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2021 , Vol. 40 >Issue 3: 673 - 688

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj020200746

研究论文

世界核电工业发展及地理格局综合解析

  • 张晓平 , 1 ,
  • 陆大道 2, 3, 1 ,
  • 陈明星 , 2, 3, 1 ,
  • 高珊珊 1 ,
  • 吴爱萍 1
展开
  • 1.中国科学院大学资源与环境学院,北京100049
  • 2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101
  • 3.中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室,北京 100101
陈明星（1982-）,男,安徽巢湖人,博士,研究员,博士生导师,主要从事经济地理学与城镇化相关领域的科研与教学工作。E-mail:

张晓平（1972-）,女,河南南阳人,博士,副教授,硕士生导师,主要从事经济地理学相关领域的教学与科研工作。E-mail:

收稿日期: 2020-08-07

  录用日期: 2020-12-28

  网络出版日期: 2021-05-10

基金资助

国家自然科学基金项目(41771133)

国家自然科学基金项目(41822104)

中国科学院青年创新促进会项目(2017072)

版权

版权所有，未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
收起

Comprehensive analysis of world geography of nuclear power industry

  • ZHANG Xiaoping , 1 ,
  • LU Dadao 2, 3, 1 ,
  • CHEN Mingxing , 2, 3, 1 ,
  • GAO Shanshan 1 ,
  • WU Aiping 1
Expand
  • 1. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 3. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Modeling, CAS, Beijing 100101, China

Received date: 2020-08-07

  Accepted date: 2020-12-28

  Online published: 2021-05-10

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Copyright reserved © 2021
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摘要

核电工业的发展和布局,与国际气候变化谈判、地缘政治和国家安全、以及国家竞争优势等密切相关,对全球核电工业空间格局演变及国家核电产业竞争力的研究具有重要的理论与实践意义。基于世界34个核电国家和198座核电厂数据,本文首先梳理了世界核电工业的发展阶段和空间布局;进一步运用综合评价指标体系、弦图、网络拓扑关系图,从产业链和贸易网络角度综合评价国家核电产业竞争力,从而对世界核电工业地理格局进行了多维度剖析。结果表明：核电在发达国家能源生产中的比例总体呈下降趋势;核电工业宏观布局现以欧美为主,但亚洲正成为全球核电工业布局的重心区域;全球核电厂微观区位布局主要靠近电力需求集中的人口和经济密集区;国家间核电产业竞争力差异显著,国家地位呈现明显的等级体系和中心-外围结构,地缘邻近性和集团化特征明显,美国、俄罗斯等核电强国居垄断地位。本研究以期为中国核电产业发展提供国际经验借鉴,并从增强核电产业链核心环节竞争力的角度提出建议。

关键词： 核电工业; 核电站; 世界地理; 产业链; 综合竞争力

本文引用格式

张晓平 , 陆大道 , 陈明星 , 高珊珊 , 吴爱萍 . 世界核电工业发展及地理格局综合解析[J]. 地理研究, 2021 , 40(3) : 673 -688 . DOI: 10.11821/dlyj020200746

Abstract

The development of nuclear power industry is closely related to international climate change negotiation, global production chain, geopolitics and national security, as well as national industrial competitiveness. Therefore, it is of great theoretical and practical significance to study the spatial evolution and national competitiveness of nuclear power industry. After outlining the evolving stages of nuclear power industry in the world, this paper analyzed the geographical characteristics of nuclear power industry from both national perspective in the whole world and locational perspective of 198 nuclear power plants in different countries. Furthermore, the competitive advantages of the nuclear power industry of 34 nuclear power countries in operation were evaluated by combining the comprehensive evaluation indicators with the complex network analysis of trade flows between countries. The competitive differences among countries were also compared from the detailed aspects of the support capacity of ore minerals, nuclear equipment and parts, and the scale capacity of nuclear power plants in operation. The main results are as follows. Firstly, there are great differences among countries towards the development strategy of nuclear power industry. Although the global nuclear power capacities in operation are mainly concentrated in the developed countries currently, Asia will become the center of global nuclear power industry in near future with the expansion of nuclear power capacities in Asian countries. Secondly, the nuclear power plants are mainly located in regions close to the densely populated areas that have a large demand of electricity, even though the physical geography and economic level vary greatly among countries. Thirdly, the global trade networks of nuclear reactors and parts show an obvious hierarchical system and a core-periphery structure, indicating that the competitiveness and centrality of main nuclear power countries are more powerful. On the whole, the United States, Russia, Canada, France and China rank among the top five countries in terms of comprehensive competitiveness in nuclear power industry. Finally, suggestions for the developmental strategy of China's nuclear power industry are provided. With the emergence of new nuclear power countries and expanding demand markets of nuclear energy, the balance and the flow pattern of the existing international nuclear power industry will be reconstructed, which urges China to make a comprehensive plan and strategic pathway for its nuclear power industry development with special attention being paid to the whole production chain.

