- 世界正面临铀（核电站的重要燃料）日益短缺的问题。
- 美国及西方国家高度依赖俄罗斯及其盟友提供的浓缩铀，这带来了地缘政治风险。
- 回收乏燃料（已使用过的核燃料）既昂贵又复杂，还面临着重大的环境和安全挑战。
人们常常认为，提议的新模块化核发电机组将解决核能发电的问题。也许它们能够以较低的成本产生更多的核能电力，并大大减少乏燃料处理的问题。然而，一些行业人士认为：与核能发电相关的问题比大多数人认为的更为复杂和紧迫。世界已经面临“矿山开采的铀供不应求”的问题。除了通常提供铀之外，核弹头之所以重要，还因为它们提供了浓缩的铀-235来源。铀-235是能够维持核反应的铀同位素。随着核弹头供应的减少，美国面临第二个重大问题：开发一种生产核燃料的方法，这种燃料可能主要来自乏燃料，且需要含有高浓度的铀-235。目前，俄罗斯是浓缩铀的主要供应国。
美国的计划是利用政府研究拨款来启动新型小型模块化核反应堆的研发工作，这种反应堆的效率将高于目前的核电站。这些反应堆将使用一种新型燃料，其铀-235的浓度高于目前可用的水平（除非从俄罗斯购买）。同时，还在提供拨款，以启动美国国内生产更高浓度的浓缩铀燃料的工作。人们希望，大部分这种高浓度浓缩铀能来自乏燃料的回收，从而有助于解决乏燃料供应的处理问题。
分析表明，虽然先进模块化核反应堆在理论上可能对非常长远的未来有所帮助，但它们几乎无法迅速解决美国和其他西方国家面临的问题。行业人士预计，2025年1月上任的特朗普政府将认为这个项目是浪费钱财。
自2004年以来，全球核能发电量一直几乎停滞不前。其主要原因是，已建成的核电站的核能发电量受到可供其使用的铀燃料数量的限制。铀的价格或许会上涨，但这并不一定能迅速增加（或增加任何）供应量。开发新铀矿需要数年时间。理论上，也可以对乏燃料进行再处理以生产铀和钚，但迄今为止，这种再处理的数量很少。
世界核能协会（WNA）揭示了全球铀供应问题。
在过去20年中，使用铀燃料发电的效率并没有显著提高。各国铀生产与“反应堆需求”之间存在巨大差距。额外的最大供应来源一直是来自核弹头的稀释铀。美国能源信息署（EIA）报告称，1995年至2013年期间，美国根据“百万吨换百万千瓦”计划从俄罗斯购买了大量核弹头用于此目的。EIA还报告称，在2013年至2022年期间，双方达成了一项购买协议，允许美国从俄罗斯购买商用低浓缩铀，以替代部分稀释后的核弹头材料。此外，美国还拥有一些自己的核弹头可供稀释。正是这些不同来源的铀供应，使得美国在2004年至2023年期间的核能发电量保持相对稳定。
美国的铀开采量在1980年左右达到峰值，现在已接近零。全球的核弹头储备现已消耗超过85%，剩下可供稀释的高度浓缩铀所剩无几。
一个隐藏的问题是，目前可用的铀生产主要来自俄罗斯及其亲密盟友。数据显示，2022年的铀生产主要由俄罗斯的亲密盟友主导（哈萨克斯坦占总量的43%，即55%中的大部分；乌兹别克斯坦占7%；俄罗斯占5%）。美国（几乎为0%）及其亲密盟友加拿大和澳大利亚的铀产量仅占全球铀产量的24%。俄罗斯及其盟友与美国及其盟友之间的这种不平衡应引起关注。
EIA报告称：
“未来几年，美国反应堆使用的铀的来源可能会发生变化。2024年5月，美国禁止从俄罗斯进口铀产品，禁令自2024年8月起生效，尽管各公司可在2028年1月1日前申请豁免。”
这似乎意味着，美国必须在三年多一点的时间内摆脱对俄罗斯铀的依赖。考虑到这种转型的难度，这个时间框架很短。
EIA数据显示，2023年，美国仅从本国采购了4.6%的铀供应（其中可能部分或全部为稀释后的核弹头）。从俄罗斯购买的铀占11.7%，哈萨克斯坦占20.6%，乌兹别克斯坦占9.5%。在美国盟友中，加拿大占14.9%，澳大利亚占9.2%。
WNA是核能的倡导者，它不能暗示铀供应存在任何问题。WNA认为，如果铀短缺，价格就会上涨，从而就会有更多的铀可供使用。但即使价格上涨，也需要数年时间才能让新矿投入运营。价格需要保持高位，否则公司不会追求看似存在的机会。
