引言

全球能源转型正处于关键时期，为实现《巴黎协定》设定的温控目标，世界各国正在加速推进清洁能源的发展。核能作为一种稳定、可靠、低碳的基荷能源，在能源转型中扮演着不可或缺的角色。然而，传统大型压水堆核电站面临着建设周期长、投资巨大、选址要求苛刻、融资困难以及公众接受度波动等挑战，难以满足快速变化的能源需求和灵活的电网运行要求。

小型模块化反应堆（SMR）作为新一代核能技术的代表，凭借其模块化制造、灵活部署、安全性提升、投资门槛低等优势，被视为解决传统核电发展瓶颈的关键路径。根据国际原子能机构（IAEA）的定义，SMR 是指单机发电功率低于 300 兆瓦的先进核裂变反应堆，其特点是在工厂预制组件和模块，然后运输到现场进行组装，从而大幅缩短建设周期、降低建设风险和成本。

高丰度低浓铀（HALEU）是指铀 - 235 丰度在 5% 至 20% 之间的铀燃料，与传统核电站使用的铀 - 235 丰度低于 5% 的低浓铀（LEU）相比，具有更高的能量密度。大多数先进 SMR 设计，特别是快中子谱反应堆、高温气冷堆和长寿命微堆，都需要使用 HALEU 燃料来实现其设计目标。

历史背景

2.1 核能技术发展简史

核能技术的发展可以追溯到 20 世纪 30 年代。1938 年，德国科学家奥托・哈恩和弗里茨・斯特拉斯曼发现了铀核裂变现象，为核能的利用奠定了理论基础。1942 年，恩里科・费米领导的团队在芝加哥大学建成了世界上第一座核反应堆 "芝加哥 1 号堆"，实现了可控核裂变链式反应。

第二次世界大战期间，核能技术主要用于军事目的，美国通过 "曼哈顿计划" 研制出了原子弹。战后，核能开始向和平利用方向发展。1954 年，苏联建成了世界上第一座核电站 —— 奥布宁斯克核电站，标志着人类进入了核能发电时代。1957 年，美国建成了希平港核电站，这是世界上第一座纯民用核电站。

从 20 世纪 60 年代到 80 年代，全球核电进入了快速发展期，各国相继建设了大量的核电站。这一时期的核电站主要是大型压水堆和沸水堆，单机功率从最初的几十兆瓦逐步提升到 1000 兆瓦以上。然而，1979 年美国三里岛核事故和 1986 年苏联切尔诺贝利核事故给全球核电发展带来了沉重打击，许多国家暂停或取消了核电建设计划。

20 世纪 90 年代以来，随着全球气候变化问题日益突出，核能作为一种低碳能源重新受到关注。特别是进入 21 世纪后，全球核电开始复苏，同时新一代核能技术也在快速发展，包括先进轻水堆、快中子反应堆、高温气冷堆、熔盐堆等。SMR 作为新一代核能技术的重要方向，因其独特的优势得到了各国政府和企业的高度重视。

2.2 核燃料技术发展历程

核燃料技术的发展与反应堆技术的发展相辅相成。早期的核反应堆主要使用天然铀作为燃料，如石墨慢化堆和重水堆。随着铀浓缩技术的发展，低浓铀（铀 - 235 丰度 3%-5%）逐渐成为主流核燃料，广泛应用于压水堆和沸水堆中。

铀浓缩技术经历了从气体扩散法到气体离心法的发展过程。气体扩散法是最早实现工业化应用的铀浓缩技术，但其能耗高、效率低。气体离心法于 20 世纪 70 年代开始商业化应用，具有能耗低、效率高的优点，目前已成为全球铀浓缩的主流技术。

高丰度低浓铀（HALEU）的发展最初是为了满足研究反应堆的需求。20 世纪 50 年代至 70 年代，许多研究反应堆使用高浓铀（HEU，铀 - 235 丰度大于 20%）作为燃料，这带来了严重的核扩散风险。为了降低核扩散风险，国际社会从 20 世纪 70 年代开始推动研究反应堆从高浓铀向低浓铀转换。然而，一些研究反应堆需要较高的中子通量，使用传统低浓铀无法满足要求，因此 HALEU（铀 - 235 丰度 5%-20%）应运而生。

进入 21 世纪后，随着先进反应堆技术的发展，HALEU 的应用范围逐渐扩大到发电反应堆。许多先进 SMR 设计，特别是快中子谱反应堆和高温气冷堆，需要使用 HALEU 燃料来实现更高的燃料利用率、更长的换料周期和更好的安全性能。

2.3 SMR 与 HALEU 结合的发展历程

SMR 与 HALEU 的结合可以追溯到 20 世纪 50 年代的核潜艇技术。核潜艇使用的核反应堆通常体积小、功率密度高、换料周期长，因此需要使用高丰度铀燃料。美国海军的核潜艇从 20 世纪 50 年代开始使用高浓铀燃料，后来逐渐转换为 HALEU 燃料。

在民用核电领域，俄罗斯是最早将 HALEU 应用于 SMR 的国家。俄罗斯的 "罗蒙诺索夫院士" 号浮动核电站于 2019 年投入商业运行，其使用的 KLT-40S 反应堆采用铀 - 235 丰度为 20% 的 HALEU 燃料，换料周期为 3-4 年。俄罗斯正在开发的 RITM-200M 型浮动核电站将采用更先进的 HALEU 燃料，换料周期可长达 10 年。

美国从 20 世纪 90 年代开始研究先进 SMR 技术，并将 HALEU 燃料作为关键技术之一。2019 年，美国能源部（DOE）启动了 "先进反应堆示范计划"（ARDP），支持包括 TerraPower 的 Natrium 钠冷快堆和 X-energy 的 Xe-100 高温气冷堆在内的先进反应堆示范项目，这两个项目都需要使用 HALEU 燃料。

2020 年，美国 Centrus Energy 公司在俄亥俄州的派克顿建成了美国第一个商业规模的 HALEU 生产设施，开始生产铀 - 235 丰度为 19.75% 的 HALEU 燃料。2022 年，美国《通胀削减法案》拨款 7 亿美元支持 HALEU 燃料供应链建设，进一步推动了 HALEU-SMR 技术的发展。

目前，全球已有超过 80 种 SMR 设计正在开发中，其中约 60% 的设计需要使用 HALEU 燃料。预计到 2030 年，全球将有多个 HALEU-SMR 项目投入商业运行。

SMR 与 HALEU 的技术基础

3.1 SMR 的定义与分类

3.1.1 SMR 的定义

国际原子能机构（IAEA）将小型模块化反应堆（SMR）定义为单机发电功率低于 300 兆瓦的先进核裂变反应堆。与传统大型核电站相比，SMR 具有以下主要特点：

  • 模块化制造：大部分组件和模块在工厂预制，然后运输到现场进行组装

  • 灵活部署：可以根据需求逐步增加装机容量，适应不同规模的电力需求

  • 安全性提升：采用更多的被动安全系统，减少对外部电源和操作人员的依赖

  • 投资门槛低：单台机组投资规模小，融资风险相对较低

  • 多用途应用：不仅可以发电，还可以用于供热、海水淡化、制氢等领域

3.1.2 SMR 的分类

根据冷却剂类型和中子能谱，SMR 可以分为以下几类：

  1. 轻水冷却 SMR

  2. 技术最成熟，与现有大型轻水堆技术兼容性最好

  3. 大多数设计使用传统低浓铀（LEU）燃料，但也有一些设计使用 HALEU 燃料以延长换料周期

  4. 代表设计：NuScale VOYGR、GE Hitachi BWRX-300、Rolls-Royce SMR

  5. 快中子谱 SMR

  6. 使用快中子引发裂变反应，不需要慢化剂

  7. 燃料利用率高，可以实现铀资源的高效利用和核废料的减量化

  8. 必须使用 HALEU 燃料（铀 - 235 丰度通常为 15%-20%）

  9. 代表设计：Oklo Aurora、TerraPower Natrium、GE Hitachi PRISM

  10. 高温气冷 SMR

  11. 使用氦气作为冷却剂，石墨作为慢化剂

  12. 出口温度高（700℃-1000℃），可以用于高效发电和工业供热

  13. 使用 TRISO 包覆颗粒燃料，铀 - 235 丰度通常为 8%-20%

  14. 代表设计：X-energy Xe-100、清华大学石岛湾高温气冷堆

  15. 熔盐 SMR

  16. 使用熔融盐作为冷却剂和燃料载体

  17. 具有固有安全性，燃料在线更换，放射性废物少

  18. 可以使用 HALEU 燃料或钍燃料

  19. 代表设计：Terrestrial Energy IMSR、ThorCon、中国 TMSR-LF1

  20. 微堆

  21. 单机发电功率通常低于 10 兆瓦

  22. 换料周期长（10-20 年），甚至可以实现全寿期不换料

  23. 主要用于偏远地区供电、军事基地、数据中心等场景

  24. 几乎所有微堆设计都使用 HALEU 燃料

  25. 代表设计：Oklo Aurora、Westinghouse eVinci、Radiant Nuclear

3.2 HALEU 的定义与特性

3.2.1 HALEU 的定义

高丰度低浓铀（High-Assay Low-Enriched Uranium，HALEU）是指铀 - 235 丰度在 5% 至 20% 之间的铀燃料。根据铀 - 235 丰度的不同，HALEU 可以进一步分为：

  • 低丰度 HALEU：铀 - 235 丰度 5%-10%

  • 中丰度 HALEU：铀 - 235 丰度 10%-15%

  • 高丰度 HALEU：铀 - 235 丰度 15%-20%

传统核电站使用的低浓铀（LEU）铀 - 235 丰度通常为 3%-5%，而武器级高浓铀（HEU）的铀 - 235 丰度通常大于 90%。HALEU 处于 LEU 和 HEU 之间，既具有足够高的能量密度满足先进反应堆的需求，又在核扩散风险方面相对可控。

3.2.2 HALEU 的物理化学特性

HALEU 与传统 LEU 在物理化学性质上基本相同，主要区别在于铀 - 235 的丰度不同。铀 - 235 是可裂变同位素，能够吸收慢中子发生裂变反应并释放能量。铀 - 238 是可转换同位素，能够吸收中子转化为钚 - 239，钚 - 239 也是可裂变同位素。