Key words： nuclear power industry; nuclear power plant; world geography; production chain; comprehensive competitiveness

1 引言

核电是一种备受争议的能源。一方面,在全球温室气体减排背景下,核电因其低碳、清洁、高效的特征而受到推崇;另一方面,“反核”人士则从能源生产的安全性出发,反对核电的大规模利用。国际上,由于国家间政治、经济、技术等具体国情不同,各国对发展核电的态度迥异[1]。近年来,当中国、印度等一批发展中国家加快增加核电生产能力的同时,一些发达的经济体则在核电发展方面选择截然不同的路径：如德国逐年减少其核电能力、提出到2022年国内全面退出核电生产;与之相反,俄罗斯则一直把核电产业作为振兴国民经济的突破口和巩固其地缘政治力量的战略工具。考虑国际气候变化谈判、地缘政治与国家安全、产业国际竞争与合作等因素,未来全球核电产业的发展环境将更加复杂。中国有必要响应国际核电产业发展的新环境,深入认识国际核电产业空间布局演变态势及竞争格局,以便对核电产业进行全面规划和战略部署。
核电不仅是一种能源生产方式,而且与国家先进制造业以及综合国力密切相关。核电站的整个寿命周期包括建造、运营、退役等阶段,涉及设计、基建、设备、安装、运维、核燃料供应、乏燃料后处理等多个环节,其中各环节均有很高的行业技术壁垒,是当今世界最复杂的产业系统之一。深入认识全球核电产业地理格局背后的国家地位、产业分工与职能,有助于判别中国在全球核电生产和贸易格局中的位置与变动,对于增强国家产业综合竞争能力、维护区域经济安全有着重要的意义。基于社会网络分析方法,学者们定量、形象地刻画了在经贸关系网络[2,3,4,5,6]、地缘政治关系中国家的地位及其动态变化[7];相关的产业门类涉及能源原材料[8,9]、服装纺织[10]、电子信息[11]等产业,但缺少从网络视角对世界核电产业的研究。国外学者对核电产业的研究内容涉及核电产业运营管理与成本分析 [12,13,14,15]、核电厂区位选址的安全性等[16]。国内学者探讨了低碳背景下中国核电产业的发展路径[17,18,19]以及核电产业空间布局和规划建议等[20,21,22,23]。但对世界核电工业地理格局及演变的综合研究非常薄弱[24]。
鉴于此,本文旨在对世界核电工业发展及地理格局进行多维度剖析。首先梳理世界核电工业的发展阶段,并分别基于国家尺度和核电厂尺度分析全球核电工业的空间布局特征;然后对34个核电国家的核电产业综合竞争力进行评价,并从产业链不同环节细化分析全球核电产业地理格局的国家间差异;最后提出对中国核电产业发展和布局规划的借鉴意义。

