李廣長1,張紅林

(1.中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100822;2.中國核科技信息與經(jīng)濟(jì)研究院，北京 100048)

1 現(xiàn)狀與形勢

1.1 我國核燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展取得的重要成績

我國核燃料產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)50年代末,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國形成了世界上只有少數(shù)國家才擁有的完整核燃料科技工業(yè)體系,滿足了國內(nèi)核電發(fā)展對核燃料供應(yīng)的需求,持續(xù)保持著良好的安全紀(jì)錄,自秦山一期核電站發(fā)電以來,國內(nèi)核燃料加工產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)能力成為核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障,同時有效地支撐了核電“走出去”戰(zhàn)略。

“十二五”以來,在國家大力支持和相關(guān)企業(yè)的努力下,核燃料科技創(chuàng)新體系的建設(shè)不斷完善,一批與核燃料產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展相關(guān)的大型基礎(chǔ)設(shè)施相繼開工建設(shè)或投入使用,科技創(chuàng)新能力和水平顯著提升。核燃料產(chǎn)業(yè)核心領(lǐng)域技術(shù)取得一批標(biāo)志性成果：一是鈾純化轉(zhuǎn)化單線3 000 t/a鈾純化轉(zhuǎn)化技術(shù)成果已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,建成了萬噸級的鈾純化轉(zhuǎn)化一體化生產(chǎn)線,生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定,單線6 000 t鈾純化轉(zhuǎn)化一體化技術(shù)將在3年左右完成研發(fā);二是鈾濃縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)從擴(kuò)散技術(shù)向離心技術(shù)的更新?lián)Q代,專用設(shè)備及配套設(shè)備制造實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用,濃縮工廠設(shè)計、建造、運(yùn)行技術(shù)完全實(shí)現(xiàn)了自主化,整體水平與國際先進(jìn)水平相當(dāng),新型設(shè)備研制取得重要階段成果;三是自主品牌壓水堆核燃料元件研發(fā)加快推進(jìn),中核集團(tuán)研制的CF3先導(dǎo)組件于2014年在大型商用壓水堆實(shí)現(xiàn)入堆輻照,CF3A先導(dǎo)組件于2017年實(shí)現(xiàn)入堆考驗(yàn),后續(xù)將逐步擴(kuò)大入堆數(shù)量,最終實(shí)現(xiàn)全堆芯使用并具備替換能力,其他核電集團(tuán)也都在加快推進(jìn)壓水堆元件研發(fā)工作。環(huán)形燃料元件和ATF燃料元件等先進(jìn)燃料研發(fā)與世界各國開展了研發(fā)競賽,已經(jīng)完成階段性研究工作。

核燃料加工能力按照核能發(fā)展規(guī)劃適度超前配置,始終保障了我國核電當(dāng)前和長遠(yuǎn)的發(fā)展需要。目前,我國鈾純化轉(zhuǎn)化已具備萬噸級能力,鈾濃縮能力可滿足國內(nèi)市場需求和一定的國際市場需求。核燃料組件加工已經(jīng)形成南北兩個制造基地,具備每年加工1 000 t鈾的AFA 3G組件、400 t鈾的AP1000組件、50 t鈾的VVER組件、200 t鈾的CANDU重水堆組件以及30萬個球的高溫氣冷堆燃料,現(xiàn)有核燃料元件加工能力可以滿足國內(nèi)以及出口核電站多種堆型及機(jī)型的現(xiàn)實(shí)需求,是全球具備加工能力最全面的國家之一。