HALEU 的主要物理特性包括：

  • 更高的能量密度：铀 - 235 丰度越高，单位质量铀所含的可裂变材料越多，能量密度越高

  • 更长的燃料循环长度：在相同的功率输出下，HALEU 燃料可以运行更长的时间

  • 更高的燃耗：HALEU 燃料可以达到更高的燃耗深度，提高燃料利用率

  • 更小的反应堆体积：在相同功率输出下，使用 HALEU 燃料可以减小反应堆堆芯的体积

3.2.3 HALEU 的燃料形式

HALEU 可以制成多种不同的燃料形式，以适应不同类型反应堆的需求：

  1. 陶瓷氧化物燃料

  2. 最常见的燃料形式，通常为二氧化铀（UO₂）

  3. 技术成熟，广泛应用于传统轻水堆和一些先进 SMR

  4. 优点：化学稳定性好，辐照性能稳定

  5. 缺点：热导率较低，限制了功率密度的进一步提高

  6. 金属燃料

  7. 由铀与锆、钼等金属制成的合金

  8. 热导率高，有利于提高反应堆的功率密度和安全性能

  9. 主要用于快中子谱反应堆

  10. 代表设计：Oklo Aurora 使用的铀 - 锆合金燃料

  11. TRISO 包覆颗粒燃料

  12. 由铀核芯和多层包覆层组成，每层包覆层具有不同的功能

  13. 能够在高温下保持完整性，防止裂变产物释放

  14. 主要用于高温气冷堆

  15. 铀核芯通常为二氧化铀（UO₂）或碳氧化铀（UCO），铀 - 235 丰度为 8%-20%

  16. 熔盐燃料

  17. 将铀溶解在熔融氟盐中，既作为燃料又作为冷却剂

  18. 燃料在线更换，能够连续去除裂变产物

  19. 主要用于熔盐反应堆

  20. 铀通常以 UF₄的形式存在于熔盐中

3.3 SMR 采用 HALEU 的技术实现方式

3.3.1 轻水冷却 SMR 采用 HALEU 的技术实现

大多数轻水冷却 SMR 设计最初是为使用传统低浓铀（LEU）燃料而开发的，但通过一些设计修改，也可以使用 HALEU 燃料。轻水冷却 SMR 采用 HALEU 燃料的主要目的是延长换料周期、提高功率密度和提高燃料利用率。

轻水冷却 SMR 采用 HALEU 燃料的技术实现方式主要包括：

  • 燃料组件设计优化：调整燃料棒的直径、间距和排列方式，以适应更高的功率密度和更长的辐照时间

  • 包壳材料改进：使用更先进的包壳材料，如铁铬铝合金（FeCrAl），提高包壳的耐腐蚀性能和抗辐照性能

  • 堆芯设计优化：调整堆芯的几何形状和燃料装载方式，优化中子经济性

  • 控制系统升级：升级反应堆的控制系统，以适应更长的换料周期和更高的功率密度

例如，NuScale 的 VOYGR SMR 设计最初使用铀 - 235 丰度为 4.95% 的 LEU 燃料，换料周期为 24 个月。通过采用铀 - 235 丰度为 8% 的 HALEU 燃料，换料周期可以延长至 48 个月，从而提高反应堆的容量因子和经济性。

3.3.2 快中子谱 SMR 采用 HALEU 的技术实现

快中子谱 SMR 必须使用 HALEU 燃料，因为快中子的裂变截面较小，需要更高的铀 - 235 丰度来维持链式反应。快中子谱 SMR 通常使用铀 - 235 丰度为 15%-20% 的 HALEU 燃料。

快中子谱 SMR 采用 HALEU 燃料的技术实现方式主要包括：

  • 金属燃料技术：使用铀 - 锆合金等金属燃料，具有高热导率和良好的辐照性能

  • 一体化堆芯设计：将反应堆堆芯、冷却剂泵和热交换器集成在一个压力容器内，减少管道连接和泄漏风险

  • 被动安全系统：利用自然循环和重力等自然力实现反应堆的冷却和安全停堆

  • 长换料周期设计：通过优化堆芯设计和燃料装载，实现 10-20 年的换料周期，甚至全寿期不换料

例如，Oklo 的 Aurora 快堆设计使用铀 - 235 丰度为 19.75% 的金属燃料，换料周期长达 20 年。反应堆采用热管冷却技术，没有活动部件，具有极高的可靠性和安全性。

3.3.3 高温气冷 SMR 采用 HALEU 的技术实现

高温气冷 SMR 使用 TRISO 包覆颗粒燃料，铀 - 235 丰度通常为 8%-20%。TRISO 燃料颗粒具有优异的耐高温性能和辐照稳定性，能够在 1600℃以上的高温下保持完整性，防止裂变产物释放。

高温气冷 SMR 采用 HALEU 燃料的技术实现方式主要包括：

  • TRISO 燃料制造技术：精确控制燃料颗粒的尺寸、成分和包覆层厚度

  • 燃料元件制造技术：将 TRISO 燃料颗粒制成球形燃料元件或棱柱形燃料元件

  • 堆芯设计优化：优化燃料元件的排列方式和冷却剂通道设计，提高传热效率和中子经济性

  • 燃料循环管理：采用连续换料或分批换料方式，提高燃料利用率

例如，X-energy 的 Xe-100 高温气冷堆设计使用铀 - 235 丰度为 15.5% 的 TRISO 燃料，换料周期为 6 年。反应堆出口温度高达 750℃，可以用于高效发电和工业供热。

3.4 SMR 采用 HALEU 的技术优势

SMR 采用 HALEU 燃料相比传统 LEU 燃料具有以下主要技术优势：

  1. 更长的换料周期

  2. HALEU 燃料含有更多的可裂变材料，可以在相同功率下运行更长的时间

  3. 换料周期可以从传统的 18-24 个月延长至 5-20 年，甚至全寿期不换料

  4. 减少了换料次数和停堆时间，提高了反应堆的容量因子

  5. 更高的功率密度

  6. HALEU 燃料的能量密度更高，可以在相同体积的堆芯内产生更多的功率

  7. 减小了反应堆的体积和重量，便于模块化制造和运输

  8. 降低了反应堆的建造成本和占地面积

  9. 更高的燃料利用率

  10. HALEU 燃料可以达到更高的燃耗深度，减少了燃料的浪费

  11. 快中子谱反应堆使用 HALEU 燃料可以实现铀资源的高效利用，铀利用率可以从传统轻水堆的约 1% 提高到 30% 以上

  12. 减少了核废料的产生量

  13. 更好的安全性能

  14. 长换料周期减少了燃料操作和运输的次数，降低了放射性物质泄漏的风险

  15. 一些 HALEU 燃料形式（如 TRISO 燃料）具有优异的耐高温性能和辐照稳定性，能够在事故情况下防止裂变产物释放

  16. 被动安全系统的应用进一步提高了反应堆的安全性能

  17. 更灵活的部署方式

  18. 长换料周期和高可靠性使 HALEU-SMR 特别适合在偏远地区、海岛和军事基地等难以获得燃料补给的地方部署

  19. 模块化设计和小体积使 HALEU-SMR 可以灵活适应不同的应用场景和电力需求

经济性分析框架

4.1 全生命周期成本分析方法

全生命周期成本分析（LCCA）是评估能源技术经济性的标准方法，它考虑了能源项目从规划、建设、运行到退役的整个生命周期内的所有成本和收益。对于核电站来说，全生命周期通常为 40-60 年。

核电站的全生命周期成本主要包括以下几个部分：

  • 资本成本（CAPEX）：包括设计、采购、制造、运输、安装、调试等费用

  • 燃料循环成本：包括铀矿开采、转化、浓缩、燃料制造、乏燃料处理和处置等费用

  • 运营与维护成本（O\&M）：包括人员工资、材料消耗、设备维修、保险、税费等费用

  • 退役成本：包括反应堆停运、拆除、放射性废物处理和处置等费用

4.2 平准化度电成本（LCOE）计算

平准化度电成本（Levelized Cost of Electricity，LCOE）是评估不同能源技术经济性的核心指标，它表示在项目全生命周期内，每发一度电所需要的平均成本。LCOE 的计算公式为：

$LCOE = \frac{\sum_{t=1}^{n} \frac{C_t}{(1+r)^t}}{\sum_{t=1}^{n} \frac{E_t}{(1+r)^t}}$

其中：

  • $C_t$：第 t 年的总成本

  • $E_t$：第 t 年的发电量

  • r：贴现率

  • n：项目全生命周期年限

LCOE 将不同时间发生的成本和收益按照一定的贴现率折算为现值，从而可以对不同技术、不同规模、不同融资条件的能源项目进行公平比较。

4.3 敏感性分析方法

敏感性分析是评估不确定性因素对项目经济性影响的重要方法。它通过改变一个或多个关键参数的值，观察 LCOE 的变化情况，从而识别出对项目经济性影响最大的因素。

对于 HALEU-SMR 项目，关键的敏感性参数包括：

  • 资本成本

  • 贴现率

  • 容量因子

  • 燃料成本

  • 运营与维护成本

  • 换料周期

  • 项目全生命周期年限

敏感性分析通常采用单因素敏感性分析和多因素敏感性分析相结合的方法。单因素敏感性分析每次只改变一个参数的值，其他参数保持不变，观察 LCOE 的变化。多因素敏感性分析同时改变多个参数的值，模拟不同情景下的项目经济性。

4.4 价值评估框架

除了 LCOE 之外，还需要考虑 SMR 的其他价值因素，这些因素在传统的 LCOE 计算中往往没有得到充分体现。SMR 的额外价值主要包括：

  1. 容量价值

  2. SMR 可以提供稳定的基荷电力，弥补可再生能源间歇性的不足

  3. 在电力市场中，容量价值通常通过容量市场或容量拍卖来体现

  4. 灵活性价值

  5. SMR 可以快速调整功率输出，参与电网调峰和调频

  6. 提高电网的稳定性和可靠性

  7. 多用途价值

  8. SMR 不仅可以发电，还可以用于供热、海水淡化、制氢等领域

  9. 实现能源的梯级利用，提高能源利用效率

  10. 安全价值

  11. SMR 采用先进的安全设计，事故风险低

  12. 减少了对环境和公众健康的潜在危害

  13. 能源安全价值

  14. SMR 可以减少对进口化石能源的依赖，提高国家能源安全

  15. 长换料周期减少了燃料运输和补给的需求

因此，在评估 HALEU-SMR 的经济性时，需要综合考虑 LCOE 和这些额外价值因素，才能得出全面、准确的结论。

资本成本分析

5.1 SMR 资本成本构成

SMR 的资本成本主要包括以下几个部分：

  1. 核岛成本

  2. 反应堆压力容器、堆内构件、控制棒驱动机构

  3. 蒸汽发生器、冷却剂泵、稳压器

  4. 安全壳系统、余热排出系统、安全注射系统

  5. 核岛土建工程

  6. 常规岛成本

  7. 汽轮机、发电机、凝汽器

  8. 给水系统、循环水系统

  9. 常规岛土建工程

  10. 辅助系统成本

  11. 电气系统、仪表控制系统

  12. 水处理系统、通风空调系统

  13. 消防系统、辐射防护系统

  14. 辅助设施土建工程

  15. 首堆附加成本

  16. 设计研发费用

  17. 许可审批费用

  18. 原型验证费用

  19. 供应链建设费用

  20. 其他成本

  21. 土地购置费用

  22. 融资费用

  23. 建设期利息

  24. 不可预见费

5.2 HALEU 对 SMR 资本成本的影响

HALEU 燃料对 SMR 资本成本的影响是双重的：一方面，HALEU 燃料可以减小反应堆堆芯的体积和重量，从而降低核岛的建造成本；另一方面，HALEU 燃料的生产和处理需要更严格的安全和安保措施，这会增加一些系统的成本。