2 数据与方法

2.1 数据来源及处理

本文关于核电的数据资料主要来源于国内外权威机构的统计数据库和年度报告,来源网站主要包括（不限于）：国际原子能机构（https://www.iaea.org）、国际能源署（https://www.iea.org）、世界核协会（https://www.world-nuclear.org）、全球资源观察网（https://resourcewatch.org）、BP公司（https://www.bp.com）、中国国家核安全局（http://nnsa.mee.gov.cn）、中国核网（http://www.nuclear.net.cn）、中国核电网（http://np.chinapower.com.cn）、中国国家统计局（http://www.stats.gov.cn）等以及部分国家的能源网站。共获取34个核电国家的相关数据。从国际原子能机构、世界核协会和全球能源观察等机构发布的数据库[25,26,27]中提取全球共198座核电厂的信息,通过拾取经纬度坐标分析其微观区位布局特征。为分析世界核电厂微观区位布局与所在区域人口分布的关系,研究中采集哥伦比亚大学社会经济数据应用中心（https://sedac.ciesin.columbia.edu）发布的2020年世界人口1km×1km格网数据集,基于ArcGIS10.2和ArcScene10.2制作世界人口密度曲面图。基于联合国商品贸易统计数据库（https://comtrade.un.org）,构建核电国家的核电产品出口贸易流向矩阵,与核电产业综合竞争力评价指标体系相结合,分析国家核电产业的国际地位和竞争优势。

2.2 研究框架及综合评价体系

本文构建了世界核电工业地理格局的多维度分析和评价框架（见图1）。研究中,既包括对核电生产现状地理格局的刻画,也包括从产业链和贸易网络角度对国家核电产业所处地位的分析。不同国家核电工业的发展历程和基础不同,各具特色和优势,体现在核电产业链的不同环节。核电工业循环和产业链的最前端是以铀矿为代表的矿产资源,发展核电必须提高矿石资源的保障能力。本国如果拥有丰富的铀矿资源无疑为核电产业的发展提供了安全的供应保障;此外,通过国际市场进口亦成为一种原料供应渠道,因此研究中综合考虑本国资源保障能力和国际市场采购能力。核反应堆主要通过核燃料的裂变而提供动能,内涵诸多高端技术,只有资源丰富、生产基础雄厚、先进制造业技术强大的国家才有能力提供大规模的核燃料和核电成套设备的出口。为了对比国家间核电产业发展的综合竞争优势（C）,本研究从在运核电机组规模（C1）、核电产业矿石原料保障能力（C21、C22）、核反应堆燃料及原料出口能力（C3）、核电设备出口能力（C4）四个维度对国家的核电产业进行综合评价,选取X1~X10共10个指标,详见图1。基于上述4个维度的评价,能够较全面地反映国家间核电产业的竞争优势差异。评价时点为2018年。为避免国际商品贸易数据因年际变化对评价结果产生影响,研究中产品国际市场占有率指标综合计算了2017年和2018年相关商品的贸易数据。采用主成分分析法,将10个指标进行数据降维,提取5个主成分并计算得出C1、C21、C22、C3、C4单项得分。按公式（1）计算国家核电产业综合竞争优势总得分：
C = C 1 × 0.25 + C 21 × 0.125 + C 22 × 0.125 + C 3 × 0.25 + C 4 × 0.25
图1 研究框架及国家核电产业综合评价指标体系

注： 图中括号内数字为联合国商品贸易统计SITC4对应商品代码。

Fig. 1 Evaluation indicators for competitiveness of nuclear power industry in different countries

2.3 贸易网络分析方法

近年来社会网络分析法在经济联系和贸易网络研究中得以广泛应用。基于网络分析法,既可以刻画贸易网络密度、集中程度等整体联系特征,又可以对个体在网络中的影响力和作用强度等进行量化分析[4,5]。本文构建34个核电国家与核电相关产品的出口贸易流向关系矩阵,运用弦图、网络拓扑关系图研究国家核电产业的国际地位和竞争优势,分别基于R语言编程和Gephi软件实现图形的可视化。弦图主要用于直观刻画国家间贸易流向和伙伴关系;网络拓扑关系图则详细刻画国家在贸易网络中的地位及联系强度。本研究主要基于网络密度、出口中心度、联系密切度等指标进行定量分析。考虑学界已发表的成果中对网络分析法相关指标的量化公式已有详细表述[4,5,8],加之囿于篇幅,本文在此不赘述计算公式。研究中通过2018年与2010年贸易网络结构的对比,分析国家间核电产业的优势地位及演变特征。