與此同時,我國已經(jīng)具備了自主可靠的體系配套能力和工程設(shè)計與建造能力,其中在鈾濃縮環(huán)節(jié)具備了專業(yè)化的離心生產(chǎn)線設(shè)計、施工和運(yùn)行體系,核燃料組件關(guān)鍵材料鋯材體系基本構(gòu)建,自主研發(fā)生產(chǎn)改進(jìn)的Zr-4合金(低錫Zr-4)可滿足燃耗低于40～45 GW·d/t燃料組件的要求,自主研發(fā)的高性能鋯合金N36已經(jīng)具備工業(yè)化生產(chǎn)條件。另外,通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了AFA-3G燃料組件所需M5鋯合金管材本土化生產(chǎn)加工;構(gòu)建了完整的AP1000燃料Zirlo合金生產(chǎn)鏈,包括海綿鋯生產(chǎn)、合金熔煉、條帶和管材制造等在內(nèi)的全部生產(chǎn)工藝。

同時也要清醒地看到,盡管我國核燃料產(chǎn)業(yè)能力、技術(shù)水平取得了顯著的進(jìn)步,但是由于我國長期以引進(jìn)核電為主,燃料依靠技術(shù)轉(zhuǎn)讓實(shí)現(xiàn)本土化生產(chǎn),因此在系統(tǒng)研究設(shè)計技術(shù)、工藝技術(shù)、關(guān)鍵材料與設(shè)備等方面仍存差距,要實(shí)現(xiàn)自主化,達(dá)到國際一流的先進(jìn)水平還需要鍥而不舍持續(xù)努力,其中特別重要的是原始創(chuàng)新能力和研發(fā)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)能力需要大力加強(qiáng),面對國際新型燃料研發(fā)群雄并起爭搶制高點(diǎn)的局面,我國在繼續(xù)趕超先進(jìn)國家的同時努力取得獨(dú)創(chuàng)獨(dú)有的發(fā)明,是我國能否實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵。

1.2 機(jī)遇

清潔低碳是當(dāng)今世界能源發(fā)展的主題,核電在構(gòu)建清潔低碳能源體系中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。截至2018年底,我國在運(yùn)核電裝機(jī)容量世界第三,在建規(guī)模世界第一。2019年我國核電項(xiàng)目審批將重新開啟,預(yù)計到2035年核電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.5億kW左右,到2050年核電裝機(jī)規(guī)模將更大。在世界范圍內(nèi),沒有哪個國家有如此規(guī)模的核電發(fā)展規(guī)劃,這是我國核燃料產(chǎn)業(yè)能夠長遠(yuǎn)發(fā)展的根本基礎(chǔ)。另外,“一帶一路”沿線國家是核電重要的增長動力來源,這些國家大都缺乏核燃料技術(shù)和生產(chǎn)能力,中國完全可以發(fā)揮地緣優(yōu)勢,服務(wù)周邊國家和地區(qū)的核電用戶,建立地區(qū)核燃料加工中心?？偟膩砜?未來國內(nèi)以及國際核電增長預(yù)期為我國核燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大提供了難得的戰(zhàn)略機(jī)遇。

當(dāng)前,我國實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略,核燃料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新加速提質(zhì),成果不斷,水平攀高,差距縮小,后發(fā)優(yōu)勢明顯。例如2010年中核集團(tuán)設(shè)立了高性能燃料元件設(shè)計與制造技術(shù)專項(xiàng)科技攻關(guān)項(xiàng)目,在前期積累基礎(chǔ)上,到目前為止,N36鋯合金經(jīng)堆內(nèi)考驗(yàn)和生產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)具備工業(yè)化條件,CF3以及CF3A自主設(shè)計元件經(jīng)2～3個循環(huán)表現(xiàn)良好,研發(fā)已進(jìn)入尾聲,更先進(jìn)的CF型燃料以及N系列高性能鋯合金等研發(fā)正持續(xù)推進(jìn)?？梢灶A(yù)計,按照這樣的節(jié)奏繼續(xù)努力,再有10年左右,可以期待我國核燃料產(chǎn)業(yè)加工環(huán)節(jié)的科技狀態(tài)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