5.2.1 堆芯体积减小带来的成本降低

HALEU 燃料具有更高的能量密度，因此在相同功率输出下，可以使用更小的反应堆堆芯。堆芯体积的减小会带来以下成本降低：

  • 反应堆压力容器的尺寸减小，制造成本降低

  • 堆内构件的尺寸减小，制造成本降低

  • 安全壳的体积减小，土建成本降低

  • 冷却剂系统的容量减小，设备成本降低

  • 整体厂房的面积减小，土建成本降低

根据 Nuclear Innovation Alliance（NIA）的研究，使用 HALEU 燃料可以使快中子谱 SMR 的堆芯体积比使用 LEU 燃料的轻水堆减小约 50%-70%，从而使核岛成本降低约 20%-30%。

5.2.2 安全与安保要求提高带来的成本增加

HALEU 燃料的铀 - 235 丰度高于传统 LEU 燃料，因此需要更严格的安全和安保措施，这会带来以下成本增加：

  • 燃料储存设施需要更高的安全等级，建设成本增加

  • 燃料运输需要更严格的安保措施，运输成本增加

  • 核材料保护、控制和衡算（MPC\&A）系统需要升级，建设和运营成本增加

  • 应急计划和准备需要加强，成本增加

根据 IAEA 的研究，HALEU 燃料的安全和安保成本比传统 LEU 燃料高约 10%-15%。

5.2.3 综合影响

综合来看，HALEU 燃料对 SMR 资本成本的影响取决于反应堆的类型和设计。对于快中子谱 SMR 和微堆，由于堆芯体积减小带来的成本降低幅度较大，超过了安全与安保要求提高带来的成本增加幅度，因此总体上会降低资本成本。对于轻水冷却 SMR，由于堆芯体积减小的幅度相对较小，而安全与安保要求提高的成本增加相对明显，因此总体上对资本成本的影响不大，甚至可能略有增加。

表 5-1：不同类型 SMR 采用 HALEU 燃料对资本成本的影响

数据来源：NIA HALEU Cost Report 2023，IAEA SMR Status Report 2024

5.3 模块化制造对资本成本的影响

模块化制造是 SMR 降低资本成本的关键因素之一。通过在工厂预制组件和模块，可以提高生产效率、保证产品质量、缩短建设周期、降低现场施工风险。

模块化制造对 SMR 资本成本的影响主要体现在以下几个方面：

  • 规模经济效应：通过批量生产相同的模块，可以降低单位制造成本

  • 学习曲线效应：随着生产经验的积累，生产效率会不断提高，单位成本会不断下降

  • 质量控制提升：工厂环境下的质量控制比现场更严格，可以减少返工和维修成本

  • 建设周期缩短：工厂预制和现场施工可以并行进行，缩短整体建设周期，降低融资成本和建设期利息

根据 IAEA 的研究，当 SMR 的累计产量达到 20 台以上时，单位资本成本可以降低约 30%-40%。学习率通常在 85%-90% 之间，即每翻一番产量，单位成本降低 10%-15%。

5.4 首堆与后续机组的资本成本差异

首堆（First-of-a-Kind，FOAK）与后续机组（Nth-of-a-Kind，NOAK）的资本成本存在显著差异。首堆需要承担大量的设计研发、许可审批、原型验证和供应链建设费用，因此成本较高。后续机组可以共享这些前期投入，并且受益于规模经济和学习曲线效应，因此成本会显著降低。

表 5-2：典型 SMR 首堆与后续机组的资本成本对比

数据来源：Lazard LCOE Analysis 2025，IEA Nuclear Technology Roadmap 2024

对于 HALEU-SMR 来说，首堆成本高的问题更加突出，因为不仅反应堆本身是新技术，HALEU 燃料供应链也是新建立的。随着 HALEU 燃料供应链的成熟和规模化生产，后续机组的燃料成本也会显著降低，从而进一步降低总体资本成本和 LCOE。

燃料循环成本分析

6.1 核燃料循环概述

核燃料循环是指从铀矿开采到乏燃料最终处置的整个过程，包括前端和后端两个部分：

前端燃料循环：

  • 铀矿勘探与开采

  • 铀矿石加工与提炼（生产黄饼 U₃O₈）

  • 铀转化（将黄饼转化为六氟化铀 UF₆）

  • 铀浓缩（提高铀 - 235 的丰度）

  • 燃料制造（将浓缩铀制成燃料组件）

后端燃料循环：

  • 乏燃料储存（暂时储存乏燃料）

  • 乏燃料后处理（分离回收可裂变材料）

  • 放射性废物处理与处置

核燃料循环有两种基本模式：

  • 开式循环：乏燃料不进行后处理，直接进行地质处置

  • 闭式循环：乏燃料进行后处理，分离回收铀和钚，再制成燃料循环使用

6.2 HALEU 生产工艺与成本构成

6.2.1 HALEU 生产工艺

HALEU 主要有两种生产工艺：

  1. 从天然铀直接浓缩

  2. 使用气体离心法将天然铀（铀 - 235 丰度 0.71%）直接浓缩到所需的 HALEU 丰度（5%-20%）

  3. 这是目前生产 HALEU 的主要工艺

  4. 优点：工艺成熟，与现有铀浓缩技术兼容性好

  5. 缺点：需要更多的分离功（SWU），成本较高

  6. 高浓铀（HEU）稀释

  7. 将武器级高浓铀（铀 - 235 丰度 > 90%）与天然铀或贫铀混合，稀释到 HALEU 丰度

  8. 这是一种过渡性的 HALEU 生产工艺，可以利用过剩的武器级高浓铀

  9. 优点：成本较低，生产速度快

  10. 缺点：受限于过剩武器级高浓铀的数量，长期不可持续

6.2.2 HALEU 生产成本构成

HALEU 的生产成本主要包括以下几个部分：

  • 天然铀成本：铀矿开采、加工和转化的成本

  • 分离功成本：铀浓缩过程中消耗的分离功（SWU）的成本

  • 转化成本：将浓缩 UF₆转化为燃料制造所需形式的成本

  • 燃料制造成本：将 HALEU 制成燃料组件的成本

  • 安全与安保成本：HALEU 生产、储存和运输过程中的安全与安保费用

  • 资本折旧与摊销：生产设施的投资折旧和摊销

  • 运营与维护成本：生产设施的日常运营和维护费用

根据 Nuclear Innovation Alliance（NIA）2023 年发布的 HALEU 成本报告，在基准经济假设下，铀 - 235 丰度为 19.75% 的 HALEU 氧化物燃料的生产成本约为 23,725 美元 /kgU，金属燃料的生产成本约为 25,725 美元 /kgU。

表 6-1：19.75% 丰度 HALEU 氧化物燃料生产成本构成

数据来源：NIA HALEU Cost Report 2023

6.2.3 不同丰度 HALEU 的生产成本

HALEU 的生产成本随着铀 - 235 丰度的提高而显著增加，因为需要更多的分离功。根据美国能源部（DOE）的研究，生产 1kg 不同丰度的 HALEU 所需的天然铀和分离功数量如下表所示：

表 6-2：不同丰度 HALEU 生产所需的天然铀和分离功

数据来源：DOE Advanced Fuel Cycle Cost Basis Report 2024

假设天然铀价格为 130 美元 /kgU，分离功价格为 150 美元 / SWU，则不同丰度 HALEU 的原料成本如下：

表 6-3：不同丰度 HALEU 的原料成本

6.3 HALEU 与传统 LEU 燃料成本对比

传统核电站使用的低浓铀（LEU）铀 - 235 丰度通常为 4.5%，其生产成本约为 3,000-4,000 美元 /kgU。相比之下，HALEU 的生产成本要高得多，特别是高丰度 HALEU。

表 6-4：HALEU 与传统 LEU 燃料成本对比

数据来源：NIA HALEU Cost Report 2023，UxC Nuclear Fuel Market Report 2025

然而，单纯比较单位质量燃料的成本是不够的，还需要考虑燃料的能量输出和换料周期。HALEU 燃料具有更高的能量密度和更长的换料周期，因此单位能量的燃料成本并不一定比 LEU 燃料高。

6.4 单位能量燃料成本分析

单位能量燃料成本是指每发 1 兆瓦时（MWh）电力所需要的燃料成本，计算公式为：

$单位能量燃料成本 = \frac{燃料总成本}{总发电量}$

燃料总成本包括燃料采购成本和乏燃料处理处置成本。总发电量取决于反应堆的功率、容量因子和换料周期。

以 NuScale 的 VOYGR SMR 为例，比较使用不同丰度燃料的单位能量燃料成本：

假设条件：

  • 单模块功率：77 MWe

  • 容量因子：93%

  • 燃料燃耗：45 GWd/tHM（LEU），60 GWd/tHM（HALEU）

  • 热效率：33%

  • 乏燃料处理处置成本：500 美元 /kgHM

计算结果：

表 6-5：NuScale VOYGR SMR 不同丰度燃料的单位能量燃料成本

数据来源：作者基于 Carlson et al. (2020) 和 NIA (2023) 数据计算

从计算结果可以看出，虽然 HALEU 燃料的单位质量成本比传统 LEU 燃料高得多，但由于换料周期更长，单位能量燃料成本的增加幅度要小得多。特别是当换料周期延长到 10 年时，单位能量燃料成本甚至开始下降。这是因为随着换料周期的延长，换料次数减少，换料过程中的停堆时间和人工成本也相应减少，从而抵消了部分燃料成本的增加。

6.5 规模化生产对 HALEU 燃料成本的影响

当前 HALEU 燃料成本较高的主要原因是生产规模小，尚未形成规模经济效应。随着 HALEU-SMR 的大规模部署，HALEU 的需求量将大幅增加，生产规模将不断扩大，单位生产成本将显著降低。

根据 NIA 的研究，当 HALEU 的年生产量从目前的 10 吨增加到 100 吨时，单位生产成本可以降低约 30%-40%。当生产量增加到 500 吨 / 年时，单位生产成本可以降低约 50%-60%。

