u 铀是核裂变的关键原料。

• 天然铀是生产浓缩铀的原料，也可用于生产钚。铀原子序数为92，原子量为238，是自然界中能够找到的最重元素。自然界中存在三种铀的同位素，分别是自然丰度为99.275%的铀238、自然丰度为0.72%的铀235和自然丰度为0.005%的铀234，能用作核电燃料的是铀235。

• 轻水堆核电站所需要的铀235丰度大约在3%-5%，压水堆核电站以含铀235约3％的低浓铀作为燃料，核武器所需要的铀235丰度要达到90%以上。一公斤铀235完全裂变，会损失大约0.09%的质量，而释放的能量相当于燃烧2700吨优质煤，是全球核电的绝对主力“燃料”。铀除了能发电，还广泛用于各种军事和民用领域。比如，航母和潜艇的铀核反应堆、原子弹和氢弹；铀浓缩过程的副产品贫铀能用来生产贫铀弹和高强度装甲；农业辐照育种、生产人造元素、放射治疗、造影诊断都能用到铀。由于核电需求构成铀金属接近100%的需求（军用暂不考虑），我们着重研究核电领域对铀的需求。

u 铀矿开采-铀矿加工-铀纯化转化-铀浓缩-核燃料组件制造-核电站利用。

• 加工：开采出来的具有工业品位、或者经过物理选矿的矿石加工浓集成含铀量较高的中间产物—铀化学浓缩物（黄饼，主要以U3O8形式存在，含有大量杂质）；

• 纯化转化：将黄饼进一步提纯以达到要求的核浓度，并转化为易于氢氟化的铀氧化物（精制），U3O8是铀在空气中最稳定的氧化物，便于长期贮存，再将U3O8转化为UF6；

• 浓缩：铀同位素互相分离的过程，即通过物理的分离方法将铀238的含量降低，铀235的含量提高。生产1吨富集度为3%的浓缩铀，大约需要5.5吨天然铀原料（黄饼）；

• 组件制造：把铀浓缩工序产品六氟化铀经过化学工艺操作，生产出UO2等燃料芯块，然后再把燃料芯块装入包壳组装成燃料棒。压水堆的燃料组件就是由一定数量的燃料元件排列组成正方形的燃料棒束集成。

u 根据世界核协会数据，截至2024年12月，全球核电并网容量为396GW，并网核电站439座，在建容量71.8GW，在建核电站66座。根据Our World in Data，2023年全年全球核电发电量占比9.11%。

• 核电作为清洁能源，是碳排放最低的发电技术之一。与传统火电相比，不排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物和二氧化碳等有害或温室气体，具有资源消耗少、环境影响小等优势。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）2014年公布的数据，核电技术的温室气体排放约为3.7-110克二氧化碳当量/千瓦时，各国中位数为12克二氧化碳当量/千瓦时，与陆上风电基本相当，是水电的一半，光伏的1/4，远低于煤电、天然气发电和生物质发电，可以在满足快速增长的能源需求的同时兼顾生态环境。

• 核电是高效的能源。1千克铀235的原子核全部裂变，可以释放相当于2700吨标准煤完全燃烧放出的能量。一座百万千瓦级的核电厂每年只需补充一次约30吨的核燃料（浓缩后），一辆重型卡车即可拉走。同样规模的火电厂每年需要燃煤约300万吨，仅每天就需要一列40节车厢的火车来运输。

• 核电负载因子高，能源保障力强。2023年核电机组每年的工作小时数为7670小时，是火电的1.7倍，水电的2.5倍，风电的3.4倍，太阳能的6倍。一台1GW的核电机组一年能生产77亿度电（1GW*7670h）。

u 目前核电技术发展到第四代。第一代核电站为原型堆，其目的在于验证核电设计技术和商业开发前景；第二代核电站为技术成熟的商业堆；第三代核电站安全性和经济性均较第二代有所提高，是目前全球核电建设的主流技术，“华龙一号”、“国和一号”（CAP1400）均是我国自主知识产权三代核电技术；第四代核电站强化了防止核扩散等方面的要求，目前处于起步阶段，钠冷快堆和高温气冷堆是发展较快的两种堆型。

u 国际原子能机构把核事故事件分7级。标准考虑到：①对人和环境的影响；②对设施的放射屏障和控制的影响；③以及对纵深防御的影响。1级事件只是涉及纵深防御功能减退，2级和3级涉及纵深防御功能较严重减退或给人或设施造成较低程度的实际后果，4级至7级涉及给人、环境或设施造成越来越严重的实际后果。我国辐射防护标准规定对辐射工作人员一年中的有效剂量为不大于50msv（毫希沃特，辐射剂量的基本单位之一）。