我國核燃料產(chǎn)業(yè)能力經(jīng)過近十年的發(fā)展,也已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍,不僅表現(xiàn)在生產(chǎn)能力大幅提高,更重要的是自主能力和技術(shù)水平顯著增強(qiáng),如果繼續(xù)堅持核燃料立足于國內(nèi)供應(yīng)的政策,使核燃料產(chǎn)業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性得到發(fā)揮,其國際競爭力達(dá)到更高水平是毫無問題的,然而這不僅需要核燃料行業(yè)的奮發(fā)努力,同時需要國家主管部門、核電企業(yè)達(dá)成共識,鞏固和發(fā)展好國內(nèi)市場這個根本立足點(diǎn),共同打開國際市場,一致應(yīng)對國際競爭。

1.3 挑戰(zhàn)

受福島核事故的影響,全球核電增長預(yù)期以及原有的發(fā)展節(jié)奏受到嚴(yán)重影響,出現(xiàn)了一些國家宣布關(guān)閉、減緩發(fā)展核電甚至棄核的情況,雖然一些國家有建設(shè)核電意愿,但真正落地仍需相當(dāng)?shù)臅r間周期。這種情況導(dǎo)致核燃料供求失衡嚴(yán)重,市場競爭激烈。鈾濃縮價格不斷下行,鈾濃縮價格指數(shù)已經(jīng)跌破主要供應(yīng)商的成本價,對核燃料產(chǎn)業(yè)造成了嚴(yán)重的沖擊。從供需角度看核燃料元件歷來供大于求,燃料元件并不單純?nèi)Q于價格的可替代商品,與反應(yīng)堆自身的物理特性、用戶的燃料循環(huán)策略等方面息息相關(guān),因此全球大多數(shù)核燃料元件制造商同時也是反應(yīng)堆供應(yīng)商,為其設(shè)計的反應(yīng)堆提供首爐和初期換料的同時,以其技術(shù)的獨(dú)有性和保證反應(yīng)堆的安全運(yùn)行為依托力圖獲取長期市場或利益?？梢灶A(yù)計當(dāng)前和今后很長時期,世界范圍內(nèi)核燃料供應(yīng)將處于供過于求的狀態(tài),國際供應(yīng)商必將面臨更嚴(yán)峻的生存壓力。目前最現(xiàn)實(shí)可期待的全球最重要的發(fā)展核電的國家是中國,也是最有發(fā)展最可期待的核燃料市場,因此各國際核燃料供應(yīng)商加快拓展進(jìn)入我國核燃料市場已是目前最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前,相比于俄羅斯、歐盟等國際上具備自主鈾濃縮供應(yīng)能力的國家或地區(qū),我國鈾濃縮供應(yīng)外國占比已經(jīng)處于高位,并且有日趨嚴(yán)重的傾向。有的資源國家還成功利用資源出口打開我國核燃料產(chǎn)品市場,有的核電出口國企圖采取各種方式延緩我國燃料自主化進(jìn)程,力圖保持并擴(kuò)大在中國的市場占有份額,燃料元件的市場和利益也面臨不斷損失的現(xiàn)狀和進(jìn)一步擴(kuò)大的風(fēng)險。

國內(nèi)方面,我國核燃料產(chǎn)能建設(shè)按照核電發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行了配置,但由于核電近幾年新增開工核電機(jī)組寥寥無幾,在建核電與核電規(guī)劃節(jié)奏核目標(biāo)差距較大;同時部分核電建設(shè)周期延長,未能按期完工,造成了國內(nèi)核燃料加工能力出現(xiàn)了階段性過剩。目前國內(nèi)現(xiàn)有AP1000核燃料加工能力為400 t鈾,即使目前4臺AP1000核電站全部建成,年需求也僅有100 t鈾左右,過剩產(chǎn)能超過3倍;AFA 3G燃料國內(nèi)供應(yīng)能力為1 400 t鈾,實(shí)際目前需求僅約為800 t鈾;與此同時,國內(nèi)核電集團(tuán)在哈薩克斯坦建設(shè)200 t鈾生產(chǎn)線,預(yù)計2020年投運(yùn),加工的產(chǎn)品將全部銷往國內(nèi),這將進(jìn)一步加劇市場流失問題。當(dāng)前,國內(nèi)核燃料產(chǎn)業(yè)部分環(huán)節(jié)幾年沒有新項(xiàng)目開工,對產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)重沖擊,尤其是鈾濃縮這一環(huán)節(jié),多年來已經(jīng)建成的設(shè)備制造能力以及工程設(shè)計施工力量,由于幾年沒有新項(xiàng)目,生產(chǎn)線處于半停產(chǎn)狀態(tài),骨干人才開始流失。鈾濃縮工廠在尚未達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模時,不能繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)能力,又遇上價格急速下跌的市場環(huán)境,面臨要鞏固市場份額,擴(kuò)大市場占有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