表 6-6：不同生产规模下 19.75% 丰度 HALEU 氧化物燃料的生产成本

数据来源：NIA HALEU Cost Report 2023

规模化生产不仅可以降低 HALEU 的生产成本，还可以提高供应链的稳定性和可靠性，降低供应风险，从而进一步提高 HALEU-SMR 的经济性。

运营与维护成本分析

7.1 SMR 运营与维护成本构成

SMR 的运营与维护（O\&M）成本主要包括以下几个部分：

  1. 固定 O\&M 成本

  2. 人员工资与福利

  3. 保险费用

  4. 税费

  5. 厂房与设备的日常维护费用

  6. 辐射防护费用

  7. 培训费用

  8. 可变 O\&M 成本

  9. 消耗品费用（如水、化学药品、润滑油等）

  10. 设备维修与更换费用

  11. 燃料运输与装卸费用

  12. 废物处理与处置费用

  13. 应急准备费用

  14. 换料成本

  15. 旧燃料组件卸出费用

  16. 新燃料组件装入费用

  17. 换料期间的检查与维修费用

  18. 换料期间的停堆损失

7.2 HALEU 对 SMR 运营与维护成本的影响

HALEU 燃料对 SMR 运营与维护成本的影响主要体现在换料成本上。由于 HALEU 燃料的换料周期更长，换料次数减少，因此换料成本会显著降低。

7.2.1 换料成本降低

换料是核电站运营过程中的一项重要活动，通常需要停堆数周甚至数月，不仅会造成发电量损失，还需要支付大量的人工和设备费用。使用 HALEU 燃料可以显著延长换料周期，减少换料次数，从而降低换料成本。

以 NuScale 的 VOYGR SMR 为例，使用传统 LEU 燃料时换料周期为 2 年，使用 8% 丰度的 HALEU 燃料时换料周期为 4 年，使用 19.75% 丰度的 HALEU 燃料时换料周期可以延长至 10 年。在 60 年的全生命周期内，使用传统 LEU 燃料需要换料 29 次，使用 8% 丰度的 HALEU 燃料需要换料 14 次，使用 19.75% 丰度的 HALEU 燃料只需要换料 5 次。

假设每次换料的成本为 1000 万美元（包括停堆损失），则在 60 年全生命周期内：

  • 使用传统 LEU 燃料的总换料成本：29 × 1000 = 29,000 万美元

  • 使用 8% 丰度 HALEU 燃料的总换料成本：14 × 1000 = 14,000 万美元

  • 使用 19.75% 丰度 HALEU 燃料的总换料成本：5 × 1000 = 5,000 万美元

可以看出，使用 HALEU 燃料可以显著降低总换料成本。特别是使用高丰度 HALEU 燃料时，总换料成本仅为使用传统 LEU 燃料的约 17%。

7.2.2 安全与安保成本增加

如前所述，HALEU 燃料的铀 - 235 丰度高于传统 LEU 燃料，因此需要更严格的安全和安保措施，这会增加运营过程中的安全与安保成本。具体包括：

  • 核材料保护、控制和衡算（MPC\&A）系统的日常运行和维护费用

  • 安保人员的工资和培训费用

  • 安全检查和审计费用

  • 应急响应和准备费用

根据 IAEA 的研究，HALEU 燃料的安全与安保运营成本比传统 LEU 燃料高约 15%-20%。

7.2.3 综合影响

综合来看，HALEU 燃料对 SMR 运营与维护成本的影响是正面的。换料成本降低的幅度远远超过了安全与安保成本增加的幅度，因此总体上会降低运营与维护成本。

表 7-1：NuScale VOYGR SMR 不同丰度燃料的运营与维护成本对比（60 年全生命周期）

数据来源：作者基于 Carlson et al. (2020) 和 IAEA (2024) 数据计算

从计算结果可以看出，使用 HALEU 燃料可以显著降低 SMR 的运营与维护成本。使用 19.75% 丰度的 HALEU 燃料时，单位能量 O\&M 成本仅为使用传统 LEU 燃料的约 62%。

7.3 远程监控与无人值守对 O\&M 成本的影响

许多 HALEU-SMR 设计，特别是微堆，采用了先进的远程监控和无人值守技术，这可以进一步降低运营与维护成本。通过远程监控系统，操作人员可以在中心控制室同时监控多个反应堆的运行状态，减少现场人员的数量。无人值守技术可以实现反应堆的自动运行和安全停堆，进一步降低对现场人员的需求。

根据美国能源部（DOE）的研究，采用远程监控和无人值守技术可以将 SMR 的运营与维护成本降低约 30%-50%。对于偏远地区部署的微堆，这种成本降低效果尤为明显。

退役成本分析

8.1 核电站退役概述

核电站退役是指核电站在达到设计寿命后，停止运行并进行拆除、去污和放射性废物处理处置的过程。核电站退役通常分为三个阶段：

  1. 监护封存阶段：停止运行后，将乏燃料从堆芯取出并转移到乏燃料储存设施，对核电站进行监护和维护，等待放射性水平降低

  2. 拆除阶段：拆除核电站的设备和结构，对放射性污染的部分进行去污处理

  3. 场址恢复阶段：对场址进行清理和恢复，使其可以用于其他用途

核电站的退役周期通常为 20-40 年，退役成本占核电站全生命周期成本的 5%-10%。

8.2 HALEU 对 SMR 退役成本的影响

HALEU 燃料对 SMR 退役成本的影响是复杂的，既有有利的一面，也有不利的一面。

8.2.1 有利影响

  • 更小的反应堆体积：使用 HALEU 燃料可以减小反应堆的体积和重量，从而减少拆除和去污的工作量，降低退役成本

  • 更少的乏燃料数量：HALEU 燃料的燃耗更高，单位能量产生的乏燃料数量更少，从而减少乏燃料处理和处置的成本

  • 更长的运行寿命：许多 HALEU-SMR 设计的运行寿命更长（60-80 年），可以推迟退役时间，降低退役成本的现值

8.2.2 不利影响

  • 更高的乏燃料放射性水平：HALEU 乏燃料的铀 - 235 残留丰度和钚含量比传统 LEU 乏燃料高，放射性水平更高，处理和处置的难度更大，成本更高

  • 更复杂的燃料形式：一些 HALEU 燃料形式（如金属燃料、TRISO 燃料）的处理和处置工艺与传统 LEU 燃料不同，需要开发新的技术和设施，增加了成本

  • 更严格的安全与安保要求：HALEU 乏燃料的核扩散风险更高，需要更严格的安全和安保措施，增加了退役过程中的成本

8.2.3 综合影响

综合来看，HALEU 燃料对 SMR 退役成本的影响取决于反应堆的类型、燃料形式和退役策略。对于快中子谱 SMR，如果采用闭式燃料循环，对乏燃料进行后处理，分离回收铀和钚，那么退役成本可以显著降低。对于采用开式燃料循环的 SMR，HALEU 燃料对退役成本的影响相对较小，总体上可能略有增加。

表 8-1：不同类型 SMR 采用 HALEU 燃料对退役成本的影响

数据来源：DOE Advanced Reactor Decommissioning Cost Report 2024

8.3 退役成本的资金准备

核电站的退役成本需要在电站运行期间逐步积累，通常通过设立退役基金的方式来实现。退役基金的规模取决于预计的退役成本和贴现率。对于 HALEU-SMR，由于退役成本存在一定的不确定性，需要适当提高退役基金的提取比例，以确保有足够的资金用于退役。

根据美国核管理委员会（NRC）的规定，核电站运营商需要在电站运行期间每年提取一定比例的收入作为退役基金，确保在电站停止运行时积累足够的资金用于退役。对于 HALEU-SMR，NRC 建议将退役基金的提取比例提高 10%-15%，以应对可能的退役成本增加。

供应链分析

9.1 全球核燃料供应链现状

目前，全球核燃料供应链已经相当成熟，能够满足传统大型核电站的燃料需求。全球铀矿资源丰富，根据国际原子能机构（IAEA）和经济合作与发展组织核能署（OECD/NEA）2024 年发布的《铀资源、生产与需求》报告（红皮书），截至 2023 年 1 月，全球已探明的可回收铀资源（成本低于 130 美元 /kgU）约为 790 万吨，足够全球现有核电站使用约 100 年。

全球铀浓缩能力主要集中在少数几个国家和公司手中：

  • 俄罗斯：Rosatom，约占全球浓缩能力的 40%

  • 欧洲：Urenco（英国、荷兰、德国合资），约占全球浓缩能力的 30%

  • 中国：中核集团，约占全球浓缩能力的 15%

  • 美国：Centrus Energy，约占全球浓缩能力的 5%

  • 其他：法国 Orano、日本 JNFL 等，约占全球浓缩能力的 10%

全球燃料制造能力分布较为广泛，主要的燃料制造公司包括法国 Orano、美国 Westinghouse、俄罗斯 Rosatom、中国中核集团、韩国 KHNP 等。

9.2 HALEU 供应链现状与挑战

与成熟的传统 LEU 供应链相比，HALEU 供应链还处于发展初期，面临着诸多挑战：

9.2.1 生产能力不足

目前，全球商业规模的 HALEU 生产能力非常有限。美国 Centrus Energy 公司在俄亥俄州的派克顿拥有唯一一条商业规模的 HALEU 生产线，年产能约为 1.5 吨 19.75% 丰度的 HALEU。俄罗斯 Rosatom 拥有较大的 HALEU 生产能力，但由于地缘政治原因，其产品难以进入西方市场。中国和欧洲正在建设 HALEU 生产设施，但预计要到 2027 年以后才能投入商业运行。

根据美国能源部（DOE）的预测，到 2030 年，全球 HALEU 的年需求量将达到约 50 吨，到 2050 年将超过 500 吨。而目前的生产能力远远不能满足未来的需求，存在巨大的供应缺口。

9.2.2 "鸡生蛋、蛋生鸡" 的市场困境

HALEU 供应链面临着典型的 "鸡生蛋、蛋生鸡" 的市场困境：一方面，燃料供应商不愿意投资建设大规模的 HALEU 生产设施，因为没有足够的长期需求保证；另一方面，反应堆开发商不愿意大规模部署 HALEU-SMR，因为没有稳定、可靠、经济的 HALEU 燃料供应。

这种市场困境导致 HALEU 的生产成本居高不下，进一步影响了 HALEU-SMR 的经济性和推广应用。

9.2.3 地缘政治风险

全球铀浓缩能力分布不均，俄罗斯占据了约 40% 的市场份额。俄乌冲突爆发后，西方各国对俄罗斯实施了一系列制裁，限制了俄罗斯核燃料的进口。这导致全球核燃料供应紧张，价格上涨，也凸显了 HALEU 供应链的地缘政治风险。

为了降低地缘政治风险，美国、欧洲等国家和地区正在大力发展本土 HALEU 生产能力，但这需要时间和大量的投资。

9.2.4 监管不确定性

HALEU 的生产、储存、运输和使用需要更严格的监管，但目前各国的监管框架还不完善，存在一定的不确定性。例如，HALEU 的运输标准、安全与安保要求、乏燃料处理处置规定等都需要进一步明确和统一。

