u 鈾是核裂變的關(guān)鍵原料。
? 天然鈾是生產(chǎn)濃縮鈾的原料，也可用于生產(chǎn)钚。鈾原子序數(shù)為92，原子量為238，是自然界中能夠找到的最重元素。自然界中存在三種鈾的同位素，分別是自然豐度為99.275%的鈾238、自然豐度為0.72%的鈾235和自然豐度為0.005%的鈾234，能用作核電燃料的是鈾235。
? 輕水堆核電站所需要的鈾235豐度大約在3%-5%，壓水堆核電站以含鈾235約3％的低濃鈾作為燃料，核武器所需要的鈾235豐度要達(dá)到90%以上。一公斤鈾235完全裂變，會(huì)損失大約0.09%的質(zhì)量，而釋放的能量相當(dāng)于燃燒2700噸優(yōu)質(zhì)煤，是全球核電的絕對(duì)主力“燃料”。鈾除了能發(fā)電，還廣泛用于各種軍事和民用領(lǐng)域。比如，航母和潛艇的鈾核反應(yīng)堆、原子彈和氫彈；鈾濃縮過(guò)程的副產(chǎn)品貧鈾能用來(lái)生產(chǎn)貧鈾彈和高強(qiáng)度裝甲；農(nóng)業(yè)輻照育種、生產(chǎn)人造元素、放射治療、造影診斷都能用到鈾。由于核電需求構(gòu)成鈾金屬接近100%的需求（軍用暫不考慮），我們著重研究核電領(lǐng)域?qū)︹櫟男枨蟆?/p>
u 鈾礦開采-鈾礦加工-鈾純化轉(zhuǎn)化-鈾濃縮-核燃料組件制造-核電站利用。
? 加工：開采出來(lái)的具有工業(yè)品位、或者經(jīng)過(guò)物理選礦的礦石加工濃集成含鈾量較高的中間產(chǎn)物—鈾化學(xué)濃縮物（黃餅，主要以U3O8形式存在，含有大量雜質(zhì)）；
? 純化轉(zhuǎn)化：將黃餅進(jìn)一步提純以達(dá)到要求的核濃度，并轉(zhuǎn)化為易于氫氟化的鈾氧化物（精制），U3O8是鈾在空氣中最穩(wěn)定的氧化物，便于長(zhǎng)期貯存，再將U3O8轉(zhuǎn)化為UF6；
? 濃縮：鈾同位素互相分離的過(guò)程，即通過(guò)物理的分離方法將鈾238的含量降低，鈾235的含量提高。生產(chǎn)1噸富集度為3%的濃縮鈾，大約需要5.5噸天然鈾原料（黃餅）；
? 組件制造：把鈾濃縮工序產(chǎn)品六氟化鈾經(jīng)過(guò)化學(xué)工藝操作，生產(chǎn)出UO2等燃料芯塊，然后再把燃料芯塊裝入包殼組裝成燃料棒。壓水堆的燃料組件就是由一定數(shù)量的燃料元件排列組成正方形的燃料棒束集成。
u 根據(jù)世界核協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，截至2024年12月，全球核電并網(wǎng)容量為396GW，并網(wǎng)核電站439座，在建容量71.8GW，在建核電站66座。根據(jù)Our World in Data，2023年全年全球核電發(fā)電量占比9.11%。
? 核電作為清潔能源，是碳排放最低的發(fā)電技術(shù)之一。與傳統(tǒng)火電相比，不排放二氧化硫、煙塵、氮氧化物和二氧化碳等有害或溫室氣體，具有資源消耗少、環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）2014年公布的數(shù)據(jù)，核電技術(shù)的溫室氣體排放約為3.7-110克二氧化碳當(dāng)量/千瓦時(shí)，各國(guó)中位數(shù)為12克二氧化碳當(dāng)量/千瓦時(shí)，與陸上風(fēng)電基本相當(dāng)，是水電的一半，光伏的1/4，遠(yuǎn)低于煤電、天然氣發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電，可以在滿足快速增長(zhǎng)的能源需求的同時(shí)兼顧生態(tài)環(huán)境。
? 核電是高效的能源。1千克鈾235的原子核全部裂變，可以釋放相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒放出的能量。一座百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電廠每年只需補(bǔ)充一次約30噸的核燃料（濃縮后），一輛重型卡車即可拉走。同樣規(guī)模的火電廠每年需要燃煤約300萬(wàn)噸，僅每天就需要一列40節(jié)車廂的火車來(lái)運(yùn)輸。
? 核電負(fù)載因子高，能源保障力強(qiáng)。2023年核電機(jī)組每年的工作小時(shí)數(shù)為7670小時(shí)，是火電的1.7倍，水電的2.5倍，風(fēng)電的3.4倍，太陽(yáng)能的6倍。一臺(tái)1GW的核電機(jī)組一年能生產(chǎn)77億度電（1GW*7670h）。