3 世界核电工业发展阶段

1954年,世界上第一座商用发电核反应堆在前苏联正式运行。至今,世界核电工业已有60多年的发展历史。经过了初期大约10年的起步阶段和缓慢发展期,随后世界核电工业的发展历程大致可以划分为以下3个阶段。

3.1 快速发展阶段：20世纪60年代中期到80年代中期

以发达国家为主体,从20世纪60年代中期到20世纪80年代中期是核电工业的快速发展期;尤其是1973年的石油危机,更加速了发达国家发展核电的步伐。如日本,于1955年出台《原子能行动法案》,开发利用核能被置于国家的战略先导地位;1966年开始核电的商业开发;1970年,日本核电装机容量为1294MW,到1981年已达16586MW,增长了12.8倍[27]。1966—1980年间,全球核电装机容量的年增长率达到25.1％以上;1985年全球已有320台核反应堆投入运行,核能发电量占全球发电总量的比例达12.0%。OECD国家核能发电量占国家总发电量的比例更是由1973年的5.3%快速增加到1985年的19.6%,而同期石油在一次能源生产中所占的比例则由23.8%持续下降到9.1%（见图2）[28]。
图2 OECD国家电力生产结构变化（1974—2018）

注：数据来源于国际能源署（https://www.iea.org）。

Fig. 2 Change in fuel types for electricity generation in OECD countries (1974-2018)

3.2 基本停滞阶段：20世纪80年代中期到20世纪末期

从20世纪80年代中期一直到20世纪末期,全球核电工业增长基本处于停滞阶段,在发达国家中表现尤为明显。1979年美国发生三哩岛核事故、1986年前苏联（现乌克兰）发生切尔诺贝利核事故,引发各国对核安全和核废料处理的担忧,加上核能发电的经济性等原因,发达国家核电工业止步不前,对核电产业的发展态度产生明显的分歧[29]。在欧洲,一方面前苏联的解体使得原有的核电项目建设资金链中断;另一方面,核电项目建设一直被切尔诺贝利核事故的阴影所笼罩。1986—1996年间,俄罗斯仅审批通过了1座核电站的建设;斯洛伐克原计划新建的核电项目自1987年完成混凝土浇筑以后即停建,直到2008年才重启建设;德国自1989年以后没有新建核电机组。美国自1979年核事故以后,长达34年没有新建核电机组。已有核电的国家,对核电发展持反对态度的还有荷兰、比利时、瑞典、瑞士等国家;意大利自1986年以来,一直禁止利用核能发电。澳大利亚宪法将“无核化”视为其重要国策之一,禁止国内任何利用核能动力的设施建设。期间全球核电新增能力主要集中在日本、中国和韩国等亚洲国家。

3.3 复苏阶段：21世纪以来

1997年,《联合国气候变化框架公约-京都议定书》正式签署,气候变化问题引起国际社会的共同关注。核电作为一种清洁能源方式对于减缓温室气体排放的贡献也备受瞩目。加之随着核电厂的安全性、可靠性和经济性的稳步提高,进入21世纪后,全球核电工业步入缓慢的复苏期。但2011年日本发生的福岛核事故,使各国对核电工业的发展进一步持谨慎态度,日本更是停止了所有新建核反应堆的计划,直到2018年才重启新建核电项目。现有核电国家中,德国反对核电发展的态度最为强烈。2002年德国在运核电反应堆19座、总装机容量21283 MW;到2012年在运核电反应堆减少为9座、总装机容量为12068 MW;德国政府已制定了计划,到2022年关闭全部核电机组[30]。从OECD国家整体来看,核能在总发电量中所占的比例自1996年达到最高值23.9%之后,即开始缓慢回落,到2018年约占17.6% [31]。直到2010年以后,随着一些亚洲国家大力发展核电项目,全球核能发电装机总容量于2013年后才逐年增加（详见图3）。到2018年全球核能发电量为2563TWh,占全球总发电量的10.2%。
图3 2001—2018年全球在运核反应堆数量及发电装机总容量

注：数据来源于国际原子能机构（https://www.iaea.org）;世界核协会（https://www.world-nuclear.org）。

Fig. 3 Annual number and electricity capacity of nuclear reactors in operation worldwide from 2001 to 2018

