摘要:本文聚焦产业化运行的核电产业链载体,从权变视角探讨在国内外乌卡(VUCA)环境时代,核安全、生态安全、网络安全、公众接受度、产业组织等形成的复杂系统以及中国核电安全监管的权变战略。基于统计数据与系统动力学方法探析影响核电安全的因素,从完善产业政策,提高生态效益和公众接受度、国产化率,保障核安全的角度,提出统筹核电产业可持续发展与有效核安全的对策建议。
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核电产业链的产业化进程是一种物质客体的动态变化状态,具有一定时空维度。作为一个经济系统,产业化是经济系统运行过程。具体来说,产业是一种静态概念,而产业化是动态过程,是静态产业波动曲折发展促进产业生长、蜕变、优化调整的过程。产业可视为一种特殊的“组织”,更多地从生产关系方面进行计划、协调、组织管理,是涉及多个维度的综合体。乌卡(VUCA),是由volatile,uncertain,complex,ambiguous四个单词的首字母组合而成的,揭示了现实世界已显示出易变性、不确定性、复杂性、模糊性的特点。本文基于乌卡时代的不确定性,为了确保核电产业链安全,有必要探析核电安全风险综合体特征。
1、核电产业链定义、产业化及结构
1.1核电产业链定义
本文基于文献调研、专家访谈、工作实践,梳理我国核电产业链系统主要包括核电集团、核电股份公司、营运单位、工程总承包与分包商、监理、设计院等主体。纵向分布为上游(铀资源,核燃料、原材料生产)、中游(核安全相关设备设计制造、核电站建设运行)、下游(核电消纳以及乏燃料处置、退役),具体包括“铀矿冶与铀储备及进出口贸易、核燃料元件制造、原材料;装备设计制造、核电站建造安装调试、核能发电、机组退役与乏燃料处置”,横向系统包括“核电工程技术服务、国产化科研与人才、厂址资源、机组换料大修维护及上网电量消纳”,两者的技术经济活动集合以“中国大陆核电”为基准。
1.2核电产业链产业化过程及特征
呈现同一属性的组织或者企业集聚结合成一定生产关系规模化程度即产业化过程。这是市场经济的一种运行传导形式,是生产关系社会分工的一部分,属于资金密集型活动,主要的媒介“货币”,融入产业链的利益相关者或企业主要是为了利润[1]。核电产业链的积极有序运行推动核能转化为电力,伴随着相关经济、复杂技术以及相关的生产力水平与生产关系分工集合[2]。核电产业链是核电产业的客观载体,具有产业经济特征,受到核安全、生态环境、资源、经济、社会政策的反馈影响,具有复杂的非线性系统性,核电安全风险综合体的特征如图1所示。
核工业确定了以核电、核燃料工业、核技术应用等为主的多种民品发展领域[3]。核能产业的民用用途从无到有。
国内核电完成了产业化过程,被确定为高新技术产业,全方位核电产业体系日益完善,核电产业链的对外开放程度不断扩大,国产化程度从大亚湾低于10%发展到“华龙一号”的高于85%,在建和运行机组数量跃居世界前列。核工业与电力工业的耦合,以及低碳减排政策、核电规划政策实践,核电技术水平和核安全监管水平提升,促进核电产业的产业化运行。同时,核电产业链进入乌卡时代[4],国内外核电产业市场竞争、政策规制以及核安全面临严峻挑战。核电产业链具有演化博弈复杂系统特征,是核电安全风险综合体的重要载体。核安全质保要求高,必须保障核安全万无一失。根据2023年全国生态环境保护大会精神,我国要建成全行业严密的核安全责任体系和与我国核事业发展相适应的现代化核安全监管体系,依法严格核安全监管,守牢美丽中国建设核安全底线。
图1核电安全风险综合体特征
1.3核电产业链结构及影响因素
核电产业链结构。中国核电产业链从萌芽到不断发展壮大,接受国家核电产业政策指引、核安全严格监管,形成了以核电厂为核心的4家核电集团、3家电力装备集团、2个核燃料元件制造厂、200多家国内设备许可持证单位、190多家境外注册设备许可持证单位,结合数字化核电以及区块链等信息技术渗透,形成技术外溢效应,为实现《中国制造2025》提供有力技术支撑。
