2021年全球核能發(fā)電報告

　　核能發(fā)電是用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶動發(fā)電機一起旋轉而發(fā)電，并通過電網(wǎng)輸送給消費者。

　　核能發(fā)電是解決2050年全球達到二氧化碳排放為零的重要支柱。根據(jù)世界銀行集團和維基百科的數(shù)據(jù)制成“世界各國核能發(fā)電進展排序”，請點擊下面網(wǎng)頁：

　　https://www.bilibili.com/video/BV1n64y1m7xw/?spm_id_from=333.788.videocard.11

　　20世紀60年代中國核能發(fā)電量為零，到1993年中國核能發(fā)電才開始有1.6TWh，占全球總量的0.007%;根據(jù)BP2021年報告，到2020年中國核能發(fā)電量達到366.2 TWh，占全球總量的13.6%。2020年中國居世界第二位，僅次于美國30.8%。但是中國運行、在建和擬建反應堆數(shù)將超過美國。

2020年核能發(fā)電量前三位國家

　　核能反應堆發(fā)展已經(jīng)進入第四代，中國已經(jīng)有自己研制的反應堆。

核電站反應堆類型進程

　　根據(jù)世界核能協(xié)會(World Nuclear Association，WNA)2021年6月的報告，美國是世界上核能發(fā)電量最多的國家，2021年6月有93座核反應堆，生產(chǎn)95523TWh，占全球核能發(fā)電量總量的95523/394282=24.2%;而德國、英國則處于停滯發(fā)展階段。

　　表中“%e”表示核能發(fā)電占發(fā)電總量的百分率。全球核能發(fā)電占全球發(fā)電總量的10.1%，其中法國高達70.6%。本數(shù)據(jù)是世界核能協(xié)會WNA 2021年1月份提供的數(shù)據(jù)。

2021年6月全球核反應堆及鈾需求

　　單位換算：68240tU=80472tU₃O₈ ; 1 tU₃O₈=80472/68240=1.179

　　中國核能發(fā)電進展較快，2020年已經(jīng)躍居全球第二位，但是與美國相比較差距仍然很大。論核能發(fā)電的發(fā)展速度，中國發(fā)展最快，在建的核反應堆最多，達17座。擬建的有38座。這是其他國家無法相比的。

中國核能發(fā)電量及占中國發(fā)電總量的份額

　　世界上最大的核電站是日本柏崎刈羽核電站，裝機容量為7965MW，但2011年已經(jīng)停工。值得注意的是韓國核電站進展很快，前十位核電站就占有3席，把美國和日本都甩到后面。

全球十大核電站

　　鈾的來源

　　鈾在土壤、巖石及河流、海洋都可發(fā)現(xiàn);甚至在人體和食品中都有痕跡量存在。但是濃縮的鈾礦卻只在很少的地方發(fā)現(xiàn)，一般是在堅硬的巖石中，如在地殼中占60%的花崗巖中，其鈾含量可達百萬分之四。

　　自然界中存在的可裂變元素只有鈾-235，而它只占天然鈾中的0.7%，其余均為鈾-238。在核電站中可將一部分鈾-238轉變?yōu)轭?239，同樣，也可以將自然界中大量存在的釷-232轉變?yōu)榭闪炎兊拟?233，因此，估計核燃料資源時，必須考慮核燃料增殖這一因素。這樣，核燃料的儲量遠遠超過化石燃料，能長期滿足核能發(fā)電的需要。

天然鈾的典型濃度

　　各國的鈾儲量

　　鈾儲備量是指可供開采的鈾資源儲備，不計同位素。即使不考慮增殖反應堆所產(chǎn)生的副產(chǎn)品(例如钚)，鈾儲備量中所蘊含的核裂變能量遠大于地球上所有化石燃料(甚至包括甲烷氣水包合物)的能量之和。有一些元素例如釷可以用來生成鈾，并且副產(chǎn)品可以用于熱發(fā)電。很多加拿大、格陵蘭、西伯利亞和南極洲的地區(qū)因為永久凍土而沒有進行勘探，其中可能含有大量未被發(fā)現(xiàn)的儲備。

