铀矿需求向好， 关注核燃料产业稀缺性

核电产业链包括从上游核燃料供应到中游核设备生产制造，最后到下游核电建造及运营等。从盈利水平角度来看，核燃料产业链、核岛主设备制造以及核电站运营的毛利率较高，相关企业将收获相对更多核电行业高景气的红利。

核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分之一。核燃料循环分为前端与后端两部分，循环的前端包括铀矿开采、矿石加工（选矿、浸出、沉淀等多种工序）、铀的提取、精制、转换、浓缩、元件制造等步骤；后端包括对反应堆辐照以后的乏燃料元件进行铀钚分离的后处理以及对放射性废物处理、贮存和处置。前端包含了从矿物开采到核能燃料发电全过程，是整个核能工业的基础和起点，对核工业体系运行影响显著。

核裂变燃料是目前主流核燃料。铀是一种化学元素，是自然界中能够发生核裂变反应的元素之一，该元素在核能领域具有重要的应用价值。核燃料分为核裂变燃料和核聚变燃料，目前核裂变技术较为成熟，核裂变燃料主要包括铀-235、钚-239和铀-233。铀-235存在于纯天然铀中，但仅占0.71%，需要进行铀浓缩后使用。

铀矿的开采是核燃料循环前端的关键步骤之一，其过程包括勘探、开采、矿石加工等环节。20世纪铀矿石大多从露天矿坑或地下挖掘场直接进行开采，开采后对矿石进行粉碎和提炼，以便将铀与其他元素分离。随着技术发展，目前主要采用原地浸出法，这种方法可直接将铀从矿床中溶解出来。截止至2020年，全球约有58%的铀通过原地浸出法开采。2023年，原地浸出法采铀产量已占中国天然铀总产量90%以上。

铀矿转化的目标是将U3O8转换为UF6。UF6是目前铀化合物中唯一易挥发的化合物，是气体扩散法、超离心法中分离和富集铀235和铀238最为适宜的工作介质，在原子能工业中具有非常重要的意义。制备UF6分干湿两种方法。湿法制备过程中采用氟气氟化四氟化铀制备UF6是最主流工业制备方法，且消耗氟气最少，干法制备目前仅有美国联合化学公司的麦楚波利斯工厂使用。

铀浓缩是将铀-235的含量从天然水平（0.7%）提高至3%~5%的过程。天然铀中的铀235与铀238化学性质基本相同，唯一不同的是质量有微弱的差别，所以对铀235的浓缩就是利用这一微弱质量差。早期，铀浓缩工序采用气体扩散法，通过一系列扩散膜来实现分离，该方法经过美国实践验证可行。但气体扩散法有着分离系数小，工厂规模大，耗电量大，成本高昂等缺点。随着大部分气体扩散厂达到其设计的使用寿命,气体离心法进新工厂应用而生。相比气体扩散法，气体离心法更节能。在气体离心法进行铀浓缩工序中，由于铀-238较重，它会在离心力作用下被推向外围，而较轻的铀-235则保持在中心。

铀的逆转化是将UF6气体脱氟转化为UO2固体的过程。目前存在“干”或“湿”两种方法将UF6转换为UO2。在干法中，六氟化铀气体被加热到蒸汽中，并引入两级反应容器（例如旋转窑），产生固体铀酰氟化物（UO2F2）粉末，该粉末与在蒸汽中稀释过的氢气进行反应去除氟化物，并在化学上将铀还原为纯微晶UO2产物。湿法包括将UF6注入水中，形成UO2F2颗粒浆。在此混合物中添加氨或碳酸铵，颗粒浆在混合物中通过过滤、干燥和加热等步骤得到UO2固体粉末。

燃料组件加工是将处理好的UO2加工为可以进行使用的核燃料元件的过程。该流程主要分为芯块制备、燃料棒制备，组件组装三道工序。芯块制备是指通过压制将完成氟脱离工序后得到的UO2粉末压紧实，并采用1750℃的高温炙烤粉末烧结形成固体芯块，最后磨削至光滑规则状态，得到可供使用芯块；燃料棒制备是指将芯块放入由耐腐蚀、抗中子吸收材料（通常为锆合金）制成的包壳管中形成燃料棒，并进行焊接以确保密封；组件组装包括将燃料棒、格架和端塞等组件组装成燃料元件并对元件的相关性能进行测试。

核电发电量稳步增长及核准节奏加快有望带动铀矿需求持续向好。从发电量来看，2024年4月我国核电发电量为366亿千瓦时，同比+5.9%；从核电装机量来看，近年来核电项目开工进程加速，据统计，2020-2023年核电项目开工量分别为5.38/6.20/6.25/6.20GW，以核准和开工进度来看，2022年下半年核准机组及2023年核准的部分机组，2024年内有望开工，预测2024年开工机组有望接近12.02GW。

预计2024年天然铀矿需求将达6.8万吨。截至2024年5月，全球在运已并网核电装机容量达396GW，美国在运已并网核电装机量约97GW，预计2024年美国天然铀需求量将达1.8万吨，世界排名第一。

预计到2040年铀矿需求将突破10万吨。在如今多地区多国政策扶持、技术发展迭代速度快、对清洁能源需求高涨背景下，全球铀矿需求量有望保持高增态势，据国际原子能机构预测，到2040年铀矿需求将突破10万吨，东亚地区需求有望突破4万吨。

图表：高增长情况下铀矿未来需求预测（万吨）

数据来源：中研普华产业研究院整理

天然铀矿的供给可以分为一次供给和二次供给，预计到2040年铀矿供给将下降。铀矿这两种供应方式共同构成了核能产业的原料基础。一次供给指的是直接从自然界开采铀矿石并提炼出铀的过程，包括勘探、开采、加工和转化等步骤。对于铀矿一次供给，根据世界核协会预测，在中性情景下世界铀矿一次供给产量在2030年预计将达6.64万吨，2040年下跌至4.81万吨。在乐观情景下，世界铀矿一次供给产量有望在2030年达7.15万吨，在2040年回落至4.94万吨。

澳大利亚是全球已探明铀矿资源量最大的国家。在全球铀矿资源分布中，澳大利亚所占比例最大，达28%。此外，哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯也拥有着数量可观的铀矿资源，中国铀矿资源量占全球4%。

哈萨克斯坦为全球开采成本最低的国家。参照IAEA统计数据，2021年全球已查明可开采铀资源总量（合理确定资源与推断资源之和）即开采成本低于40美元/kgU的资源总量达77.6万tU；开采成本低于80美元/kgU的资源总量达199.1万tU；开采成本低于130美元/kgU的资源总量达607.9万tU；开采成本低于260美元/kgU的资源总量达791.8万tU。其中，哈萨克斯坦开采成本最低，低于40美元/kgU的资源总量达50.2万tU，低于80美元/kgU的资源总量达73.2万tU。