澳大利亚是潜在可回收铀储量最多的国家。2022年，澳大利亚仅占全球铀产量的9%，但据报道其拥有全球剩余储量的28%。澳大利亚需要价格持续上涨才能开始开采新矿。
如果开发出更好的开采技术，也可能会有更多的铀供应。
全球似乎已经过了石油峰值。仅石油峰值问题就可能限制新的铀开采和运输。
乏燃料的回收以回收可用的铀和钚，但至今仅在一定程度上实现。迄今为止的经验表明，回收存在许多问题。
可以估算目前正在进行的乏燃料回收量，大约需要65,000公吨铀才能满足现有核能发电的需求，而截至2022年，每年的供应量短缺约26%。根据我所能收集到的信息，现有的铀和钚回收量可能仅占总体燃料需求的6%。因此，截至2022年，今天的乏燃料回收可能只能将铀供应短缺削减到“仅占”年度核燃料需求的20%。确实有一些乏燃料正在被回收，但与所需数量相比，数量很少。
从乏燃料中回收铀的设施建设似乎存在几个问题：
1.成本高于直接开采更多铀
2.回收工厂带来的污染问题
3.回收产物可能被用于制造核弹头
4.工厂内可能发生核事故
5.再处理工厂寿命结束时，现场仍留有放射性物质，因此需要退役此类工厂
美国在几次不太成功的尝试后，于1977年禁止了乏燃料的回收。一旦购买了俄罗斯核弹头，对这些弹头进行降丰度处理就比回收乏燃料便宜得多。《今日物理》最近报道了美国再处理的相关情况：
“位于纽约州西谷的一座工厂在关闭前的六年里一直在处理乏燃料。工厂所有者计划对其进行扩建，但却因需要满足新的监管标准而需投入大量升级费用而却步。位于南卡罗来纳州巴恩维尔的再处理工厂的建设工作也在卡特政府颁布禁令后的1977年停止。”
自1993年以来，日本一直在罗克沙努力建设一座商用乏燃料再处理工厂，但遇到了成本超支和多个团体的抗议等巨大问题。该工厂预计将在2026或2027财年完工，年处理燃料量为800公吨。
目前运行中的最大商用乏燃料再处理工厂位于法国的拉哈格。该工厂已运营多年（自1966年起），现已面临旧机组退役的问题，该机组最初是法国的一个军事项目。第一个处理机组于2003年关闭。国际原子能机构表示，“UP2-400退役项目始于大约20年前，预计还将持续数年。”它提到了巨大的成本和涉及的人数。它说：“退役活动约占拉哈格工厂总体活动和社会经济影响的20%，该工厂还运营着两座乏燃料回收工厂。”
拉哈格再处理单元的成本可能并不完全为人所知。这些设施是由政府机构建造的，并经历了包括阿海威（AREVA）在内的多位所有者。阿海威曾面临巨大的财务问题，其继任公司是奥若诺（Orano）。目前运行的机组年处理能力约为1700公吨燃料。据报道，拉哈格1700公吨的乏燃料再处理能力约占全球乏燃料回收运行能力的一半。
在制造拟议中的新型模块化核反应堆燃料时，同位素铀-235的浓度至关重要。铀-235占天然铀的0.72%。维基百科指出：“与主要的同位素铀-238不同，铀-235是可裂变的，即能够维持核反应。”在当今使用的大多数反应堆中，铀-235的浓度是3%至5%。
据美国有线电视新闻网（CNN）报道，建造先进模块化小型反应堆的计划是使用铀-235浓度为5%至20%的燃料。这种浓度的燃料被称为高丰度低浓缩铀（HALEU）。预计使用这种燃料的发电厂运营效率会更高。
除非有核武器可用于降丰度，否则生产高浓度的铀-235往往是个问题；弹头使用高浓度的铀-235。现在，由于可用于降丰度的核武器数量减少，因此需要寻找其他来源。CNN报道称，HALEU的唯一商业来源是俄罗斯。美国能源信息署（EIA）报告称，《通胀削减法案》投资了7亿美元，以支持HALEU国内供应链的开发。
美国试图同时实施许多新想法，但实际上几乎没有成功的工作模式来平稳过渡。
奇怪的是，美国甚至没有一个小型核反应堆的工作模式，甚至没有一个使用传统燃料的小型核反应堆。2024年9月的一篇CNBC文章称：“小型核反应堆可以为世界供电，挑战在于在美国建造第一个。”