其上游与下游的产业集中度高,中游主要包括设备设计、制造、建造安装,市场竞争激烈,物流、资金流、信息流以及商流的产业运行机制受到核电规划及核电技术经济竞争力影响,受到科研机构、政府、金融机构等影响。本文根据文献和工作实践整理分析我国核电产业链结构,如图2所示。
已有梳理我国核电产业相关成员单位:中核集团约180家,国家核电技术公司约15家,大唐集团、国家电投涉核单位约10家,华能集团等涉核单位约10家,中广核集团约30家,中国一重集团、国机重装、东方电气集团、哈电集团、上海电气集团等约75家,其他核电辅助设备企业(集团)约200家,其他涉核(核电)研究与产品生产的企事业单位约100家,共800~900家[5]。
图2我国核电产业链结构
核电产业链的影响因素。核电产业链的生存发展受到诸多因素影响,根据系统动力学的因果关系梳理影响因素如图3所示,受国家发改委(国家能源局)、国资委、工信部(国防科工局)、生态环境部(国家核安全局)、海关总署以及地方政府的监督管理。
核电产业作为一个复杂巨系统,关联传导众多高科技,产业链上下游贯穿多种资源平台以及研发创新课题,处于各产业安全管理的高水平环节,研发获得技术及资源、管理监督体系运转机制等,可对外适应性赋能,实际可传导带动众多中小企业向工业现代化发展[6]。国内外核电产业运行实践显示,一座百万千瓦级核电机组需要系统近400个,设备7万余台(套),投资高达百亿元人民币以上,是技术、资本、人才高度密集的技术产品复杂系统。核电机组建设、调试、运行、退役全生命周期的安全有序经济运行,包括设计、制造、建造、运营管理、核安全监督与监管五个主要环节,还包括具有高可靠性的核燃料元件制造、核燃料循环技术在内的自主核电技术的支撑,以便于构成完整的核电产业系统生产出核电并进行消纳,促进我国电力结构调整和低碳政策落实。核电企业主营业务与订单数量对核电产业链优化运行具有反作用对冲影响。核电营运单位与核电工程公司以及核电专业化公司以核电为主营业务。核安全主设备设计制造过程具有长周期特点,前期制造商需要投入大量资金和关键产能用于设备技术研发、综合产能提升。根据ASME和RCC-M等核电机组标准规范,核安全设备管理分为核1级、2级、3级、非核级,要求依次递减。虽然法国、美国、日本等国的核电机组运营历史已超过50年,欧美核电机组投资者对于核电产业链构建及运行管理的熟悉度较高[7],但是随着我国核电产业链得到积极、安全、有序发展,核电产业主管和核安全监管部门以及核电集团等不同主体对核电产业的定性和定量的解析判断和决策也积累了丰富的经验。
图3我国核电产业链的影响因素
核电产业运行及其产业载体的产业链各环节包括融资信贷、核电价格与消纳、核电装机数量、核电关键技术公众舆情引导、严密的核安全体系、与核事业发展相适应的核安全监管体系,覆盖了不同利益相关主体的竞争与博弈,演化传导、共生状态,是典型的生产资料投入产出的一种社会实践,其中核安全底线至关重要。
2、核电产业链安全特征与重大事件应对能力分析
2.1核电产业链的产业安全与生态安全、核安全、资源安全具有互相渗透特征[8]
国家核安全局2005—2019年年报、世界核电产业年报、IAEA以及WNA提供的核电产业链的公开数据表明核电发展存在“中间重,两头轻”的情况,已有研究表明亚洲核电产业仍呈现指数(Logistic)增长态势,无法可靠估计未来的饱和水平[9]。前端和后端能力不足的现象面临挑战,公众接受度对产业安全影响权重逐渐增加。核电产业链的经济技术运行需要核安全保障,低碳减排的同时还要考虑核电厂取排水、铀矿冶放射性污染、退役和放射性废物处置的生态效益,公众接受度与社会效益、核电消纳以及发电量占比的市场容量、铀资源对外依存度、核电技术经济效益,进行利益代价的博弈论分析需要综合考虑不同效益之间的系统平衡,确保核电产业的安全保持在合理程度。
2.2三大核电事故及乌卡时代对核电产业链安全影响分析