　　2011年鈾可采資源量為5327200噸U，2017年增加到6142600噸U。中國鈾資源勘探從2011年的166100噸U增加到2017年的290 400噸U。

　　本數(shù)據(jù)是OECD NEA & IAEA于2017年發(fā)布的。此儲量包括可采儲量和推斷儲量。

2017年世界各國鈾儲量

      1945-2018年鈾累積產(chǎn)量

　　1945-2016年期間的鈾生產(chǎn)可分為四個不同階段：

　?、?1945年至1960年代中期的軍事時代，核燃料發(fā)電是核軍備競賽的附帶條件。上世紀50年代，為了滿足高濃縮鈾和钚的需求，生產(chǎn)迅速增長。鈾需求在1960年代急劇下降，作為回應，到1960年代中期產(chǎn)量減半。

　　⑵ 1960年代中期至1980年代中期。隨著反應堆訂單的擴大，民用核能快速擴張的時期見證了鈾產(chǎn)量的回升。許多新礦山投產(chǎn)，通常由與北美、日本和西歐電力公司簽訂的長期合同承保。西方的生產(chǎn)在1980年達到頂峰，直到1985年都保持在年度反應堆需求之上。

　?、?1980年代中期至2002年左右。到1985年，核建設計劃被嚴重削減。為了建造更多的核電站，許多公用事業(yè)公司已經(jīng)簽署了鈾合同。尊重這些創(chuàng)造了一個重要的懸置。隨著礦山的枯竭，許多礦山減產(chǎn)或關閉。公用事業(yè)公司在不依賴新產(chǎn)品的情況下，通過減少大量庫存來滿足要求。由于1993年前蘇聯(lián)的鈾進入西方市場，供應過剩的時間延長了。

　?、?21世紀初至今。市場對需要新的初級生產(chǎn)以促進預期的核增長復興的看法作出了強烈反應。這是在多年來一直面臨不利經(jīng)濟條件、需要抵消不斷減少和有限的二次供應的鈾礦部門的背景下發(fā)生的。這一反應始于2003年，當時世界鈾價格強勁上漲，一直持續(xù)到2007年(2003年初至2007年年中，現(xiàn)貨市場價格上漲了13倍)，但隨后進入了向下調整，2011年福島核事故更是加劇了這一趨勢。自事故發(fā)生以來，鈾價格已跌至有史以來經(jīng)通脹調整的最低水平之一。

1945-2018年鈾累積產(chǎn)量

      2009-2019年期間各國鈾礦生產(chǎn)

　　本數(shù)據(jù)是世界核能協(xié)會(WNA)于 2020年12月份提供的從鈾礦生產(chǎn)(公噸U)的數(shù)據(jù)。

　　▲ 世界上三分之二以上的鈾產(chǎn)量來自哈薩克斯坦、加拿大和澳大利亞。

　　▲ 由于采取原地溶浸采鈾法(In situ leach，ISL)，目前鈾產(chǎn)量增加了50%。

　　世界約66%從鈾礦生產(chǎn)的鈾是來自哈薩克斯坦、加拿大、澳大利亞和納米比亞。其中哈薩克斯坦鈾生產(chǎn)占世界的比例最大，2019年供應世界的41.6%，其次是加拿大(12.7%)和澳大利亞(12.1%)。中國鈾產(chǎn)量較少，鈾生產(chǎn)居世界第8位，占世界總量的3.4%。

2009-2019年鈾礦生產(chǎn)(公噸U)

　　單位換算：68240tU=80472 tU₃O₈ ; 1 tU₃O₈=80472/68240=1.179 tU

　　鈾礦開采法

　　鈾礦開采方式一直在改變。1990 年，世界鈾產(chǎn)量的有55% 來自地下礦山，但到 1999 年這一比例急劇下降，當時只有 33%。從 2000 年開始，加拿大新礦山采用原位浸出(ISL，也稱為原位回收，ISR)，采礦在總量中的份額一直在穩(wěn)步上升，主要是由于哈薩克斯坦，2019年占產(chǎn)量的一半以上：