我们所拥有的新型小型核项目仍处于非常初步的阶段。2024年6月，比尔·盖茨写道：“我们刚刚为美国第一座下一代核设施破土动工。怀俄明州坎默尔很快将成为世界上最先进的核设施所在地。”如果它能获得HALEU燃料，该设施计划于2030年投入运营。
关于从乏燃料中生产HALEU的能力进展如何，2024年10月《趣味工程》杂志上的一篇文章称：“美国批准新设施设计概念，将核废料转化为反应堆燃料：”
“已批准概念设计的设施将位于爱达荷国家实验室（INL）。它将帮助将能源部（DOE）前实验增殖反应堆-II（EBR-II反应堆）中回收的废旧材料转化为可用于其先进核电站的可用燃料。……计划到2028年12月，利用多年来在爱达荷国家实验室（INL）完善的电化学工艺，从EBR-II燃料中回收约10公吨HALEU。”
假设这可以做到，那将是一个进步，但这还远远不是一个其他公司可以经济地实施的大规模商业项目。10公吨的数量微不足道。
从这个水平开始，很难看出采用新技术和HALEU燃料的反应堆在2050年之前能否大量供应。很难看出使用新型先进模块化核反应堆和通过再处理乏燃料生产的新型HALEU燃料发电的成本能有多低。
这些新型模块化发电站将负担得起的主要理由是，它们一次只能产生相对少量的电力——约300兆瓦或以下，或约为美国传统核反应堆平均发电量的三分之一。由于发电量较小，人们希望它们能被更多买家（如公用事业公司）负担得起。
经济学家经常忽视的一个问题是，使用这些新技术发电的电力需要每千瓦时成本低廉才能有用。高成本的电力负担不起。在首次尝试许多新方法时保持低成本可能是一个巨大的障碍。希望是，以某种方式，建造先进模块化核反应堆和生产HALEU燃料的整个过程可以标准化，并以一种能够实现规模经济的方式组织起来。但要实现这个目标将很困难。从理论上讲，也许到2060年或2070年可以实现这个目标，但考虑到目前全球矿产铀的短缺情况，这个时间点远远不够快。
特朗普政府可能会放弃或大幅改变当前的高级模块化核反应堆计划。
如果高级模块化核能发电计划消失，我们也不要感到惊讶，这个计划的消失速度可能会与目前受到补贴的海上风电计划一样快，而特朗普已誓言要终止海上风电计划。这两个计划有很多共同点：都会为美国增加更多债务提供借口；为研究人员提供大量工作机会；且相关设备可以分小批次购买。但这两个计划生产的电力，每千瓦时的成本可能都很高。从某种程度上说，按照目前的设想，它们都不是高效的发电方式。一个主要问题是新型模块化反应堆缺乏燃料，而且获取这种燃料的时间也很长。
在特朗普政府下，对从俄罗斯购买高丰度低浓铀（HALEU）的制裁可能会被关税所取代。这样，美国就可以继续从俄罗斯购买HALEU，但价格会更高。如果愿意的话，这可以让研究继续进行。
回顾核能的过去经验时，我们看到的似乎是淘汰经济中效率低下部分的另一个例子。
“非美国发达经济体”指的是经济合作与发展组织（OECD）的成员国，但不包括美国。“后来加入者”是指非OECD成员国，但不包括俄罗斯和乌克兰。它们包括中国、印度、印度尼西亚和许多其他低收入国家。其中许多国家位于东亚。
核能发电总量相对“平稳”，这在很大程度上是由于“非美国发达经济体”减少核能使用，而几乎与此同时，“后来加入者”迅速增加核能使用所实现的。这些后来加入者通过高效利用廉价能源（通常来自煤炭）和较低的劳动力成本，能够以比非美国发达经济体更低的成本生产在国际市场上销售的商品。这种更高效的方法使这些后来加入者在购买可用铀方面获得了“优势”。
预计，未来这种模式会更多出现。事实上，新建和最近重新开放的核电站将需要与现有的核电机组竞争可用的铀。
考虑到淘汰的过程，很少有人会意识到铀燃料存在问题。人们会强调风能、太阳能发电，并在这些能源可用时让其“优先”发电。结果是，很多时候，批发电价会低到让核电站无法运营。正是这些低批发电价将核能挤出市场。
因此，除非在乏燃料回收或铀矿开采方面取得真正突破，否则目前使用核能发电的许多地区可能会逐渐放弃核能。转载文章用于交流学习，如有版权问题请及时联系我们。
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