三大核电事故已成为世界核电产业发展过程的标志性事件,时刻昭示核安全的极端重要性,世界各国因此选择了不同的核电产业发展路径,涉及弃核、限核、停止发展、重新规划核准、持续发展等。国家核与辐射安全监管技术研发基地的建设投入使用、中国核工业大学的筹建批复、政产学研用的合作提升产业链的科技研发投入、核电重大专项联合研究、核电主管与监管部门推动的试验平台共享、核电标准体系建设、“一带一路”核电人才国际交流培养,中美、中俄、中法的核电项目国际合作等为核电产业链的可持续发展提供了系统性的生存环境和产业发展动力。本文梳理的核安全监管以及公众沟通政策见表1。
表1核安全监管及公众沟通政策
核电发展的主要障碍不是以物理、可靠性或经济限制为条件,主要原因之一是公众反对,已有研究解释了核电公众接受度相对较低的原因包括乏燃料处置与核电厂退役处置带来的生态影响、核电产业链前端与后端放射性污染、核不扩散等。中国逐步完善核电公众沟通渠道与宣传教育成效,核电媒体行由核电产业主管及监管部门联合牵头,集团业主等联合组织,以“核谐共生”“绿色核能”“核你在一起”和“国之重器”为主题进入核电基地全景展现核电产业链的上游核粮仓(核燃料),下游核电场景。
乌卡时代给核电产业链安全带来多维度冲击,迫切要求行业主管和监管部门与核电集团企业共同培育建立核电产业链安全评估与风险预警长效机制,从地缘政治、外交事件、核电技术封锁、极端天气和重大灾害、疫情、公众舆情等冲击我国核电产业链安全问题,强化产业链与安全风险综合体协同,提升供应链面对极端天气灾害和疫情时的韧性和协同性[10]。核电产业链的上中下游之间的关联程度和相互影响制约客观存在。如果核电产业链中任何一个环节出现瓶颈限制,就可能受到对外依存度、国际贸易竞争的影响,叠加近期国外对中国的技术贸易限制,必然影响核电产业安全与核电安全,对我国核电安全风险综合体造成挑战。因此,进一步完善核电产业政策(表2),逐步扩大核电产业链市场化开放程度,提升核电产业国产化与数字化程度,有助于提高国内核电市场活力容量和产业技术经济内循环,为核电产业带动全产业链奠定坚实基础,适应国际国内互促的双循环发展新格局。
随着未来国内核电装机规模的大幅增长,燃料需求的增加,中国需要扩大相关产能,同时也要缓解资金压力,探索新的产业体制是大势所趋。中国正进一步放宽核燃料产业链各环节的投资限制。在制造业领域,取消了禁止外商投资放射性矿产冶炼、加工和核燃料生产的规定,但是依然禁止外商投资放射性矿产的勘查、开采及选矿。
表2核电产业政策
3、构建核电安全风险综合体视角探析中国核电产业链国产化与市场化特征
3.1核电技术国产化
世界第一台核反应堆公关小组组长恩利克·费米在1946年指出“核技术的成败取决于材料在反应堆强辐射场下的行为”。几十年的核电产业发展历史表明材料的发展很大程度上决定了核反应堆的成熟状况,核电材料是反应堆安全与经济性能的重要保障。中国反应堆压力容器大锻件的研制国产化、主管道和主泵锻件的国产化已取得重要进展,为核电产业链的稳健发展奠定重要材料基础。设备国产化是核电产业链自身发展的需要,也是对民族工业的支持。核电产业链的核安全设备和基础设施投资占比90%。国内核电产业链供应链基本全面覆盖国内在建运行的各种核电堆型,《中国核能发展报告(2018)》蓝皮书显示设备国产化率已达85%以上,具备控制棒驱动机构、反应堆压力容器及堆内构件、主管道、蒸汽发生器等整体制造能力以及核燃料元件制造能力。核电产业链的前端铀资源短期供应不会对中国核电发展形成根本性制约,但仍然面临着可持续性(铀资源储备和放射性废物管理)、核安全和实物保护等方面的挑战。本文根据公开发布的核电规划以及产业政策和工业实践,整理我国核电技术结构如图4所示。
3.2核电产业链的市场竞争力及核电技术发展路径
核电产业链的市场竞争力。除去核电产业项目法人体系外,剩余的机电仪工业体系和服务支持体系构成了我国核电产业的三大体系结构[11]。核电产业链上游核燃料与下游乏燃料处置具有显著的自然垄断性;四大核电集团重点企业等其他技术服务集中在申请行政许可方面,造成核电技术服务行业具有较高的进入市场壁垒,因此核电上市企业扎堆在工业体系谋取出路。