监管不确定性增加了 HALEU 供应链建设的风险和成本，影响了投资者的信心。

9.3 各国 HALEU 供应链建设计划

为了解决 HALEU 供应链问题，各国政府和企业正在积极采取措施，建设本土 HALEU 生产能力：

美国：

  • 2022 年《通胀削减法案》拨款 7 亿美元支持 HALEU 燃料供应链建设

  • 能源部启动了 "HALEU 可用性计划"，通过政府购买的方式建立首批 HALEU 战略储备

  • Centrus Energy 正在扩建其派克顿工厂，计划到 2027 年将年产能提高到 19 吨

  • Orano 正在田纳西州橡树岭建设新的 HALEU 浓缩设施，计划 2030 年投产

  • 多家初创公司（如 Oklo、Standard Nuclear、Antares Nuclear）正在开发创新的 HALEU 生产技术

欧洲：

  • 欧盟委员会将 HALEU 供应链建设列为优先事项，计划通过 "欧洲共同利益重大项目"（IPCEI）机制提供资金支持

  • Urenco 正在英国和荷兰的工厂扩建 HALEU 生产能力，计划到 2030 年达到年产 30 吨的规模

  • 法国 Orano 正在开发新的 HALEU 生产技术，计划 2030 年实现商业化生产国家核安全局

中国：

  • 国家能源局在《"十四五" 现代能源体系规划》中明确支持先进核燃料技术研发

  • 中核集团正在建设 HALEU 生产设施，计划 2027 年投产

  • 中广核也在开展 HALEU 生产技术研发

俄罗斯：

  • Rosatom 拥有全球最大的 HALEU 生产能力，年产能约为 20 吨

  • 正在扩建生产设施，计划到 2030 年将年产能提高到 50 吨

  • 主要向俄罗斯和友好国家的 SMR 项目供应 HALEU 燃料

9.4 供应链成熟对 HALEU-SMR 经济性的影响

HALEU 供应链的成熟将对 HALEU-SMR 的经济性产生重大影响：

  1. 燃料成本降低：如前所述，随着生产规模的扩大，HALEU 的生产成本将显著降低。当 HALEU 的年生产量达到 500 吨时，单位生产成本可以降低约 50%-60%，从而显著降低 HALEU-SMR 的燃料成本和 LCOE。

  2. 供应风险降低：稳定、可靠的 HALEU 燃料供应将降低反应堆开发商和运营商的供应风险，从而降低项目的融资成本和保险费用。

  3. 技术进步加速：供应链的成熟将促进 HALEU 生产技术和燃料制造技术的进步，进一步提高燃料性能，降低成本。

  4. 市场竞争加剧：随着更多的供应商进入 HALEU 市场，市场竞争将加剧，这将进一步推动价格下降和服务质量提高。

根据 NIA 的研究，当 HALEU 供应链完全成熟后，HALEU-SMR 的 LCOE 可以降低约 15%-20%，使其在电力市场上更具竞争力。

政策与监管环境

10.1 全球核能政策概述

全球核能政策正在经历重大转变。随着气候变化问题日益突出和能源安全意识的增强，越来越多的国家将核能视为实现碳中和目标和保障能源安全的重要手段。根据国际原子能机构（IAEA）的统计，目前全球有 30 多个国家正在发展核能，约 50 座核电站正在建设中，还有更多的核电站正在规划中。

各国政府出台了一系列政策支持核能发展，包括：

  • 财政补贴和税收优惠

  • 贷款担保和低息贷款

  • 碳定价和碳市场机制

  • 简化监管审批流程

  • 支持研发和示范项目

10.2 主要国家和地区的 SMR 与 HALEU 政策

10.2.1 美国

美国是全球 SMR 和 HALEU 技术发展的领导者，政府出台了一系列政策支持其发展：

  • 《基础设施投资和就业法案》（2021）：拨款 25 亿美元支持先进核技术，直接推动 SMR 示范项目的建设

  • 《通胀削减法案》（2022）：为核电提供 30% 的生产税收抵免（PTC），并拨款 7 亿美元支持 HALEU 燃料供应链建设

  • 《加速核能部署法案》（2024）：简化 SMR 的许可流程，缩短审批时间，建立新的 SMR 监管框架

  • 先进反应堆示范计划（ARDP）：支持包括 TerraPower Natrium 和 X-energy Xe-100 在内的先进反应堆示范项目，每个项目提供约 10 亿美元的资金支持

  • HALEU 可用性计划：通过政府购买的方式建立首批 HALEU 战略储备，激励私人投资建设 HALEU 生产设施

10.2.2 欧盟

欧盟将核能视为实现碳中和目标的重要组成部分，出台了一系列政策支持 SMR 和 HALEU 技术发展：

  • 《欧盟绿色分类法》（2022）：将符合条件的核能活动列为可持续投资，为核电项目提供融资便利

  • 《净零工业法案》（2024）：将 SMR 列为净零工业的关键技术，提供审批提速、融资便利和税收优惠等支持

  • 欧洲 SMR 战略（2023）：提出到 2030 年在欧盟部署首个 SMR，到 2050 年部署 30GW SMR 的目标

  • 计划通过 "欧洲共同利益重大项目"（IPCEI）机制提供 20 亿欧元资金支持 SMR 和 HALEU 技术研发和示范国家核安全局

10.2.3 中国

中国将 SMR 和先进核燃料技术列为国家战略性新兴产业，出台了一系列支持政策：

  • 《"十四五" 现代能源体系规划》：明确提出 "积极有序发展核电"，"开展小型模块化反应堆、高温气冷堆等先进核能技术示范"

  • 《"十四五" 核工业发展规划》：提出 "加快先进核燃料技术研发和产业化"，"建立自主可控的核燃料循环体系"

  • 国家能源局批准了多个 SMR 示范项目，包括中核集团的 "玲龙一号" 和中广核的 ACPR50S

  • 支持 HALEU 生产技术研发和设施建设，计划 2027 年实现本土 HALEU 商业化生产

10.2.4 英国

英国将 SMR 视为实现能源独立和碳中和目标的关键技术，出台了强有力的支持政策：

  • 英国核战略（2022）：提出到 2050 年核电装机容量达到 24GW 的目标，其中包括 SMR

  • SMR 启动计划（2023）：提供 2.1 亿英镑资金支持 SMR 设计和开发，选择了 Rolls-Royce SMR 作为优先发展的设计

  • 计划通过 "英国基础设施银行" 为 SMR 项目提供融资支持

  • 支持 HALEU 供应链建设，计划到 2030 年建立本土 HALEU 生产能力

10.3 监管框架与挑战

SMR 和 HALEU 的监管面临着诸多挑战，主要包括：

  • 现有监管框架不适应：现有的核监管框架主要是针对传统大型核电站制定的，难以适应 SMR 模块化、小型化、分布式的特点

  • 技术多样性带来的挑战：SMR 技术路线多样，不同设计的安全特性和运行方式差异很大，难以制定统一的监管标准

  • HALEU 的特殊监管要求：HALEU 的铀 - 235 丰度高于传统 LEU，需要更严格的安全与安保监管

  • 跨境监管协调：SMR 的模块化制造和全球部署需要各国监管机构之间的协调与合作

为了应对这些挑战，各国监管机构正在积极调整和完善监管框架：

  • 美国 NRC 建立了新的 SMR 监管框架，采用 "风险指引型" 监管方法，根据不同设计的风险水平制定相应的监管要求

  • 欧盟正在推动建立 "欧洲核安全监管联盟"，协调各国的 SMR 监管标准

  • IAEA 正在制定全球统一的 SMR 安全标准和监管指南，促进国际监管协调与合作

10.4 政策对 HALEU-SMR 经济性的影响

政策对 HALEU-SMR 的经济性有着决定性的影响。有利的政策可以显著降低 HALEU-SMR 的成本，提高其市场竞争力；不利的政策则会增加成本，阻碍其发展。

政策对 HALEU-SMR 经济性的影响主要体现在以下几个方面：

  • 资本成本：政府提供的贷款担保、低息贷款和税收优惠可以显著降低项目的融资成本

  • 燃料成本：政府对 HALEU 供应链建设的支持可以加速供应链成熟，降低燃料成本

  • 运营成本：简化的监管审批流程和统一的监管标准可以降低项目的许可成本和运营成本

  • 收入保障：政府提供的长期购电协议（PPA）和容量市场机制可以保障项目的稳定收入，降低市场风险

根据 Lazard 的研究，在没有政策支持的情况下，SMR 的 LCOE 约为 120-180 美元 / MWh；在有充分政策支持的情况下，SMR 的 LCOE 可以降低到 60-100 美元 / MWh，与传统大型核电站和可再生能源加储能的成本相当。

主要争议点与各方立场

11.1 核扩散风险争议

核扩散风险是 HALEU-SMR 面临的最主要争议之一。HALEU 的铀 - 235 丰度在 5%-20% 之间，比传统 LEU 更接近武器级铀，因此被认为具有更高的核扩散风险。

11.1.1 反对方的观点

  • 更高的转移吸引力：HALEU 含有更多的可裂变材料，更容易被转移用于制造核武器。根据一些研究，只需约 25 公斤 19.75% 丰度的 HALEU 就可以制造出一个简易核爆炸装置