　　鈾礦開采方法主要有露天開采、地下開采和原地浸出采鈾三種方法。

　?、?露天開采法。按一定程序先剝離表土和覆蓋巖石，使礦石出露，然后進行采礦。此法僅用于埋藏較淺的礦體。

　?、?地下開采法。通過掘進聯(lián)系地表與礦體的一系列井巷，從礦體中采出礦石。此工藝過程比較復雜，在礦床離地表較深的條件下采用這種方法。

　?、?原地溶浸采鈾法(In situ leach，ISL)。通過地表鉆孔將化學藥劑注入礦帶，通過化學反應選擇性地溶解礦石中的有用成分—鈾，并將浸出液提取出地表，而不使礦石繞圍巖產(chǎn)生位移。這種采鈾的方法與常規(guī)采礦相比，生產(chǎn)成本低，勞動強度小，但其應用有一定的局限性，只適用于具有一定地質、水文地質條件的礦床。

2019年鈾礦開采法

　　傳統(tǒng)的鈾礦山有一個磨礦機，將礦石粉碎、研磨，然后用硫酸浸出，以溶解鈾氧化物。在常規(guī)礦山的選礦廠或ISL操作的處理廠，鈾在干燥和包裝之前，通常用離子交換以U₃O₈形式分離。一些磨坊和ISL操作(尤其是在美國)使用碳酸鹽浸出，而不是硫酸，這取決于礦體。用副產(chǎn)品法當鈾作為副產(chǎn)品被回收時，銅或磷酸鹽處理過程可能會更復雜。

　　鈾生產(chǎn)公司

　　20世紀90年代 ，鈾生產(chǎn)行業(yè)通過收購、兼并和關閉得到了鞏固，但隨著哈薩克斯坦的跨國所有權結構，這一行業(yè)再次多樣化。超過一半的鈾礦生產(chǎn)來自國有礦業(yè)公司，其中一些公司將安全供應置于市場考慮之上。2018年，全球前十大鈾生產(chǎn)公司銷售了全球87%的鈾產(chǎn)量：

2013～2015年世界鈾生產(chǎn)主要公司

　　隨著哈薩克斯坦的跨國所有權結構再次多元化。超過一半的鈾礦生產(chǎn)來自國有礦業(yè)公司，其中一些公司將安全供應置于市場考慮之上，全球總產(chǎn)量約有下降。2018年，全球前十大鈾生產(chǎn)公司銷售了全球80%的鈾產(chǎn)量：

2018年世界鈾生產(chǎn)主要公司

　　2018年最大的鈾礦山

　　2018年世界十大鈾礦占據(jù)了全球總產(chǎn)量的51%。雖然加拿大雪茄湖居產(chǎn)量之首，但哈薩克斯坦占了4席。

2018年世界十大鈾礦

　　值得關注的核能發(fā)電網(wǎng)絡

　　國際組織

　　國際原子能機構International Atomic Energy Agency(IAEA)〖http://www.iaea.org〗

　　世界核能協(xié)會World Nuclear Association(WNA)〖http://www.world-nuclear.org〗

　　核供應國集團Nuclear Suppliers Group (NSG)〖http://www.nuclearsuppliersgroup.org〗

　　經(jīng)濟合作與發(fā)展組織核能署OECD Nuclear Energy Agency (NEA)〖http://www.oecd-nea.org〗

　　世界核能操作者協(xié)會World Association of Nuclear Operators (WANO)〖https://www.wano.org.uk〗

　　國際熱核實驗反應堆International Thermonuclear Experimental Reactor(ITER)〖https://www.iter.org〗

　　國際冷聚變科學學會International Society for Condensed Matter Nuclear Science(ISCMNS)〖http://www.iscmns.org〗

　　歐洲原子能論壇European Atomic Forum (FORATOM)〖https://www.foratom.org〗

　　歐洲原子能共同體European Atomic Energy Community (EURATOM)〖https://ec.europa.eu/energy/topics/nuclear-energy_en〗

　　歐洲核學會European Nuclear Society (ENS) 〖https://www.euronuclear.org〗

　　歐洲核能研究組織European Organization for Nuclear Research(CERN)〖http://public.web.cern.ch/〗