4 世界核电工业布局的区域差异

4.1 在运核电机组发电能力的区域分布

根据国际原子能机构的统计,截至2018年12月底,全球共有450座核反应堆在运行,分布在30个国家（见图4）,在运机组总装机容量约396413 MW,占全球电力总装机容量的5.5%。从在运核反应堆数量和发电能力来看,美国以98座在运核反应堆和99061MW总装机容量位居世界首位,占全球在运核电机组发电装机总容量的25.0%;法国以63130 MW（占比15.9%）位居第二;中国以43706 MW（占比11.9%）位居第三;日本和俄罗斯分别以36476 MW（占比9.2%）和27252 MW（占比6.8%）位居第四和第五位。韩国也是世界主要的核能发电大国之一,以24座在运核电反应堆、22444 MW装机容量位居全球第六位。此外,核能发电装机容量超过10000 MW的还有加拿大和乌克兰。
图4 世界在运和在建核电机组装机容量分布（2018年底）

注：该图基于国家自然资源部标准地图服务系统的标准地图（审图号GS(2016)1666）绘制,底图无修改。

Fig. 4 Electricity capacity of nuclear reactors in operation and under construction worldwide by the end of 2018

但目前发达国家在运核反应堆老龄化特征明显。一般核电厂的设计寿命为40~60年。于20世纪70年代和80年代建设的许多核电厂已接近其设计寿命并将逐步退役。2018年全球在运核电反应堆堆龄在30年以上的达294座,占全部核电运营机组的65%以上;美国、欧盟、俄罗斯、日本核反应堆堆龄在30年以上的所占比例分别为90%、83%、61%和45%[1]。据IEA的研究估计,按现有趋势,如果不新增投资并建设新的核电项目,到2040年,发达国家的核电发电量将减少2/3。相对于新建核电厂而言,对现有核电厂的延寿改造会相对便宜一些,也会比新建其它清洁能源项目如光伏发电和风电项目更具成本优势。但核电项目的延寿仍然意味着需要大量的投资。据估计,对一个1GW 的核电机组延寿10年的话,投资额至少在5亿美元至10亿美元。此外,由于许多发达国家的电价下降,使得核电厂延寿及改造项目的投资回报预期较低,因此资本的投资意愿和积极性下降,加速了部分核电厂的提前关闭。

4.2 在建核电机组发电能力的区域分布

全球在建核能发电能力主要集中在亚洲国家（详见图4）。截止2018年底,全球共有18个国家在建核反应堆共55座,其中36座位于亚洲国家。在建核电机组装机容量居前五位的国家分别是中国、韩国、阿联酋、印度和日本。中国以13582 MW在建装机容量位居首位,占全球在建核电装机总容量的24.0%;其次是韩国和阿联酋,分别以6700 MW（占比11.8%）和5380 MW（占比9.5%）位居第二和第三位。阿联酋、孟加拉国、土耳其3个国家是亚洲新加入核电建设的国家。阿联酋的目标是成为海湾阿拉伯地区率先发展核能的国家,其核电项目主要由韩国投资并承担建设。孟加拉国和土耳其的核电项目均由俄罗斯投资建设。在欧洲,新增的核能发电能力主要集中在俄罗斯,其次是白俄罗斯和乌克兰。俄罗斯国内新建核反应堆以逐步取代使用寿命在10年内即将到期的老旧核电机组。到2018年底,俄在建核反应堆6座、装机总容量4573MW,位居欧洲之首。白俄罗斯和乌克兰的能源工业一直高度依赖于俄罗斯,目前白俄罗斯在建的2座核反应堆（总装机容量2220MW）也是由俄罗斯资助的。努力抢占核电新兴市场,已成为核电大国角逐的重要领域。美、俄等核电强国更是把核电出口和核电投资合作项目作为其全球战略的重要工具,因为核电项目建设和设备出口后,可以通过长达10~60年的核燃料供应、乏燃料回收和处理、机组运营和维护支持、人才培养等合同,与战略国家形成紧密的联系纽带。随着亚洲在运核电国家的扩容以及更多亚洲国家核电计划的实施,未来亚洲将成为全球核电工业布局的重心地区,并将驱动世界核电相关产业竞争与合作关系的重构。