• 1979年3月28日，美国三里岛核电站发生了严重事故（5级），堆芯部分熔化，射性物质释放到了安全壳中。但由于一回路压力边界和安全壳的包容作用，泄漏到周围环境中的放射性核素微乎其微，没有对环境和公众的健康产生危害，仅有3名电站工作人员受到略高于季度剂量管理限值的辐射照射。周围80km的200万居民中，平均每人增加的剂量还不如带一年夜光表或看一年彩电的。但美国国家核管会由于缺乏经验，错误地发出撤离警告，导致8万人惊慌撤离的混乱中，有3人被挤死。事故的原因是机械设备故障和人员连续误操作，同时也跟控制室指示器的界面设计缺陷有关。这次事故导致对主控制室、运行规程和人员培训进行了重大改进，对严重事故分析及应急对策高度重视，从而提高了核电站运行的安全性。

• 1986年4月26日，前苏联乌克兰境内的切尔诺贝利核电站4号机发生爆炸（7级），这是人类历史上最严重的一次核事故。周边地区共有约3万多平方公里的土地遭受了严重污染。确诊为不同程度急性放射病者134人，有28人在数周内死亡，另有2人死于化学爆炸和烧伤，有14人在10年内死亡。联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)在研究和分析大量已有资料的基础上得出的结论是:“除受照儿童可观察到甲状腺癌增加外,在切尔诺贝利13年后没有发现与电离辐射相关的主要公众健康影响。没有观察到与电离辐射可能有关的总的癌发生率或死亡率的增加；甚至在事故清理工作人员或儿童中，作为辐射照射最灵敏的指标之一的白血病也没有增高。在与电离辐射相关的其他的非肿瘤疾病(躯体的或神经性的)方面，没有增加的科学证据。

• 2011年3月11日，日本福岛核电站事故（7级）。日本东北发生毁灭性的9.0级地震和海啸，地震引起的断电以及大规模损毁了核反应堆机组与电力网的连接，只能依赖紧急柴油发电机驱动电子系统与冷却系统。在福岛第一核电站

内共有六个沸水反应堆机组，大地震发生时，为了准备定期检查，4、5、6号机正处于停机状态；当侦测到地震时，1、2、3号机组亦立刻进入自动停机程序，但是大海啸淹没了紧急发电机室，损毁了紧急柴油发电机，令冷却系统停止运作，反应堆开始过热。同时，地震与海啸造成的损毁也阻碍了外来的救援。在之后的几个小时到几天内，1、2、3号反应堆经历了堆芯熔毁。联合国原子辐射影响问题科学委员会进行跟踪调查，2011年3月至2012年3月底，在福岛第一核电站现场参与减灾和其他活动的 20000多名应急工人所受平均有效剂量约为13毫希沃特。约36%的人所受有效剂量超过10毫希沃特，而0.8%（174名工人）被评估为在此期间所受有效剂量超过100毫希沃特。自2012年

4月以来，年有效剂量已显著降低，年均有效剂量从截至2013年3月底的一年约6毫希沃特降至截至2020年3月底的一年约2.5毫希沃特。自2013年4月以来，没有工人接受的年有效剂量超过50毫希沃特。

u 全球近20年核电发电量和铀需求量无明显增长。

• 回看全球历年发电量，根据Our World in Data数据，2011福岛核电站事故之后，当年核电发电量减少4.2%，2012年锐减6.8%，此后核电进入缓慢发展期。到2021年，全球核电发电量在事故后首次超过了事故前的极值（2006年），达到2762TWh。核电发电量近20年无明显增长，而全球用电量持续增加，全球核电发电占比从1996年的17.44%极大值一路下降到2023年的9.11%。