　　管理機構

　　美國能源部核能科學技術局Office of Nuclear Energy〖https://www.ne.doe.gov〗

　　英國原子能機構UK Atomic Energy Agency(UKAEA)〖https://www.gov.uk/government/organisations/uk-atomic-energy-authority〗

　　法國原子能委員會French Atomic Energy Commission(CEA)〖https://www.cea.fr〗

　　中國國家原子能機構 China Atomic Energy Authority〖http://www.caea.gov.cn〗

　　國家實驗室

　　阿貢國家實驗室Argonne National Laboratory (ANL)〖https://www.anl.gov〗

　　費米國家加速器實驗室Fermi National Accelerator Laboratory(Fermilab)〖https://www.fnal.gov〗

　　勞倫斯—伯克利國家實驗室Lawrence Berkeley National Laboratory〖http://www.lbl.gov〗

　　洛斯—阿拉莫斯國家實驗室Los Alamos National Laboratory〖https://www.lanl.gov/〗

　　桑地亞國家實驗室Sandia National Laboratories(SANL)〖https://www.sandia.gov/〗

　　西北太平洋國家實驗室Pacific Northwest National Laboratory〖https://www.pnnl.gov/〗

　　橡樹嶺國家實驗室Oak Ridge National Laboratory(ORNL)〖http://www.ornl.gov〗

　　布洛克海文國家實驗室Brookhaven National Laboratory(BNL)〖http://www.bnl.gov/world〗

　　勞倫斯—利弗莫爾國家實驗室Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)〖http://www.llnl.gov〗

　　愛達荷國家實驗室Idaho National Laboratory(INL)〖https://inl.gov/〗

　　普林斯頓大學等離子體物理實驗室Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL)〖https://www.pppl.gov/〗

　　美國核能研究所Nuclear Energy Institute(NEI)〖https://www.nei.org/home〗

　　俄羅斯聯(lián)合核研究所Joint Institute for Nuclear Research (JINR)〖http://www.jinr.ru/〗

　　高能物理研究所Государственный научный центр Российской Федерации·Институт физики высоких энергий (ГНЦ ИФВЭ)〖http://www.ihep.su/〗

　　圣彼得堡核物理研究所Petersburg Nuclear Physics Institute〖http://www.pnpi.spb.ru/〗

　　俄羅斯科學院核研究所Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences〖http://www.inr.ac.ru〗

　　俄羅斯聯(lián)邦核中心Russian Federal Nuclear Center (VNIIEF)〖http://www.vniief.ru/〗

　　日本原子力研究開發(fā)機構Japan Atomic Energy Agency (JAEA) 〖https://www.jaea.go.jp〗

　　國家聚變科學研究所 National Institute for Fusion Science (NIFS) 〖https://www.nifs.ac.jp〗

　　京都大學復合原子力科學研究所Kyoto University Research Reactor Institute(KURRI)

　　〖https://www.rri.kyoto-u.ac.jp〗

　　美國核學會American Nuclear Society(ANS)〖https://www.ans.org〗

　　加拿大核協(xié)會Canadian Nuclear Association (CNA)〖https://cna.ca〗

　　英國核工業(yè)協(xié)會Nuclear Industry Association(NIA)〖https://www.niauk.org〗

　　比利時核能協(xié)會Association Vinçotte Nuclear (AVN)〖https://www.avn.be〗

　　意大利核協(xié)會Italian Nuclear Association(AIN)〖https://www.assonucleare.it/〗

　　羅馬尼亞核能協(xié)會Romanian "Nuclear Energy" Association(AREN)〖https://aren.ro/〗

　　澳大利亞核協(xié)會Australian Nuclear Association Inc (ANA)〖https://www.nuclearaustralia.org.au/〗

　　鈾情報中心Uranium Information Centre 〖http://www.uic.com.au〗

　　INIS中心·中國核情報中心〖http://inis-china.atominfo.com.cn〗

　　貿 易

　　鈾出口國Uranium Exports by Country 〖http://www.worldstopexports.com/uranium-exports-by-country〗