术攻关具备工业化条件,CF3以及CF3A自主设计元件经2～3个循环表现良好,研发已进入尾声,更先进的CF型燃料以及N系列高性能锆合金等研发正持续推进。可以预计,按照这样的节奏继续努力,再有10年左右,可以期待我国核燃料产业加工环节的科技状态达到世界先进水平。

我国核燃料产业能力经过近十年的发展,也已经发生了质的飞跃,不仅表现在生产能力大幅提高,更重要的是自主能力和技术水平显著增强,如果继续坚持核燃料立足于国内供应的政策,使核燃料产业的规模经济性得到发挥,其国际竞争力达到更高水平是毫无问题的,然而这不仅需要核燃料行业的奋发努力,同时需要国家主管部门、核电企业达成共识,巩固和发展好国内市场这个根本立足点,共同打开国际市场,一致应对国际竞争。

1.3 挑战

受福岛核事故的影响,全球核电增长预期以及原有的发展节奏受到严重影响,出现了一些国家宣布关闭、减缓发展核电甚至弃核的情况,虽然一些国家有建设核电意愿,但真正落地仍需相当的时间周期。这种情况导致核燃料供求失衡严重,市场竞争激烈。铀浓缩价格不断下行,铀浓缩价格指数已经跌破主要供应商的成本价,对核燃料产业造成了严重的冲击。从供需角度看核燃料元件历来供大于求,燃料元件并不单纯取决于价格的可替代商品,与反应堆自身的物理特性、用户的燃料循环策略等方面息息相关,因此全球大多数核燃料元件制造商同时也是反应堆供应商,为其设计的反应堆提供首炉和初期换料的同时,以其技术的独有性和保证反应堆的安全运行为依托力图获取长期市场或利益。可以预计当前和今后很长时期,世界范围内核燃料供应将处于供过于求的状态,国际供应商必将面临更严峻的生存压力。目前最现实可期待的全球最重要的发展核电的国家是中国,也是最有发展最可期待的核燃料市场,因此各国际核燃料供应商加快拓展进入我国核燃料市场已是目前最严峻的挑战。目前,相比于俄罗斯、欧盟等国际上具备自主铀浓缩供应能力的国家或地区,我国铀浓缩供应外国占比已经处于高位,并且有日趋严重的倾向。有的资源国家还成功利用资源出口打开我国核燃料产品市场,有的核电出口国企图采取各种方式延缓我国燃料自主化进程,力图保持并扩大在中国的市场占有份额,燃料元件的市场和利益也面临不断损失的现状和进一步扩大的风险。

国内方面,我国核燃料产能建设按照核电发展规划进行了配置,但由于核电近几年新增开工核电机组寥寥无几,在建核电与核电规划节奏核目标差距较大;同时部分核电建设周期延长,未能按期完工,造成了国内核燃料加工能力出现了阶段性过剩。目前国内现有AP1000核燃料加工能力为400 t铀,即使目前4台AP1000核电站全部建成,年需求也仅有100 t铀左右,过剩产能超过3倍;AFA 3G燃料国内供应能力为1 400 t铀,实际目前需求仅约为800 t铀;与此同时,国内核电集团在哈萨克斯坦建设200 t铀生产线,预计2020年投运,加工的产品将全部销往国内,这将进一步加剧市场流失问题。当前,国内核燃料产业部分环节几年没有新项目开工,对产业可持续发展带来严重冲击,尤其是铀浓缩这一环节,多年来已经建成的设备制造能力以及工程设计施工力量,由于几年没有新项目,生产线处于半停产状态,骨干人才开始流失。铀浓缩工厂在尚未达到经济规模时,不能继续扩大生产能力,又遇上价格急速下跌的市场环境,面临要巩固市场份额,扩大市场占有的严峻挑战。

当前分离功价格低迷已成为产业必须面对的问题,使我国分离功更具有价格竞争力，这是必须实现的要求,也是产业的责任,而另一方面这个问题如果仅从核电企业角度出发,在各自利益的斟酌中,按照价低者得之,把市场拱手让人,似乎无可厚非,但必将会对我国铀浓缩这一战略领域造成严重消极影响,在充分考虑核电经济性的同时,必须从这一领域对国家的重要性和对核电长期燃料循环保障的综合因素系统性予以解决。

应该看到,上述的挑战与问题是客观存在的,并且在某些方面呈现越来越严重的趋势。但同时,只要我国政府部门、行业部门、各集团企业共同努力,在国家、行业、企业的长远利益和根本利益上寻求一致,把保护好发展好我国核燃料工业作为一项重要的事情,就完全可以战胜这些挑战,在为核电提供优质服务的基础上,发展好我国的核燃料产业。

2 我国核电与核燃料是利益命运共同体

核电安全、高效、可持续发展需要安全可靠的核燃料供应保障体系,核燃料产业高质量发展也需要依靠核电发展的带动,一台核电机组投运到退役通常需要40～60年的核燃料供应保障。因此,核燃料产业体系与核电产业体系之间不是一种单纯的市场买卖关系,而是相互依存利益一致的,需要长期相伴、相互依赖,是共荣共生、共生共赢的生态体系,两者实质上是命运共同体,对我国来说更是如此。这就需要建立一种长期信任关系和相互包容的文化,共同实现核电核燃料系统整体的效率和价值,提高整个体系的抗风险能力。