u 目前核電技術(shù)發(fā)展到第四代。第一代核電站為原型堆，其目的在于驗(yàn)證核電設(shè)計(jì)技術(shù)和商業(yè)開發(fā)前景；第二代核電站為技術(shù)成熟的商業(yè)堆；第三代核電站安全性和經(jīng)濟(jì)性均較第二代有所提高，是目前全球核電建設(shè)的主流技術(shù)，“華龍一號(hào)”、“國(guó)和一號(hào)”（CAP1400）均是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)三代核電技術(shù)；第四代核電站強(qiáng)化了防止核擴(kuò)散等方面的要求，目前處于起步階段，鈉冷快堆和高溫氣冷堆是發(fā)展較快的兩種堆型。
u 國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)把核事故事件分7級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)考慮到：①對(duì)人和環(huán)境的影響；②對(duì)設(shè)施的放射屏障和控制的影響；③以及對(duì)縱深防御的影響。1級(jí)事件只是涉及縱深防御功能減退，2級(jí)和3級(jí)涉及縱深防御功能較嚴(yán)重減退或給人或設(shè)施造成較低程度的實(shí)際后果，4級(jí)至7級(jí)涉及給人、環(huán)境或設(shè)施造成越來(lái)越嚴(yán)重的實(shí)際后果。我國(guó)輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)輻射工作人員一年中的有效劑量為不大于50msv（毫希沃特，輻射劑量的基本單位之一）。
? 1979年3月28日，美國(guó)三里島核電站發(fā)生了嚴(yán)重事故（5級(jí)），堆芯部分熔化，射性物質(zhì)釋放到了安全殼中。但由于一回路壓力邊界和安全殼的包容作用，泄漏到周圍環(huán)境中的放射性核素微乎其微，沒(méi)有對(duì)環(huán)境和公眾的健康產(chǎn)生危害，僅有3名電站工作人員受到略高于季度劑量管理限值的輻射照射。周圍80km的200萬(wàn)居民中，平均每人增加的劑量還不如帶一年夜光表或看一年彩電的。但美國(guó)國(guó)家核管會(huì)由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，錯(cuò)誤地發(fā)出撤離警告，導(dǎo)致8萬(wàn)人驚慌撤離的混亂中，有3人被擠死。事故的原因是機(jī)械設(shè)備故障和人員連續(xù)誤操作，同時(shí)也跟控制室指示器的界面設(shè)計(jì)缺陷有關(guān)。這次事故導(dǎo)致對(duì)主控制室、運(yùn)行規(guī)程和人員培訓(xùn)進(jìn)行了重大改進(jìn)，對(duì)嚴(yán)重事故分析及應(yīng)急對(duì)策高度重視，從而提高了核電站運(yùn)行的安全性。
? 1986年4月26日，前蘇聯(lián)烏克蘭境內(nèi)的切爾諾貝利核電站4號(hào)機(jī)發(fā)生爆炸（7級(jí)），這是人類歷史上最嚴(yán)重的一次核事故。周邊地區(qū)共有約3萬(wàn)多平方公里的土地遭受了嚴(yán)重污染。確診為不同程度急性放射病者134人，有28人在數(shù)周內(nèi)死亡，另有2人死于化學(xué)爆炸和燒傷，有14人在10年內(nèi)死亡。聯(lián)合國(guó)原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(huì)(UNSCEAR)在研究和分析大量已有資料的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論是:“除受照兒童可觀察到甲狀腺癌增加外,在切爾諾貝利13年后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與電離輻射相關(guān)的主要公眾健康影響。沒(méi)有觀察到與電離輻射可能有關(guān)的總的癌發(fā)生率或死亡率的增加；甚至在事故清理工作人員或兒童中，作為輻射照射最靈敏的指標(biāo)之一的白血病也沒(méi)有增高。在與電離輻射相關(guān)的其他的非腫瘤疾病(軀體的或神經(jīng)性的)方面，沒(méi)有增加的科學(xué)證據(jù)。
? 2011年3月11日，日本福島核電站事故（7級(jí)）。日本東北發(fā)生毀滅性的9.0級(jí)地震和海嘯，地震引起的斷電以及大規(guī)模損毀了核反應(yīng)堆機(jī)組與電力網(wǎng)的連接，只能依賴緊急柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電子系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)。在福島第一核電站