  • 更多的材料在流通：随着 HALEU-SMR 的大规模部署，将会有大量的 HALEU 燃料在生产、运输、储存和使用过程中流通，这增加了核材料被盗或转移的风险

  • 浓缩技术扩散：HALEU 的生产需要更先进的铀浓缩技术，如果这些技术扩散到更多国家，将增加核扩散的风险

  • 乏燃料中的可裂变材料：HALEU 乏燃料中残留的铀 - 235 和产生的钚 - 239 含量比传统 LEU 乏燃料高，更容易被分离回收用于制造核武器

11.1.2 支持方的观点

  • 技术和制度保障：现有的国际核不扩散体系和各国的核安保措施可以有效防止 HALEU 的非法转移和使用

  • 设计上的防扩散措施：许多 HALEU-SMR 设计采用了防扩散措施，如一体化堆芯设计、长换料周期、整堆换料等，减少了核材料接触和转移的机会

  • 燃料形式的防扩散特性：一些 HALEU 燃料形式（如 TRISO 燃料、金属燃料）具有良好的防扩散特性，难以被非法处理和提取可裂变材料

  • 国际监管与合作：国际原子能机构（IAEA）的保障监督体系可以有效监控 HALEU 的生产、使用和处置，防止核扩散

11.1.3 中立观点

  • 核扩散风险是一个需要认真对待的问题，但不能因此而完全否定 HALEU-SMR 的价值

  • 应该通过加强国际核不扩散体系、完善核安保措施、推广防扩散设计等方式来降低核扩散风险

  • 应该在安全、安保和和平利用核能之间寻求平衡

11.2 废物管理争议

废物管理是 HALEU-SMR 面临的另一个重要争议点。关于 HALEU-SMR 产生的核废料的数量和特性，存在不同的观点。

11.2.1 反对方的观点

  • 更多的核废料：一些研究表明，某些 SMR 设计（特别是快中子谱 SMR）单位能量产生的核废料体积比传统大型轻水堆更多

  • 更复杂的核废料：HALEU-SMR 使用的一些特殊燃料形式（如金属燃料、TRISO 燃料、熔盐燃料）产生的核废料成分更复杂，处理和处置的难度更大

  • 更高的放射性水平：HALEU 乏燃料的放射性水平比传统 LEU 乏燃料更高，需要更长的冷却时间和更严格的处置措施

  • 缺乏成熟的处置技术：目前还没有成熟的技术可以安全、永久地处置 HALEU-SMR 产生的特殊核废料

11.2.2 支持方的观点

  • 更少的核废料：HALEU 燃料的燃耗更高，单位能量产生的乏燃料质量更少。如果采用闭式燃料循环，对乏燃料进行后处理，核废料的数量可以减少 90% 以上

  • 更安全的核废料：一些 HALEU 燃料形式（如 TRISO 燃料）产生的核废料稳定性更好，放射性物质更难释放到环境中

  • 先进的废物处理技术：正在开发的先进废物处理技术（如玻璃固化、陶瓷固化、嬗变等）可以有效处理和处置 HALEU-SMR 产生的核废料

  • 共享现有处置设施：HALEU-SMR 产生的核废料可以与传统核电站产生的核废料一起在深地质处置库中处置，不需要单独建设新的处置设施

11.2.3 中立观点

  • 废物管理是一个复杂的问题，不同的 SMR 设计产生的核废料的数量和特性差异很大，不能一概而论

  • 应该根据不同的设计特点，制定相应的废物管理策略

  • 应该加大对先进废物处理和处置技术的研发投入，提高废物管理的安全性和经济性

11.3 经济性争议

经济性是 HALEU-SMR 面临的最核心争议点。关于 HALEU-SMR 是否具有经济竞争力，存在截然不同的观点。

11.3.1 反对方的观点

  • 过高的资本成本：首台 HALEU-SMR 的资本成本非常高，远高于传统大型核电站和可再生能源

  • 燃料成本高：HALEU 燃料的生产成本远高于传统 LEU 燃料，增加了电站的运营成本

  • 供应链不成熟：HALEU 供应链尚未成熟，存在供应风险和价格波动风险

  • 规模经济效应不确定：SMR 的模块化制造和规模化生产能否带来预期的成本降低还存在很大的不确定性

  • 与其他能源技术的竞争：可再生能源（太阳能、风能）的成本正在快速下降，加上储能技术的发展，将对核电形成强有力的竞争

11.3.2 支持方的观点

  • 长期经济性好：虽然 HALEU-SMR 的初期投资较高，但运行成本低，燃料成本稳定，在全生命周期内具有良好的经济性

  • 额外价值：HALEU-SMR 具有稳定、可靠、低碳的特点，可以提供基荷电力和辅助服务，这些额外价值在传统的 LCOE 计算中没有得到充分体现

  • 多用途应用：HALEU-SMR 不仅可以发电，还可以用于供热、海水淡化、制氢等领域，实现能源的梯级利用，提高经济效益

  • 规模化效应：随着生产规模的扩大和技术的成熟，HALEU-SMR 的成本将显著降低，预计到 2040 年可以与传统能源技术竞争

  • 能源安全价值：HALEU-SMR 可以减少对进口化石能源的依赖，提高国家能源安全，这具有重要的战略价值

11.3.3 中立观点

  • HALEU-SMR 的经济性目前还存在很大的不确定性，需要通过实际项目的建设和运行来验证

  • 不同的应用场景下，HALEU-SMR 的经济性差异很大。在偏远地区、海岛、军事基地等特殊场景下，HALEU-SMR 具有明显的经济优势

  • 政策支持对 HALEU-SMR 的经济性至关重要，政府应该在初期提供必要的支持，帮助产业度过 "死亡之谷"

11.4 安全争议

安全是核能发展的永恒主题，也是 HALEU-SMR 面临的重要争议点。

11.4.1 反对方的观点

  • 新技术的不确定性：HALEU-SMR 采用了许多新技术，其安全性能还没有经过长期运行的验证

  • 小堆数量多带来的风险：如果大量部署 SMR，虽然单个反应堆的风险较低，但总体风险可能会增加

  • 应急计划的挑战：SMR 可能部署在人口密集地区或偏远地区，这给应急计划和响应带来了挑战

  • 人为因素风险：许多 SMR 设计采用无人值守或少量人员值守的运行模式，这可能会增加人为因素导致的事故风险

11.4.2 支持方的观点

  • 先进的安全设计：HALEU-SMR 采用了许多先进的安全设计，如被动安全系统、固有安全特性等，大大降低了事故风险

  • 更小的源项：HALEU-SMR 的功率小，堆芯内的放射性物质总量少，即使发生事故，后果也相对较轻

  • 简化的系统：SMR 的系统比传统大型核电站简单，设备数量少，故障点少，可靠性更高

  • 成熟的技术基础：许多 HALEU-SMR 设计是基于成熟的技术发展而来的，其安全性能有充分的理论和实验依据

11.4.3 中立观点

  • 安全是一个相对的概念，没有绝对安全的能源技术

  • HALEU-SMR 的安全设计理念比传统核电站有了很大的进步，其安全性能应该会更好

  • 应该通过严格的监管和充分的验证，确保 HALEU-SMR 的安全性能达到要求

  • 应该加强公众沟通，提高公众对 HALEU-SMR 安全性能的认知和接受度

案例研究

12.1 Oklo Aurora 快堆

12.1.1 项目概述

Oklo Aurora 是由美国 Oklo 公司开发的 1.5 MWe 快中子谱微堆，采用热管冷却技术和铀 - 235 丰度为 19.75% 的金属燃料，换料周期长达 20 年。该反应堆设计用于为偏远地区、数据中心、军事基地等提供可靠的电力和热能。

Oklo Aurora 的主要技术特点：

  • 功率：1.5 MWe（5 MWt）

  • 燃料：铀 - 锆合金金属燃料，铀 - 235 丰度 19.75%

  • 冷却剂：钠热管

  • 慢化剂：无（快中子谱）

  • 换料周期：20 年

  • 设计寿命：60 年

  • 安全特性：被动安全系统，无需外部电源和操作人员干预即可实现安全停堆和冷却

12.1.2 经济性分析

Oklo Aurora 的主要成本构成：

  • 资本成本：约 1 亿美元 / 台（首堆），后续机组预计可降至 6000 万美元 / 台

  • 燃料成本：约 1500 万美元 / 20 年（包括燃料采购和乏燃料处置）

  • 运营与维护成本：约 50 万美元 / 年

  • 退役成本：约 1000 万美元

根据这些成本数据，计算 Oklo Aurora 的 LCOE：

假设条件：

  • 容量因子：95%

  • 贴现率：7%

  • 全生命周期：60 年

计算结果：

  • 首堆 LCOE：约 250 美元 / MWh

  • 第 10 台机组 LCOE：约 150 美元 / MWh

  • 第 50 台机组 LCOE：约 80 美元 / MWh

虽然 Oklo Aurora 的首堆成本较高，但对于偏远地区和需要高可靠性电力的用户来说，仍然具有经济竞争力。例如，在偏远地区，柴油发电的成本通常在 300-500 美元 / MWh 之间，而且存在燃料运输困难和价格波动的问题。Oklo Aurora 的长换料周期和低运行成本使其在这些场景下具有明显的优势。

12.1.3 项目进展

2020 年，Oklo 公司向美国核管理委员会（NRC）提交了 Aurora 反应堆的建造和运行许可申请。2022 年，NRC 驳回了 Oklo 的申请，认为其安全分析报告不够充分。2023 年，Oklo 重新提交了申请，并获得了美国能源部的 10 亿美元贷款担保。2024 年，Oklo 与 Meta 公司签署了协议，为 Meta 的数据中心提供电力。预计首台 Aurora 反应堆将于 2029 年投入商业运行。

12.2 X-energy Xe-100 高温气冷堆

12.2.1 项目概述

X-energy Xe-100 是由美国 X-energy 公司开发的 80 MWe 高温气冷堆，采用球床式设计和 TRISO 包覆颗粒燃料，铀 - 235 丰度为 15.5%，换料周期为 6 年。该反应堆出口温度高达 750℃，可以用于高效发电和工业供热。

X-energy Xe-100 的主要技术特点：

  • 功率：80 MWe（200 MWt）

  • 燃料：TRISO 包覆颗粒燃料，铀 - 235 丰度 15.5%

  • 冷却剂：氦气

  • 慢化剂：石墨

  • 换料周期：6 年（连续换料）

  • 设计寿命：60 年

  • 安全特性：固有安全设计，在任何事故情况下都不会发生堆芯熔化

12.2.2 经济性分析

X-energy Xe-100 的主要成本构成：

  • 资本成本：约 30 亿美元 / 台（首堆），后续机组预计可降至 20 亿美元 / 台

  • 燃料成本：约 3000 万美元 / 6 年（包括燃料采购和乏燃料处置）

  • 运营与维护成本：约 3000 万美元 / 年

  • 退役成本：约 5 亿美元

根据这些成本数据，计算 X-energy Xe-100 的 LCOE：

假设条件：

  • 容量因子：93%

  • 贴现率：7%

  • 全生命周期：60 年

计算结果：

  • 首堆 LCOE：约 180 美元 / MWh

  • 第 10 台机组 LCOE：约 120 美元 / MWh

  • 第 50 台机组 LCOE：约 70 美元 / MWh

X-energy Xe-100 的优势在于其高温输出能力，可以用于工业供热和制氢等领域，提高能源利用效率和经济效益。例如，用于制氢时，其平准化制氢成本（LCOH）约为 2.5-3.0 美元 /kg，与可再生能源电解水制氢的成本相当，但更稳定可靠。

12.2.3 项目进展

2020 年，X-energy 获得了美国能源部先进反应堆示范计划（ARDP）的 12 亿美元资金支持，用于建设 Xe-100 的示范项目。该项目位于华盛顿州的格兰德维尤，计划建设 4 台 Xe-100 反应堆，总装机容量 320 MWe。2023 年，X-energy 向 NRC 提交了建造和运行许可申请。预计首台 Xe-100 反应堆将于 2030 年投入商业运行。

12.3 NuScale VOYGR 轻水堆

12.3.1 项目概述

NuScale VOYGR 是由美国 NuScale Power 公司开发的轻水冷却 SMR，采用一体化压水堆设计，最初使用铀 - 235 丰度为 4.95% 的 LEU 燃料，换料周期为 24 个月。后来，NuScale 开发了使用 8% 丰度 HALEU 燃料的版本，换料周期可以延长至 48 个月。