4.3 核电在能源生产中所处地位的国家差异

由于国家间能源发展战略、资源结构、制度环境和社会文化传统等方面的差异,核电在国家总发电量中所占的比例差异很大（详见图5）。法国的核能发电在国家电力生产中稳定地居于主体地位,所占比例一直在70%以上。法国的核能发电除了满足本国的需求外,还向意大利、英国、西班牙等周边国家输送电力。斯洛伐克、乌克兰、匈牙利、比利时等国家,核电在国家总发电量中的比例基本在50%左右。核电地位下降最明显的两个国家分别是日本和德国,日本由2010年的占比29.2%下降到2019年的7.5%,德国由28.4%下降到12.4%。此外,瑞士、亚美尼亚、瑞典、韩国等国家也有明显下降。核电在国家电力生产中所占比例上升明显的国家主要集中在中东欧国家（如斯洛伐克、乌克兰、匈牙利、保加利亚、捷克和俄罗斯）和北欧的芬兰。对于发展中国家,虽然核能发电在国家总发电量中所占的比例有所上升,但所占比例相对较低,基本在5%以下;其中占比上升较明显的是中国和巴基斯坦。
图5 核电占国家总发电量的比例变化（2019年与2010年对比）

Fig. 5 Share of nuclear power in electricity generation in different countries (2019 vs 2010)

==注：数据来源于国际原子能机构（https://www.iaea.org）;世界核协会（https://www.world-nuclear.org）。

4.4 世界核电厂的微观区位布局

核电厂的区位选址是一项复杂的系统工程,需要综合考虑自然地理、工程地质、社会经济、制度环境、公众认知等微观区位因素。本研究根据相关资料[25,26,27],整理出世界198座核电厂的发电装机容量及空间分布（见图6）。汇总来看,世界核电厂均靠水（滨海、滨湖、滨河）分布。其中,中国、日本、韩国等东亚国家的核电厂基本分布在沿海地区;欧美国家内陆核电厂比较常见,占60%以上,部分中东欧国家全部为内陆型核电站。
图6 世界主要核电厂的布局与区域人口密度的关系

注：该图基于国家自然资源部标准地图服务系统的标准地图（审图号GS(2016)1666 ）绘制,底图无修改。

Fig. 6 Location of main nuclear power plants in the world and its relation with regional population density

全球核电站区位选址具有典型的市场指向型特征,主要靠近电力消费需求所在地。从安全的角度,核电站微观区位不能太靠近人口密集区,因此核电厂邻近地区的人口密度和分布特征是核电厂区位选址和制定核电应急计划需要考虑的首要因素[16]。但从核电运营的经济性出发,核电厂靠近电力需求集中的人口和经济密集区,便于发电量直接输送于各大用户,避免长距离、大功率输送所带来的电能损耗。国际上初期核电厂的建设选址比较偏僻,以核反应堆为中心的人口分布和建设禁区各国标准不一,但后期主张选址可以在避开人口分布中心区的同时服务于更多的人口。由于世界人口靠近沿海密集分布的特征,使得滨海核电厂周围的陆域人口密度显著高于内陆核电厂的陆域人口密度[22]。在核电厂微观区位布局上最有特色的是俄罗斯,为确保其对北极地区的资源开发权和航道控制权[32],俄在位置偏远和人口稀少的北极地区仍布局了核电站。2019年9月,俄罗斯建造的世界首座浮动核电站到达楚科奇自治区的佩韦克港;该浮动核电站的主要功能是为俄罗斯极其偏远地区的工厂、城市、以及海上天然气、石油钻井平台提供能源。浮动核电站和核动力破冰船可以大幅提升俄罗斯对北冰洋航线的运输能力和保障能力,巩固其在北极地区的优势地位。
本研究以核电厂为中心,分别以50 km和100 km为半径,计算核电国家核电厂服务区域的人口密度和人口分布情况,汇总结果见图7。按核电厂半径50 km范围所覆盖区域的人口密度排序：巴基斯坦最高,区域人口密度1446人/km2、覆盖居住人口2087万人;其次是中国（932人/km2、4857万人）、南非（918人/km2、612万人）、印度（658人/km2、3512万人）和韩国（570人/km2、1123万人）;美国由于其核电厂数量多,核电厂半径50 km范围覆盖人口数量高达7488万人。核电厂半径100 km范围内,人口密度最高的是中国（925人/km2）和印度（839人/km2）,其次是巴基斯坦（522人/km2）和比利时（434人/km2）。核电厂区位与人口分布的空间耦合特征,使得对核电厂建设和运营的安全性提出了更高的要求。
图7 核电厂周围区域人口密度的国家间对比（2020年）