內(nèi)共有六個(gè)沸水反應(yīng)堆機(jī)組，大地震發(fā)生時(shí)，為了準(zhǔn)備定期檢查，4、5、6號(hào)機(jī)正處于停機(jī)狀態(tài)；當(dāng)偵測(cè)到地震時(shí)，1、2、3號(hào)機(jī)組亦立刻進(jìn)入自動(dòng)停機(jī)程序，但是大海嘯淹沒(méi)了緊急發(fā)電機(jī)室，損毀了緊急柴油發(fā)電機(jī)，令冷卻系統(tǒng)停止運(yùn)作，反應(yīng)堆開始過(guò)熱。同時(shí)，地震與海嘯造成的損毀也阻礙了外來(lái)的救援。在之后的幾個(gè)小時(shí)到幾天內(nèi)，1、2、3號(hào)反應(yīng)堆經(jīng)歷了堆芯熔毀。聯(lián)合國(guó)原子輻射影響問(wèn)題科學(xué)委員會(huì)進(jìn)行跟蹤調(diào)查，2011年3月至2012年3月底，在福島第一核電站現(xiàn)場(chǎng)參與減災(zāi)和其他活動(dòng)的 20000多名應(yīng)急工人所受平均有效劑量約為13毫希沃特。約36%的人所受有效劑量超過(guò)10毫希沃特，而0.8%（174名工人）被評(píng)估為在此期間所受有效劑量超過(guò)100毫希沃特。自2012年
4月以來(lái)，年有效劑量已顯著降低，年均有效劑量從截至2013年3月底的一年約6毫希沃特降至截至2020年3月底的一年約2.5毫希沃特。自2013年4月以來(lái)，沒(méi)有工人接受的年有效劑量超過(guò)50毫希沃特。
u 全球近20年核電發(fā)電量和鈾需求量無(wú)明顯增長(zhǎng)。
? 回看全球歷年發(fā)電量，根據(jù)Our World in Data數(shù)據(jù)，2011福島核電站事故之后，當(dāng)年核電發(fā)電量減少4.2%，2012年銳減6.8%，此后核電進(jìn)入緩慢發(fā)展期。到2021年，全球核電發(fā)電量在事故后首次超過(guò)了事故前的極值（2006年），達(dá)到2762TWh。核電發(fā)電量近20年無(wú)明顯增長(zhǎng)，而全球用電量持續(xù)增加，全球核電發(fā)電占比從1996年的17.44%極大值一路下降到2023年的9.11%。
? 從鈾需求量來(lái)看，根據(jù)世界核協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，2024年全年鈾需求量為67517噸，2007年以來(lái)無(wú)明顯增量，近20年大部分年份需求量在6.4-6.8萬(wàn)噸之間。其中，美國(guó)核電需求量世界第一，2024年需求1.8萬(wàn)噸，中國(guó)作為第二大鈾需求國(guó)，需求量為1.3萬(wàn)噸。
u 核事故陰霾消退，核電邊際變化已現(xiàn)。
? 中國(guó)：在經(jīng)歷3年零核準(zhǔn)后，2019年重啟核電核準(zhǔn)，2019-2024年分別核準(zhǔn)核電機(jī)組4/4/5/10/10/11臺(tái)，核電核準(zhǔn)有加速勢(shì)頭。中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，2030年前我國(guó)在運(yùn)核電裝機(jī)規(guī)模有望成為世界第一；
2035年我國(guó)核能發(fā)電量在總發(fā)電量的占比將達(dá)到10%左右，達(dá)到世界平均水平，相比2024年我國(guó)核電發(fā)電占比翻倍；到2060年，占比達(dá)到18%左右，與當(dāng)前經(jīng)合組織國(guó)家平均水平相當(dāng)。
? 其他國(guó)家：2023年12月，第28屆聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)（COP28）上，包括美國(guó)、法國(guó)在內(nèi)的22個(gè)國(guó)家達(dá)成三倍核能協(xié)議：到2050年全球核能裝機(jī)達(dá)到目前的三倍，認(rèn)識(shí)核能在實(shí)現(xiàn)凈零路徑中的關(guān)鍵角色。按照這一決策簡(jiǎn)單計(jì)算，2024到2050年全球核電裝機(jī)規(guī)模CAGR達(dá)到4.3%。
? 根據(jù)2023年發(fā)布的WNA核電發(fā)展預(yù)測(cè)中案，預(yù)計(jì)2035年全球核電裝機(jī)將達(dá)543GW，將較2024年中增長(zhǎng)45%。