當(dāng)前分離功價格低迷已成為產(chǎn)業(yè)必須面對的問題,使我國分離功更具有價格競爭力，這是必須實(shí)現(xiàn)的要求,也是產(chǎn)業(yè)的責(zé)任,而另一方面這個問題如果僅從核電企業(yè)角度出發(fā),在各自利益的斟酌中,按照價低者得之,把市場拱手讓人,似乎無可厚非,但必將會對我國鈾濃縮這一戰(zhàn)略領(lǐng)域造成嚴(yán)重消極影響,在充分考慮核電經(jīng)濟(jì)性的同時,必須從這一領(lǐng)域?qū)业闹匾院蛯穗婇L期燃料循環(huán)保障的綜合因素系統(tǒng)性予以解決。

應(yīng)該看到,上述的挑戰(zhàn)與問題是客觀存在的,并且在某些方面呈現(xiàn)越來越嚴(yán)重的趨勢。但同時,只要我國政府部門、行業(yè)部門、各集團(tuán)企業(yè)共同努力,在國家、行業(yè)、企業(yè)的長遠(yuǎn)利益和根本利益上尋求一致,把保護(hù)好發(fā)展好我國核燃料工業(yè)作為一項(xiàng)重要的事情,就完全可以戰(zhàn)勝這些挑戰(zhàn),在為核電提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的基礎(chǔ)上,發(fā)展好我國的核燃料產(chǎn)業(yè)。

2 我國核電與核燃料是利益命運(yùn)共同體

核電安全、高效、可持續(xù)發(fā)展需要安全可靠的核燃料供應(yīng)保障體系,核燃料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展也需要依靠核電發(fā)展的帶動,一臺核電機(jī)組投運(yùn)到退役通常需要40～60年的核燃料供應(yīng)保障。因此,核燃料產(chǎn)業(yè)體系與核電產(chǎn)業(yè)體系之間不是一種單純的市場買賣關(guān)系,而是相互依存利益一致的,需要長期相伴、相互依賴,是共榮共生、共生共贏的生態(tài)體系,兩者實(shí)質(zhì)上是命運(yùn)共同體,對我國來說更是如此。這就需要建立一種長期信任關(guān)系和相互包容的文化,共同實(shí)現(xiàn)核電核燃料系統(tǒng)整體的效率和價值,提高整個體系的抗風(fēng)險能力。