• 从铀需求量来看，根据世界核协会数据预测，2024年全年铀需求量为67517吨，2007年以来无明显增量，近20年大部分年份需求量在6.4-6.8万吨之间。其中，美国核电需求量世界第一，2024年需求1.8万吨，中国作为第二大铀需求国，需求量为1.3万吨。

u 核事故阴霾消退，核电边际变化已现。

• 中国：在经历3年零核准后，2019年重启核电核准，2019-2024年分别核准核电机组4/4/5/10/10/11台，核电核准有加速势头。中国核能行业协会预计，2030年前我国在运核电装机规模有望成为世界第一；

2035年我国核能发电量在总发电量的占比将达到10%左右，达到世界平均水平，相比2024年我国核电发电占比翻倍；到2060年，占比达到18%左右，与当前经合组织国家平均水平相当。

• 其他国家：2023年12月，第28届联合国气候大会（COP28）上，包括美国、法国在内的22个国家达成三倍核能协议：到2050年全球核能装机达到目前的三倍，认识核能在实现净零路径中的关键角色。按照这一决策简单计算，2024到2050年全球核电装机规模CAGR达到4.3%。

• 根据2023年发布的WNA核电发展预测中案，预计2035年全球核电装机将达543GW，将较2024年中增长45%。

u 核反应堆平均建设周期有所拉长。

• 据WNA公布的《2024年世界核电厂运行实绩报告》，2023年开始供电的核反应堆平均建设周期为115个月，高于2021年的88个月和2022年的89个月，也高于近年来的平均水平。

• 2023年全球共有五座核反应堆首次并网发电，涉及中国、斯洛伐克、美国、白俄罗斯和韩国。这些反应堆大多采用先进的压水反应堆技术，核反应堆的建设时间跨度较长，从开始建设到并网时间需要7-11年不等。例如Vogtle 3号机组用了10年时间完成从建设到并网的全过程，而Mochovce 3号机组由于历史原因，建设中断了多年，最终在2023年成功并网，我国的防城港3号机组采用华龙一号技术，85个月成功并网。

u 核电站设备利用率和发电效率稳定、高效。

• 全球核电站运营效率提升。容量因子表示核反应堆的实际发电量与其最大可能发电量的比率，反映了核电站的实际运行效率。2023年全球核反应堆的平均容量因子为81.5%，高于2022年的80.4%。自2000年以来，全球核电站的容量因子一直保持在较高水平，表明核电站的运行效率持续较好。全球核电站的运营表现随着技术进步和运维优化稳步提升，1970年代，全球核电站的平均容量因子约为60%左右，之后逐步上升，至1990年代达到80%左右，一直保持在较高水平，意味着核电站的设备利用率和发电效率处于相对稳定和高效的状态。

• 右图展示了在2019年至2023年期间，不同年龄段的核反应堆平均容量因子。整体上核反应堆的运行效率随着时间的推移仍能保持稳定，核反应堆性能并没有因为年龄的增加而显著下降。虽然不同年龄段的反应堆容量因子存在波动，但并未出现年龄相关的整体性能下降趋势。核反应堆在运行25至35年期间，平均容量因子略有下降。这个阶段的反应堆可能由于设备老化或维护需求增加，导致性能暂时下降。运行超过45年的反应堆，其容量因数高于其他年龄段，表明这些老化反应堆在良好维护和技术支持下仍能保持较高的运行效率。

u 全球核电在建容量2018年触底后逐年提升，按照九年的建设周期，铀需求将在2027年开始加速释放。

u 按照各个国家对核电建设的规划进行测算，2035年全球铀需求量将达到9.5万吨。

• 行业惯例，一台1GW的核电机组一年消耗170-200吨天然铀，换料周期为18个月。按照历史需求和并网容量测算，全球的均值大概在170-180，中国的均值在200左右。背后的原因可能受到核电技术、换料周期、容量因子等影响。

• 按照WNA数据，2024年全球铀需求量为67517吨，其中中国13132吨；我们预测到2030年全球和中国的并网容量分别为495GW/92GW，需求量分别达到84084吨和18384吨，2024-2030CAGR分别为3.7%、5.8%；到2035年全球和中国的并网容量分别为559GW/126GW，需求量分别达到95089和25236吨，2030-2035CAGR为2.5%、6.5%。中国将成为全球铀需求的主要拉动者。

u 首次加倍装料或将需求前置。

• 根据《核燃料循环》一书，一座1GW压水堆核电机组，初装料需天然铀当量400吨，每年换料175吨。这意味着实际需求增长早于并网容量增长。