初期投资大约占核电站的全寿命期总成本的70%[12,13]。芝加哥大学根据数据分析指出一个建设周期五年的利息费用占总成本比例的30%,而一个建设周期7年的利息费用将超过总成本的40%。如果考虑变化情况比如价格指数,国产化程度越高,相比首批机组,后续机组成本下降幅度超过60%[14]。核电产业链国产化过程中,核电装机容量上升,降低了单位造价,分解了建设成本;核电建设周期长及巨大成本等特有的发展规律会在核电的大规模建设中得到解决。核电的建设周期非常长。从拿到国家核安全局颁发的建造许可证到正式并网发电,对于一个成熟的核电堆型而言一般要五六年时间,对于一些新堆型而言耗时可能更长。前期施工准备和一些长线设备的采购通常也要五六年时间。一个核电机组建设的总体周期在10年左右。由于核电产业链不同环节之间的全生命周期内的时间延迟特征明显,核电市场供需波动给不同环节带来冲击影响。
图4我国核电技术结构
核电产业本身是一个有组织的经济系统,围绕核能发电创造经济效益、生态效益和社会效益,产业链各环节形成产业共生状态。
3.3核电产业链共生及数字化特征
核电合作是国与国的“百年联姻”。国家安全是民用核电的非货币化利益,核电的作用和最终命运是一个战略决策,而不仅仅是一个市场结果,因为市场本身无法发现这些非货币化利益[15]。
核电站的规划、选址、建设和运营、退役处置非常复杂,需投入大量时间和资源。我国核电产业链运行至今,已经形成海量大数据,但是静态的记录载体散落在产业链各环节及监管系统各部门,需要积极利用科技发展成果,充分挖掘数据要素的新质生产力潜力。预期电力需求、通货膨胀、利率、监管法规、公众接受度、乏燃料处置等都构成了核电厂成本变化的不确定性因素,构成了核电产业发展力的影响因素。核能发电进入电力市场,在保障核安全的同时,必须考虑市场因素和技术经济竞争力,确保产业安全;国有资产需要保值增长,必然涉及市场供需、产业政策、经济制度等因素;对国有资产进行经营管理,企业经营决策融合了经济风险与管理者问责。核电站成本的很大一部分不是钢铁、混凝土或劳动力成本,而是建造成本利息类型的费用随着时间的推移而累积,大多数延误项目占资本成本的最大部分。
核电安全风险综合体是具有跨行业、跨地区、跨部门的融合资金、资源、技术、政策复杂的巨系统工程。
综合研究我国电力市场总体装机容量和发电量占比约束条件,以及国内外乌卡时代环境挑战,一方面,核电产业链的产业安全水平成为重要的关注点;另一方面,融合考虑核安全、生态安全、资源安全、社会稳定等总体国家安全观理念和底线系统思维意识,本文提出“核电安全风险综合体”的理论概念,结合国内四十年核安全监管实践以及不同国家核电产业显著差异化发展路径,为落实我国积极安全有序发展核电的要求,尝试发掘一种新的研究视角。
4、研究结论与展望
当前我国已进入核电规模化发展新阶段,产业链系统内与核安全监管系统应协调汇聚合力,充分挖掘核电产业链载体海量数据,定性与定量相结合,在有限理性与不完整信息的演化博弈过程中,科学规制核电安全风险综合体。积极推进核电安全健康档案的建设运行工作,促进核安全监管高质量发展,保障核电安全风险综合体安全可控。
(1)核电产业数字化变革是行业发展的必然选择,需要建立数字化思维方式,为迎接数字化转型与产业升级做好充分的准备。
(2)核电产业链相应环节投资渠道逐步放开,引入外资或民营资本、社会资本。大宗材料及设备制造供应链环节逐步建立企业信用体系。科学制定核电消纳政策,发挥基荷电力清洁低碳稳定的效果,增加国民福利和生态效益。
(3)科学规划核电关键技术基础研发投入,创新公众沟通渠道,确保核电技术安全。
(4)聚焦“核电安全风险综合体”,围绕核电产业链这一客观产业载体,综合研究产业主管、国资监管、核安全监管、生态保护、低碳气候政策、公众接受度、核电技术国产化、产业经济规律、国际贸易特点、地缘政治等系统要素之间的传导机制,坚持底线系统思维,统筹核电产业链发展与核安全。
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文章来源:王占永,王月立,杜峰,等.乌卡环境下核电安全风险综合体探析——基于我国核电产业链视角[J].核安全,2024,23(06):11-20.
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