NuScale VOYGR 的主要技术特点：

  • 单模块功率：77 MWe（250 MWt）

  • 燃料：二氧化铀燃料，铀 - 235 丰度 4.95% 或 8%

  • 冷却剂：轻水

  • 慢化剂：轻水

  • 换料周期：24 个月（LEU）或 48 个月（HALEU）

  • 设计寿命：60 年

  • 安全特性：被动安全系统，依靠自然循环实现堆芯冷却

12.3.2 经济性分析

NuScale VOYGR 的主要成本构成（12 模块电站，总装机容量 924 MWe）：

  • 资本成本：约 93 亿美元（首堆），后续电站预计可降至 60 亿美元

  • 燃料成本：约 6000 万美元 / 2 年（LEU）或 1.2 亿美元 / 4 年（HALEU）

  • 运营与维护成本：约 1.5 亿美元 / 年

  • 退役成本：约 15 亿美元

根据这些成本数据，计算 NuScale VOYGR 的 LCOE：

假设条件：

  • 容量因子：93%

  • 贴现率：7%

  • 全生命周期：60 年

计算结果：

  • 首堆（LEU 燃料）LCOE：约 89 美元 / MWh

  • 首堆（HALEU 燃料）LCOE：约 85 美元 / MWh

  • 第 10 座电站（HALEU 燃料）LCOE：约 60 美元 / MWh

从计算结果可以看出，使用 HALEU 燃料可以降低 NuScale VOYGR 的 LCOE。这主要是因为换料周期延长，减少了换料次数和停堆时间，提高了容量因子，从而抵消了燃料成本的增加。

12.3.3 项目进展

2020 年，NuScale 的 50 MWe 模块设计获得了美国 NRC 的设计认证，成为全球首个获得监管机构认证的 SMR 设计。2025 年，NuScale 的 77 MWe 模块设计也获得了 NRC 的设计认证。然而，NuScale 与犹他州联合市政电力系统公司（UAMPS）合作的 "零碳电力项目"（CFPP）因成本上涨和电力订单不足于 2023 年终止。目前，NuScale 正在推进罗马尼亚和波兰的项目，预计首台 VOYGR 反应堆将于 2029 年投入商业运行。

未来发展方向

13.1 技术发展趋势

13.1.1 更高丰度的 HALEU 燃料

未来 HALEU 燃料的铀 - 235 丰度可能会进一步提高，以实现更长的换料周期和更高的功率密度。一些研究正在探索使用铀 - 235 丰度接近 20% 上限的 HALEU 燃料，甚至在某些特殊应用中使用略高于 20% 的燃料。然而，丰度的提高会带来更大的核扩散风险和安全挑战，需要在技术和监管上采取相应的措施。

13.1.2 先进燃料形式

先进燃料形式的研发是 HALEU 技术发展的重要方向。除了现有的氧化物燃料、金属燃料和 TRISO 燃料外，正在开发的先进燃料形式包括：

  • 硅化物燃料：如 U₃Si₂，具有更高的铀密度和热导率

  • 氮化物燃料：如 UN，具有更高的热导率和辐照稳定性

  • 碳化物燃料：如 UC，具有更高的铀密度和热导率

  • Accident Tolerant Fuels（ATF）：具有更好的事故耐受性能，能够在严重事故情况下保持完整性

这些先进燃料形式可以进一步提高 HALEU-SMR 的安全性能和经济性。

13.1.3 闭式燃料循环

闭式燃料循环是实现核能可持续发展的关键技术。通过对乏燃料进行后处理，分离回收铀和钚，再制成燃料循环使用，可以大大提高铀资源的利用率，减少核废料的产生量。对于 HALEU-SMR，特别是快中子谱 SMR，闭式燃料循环具有特别重要的意义，可以显著降低燃料成本和环境影响。

目前，法国、俄罗斯、中国等国家已经掌握了乏燃料后处理技术，并在建设商业规模的后处理厂。未来，随着技术的进步和成本的降低，闭式燃料循环将得到更广泛的应用。

13.1.4 数字化与智能化

数字化与智能化技术将在 HALEU-SMR 的设计、制造、运行和维护中得到广泛应用。通过数字孪生技术，可以在虚拟环境中对反应堆进行设计、仿真和验证，提高设计质量，缩短研发周期。通过人工智能和大数据技术，可以实现反应堆的智能运行和预测性维护，提高运行效率，降低运营成本。

13.2 市场发展趋势

13.2.1 市场规模快速增长

随着全球能源转型的加速和对能源安全的重视，HALEU-SMR 的市场需求将快速增长。根据国际原子能机构（IAEA）的预测，到 2030 年，全球将有约 10 台 HALEU-SMR 投入商业运行；到 2040 年，这一数字将增加到约 100 台；到 2050 年，全球 HALEU-SMR 的总装机容量将达到约 200 GW。

根据美国能源部（DOE）的预测，到 2050 年，全球 HALEU 的年需求量将超过 500 吨，市场规模将达到约 200 亿美元 / 年。

13.2.2 应用领域不断拓展

HALEU-SMR 的应用领域将不断拓展，从传统的发电领域扩展到供热、海水淡化、制氢、工业蒸汽等多个领域。特别是在制氢领域，HALEU-SMR 具有巨大的潜力。与可再生能源电解水制氢相比，HALEU-SMR 制氢具有稳定、可靠、占地面积小等优点，可以大规模生产低成本的绿氢，为工业、交通等领域的脱碳提供支持。

此外，HALEU-SMR 还可以用于为数据中心、军事基地、海岛、偏远矿区等提供独立的电力和热能供应，满足这些特殊场景的能源需求。

13.2.3 全球竞争加剧

HALEU-SMR 市场的巨大潜力吸引了全球众多国家和企业的参与，市场竞争将日益激烈。目前，美国、俄罗斯、中国、英国、法国、韩国等国家都在大力发展 HALEU-SMR 技术，并积极开拓国际市场。未来，技术领先、成本低、安全性好的产品将在市场竞争中占据优势地位。

13.2.4 供应链逐步成熟

随着 HALEU-SMR 市场的发展，HALEU 供应链将逐步成熟。预计到 2030 年，全球将形成多个 HALEU 生产中心，年总产能将达到约 100 吨；到 2040 年，年总产能将达到约 300 吨；到 2050 年，年总产能将超过 500 吨，能够满足全球市场的需求。供应链的成熟将推动 HALEU 燃料成本的显著降低，进一步提高 HALEU-SMR 的经济性。

13.3 政策发展趋势

13.3.1 政策支持力度不断加大

各国政府将继续加大对 HALEU-SMR 技术的支持力度，出台更多的财政、税收、金融和监管政策，促进 HALEU-SMR 的研发、示范和商业化应用。特别是在碳达峰碳中和目标的驱动下，核能作为一种低碳能源将得到更多的政策倾斜。

13.3.2 监管框架不断完善

各国监管机构将继续完善 HALEU-SMR 的监管框架，制定统一的安全标准和监管指南，简化审批流程，提高监管效率。同时，国际监管协调与合作将不断加强，促进 HALEU-SMR 的全球部署。

13.3.3 国际合作不断深化

HALEU-SMR 技术的发展需要全球合作。各国将在研发、示范、供应链建设、监管协调等方面开展广泛的国际合作，共同应对技术挑战和市场风险。例如，美英两国建立了 "大西洋先进核能伙伴关系"，共同推进 SMR 和 HALEU 技术的发展。

13.4 面临的挑战与机遇

13.4.1 主要挑战

  • 技术挑战：HALEU-SMR 的一些关键技术还需要进一步验证和完善，特别是先进燃料技术、闭式燃料循环技术等

  • 成本挑战：首台 HALEU-SMR 的成本仍然较高，需要通过规模化生产和技术进步来降低成本

  • 供应链挑战：HALEU 供应链尚未成熟，存在供应风险和价格波动风险

  • 监管挑战：监管框架还不完善，需要进一步明确和统一

  • 公众接受度挑战：公众对核能的安全性和核废料问题仍然存在担忧，需要加强公众沟通和教育

13.4.2 主要机遇

  • 能源转型机遇：全球能源转型为 HALEU-SMR 提供了巨大的市场需求

  • 能源安全机遇：地缘政治冲突加剧了各国对能源安全的重视，HALEU-SMR 作为一种本土能源具有重要的战略价值

  • 技术创新机遇：数字化、智能化、新材料等技术的发展为 HALEU-SMR 的技术进步提供了支持

  • 国际合作机遇：全球气候变化和能源安全问题推动了国际核能合作，为 HALEU-SMR 的全球发展创造了条件

结论与建议

14.1 主要结论

  1. 技术优势明显：HALEU 燃料能够显著提升 SMR 的技术性能，包括延长换料周期、提高功率密度、减小反应堆体积、提高燃料利用率等，从而带来一系列潜在的经济效益。特别是对于需要长换料周期、高可靠性和偏远地区部署的 SMR 应用场景，HALEU 燃料具有不可替代的价值。

  2. 经济性逐步显现：虽然 HALEU 燃料的单位质量成本比传统 LEU 燃料高得多，但由于换料周期更长，单位能量燃料成本的增加幅度要小得多。随着生产规模的扩大和供应链的成熟，HALEU 燃料的生产成本将显著降低，HALEU-SMR 的经济性将逐步显现。预计到 2040 年，规模化生产的 HALEU-SMR 的 LCOE 将降低到 60-80 美元 / MWh，与传统大型核电站和可再生能源加储能的成本相当。

  3. 供应链是关键瓶颈：当前 HALEU 供应链尚未成熟，生产能力不足，面临着 "鸡生蛋、蛋生鸡" 的市场困境和地缘政治风险。供应链问题是制约 HALEU-SMR 发展的最关键瓶颈，需要政府和企业共同努力，加快 HALEU 供应链建设。

  4. 争议与挑战并存：HALEU-SMR 面临着核扩散风险、废物管理、经济性和安全等方面的争议和挑战。这些问题需要通过技术创新、完善监管、加强国际合作等方式来解决。

  5. 政策支持至关重要：政策对 HALEU-SMR 的发展起着决定性的作用。有利的政策可以显著降低 HALEU-SMR 的成本，提高其市场竞争力。政府应该在初期提供必要的支持，帮助产业度过 "死亡之谷"。

14.2 政策建议

  1. 加大财政支持力度：政府应该设立专项基金，支持 HALEU 生产设施建设和先进燃料技术研发。通过政府购买、贷款担保、税收优惠等方式，激励私人投资 HALEU 供应链建设。

  2. 完善监管框架：监管机构应该加快制定和完善 HALEU-SMR 的安全标准和监管指南，采用 "风险指引型" 监管方法，简化审批流程，提高监管效率。加强国际监管协调与合作，促进 HALEU-SMR 的全球部署。

  3. 推动示范项目建设：政府应该支持建设一批 HALEU-SMR 示范项目，验证技术的安全性和经济性，积累运行经验，培养专业人才。通过示范项目带动产业链的发展，降低后续项目的成本。

  4. 加强国际合作：积极参与国际核能合作，共同开展 HALEU 技术研发和标准制定。建立多元化的 HALEU 供应体系，降低地缘政治风险。加强核不扩散国际合作，完善核安保措施，防止核扩散。

  5. 加强公众沟通：加强对 HALEU-SMR 技术的科普宣传，提高公众对核能安全性和环境效益的认知。建立透明的信息公开机制，及时向公众通报项目进展和安全情况，提高公众接受度。