还应该看到,核燃料的服务对象单一,就是核电站。自有核电以来,目前全球在运一共也就400多座核电站,市场容量非常有限,预期也非常清晰。我国核电发展到2035年,其所增加的燃料需求也是清晰有限的,发展好了可以使我国核燃料产业迈上一个新的台阶,不仅可以保障我国核电全寿期的稳定经济供应与服务,而且能与国际主要供应商同台比高下,在国际市场上有所作为,为核电走出去提供强有力的支持。如果各核电集团都要发展自己的核燃料体系,必然是在不经济的规模下,承担高成本的代价,同时受到更多的制约。而国内主要的核燃料产业体系由于未能在中国的核电发展中得到同步发展,核燃料市场增量甚至部分存量被瓜分了,产业受到严重影响,不仅是我国核燃料产业的损失,对我国核电而言,也绝非符合其根本利益。我国是核电大国,并正在向核电强国迈进中,更需要建设基于本土化的核燃料供应体系能力,才能为核电发展提供真正的、可靠的保障。打造本国的自主可控的核燃料加工保障能力体系是建设核电强国的必然方向。

从核燃料行业特性看,全球具备规模和竞争力的核燃料产业公司不超过10家,核燃料产业是一个技术性强、上下游衔接紧密,各环节能力相互配套的产业。为了实现核燃料技术的迭代升级,提升竞争力,核燃料各关键环节需要持续的高技术研发费用投入;这些原因,导致俄罗斯、法国等核电强国,为了巩固竞争地位和话语权,建立了高度集中的核燃料产业体系,国家主导产业发展,效果十分明显。虽然法国市场包括欧美市场是开放的,但是有限度受制约,并且开放对等,没有单边开放只进不出。目前有的核电集团正布局自己的燃料体系,国内核燃料产业正日趋分散,集中统一的核燃料供应体系正在被瓦解,核电与核燃料相互依存、相互支持、共同发展的生态环境正接受考验。是各自为战,被人各个击破,还是构建命运共同体,一致对外,是必须回答的问题。

3 打造我国先进的核燃料产业体系的思考

当前,我国核燃料产业处于由大到强的发展阶段,产业能力正处于向经济规模过渡期,科技爬坡过坎关键期,科技攻关与产业规模效应初步显现。保护好我国核燃料产业是一项十分重要的工作,需要给予我国核燃料产业在转型发展上的战略耐性和必要的包容,也需要给予必要的产业政策引导和鼓励。就此提出以下几点思考供讨论。

3.1 形成核电与核燃料是命运共同体与利益共同体的共识

站在国家与企业的大利益上,寻求保护好国内核燃料产业和市场的方法和途径。既要考虑核电的经济性,也要考虑核燃料发展的阶段性,政府部门应坚持核燃料立足国内供应的产业政策,并进一步提出具体的实施政策,如使用国内燃料的鼓励政策、进口燃料的限制政策等;企业间应针对中短期到中长期的不同预期,形成相互理解和相互支持的供应架构,充分体现一家人的信任与担当。保住当前国内核燃料市场,防止外国蚕食是最重要的任务之一,只有这样核燃料工业才有发展的基础和条件。

3.2 切实采取行动推动核电与核燃料命运共同体的打造

既然是命运共同体,就应该共同建设核燃料产业。核燃料是为核电服务的,是保障核电安全稳定经济运行的关键,核电企业在核燃料产业建设发展过程中不应是被动接受而应是主动参与,核电与核燃料应对相互的关切有深入的理解，在充分理解的基础上，用具有约束力的方式，履行各自的责任和义务，从而体现信任与责任。命运共同体不仅是口号,主动参与不仅是形式,应寻求构建共同体和参与的具体方式,例如各核电集团共同出资建设一个核燃料产业实体,将现有的各自隶属的涉及燃料的部分均纳入其中,这个实体为国内所有核电服务,接受各核电集团的监督。进而言之,有符合条件的其他投资者也可考虑,形成有效的治理体制机制和运行模式,有利于使这个产业实体在规制下运行。当然也可以探讨其他方式。

3.3 形成新时期国内核燃料技术协同创新格局

近期应考虑燃料元件联合研发问题,目前重复投资,抢夺人才,少有往来,各搞一套,而且极易让外国公司坐收渔翁之利。应该联合起来一致对外,国内可以分工协作,也可以形成联合研发的实体实现利益共享,一起规划燃料元件的科技方向,关键技术、关键材料和设备攻关清单和规划,自主品牌产品替代路线图,共同支撑核电走出去战略的实施,使我国在未来的发展中和与国外竞争中处于有利地位。联合研发的实体可以由各核电集团共同出资,负责人可以公开竞聘,成果可以共同拥有,各核电集团均可使用,不但为我国核电服务,也可以为国际客户服务。

3.4 尽快签订落实中长期合同是走向命运共同体的开端

中长期合同是体现诚意,走向命运共同体的开端。这里的关键是国内供应量和价格,应以供应量即市场占有率为先,这是国内核燃料产业可持续发展和不断提升竞争力的基础,价格充分协商,按照相互体谅、长期共赢的原则,在中长期合同中实行分阶段的价格模式,例如基于规模效益的成本优势的不断体现,可以给出价格的预期值,以及市场发生剧烈变动时的价格原则,体现相互包容和支持的态度。相信只要有共同目标,就能找到解决的方法。

总之,站在国家战略、民族工业、持续发展、核电安全的角度,国内核电与核燃料都应同呼吸,共命运,共同打造一套强大的中国核燃料产业体系,实现牢固支撑我国核电产业发展和走出去战略,实现核电与核燃料共同发展的目标。