2024-12-12【天然铀】核能材料系列报告二（供给篇）：天然铀周期再起

2024-12-12【天然铀】核能材料系列报告二（供给篇）：天然铀周期再起

核能作为未来最具潜力的新能源之一，其上游材料如铀、铍、钨等蕴藏着重要的发展机遇。本文将从需求、供给、价格走势等多个维度，深入分析天然铀的市场现状与投资前景，并探讨其他可控核聚变材料的应用前景。

核能材料

铀

全球核电发展回暖，新增核装机和SMR（小型模块化反应堆）技术长期来看带来铀的一次需求；金融机构设立实物基金参与市场，增加对天然铀的二次需求。天然铀一次供应偏紧，增量主要来自停产矿山复产，且增量有限；过去几年勘探投资支出持续低迷，短期无法大量增产；二次供应在过去弥补天然铀供需缺口，未来消耗有望加速。供需平衡显示，天然铀供需缺口将长期存在，天然铀资源周期再起。

其他可控核聚变材料

• 氘：在海洋中大量存在
• 氚：在自然界中的含量极微，通常通过核反应制得
• 铍：热稳定性好，在核聚变中作为中子倍增剂使用
• 钨：可作为等离子体材料，我国资源丰富，居全球第一

风险提示

全球核电行业发展不及预期，国际天然铀价格波动，矿山生产成本持续提高风险，地缘政治风险，核事故导致的舆情风险，铀矿项目进展不及预期，铀矿开采成本涨幅超预期等。

供需短期紧平衡，长期存在缺口，铀周期再起

铀金属介绍

作为核裂变的主要原材料之一，铀主要下游应用领域为核能发电。铀的同位素不稳定，往往以铀-238和铀-235的形式存在。现阶段核电和核武器主要使用铀-235作为原材料。资料显示，1万千克铀-235全部裂变释放的能量相当于2700吨标准煤或者1700吨原油燃烧释放的热量。露天开采、地下开采和原地浸出是铀矿的开采三种主要方式，铀精矿通常以U3O8的形式进入市场。

铀价格复盘：地缘政治、核电发展通过影响供需关系影响铀价

过去地缘政治和核电发展往往通过影响铀的供需关系影响铀价。天然铀价格在近20年内出现了两次牛市，分别是2000.12 -2007.6（时间周期为6.5年，价格上涨1081%），和2016.11-2024.6（时间周期为7.6年，价格上涨379%）。我们将近20年天然铀价格走势划分为上涨期上涨期（2004-2007，核电复兴带来需求增加）；下行期（2008-2016，地缘政治和核电事故造成冲击）；盘整期（2016-2020，铀价低迷叠加核电发展缓慢抑制资本开支）；复苏期（2021，金融机构入场增加市场关注度）；波动上升（2022年至今，地缘冲突叠加核电复苏，铀周期再起）。

全球天然铀供需情况分析

1、需求端（一次需求）：核电和AI数据中心发展带来铀的长期需求

核电方面：能源转型叠加碳排放目标，全球核电复苏拉动天然铀需求增加。全球来看，据国际原子能机构（IAEA）预测，在更为乐观的预测情景下，核能发电能力有望在2050年达到2023年水平的2.5倍。相对保守的预测则认为，到2030年核能发电能力将增长约11%，而到2050年将增长约24%。此外，预计到2035年，全球核电装机容量将达到543GW。

中国将成为新增核电装机的主要来源国。根据“十四五”规划，到2025年中国核电运行装机容量将达到约7000万千瓦。《中国核能发展报告（2023）》预计，到2035年中国核电在国内能源结构中的占比将达到约10%。目前，中国在运核电装机容量为57GW，距2030年120GW和2035年150GW的目标仍有较大差距。IAEA和核能署（NEA）预计，到2030年和2040年，中国对铀资源的需求量将分别达到22600吨和43400吨。

AI和数据中心：潜在电力不足促使云企业投资核能，刺激天然铀需求。据EIA预测，至2026年，全球数据中心、人工智能和加密货币领域的电力消耗量预计将增长一倍，达到800TWh。然而大型企业的ESG要求，以及可再生能源存在的不稳定性问题导致火电、风电、水电和光伏都不是最佳选择。也因此，科技巨头如微软、谷歌、亚马逊等正在积极投资核电，它们愿意为稳定的核电支付高价以满足其电力需求。

科技巨头投资的小型反应堆技术（SMR）对铀单耗提升20%，拉动对铀的长期需求。小型反应堆技术因为其尺寸小、建造时间短、利用率高等优势，已成为科技巨头投资的焦点。其能够预制、快速安装、易于拓展、换料周期长等特点，使得SMR技术适合AI数据中心。SMR技术使用的是HALEU燃料。数据显示， SMR技术对于天然铀的平均单耗比传统核电站高了20%。现阶段，各国纷纷开启SMR项目建设，我国位于世界前列。中国的玲龙一号ACP100是全球领先的SMR技术，预计将于2026年投运。

2、需求端（二次需求）：金融机构带来对天然铀的投资需求

金融机构通过设立基金的方式参与市场，带来投资需求。市场主流铀投资基金包括SPUT、YellowCake和ANU等。这些基金的特点是只购买而不出售，例如SPUT，作为不可赎回信托，其持有的铀资产不支持实物交割，因此持有规模不会减少，对天然铀价格的短期负面影响较小。

3、供给端（一次供给）：一次供应偏紧，短期增量有限

铀资源分布不均，存在“空间错配”。一次供应是指当年新开采和加工的铀，主要来自矿山供应，也是全球天然铀的主要供应部分。IAEA发布的资料显示，澳大利亚、哈萨克斯坦和加拿大的资源量分别为第一、第二、第三，三个国家的资源量总计约占全球铀资源的47%。排名前10的国家供给约占总量的83%。截至2022年，全球前十大矿山主要集中在哈萨克斯坦、加拿大和纳米比亚三个国家。