Fig. 7 Comparison of population density around nuclear power plants in the world (2020)

5 核电产业综合竞争力国家差异

根据图1的评价指标体系,基于核电产业链和核电产品国际贸易网络,对34个国家间核电产业的综合发展能力进行对比分析,以期丰富和深化对全球核电产业地理格局的认识。

5.1 核电矿石原料保障能力

核电产业链的最前端是铀矿石原料的生产和加工。全球铀矿资源出口量位居前三位的国家分别是哈萨克斯坦、加拿大和澳大利亚,但哈萨克斯坦和澳大利亚不是核电国家。现有核电国家中,加拿大、南非、巴西在核电矿产资源保障能力方面优势明显,尤其是加拿大的铀矿资源最为丰富,从而在本国自有核电矿石资源保障能力方面得分最高。俄罗斯国内拥有较丰富的具有经济开采价值的铀矿资源,其中价格在130美元/kg的铀矿富矿储量达51.7万t;与此同时,俄罗斯每年从哈萨克斯坦、乌克兰、乌兹别克斯坦和蒙古进口一定数量铀矿资源以弥补国内需求缺口[27]。国际市场的铀矿供应为核电国家提供了原料保障,如非洲和中亚国家是铀矿资源大量富集的地区,纳米比亚、尼日尔、哈萨克斯坦等国家大量出口铀矿资源,从而满足了核电国家的资源需求。美国因其国内核电产业总装机容量大,铀矿资源消耗量大,所以一直是国际铀矿市场的最大买家;其进口铀矿来源国主要包括澳大利亚、加拿大、纳米比亚和尼日尔等。引人注意的是,联合国商品贸易统计数据显示印度近年来铀矿资源进口贸易额一直居高,尤其是2018年,印度从国际市场进口铀矿、钍矿原矿和精矿贸易额达3.44亿美元,超过了美国。由于铀矿资源出口国多数不是核电国家,故在此未对核电国家间铀矿资源贸易网络进行量化分析。

5.2 核反应堆燃料及核原料出口能力

核反应堆燃料及核原料包括特种可裂变材料,呈金属、合金、化合物或浓缩物形态。核反应堆燃料及原料的生产和出口,与一个国家核电矿石资源储量、生产技术水平和化学工业生产基础密切相关。基于复杂网络分析法,图8刻画了核电国家间核反应堆燃料及核原料的相互贸易网络格局。考虑贸易量、中介中心度、联系强度等指标,美国、德国、法国、荷兰所处的综合等级较高。2018年与2010年相比,主要核电国家之间的首位联系及密切度有一定的变化,美国在核燃料方面的出口中心度有所下降,但它对加拿大、荷兰的进口依赖度有明显增加。除美国外,核电国家中荷兰、德国、法国、加拿大的核反应堆燃料及原料出口能力也较强;2018年,上述五国该项产品出口贸易额占全球此项产品出口额的比例在50%以上。图9a贸易流向图进一步表明,中国和俄罗斯的核燃料及核原料产品的重要来源国是哈萨克斯坦（非核电国家）,表明基于产业链的国家间合作的关联性和相互依赖性。
图8 世界核电国家核反应堆燃料及原料产品出口贸易网络变化（2018年对比2010年）

Fig. 8 Comparison of export trade networks of main countries in nuclear fuel and elements (2010 vs 2018)

图9 2018年主要核电国家核反应堆燃料及原料产品和核电设备产品出口贸易流向

Fig. 9 Export trade flows of main countries in nuclear fuel and elements, nuclear reactors and parts in 2018