還應(yīng)該看到,核燃料的服務(wù)對象單一,就是核電站。自有核電以來,目前全球在運(yùn)一共也就400多座核電站,市場容量非常有限,預(yù)期也非常清晰。我國核電發(fā)展到2035年,其所增加的燃料需求也是清晰有限的,發(fā)展好了可以使我國核燃料產(chǎn)業(yè)邁上一個新的臺階,不僅可以保障我國核電全壽期的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)供應(yīng)與服務(wù),而且能與國際主要供應(yīng)商同臺比高下,在國際市場上有所作為,為核電走出去提供強(qiáng)有力的支持。如果各核電集團(tuán)都要發(fā)展自己的核燃料體系,必然是在不經(jīng)濟(jì)的規(guī)模下,承擔(dān)高成本的代價,同時受到更多的制約。而國內(nèi)主要的核燃料產(chǎn)業(yè)體系由于未能在中國的核電發(fā)展中得到同步發(fā)展,核燃料市場增量甚至部分存量被瓜分了,產(chǎn)業(yè)受到嚴(yán)重影響,不僅是我國核燃料產(chǎn)業(yè)的損失,對我國核電而言,也絕非符合其根本利益。我國是核電大國,并正在向核電強(qiáng)國邁進(jìn)中,更需要建設(shè)基于本土化的核燃料供應(yīng)體系能力,才能為核電發(fā)展提供真正的、可靠的保障。打造本國的自主可控的核燃料加工保障能力體系是建設(shè)核電強(qiáng)國的必然方向。

從核燃料行業(yè)特性看,全球具備規(guī)模和競爭力的核燃料產(chǎn)業(yè)公司不超過10家,核燃料產(chǎn)業(yè)是一個技術(shù)性強(qiáng)、上下游銜接緊密,各環(huán)節(jié)能力相互配套的產(chǎn)業(yè)。為了實(shí)現(xiàn)核燃料技術(shù)的迭代升級,提升競爭力,核燃料各關(guān)鍵環(huán)節(jié)需要持續(xù)的高技術(shù)研發(fā)費(fèi)用投入;這些原因,導(dǎo)致俄羅斯、法國等核電強(qiáng)國,為了鞏固競爭地位和話語權(quán),建立了高度集中的核燃料產(chǎn)業(yè)體系,國家主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,效果十分明顯。雖然法國市場包括歐美市場是開放的,但是有限度受制約,并且開放對等,沒有單邊開放只進(jìn)不出。目前有的核電集團(tuán)正布局自己的燃料體系,國內(nèi)核燃料產(chǎn)業(yè)正日趨分散,集中統(tǒng)一的核燃料供應(yīng)體系正在被瓦解,核電與核燃料相互依存、相互支持、共同發(fā)展的生態(tài)環(huán)境正接受考驗(yàn)。是各自為戰(zhàn),被人各個擊破,還是構(gòu)建命運(yùn)共同體,一致對外,是必須回答的問題。

3 打造我國先進(jìn)的核燃料產(chǎn)業(yè)體系的思考

當(dāng)前,我國核燃料產(chǎn)業(yè)處于由大到強(qiáng)的發(fā)展階段,產(chǎn)業(yè)能力正處于向經(jīng)濟(jì)規(guī)模過渡期,科技爬坡過坎關(guān)鍵期,科技攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)初步顯現(xiàn)。保護(hù)好我國核燃料產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)十分重要的工作,需要給予我國核燃料產(chǎn)業(yè)在轉(zhuǎn)型發(fā)展上的戰(zhàn)略耐性和必要的包容,也需要給予必要的產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)和鼓勵。就此提出以下幾點(diǎn)思考供討論。

3.1 形成核電與核燃料是命運(yùn)共同體與利益共同體的共識

站在國家與企業(yè)的大利益上,尋求保護(hù)好國內(nèi)核燃料產(chǎn)業(yè)和市場的方法和途徑。既要考慮核電的經(jīng)濟(jì)性,也要考慮核燃料發(fā)展的階段性,政府部門應(yīng)堅持核燃料立足國內(nèi)供應(yīng)的產(chǎn)業(yè)政策,并進(jìn)一步提出具體的實(shí)施政策,如使用國內(nèi)燃料的鼓勵政策、進(jìn)口燃料的限制政策等;企業(yè)間應(yīng)針對中短期到中長期的不同預(yù)期,形成相互理解和相互支持的供應(yīng)架構(gòu),充分體現(xiàn)一家人的信任與擔(dān)當(dāng)。保住當(dāng)前國內(nèi)核燃料市場,防止外國蠶食是最重要的任務(wù)之一,只有這樣核燃料工業(yè)才有發(fā)展的基礎(chǔ)和條件。