天然铀一次供应集中度高，整体趋势为供不应求。数据显示，一次供应作为全球铀资源的主要供应来源，在2015年满足了全球铀需求的98%，基本实现供需平衡，之后一次供应满足需求的比例逐步开始下降。到2022年，全球铀产量共计49355吨，满足全球铀需求的74%。

未来增量主要来自复产矿山。2017年起，由于铀价的持续低迷，一些主要的铀生产国家开始减少其生产量，导致全球天然铀的总产出量出现下降。在2021年之前，由于市场价格不振，全球铀的产出持续减少。然而，随着铀价回升以及在全球碳中和的大背景下，各国对核能的重视程度增加。展望未来，随着天然铀价格的回暖，那些因经济因素而减少产出甚至暂停维护的矿山预计将逐步恢复生产。

矿山扰动方面，主要供应国的政策或出口变动等因素会对国际铀矿供应造成影响。在过去，尼日尔政变曾对全球铀矿的短期供应带来影响。近期，哈萨克斯坦作为全球最大的铀生产国，调整了其铀矿开采的税率。这一举措可能会带来开采成本的上升，影响全球铀矿的产量，长期来看，可能支持铀价格上涨。

4、供应端（二次供应）：弥补供需缺口，消耗速度加快

二次供应和存货是过去补充一次供应与需求缺口的主要来源。天然铀的二次供应是指来自库存和回收的使用过的燃料。主要来源于两方面：一是库存释放，包括商业和政府持有的铀储备；二是核燃料循环过程中的再利用。这些来源在一次供应不足时，能够提供必要的补充。UxC预测未来天然铀二次供应被消耗的速度会加快，主要为商业库存和西方浓缩厂销售的减少；到2027年，二次供应将从2022年的2.11吨下降到只有0.91吨，CAGR约为-15%。

5、资本支出：天然铀勘探投资持续低迷，短期无法大量增产

过去几年天然铀capex支出持续低迷，短期内铀矿无法大量增产。2011年福岛核事故后，全球对于天然铀的capex支出持续走低。2015-2020年间，总支出从8.77亿美元下降了71%到2.51亿美元。这与铀矿价格低迷有关。而资本支出的减少也导致了勘探和矿山开发项目放缓。

铀资源从勘探到能够开采要经历较长的时间（15-25年）。如果考虑到过去十年铀资源勘探的停滞，可以预见在未来5到15年的时间里，全球铀资源的消耗量将超过资源增加量，可能会出现资源的短缺。同时，目前的capex支出则要等到至少15年之后才能对供应量产生积极影响。需求端则恰恰相反，在接下来的5至15年恰逢核电站新建机组带来的铀需求增长期，这可能造成供需不匹配。

6、供需平衡：供需缺口将长期存在，铀价未来有望上涨

长期来看，一次供应增量有限，二次供应量下降，需求逐步增加，供需缺口将长期存在，铀周期再起。根据UxC数据 ，预计 2030 年开始，铀的供应缺口将达到 5976 吨，到2040 年铀缺口将达到 52552 吨。

可控核聚变材料

氘介绍

核聚变能源的燃料之一——氘，在自然界中尤其是海洋里广泛分布。氘气在常温常压下是一种无色、无味、无毒的可燃气体，它是氢的一种稳定同位素，含量在普通氢中较低，主要以重水（D2O，即氧化氘）的形式存在于海水和淡水中。据估计，每升海水中的氘通过聚变反应释放的能量相当于300升汽油燃烧后的能量。科学家预测，海洋中的氘资源可以持续使用数十亿年。从这个角度来看，氘作为一种能源，几乎是无穷无尽的[《聚变发展现状及展望》，中核战略规划研究总院]。

氚介绍

核聚变能源领域中，氚在自然界中的存量极为稀少，通常需要通过核反应来人工合成。氚是氢元素的一种放射性同位素，其原子核包含一个质子和两个中子。由于其放射性特性，氚在科研和工业领域可用于热核武器、作为标记化合物在科研中使用，以及作为潜在的热核聚变反应燃料。氚的供应主要依赖人工生产。鉴于氚的放射性，其处理和使用必须遵循严格的安全规范[《我国聚变堆氚增殖循环技术最新研究进展与展望》]。

铍介绍

铍以其卓越的耐热特性，在核聚变领域扮演着中子增效剂的角色。作为一种银白色的轻质金属，铍的密度仅为1.85克/立方厘米，是所有已知金属中最轻的一种。铍的熔点达1287℃，沸点更是达到了2970℃，具备出色的热稳定性。在核聚变反应中，铍作为中子倍增剂能够增加中子数量，提升与锂原子核反应的概率，促进氘氚聚变反应的进行。

全球铍矿资源量超过10万吨，美国占据了60%的份额。近年来，中国的铍矿勘探取得了显著进展。然而，中国的铍资源多以共伴生矿的形式存在[《全球锂铍铌钽矿产资源勘探开发新进展》 ，吴西顺等]。

钨介绍

钨可作为等离子体材料，我国资源丰富。由于其高熔点、优异的热导率、良好的高温强度、低溅射产额和低蒸气压等特性，钨被认为是最有前景的等离子体接触材料之一。目前，国际热核聚变堆实验堆（ITER）以及中国科学院合肥研究院等离子体物理研究所的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）均已采用纯钨作为第一壁及偏滤器材料。

钨在地壳中的含量相对较低，大约为0.001%，已发现的钨矿物和含钨矿物有20余种，但具有经济开采价值的主要为黑钨矿和白钨矿。中国钨储量丰富，居世界首位。