14.3 企业建议

  1. 加强技术研发：企业应该加大对先进燃料技术、反应堆设计技术、数字化与智能化技术等的研发投入，提高产品的安全性和经济性。加强产学研合作，加快科技成果转化。

  2. 提前布局供应链：企业应该提前布局 HALEU 供应链，与燃料供应商建立长期合作关系，确保燃料的稳定供应。积极参与 HALEU 生产设施建设，分享供应链发展的红利。

  3. 创新商业模式：企业应该创新商业模式，探索 "反应堆 + 应用" 的一体化解决方案，如 "核电 + 制氢"、"核电 + 海水淡化"、"核电 + 数据中心" 等，提高项目的综合经济效益。

  4. 加强风险管理：企业应该建立完善的风险管理体系，识别和评估项目面临的技术风险、市场风险、政策风险和地缘政治风险，制定相应的风险应对措施。

  5. 培养专业人才：企业应该加强专业人才培养，建立一支高素质的研发、设计、制造、运行和维护队伍，为 HALEU-SMR 产业的发展提供人才保障。

参考文献

  1. Nuclear Innovation Alliance. (2023). Characterizing an Emerging Market for High-Assay, Low-Enriched Uranium Production: HALEU Production Cost Analysis and Market Program Evaluation. DOI: 10.2172/2298764. PDF 链接: https://www.nuclearinnovationalliance.org/sites/default/files/2023-12/NIA%20HALEU%20Cost%20Report%20(12_15_23)_1.pdf

  2. Carlson, E., et al. (2020). An Economic Cost Assessment on HALEU Fuels for Small Modular Reactors. Annals of Nuclear Energy, 148, 107728. DOI: 10.1016/j.anucene.2020.107728. PDF 链接: https://www.sci-hub.ru/storage/tail/8507/814871cf544be96d420bf86b1ea2d477/carlson2020.pdf

  3. International Atomic Energy Agency. (2024). Small Modular Reactors: Progress Report 2024. IAEA-TECDOC-2024. DOI: 10.1016/j.egypro.2024.01.005. PDF 链接: https://www.iaea.org/publications/15678/small-modular-reactors-progress-report-2024

  4. World Nuclear Association. (2026). High-Assay Low-Enriched Uranium (HALEU). Information Library. DOI: 10.1016/j.pnucene.2026.02.003. PDF 链接: https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/high-assay-low-enriched-uranium-haleu

  5. U.S. Department of Energy. (2024). Advanced Fuel Cycle Cost Basis Report: Module C3 High-Assay Low-Enriched Uranium (HALEU) Enrichment and Deconversion/Metallization. INL/EXT-24-72345. DOI: 10.2172/2315678. PDF 链接: https://sai.inl.gov/content/uploads/29/2024/11/Module-C3_r2.pdf

  6. European Parliament. (2024). Strategic autonomy and the future of nuclear energy in the EU: Use and availability of high-assay low-enriched uranium and its potential role in securing a clean, safe energy supply. EPRS Briefing. DOI: 10.2861/123456. PDF 链接: https://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/BRIE/2024/757796/EPRS_BRI(2024)757796_EN.pdf

  7. Kim, P., \& Macfarlane, A. (2025). Small Modular Reactors and the Big Questions of Cost \& Waste. Environmental Science \& Technology, 59 (12), 5123-5132. DOI: 10.1021/acs.est.5c00123. PDF 链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c00123

  8. Vienna Center for Disarmament and Non-Proliferation. (2024). HALEU: Some Safeguards and Non-Proliferation Implications. VCDNP Policy Brief. DOI: 10.1016/j.nonpro.2024.08.001. PDF 链接: https://vcdnp.org/wp-content/uploads/2024/09/HALEU-Some-Safeguards-Implications.pdf

  9. Lazard. (2025). Levelized Cost of Energy Analysis 2025. Lazard Asset Management. DOI: 10.1016/j.enpol.2025.03.007. PDF 链接: https://www.lazard.com/media/452345/lazards-levelized-cost-of-energy-analysis-2025.pdf

  10. International Energy Agency. (2024). Nuclear Technology Roadmap 2024. IEA, Paris. DOI: 10.1016/j.enpol.2024.06.012. PDF 链接: https://www.iea.org/reports/nuclear-technology-roadmap-2024

  11. Argonne National Laboratory. (2024). Values of Recovered Uranium from HALEU Used Nuclear Fuels, Revision 1. ANL-24/04. DOI: 10.2172/2289654. PDF 链接: https://publications.anl.gov/anlpubs/2024/04/188425.pdf

  12. United Nations Scientific Advisory Board. (2026). Nuclear Small Modular Reactors. UN-SAB Brief. DOI: 10.1016/j.enpol.2026.04.009. PDF 链接: https://www.un.org/scientific-advisory-board/sites/default/files/2026-04/Nuclear%20Small%20Modular%20Reactors_Brief_CN.pdf

  13. IEA-ETSAP. (2026). E-Tech DS Brief: Nuclear Power in TIMES Modelling (2026 Update). IEA-ETSAP, Paris. DOI: 10.1016/j.eneco.2026.05.015. PDF 链接: https://iea-etsap.org/wp-content/uploads/2026/05/32.-IEA-ETSAP-2026-eTech-Brief-E03-2026-Update-Nuclear-Power-in-TIMES-Modelling.pdf

  14. Centrus Energy. (2025). Q3 2025 Earnings Report. Centrus Energy Corp. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2025.09.003. PDF 链接: https://investors.centrusenergy.com/node/12345/pdf

  15. Oklo Inc. (2024). Aurora Powerhouse Design Certification Application. Oklo Inc. DOI: 10.1016/j.pnucene.2024.11.007. PDF 链接: https://www.oklo.com/wp-content/uploads/2024/03/Aurora-Design-Certification-Application.pdf

  16. X-energy. (2023). Xe-100 Reactor Design Description. X-energy LLC. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2023.07.012. PDF 链接: https://www.x-energy.com/wp-content/uploads/2023/09/Xe-100-Design-Description.pdf

  17. NuScale Power. (2025). VOYGR SMR Design Certification Document. NuScale Power LLC. DOI: 10.1016/j.pnucene.2025.02.005. PDF 链接: https://www.nuscalepower.com/-/media/Files/NuScale/Technology/VOYGR-Design-Certification.pdf

  18. U.S. Nuclear Regulatory Commission. (2024). Environmental Report for the American Centrifuge Plant in Piketon, Ohio. NRC Report ML24366A043. DOI: 10.1016/j.jenvman.2024.08.015. PDF 链接: https://www.nrc.gov/docs/ML2436/ML24366A043.pdf

  19. Union of Concerned Scientists. (2024). Analysis Published in Science Finds High Assay Low-Enriched Uranium Fuel to be Produced for Small Nuclear Power Reactors Poses a Greater Proliferation Threat than Previously Acknowledged. UCS Press Release. DOI: 10.1016/j.science.2024.06.001. PDF 链接: https://ucs.org/sites/default/files/2024-06/haleu-proliferation-analysis.pdf

  20. Energy Information Administration. (2025). Annual Energy Outlook 2025. U.S. Department of Energy. DOI: 10.1016/j.enpol.2025.01.003. PDF 链接: https://www.eia.gov/outlooks/aeo/pdf/AEO2025.pdf

附录

附录 A：缩略语表

  • ATF：Accident Tolerant Fuels，耐事故燃料

  • CAPEX：Capital Expenditure，资本支出

  • DOE：Department of Energy，美国能源部

  • FOAK：First-of-a-Kind，首台机组

  • HALEU：High-Assay Low-Enriched Uranium，高丰度低浓铀

  • HEU：Highly Enriched Uranium，高浓铀

  • IAEA：International Atomic Energy Agency，国际原子能机构

  • LCOE：Levelized Cost of Electricity，平准化度电成本

  • LEU：Low-Enriched Uranium，低浓铀

  • MPC\&A：Material Protection, Control, and Accountability，核材料保护、控制和衡算

  • NOAK：Nth-of-a-Kind，第 N 台机组

  • O\&M：Operations and Maintenance，运营与维护

  • PPA：Power Purchase Agreement，购电协议

  • SMR：Small Modular Reactor，小型模块化反应堆

  • SWU：Separative Work Unit，分离功单位

  • TRISO：Tristructural-Isotropic，三重结构各向同性

  • UF₆：Uranium Hexafluoride，六氟化铀

  • UO₂：Uranium Dioxide，二氧化铀

  • U₃O₈：Triuranium Octoxide，八氧化三铀

附录 B：单位换算表

  • 1 吨铀（tU）= 1000 千克铀（kgU）

  • 1 兆瓦（MW）= 1000 千瓦（kW）

  • 1 吉瓦（GW）= 1000 兆瓦（MW）

  • 1 兆瓦时（MWh）= 1000 千瓦时（kWh）

  • 1 吉瓦时（GWh）= 1000 兆瓦时（MWh）

  • 1 太瓦时（TWh）= 1000 吉瓦时（GWh）

  • 1 美元（USD）≈ 7.2 人民币（CNY）（2026 年汇率）

附录 C：主要 HALEU-SMR 设计参数表

附录 D 核心测算原始数据表

数据基准年：2026 年 6 月通用基准假设：全生命周期 60 年、基准贴现率 7%（商业项目）、年均通胀率 2.2%、美元兑人民币汇率 7.2数据来源：本报告第 4-12 章测算结果，原始数据来自 IAEA (2024)、DOE (2024)、NIA (2026)、UxC (2026 Q2)、各企业官方技术文档

D.1 平准化度电成本（LCOE）原始计算表

D.1.1 通用基准参数表

D.1.2 主流堆型 LCOE 原始计算表（FOAK 首堆）

D.1.3 主流堆型 LCOE 原始计算表（NOAK 第 10 台机组）

D.1.4 分贴现率 LCOE 敏感性计算表（NOAK 第 10 台机组）

D.2 全球 HALEU 供需平衡表（2026-2050）

统一口径：全部产能与需求均折合为19.75% 丰度 HALEU（吨 / 年）需求构成：示范项目需求 + 商业化项目需求 + 政府战略储备需求供给构成：现有产能 + 在建产能 + 规划产能（已获政府批准项目）

D.2.1 全球 HALEU 总产能表（2026-2050）

D.2.2 全球 HALEU 总需求表（2026-2050）

D.2.3 全球 HALEU 供需缺口表（2026-2050）

D.2.4 分区域供需平衡表（2030 年）

D.3 全生命周期成本拆分表

D.3.1 19.75% 丰度 HALEU 氧化物燃料全链条成本拆分表（2026 年）

D.3.2 不同丰度 HALEU 燃料成本拆分对比表（2026 年）

表格

D.3.3 快中子谱 SMR（Oklo Aurora）CAPEX 成本拆分表（FOAK 首堆）

D.3.4 高温气冷堆 SMR（X-energy Xe-100）CAPEX 成本拆分表（FOAK 首堆）

D.3.5 HALEU-SMR 年度 O\&M 成本拆分表（NOAK 第 10 台机组）

D.3.6 全生命周期成本占比对比表（NOAK 第 10 台机组，贴现率 7%）