3.2 切實(shí)采取行動推動核電與核燃料命運(yùn)共同體的打造

既然是命運(yùn)共同體,就應(yīng)該共同建設(shè)核燃料產(chǎn)業(yè)。核燃料是為核電服務(wù)的,是保障核電安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵,核電企業(yè)在核燃料產(chǎn)業(yè)建設(shè)發(fā)展過程中不應(yīng)是被動接受而應(yīng)是主動參與,核電與核燃料應(yīng)對相互的關(guān)切有深入的理解，在充分理解的基礎(chǔ)上，用具有約束力的方式，履行各自的責(zé)任和義務(wù)，從而體現(xiàn)信任與責(zé)任。命運(yùn)共同體不僅是口號,主動參與不僅是形式,應(yīng)尋求構(gòu)建共同體和參與的具體方式,例如各核電集團(tuán)共同出資建設(shè)一個核燃料產(chǎn)業(yè)實(shí)體,將現(xiàn)有的各自隸屬的涉及燃料的部分均納入其中,這個實(shí)體為國內(nèi)所有核電服務(wù),接受各核電集團(tuán)的監(jiān)督。進(jìn)而言之,有符合條件的其他投資者也可考慮,形成有效的治理體制機(jī)制和運(yùn)行模式,有利于使這個產(chǎn)業(yè)實(shí)體在規(guī)制下運(yùn)行。當(dāng)然也可以探討其他方式。

3.3 形成新時期國內(nèi)核燃料技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新格局

近期應(yīng)考慮燃料元件聯(lián)合研發(fā)問題,目前重復(fù)投資,搶奪人才,少有往來,各搞一套,而且極易讓外國公司坐收漁翁之利。應(yīng)該聯(lián)合起來一致對外,國內(nèi)可以分工協(xié)作,也可以形成聯(lián)合研發(fā)的實(shí)體實(shí)現(xiàn)利益共享,一起規(guī)劃燃料元件的科技方向,關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵材料和設(shè)備攻關(guān)清單和規(guī)劃,自主品牌產(chǎn)品替代路線圖,共同支撐核電走出去戰(zhàn)略的實(shí)施,使我國在未來的發(fā)展中和與國外競爭中處于有利地位。聯(lián)合研發(fā)的實(shí)體可以由各核電集團(tuán)共同出資,負(fù)責(zé)人可以公開競聘,成果可以共同擁有,各核電集團(tuán)均可使用,不但為我國核電服務(wù),也可以為國際客戶服務(wù)。

3.4 盡快簽訂落實(shí)中長期合同是走向命運(yùn)共同體的開端

中長期合同是體現(xiàn)誠意,走向命運(yùn)共同體的開端。這里的關(guān)鍵是國內(nèi)供應(yīng)量和價格,應(yīng)以供應(yīng)量即市場占有率為先,這是國內(nèi)核燃料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和不斷提升競爭力的基礎(chǔ),價格充分協(xié)商,按照相互體諒、長期共贏的原則,在中長期合同中實(shí)行分階段的價格模式,例如基于規(guī)模效益的成本優(yōu)勢的不斷體現(xiàn),可以給出價格的預(yù)期值,以及市場發(fā)生劇烈變動時的價格原則,體現(xiàn)相互包容和支持的態(tài)度。相信只要有共同目標(biāo),就能找到解決的方法。

總之,站在國家戰(zhàn)略、民族工業(yè)、持續(xù)發(fā)展、核電安全的角度,國內(nèi)核電與核燃料都應(yīng)同呼吸,共命運(yùn),共同打造一套強(qiáng)大的中國核燃料產(chǎn)業(yè)體系,實(shí)現(xiàn)牢固支撐我國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展和走出去戰(zhàn)略,實(shí)現(xiàn)核電與核燃料共同發(fā)展的目標(biāo)。