u 核反應(yīng)堆平均建設(shè)周期有所拉長(zhǎng)。
? 據(jù)WNA公布的《2024年世界核電廠運(yùn)行實(shí)績(jī)報(bào)告》，2023年開始供電的核反應(yīng)堆平均建設(shè)周期為115個(gè)月，高于2021年的88個(gè)月和2022年的89個(gè)月，也高于近年來(lái)的平均水平。
? 2023年全球共有五座核反應(yīng)堆首次并網(wǎng)發(fā)電，涉及中國(guó)、斯洛伐克、美國(guó)、白俄羅斯和韓國(guó)。這些反應(yīng)堆大多采用先進(jìn)的壓水反應(yīng)堆技術(shù)，核反應(yīng)堆的建設(shè)時(shí)間跨度較長(zhǎng)，從開始建設(shè)到并網(wǎng)時(shí)間需要7-11年不等。例如Vogtle 3號(hào)機(jī)組用了10年時(shí)間完成從建設(shè)到并網(wǎng)的全過(guò)程，而Mochovce 3號(hào)機(jī)組由于歷史原因，建設(shè)中斷了多年，最終在2023年成功并網(wǎng)，我國(guó)的防城港3號(hào)機(jī)組采用華龍一號(hào)技術(shù)，85個(gè)月成功并網(wǎng)。
u 核電站設(shè)備利用率和發(fā)電效率穩(wěn)定、高效。
? 全球核電站運(yùn)營(yíng)效率提升。容量因子表示核反應(yīng)堆的實(shí)際發(fā)電量與其最大可能發(fā)電量的比率，反映了核電站的實(shí)際運(yùn)行效率。2023年全球核反應(yīng)堆的平均容量因子為81.5%，高于2022年的80.4%。自2000年以來(lái)，全球核電站的容量因子一直保持在較高水平，表明核電站的運(yùn)行效率持續(xù)較好。全球核電站的運(yùn)營(yíng)表現(xiàn)隨著技術(shù)進(jìn)步和運(yùn)維優(yōu)化穩(wěn)步提升，1970年代，全球核電站的平均容量因子約為60%左右，之后逐步上升，至1990年代達(dá)到80%左右，一直保持在較高水平，意味著核電站的設(shè)備利用率和發(fā)電效率處于相對(duì)穩(wěn)定和高效的狀態(tài)。
? 右圖展示了在2019年至2023年期間，不同年齡段的核反應(yīng)堆平均容量因子。整體上核反應(yīng)堆的運(yùn)行效率隨著時(shí)間的推移仍能保持穩(wěn)定，核反應(yīng)堆性能并沒(méi)有因?yàn)槟挲g的增加而顯著下降。雖然不同年齡段的反應(yīng)堆容量因子存在波動(dòng)，但并未出現(xiàn)年齡相關(guān)的整體性能下降趨勢(shì)。核反應(yīng)堆在運(yùn)行25至35年期間，平均容量因子略有下降。這個(gè)階段的反應(yīng)堆可能由于設(shè)備老化或維護(hù)需求增加，導(dǎo)致性能暫時(shí)下降。運(yùn)行超過(guò)45年的反應(yīng)堆，其容量因數(shù)高于其他年齡段，表明這些老化反應(yīng)堆在良好維護(hù)和技術(shù)支持下仍能保持較高的運(yùn)行效率。
u 全球核電在建容量2018年觸底后逐年提升，按照九年的建設(shè)周期，鈾需求將在2027年開始加速釋放。
u 按照各個(gè)國(guó)家對(duì)核電建設(shè)的規(guī)劃進(jìn)行測(cè)算，2035年全球鈾需求量將達(dá)到9.5萬(wàn)噸。
? 行業(yè)慣例，一臺(tái)1GW的核電機(jī)組一年消耗170-200噸天然鈾，換料周期為18個(gè)月。按照歷史需求和并網(wǎng)容量測(cè)算，全球的均值大概在170-180，中國(guó)的均值在200左右。背后的原因可能受到核電技術(shù)、換料周期、容量因子等影響。
? 按照WNA數(shù)據(jù)，2024年全球鈾需求量為67517噸，其中中國(guó)13132噸；我們預(yù)測(cè)到2030年全球和中國(guó)的并網(wǎng)容量分別為495GW/92GW，需求量分別達(dá)到84084噸和18384噸，2024-2030CAGR分別為3.7%、5.8%；到2035年全球和中國(guó)的并網(wǎng)容量分別為559GW/126GW，需求量分別達(dá)到95089和25236噸，2030-2035CAGR為2.5%、6.5%。中國(guó)將成為全球鈾需求的主要拉動(dòng)者。
u 首次加倍裝料或?qū)⑿枨笄爸谩?/p>
? 根據(jù)《核燃料循環(huán)》一書，一座1GW壓水堆核電機(jī)組，初裝料需天然鈾當(dāng)量400噸，每年換料175噸。這意味著實(shí)際需求增長(zhǎng)早于并網(wǎng)容量增長(zhǎng)。