5.3 核电设备出口能力

核电设备包括整体核反应堆、核反应堆压力容器、核反应堆燃料装卸机、各种管材和配件等,涉及到复杂的工业体系。核电国家间的核电设备出口贸易网络密度整体较低,2018年贸易网络密度为0.1266,密度明显低于上述核反应堆燃料和原料产品的贸易网络密度（0.3654）。国家间该项产品的贸易流向（图9b）以及贸易网络拓扑关系（图10a、图10b）表明,该项产品贸易网络比较稀疏,并呈现出明显的等级体系和中心-外围结构。世界核电设备出口贸易网络以少数国家为主导,尤其是美国、俄罗斯、法国的核心地位最突出。这些国家的中介中心性高,表明对网络的综合控制力强;其中又以美国的核电出口贸易伙伴数量最多,中介中心性最高。美欧核电大国之间的贸易联系较密切。与此同时,国际核电贸易伙伴表现出典型的地缘特征。如俄罗斯与原苏联和中东欧国家、美国与南北美洲国家之间的贸易关系紧密。俄罗斯在稳定国内生产的同时,努力扩大出口份额,研发新产品和替代产品以保持其在国际核电市场的领先地位,成为世界核电设备出口大国。除了中东欧国家外,俄罗斯核电设备还出口到中国、印度等,并与伊朗、土耳其等具有重要地缘战略意义的国家合作投资建设核电站。法国、德国、瑞典的核电设备贸易出口度也较高,但德国的贸易中介中心性低于法国和瑞典。中国虽然国内核电生产能力已达到相当规模,但中国在全球核电贸易网络中的地位不高;核电出口贸易伙伴单一,多年来巴基斯坦一直是中国核电出口的最大贸易伙伴国,而中国则从俄罗斯、法国进口大量核电设备,总体仍有较大的贸易逆差。
图10 世界核电国家核电设备产品出口贸易网络变化（2018年对比2010年）

Fig. 10 Comparison of export trade networks of main countries in nuclear reactors and parts (2010 vs 2018)

5.4 综合发展能力

结合C1~C4不同维度的综合得分,评价结果表明,美国、俄罗斯、加拿大、法国、中国核电产业综合竞争力位居世界前5位（图11列出了评价得分居于前15位的国家）。美国的综合竞争优势最强,尤其是原料储备和在运核电的规模优势最为突出。俄罗斯核电产业综合总得分略低于美国,但俄罗斯的核电设备出口能力的领先地位最突出。这源于核工业在俄罗斯的国家战略性先导地位,围绕国家核能发展战略,俄罗斯发展了独特的核工业体系,并强化技术研发和拓展国际市场。加拿大和法国在核原料和核燃料出口方面的优势对其总竞争力得分贡献度最大,而芬兰该指标的单项优势明显。瑞典和德国核电产业的综合竞争优势也位居世界前列。日本和韩国核电能力具有一定的规模优势,形成了自主的核电技术并积极拓展出口市场。虽然中国核电产业的综合得分进入世界前五强,但其中核电机组的规模因子对其贡献较大,而核电设备出口能力及产业链综合技术水平等方面无显著优势。
图11 世界主要国家核电产业综合竞争力评价结果（2018年）

Fig. 11 Competitive scores of nuclear power industries in main countries in the world (2018)

6 结论与讨论

6.1 结论

核电工业体系复杂,与能源利用、装备制造、综合国力等密切相关,对全球核电产业地理格局的综合分析,有助于深化对地缘政治和国家安全等全球重要议题的认识。本文结合相关数据,采用ArcGIS空间分析、贸易网络分析及多元综合指标体系评价等方法,对世界核电工业布局的时空特征及国家间核电产业竞争力进行了对比分析,提供了世界核电工业地理格局的多维度阐释。研究表明：
（1）在过去60多年间,全球核电工业在经历了快速发展阶段、基本停滞阶段后,于21世纪之后进入缓慢的复苏期。但不同国家对核电产业的发展态度和发展战略存在较大分歧,总体仍以审慎态度为主。表明在核电开发利用的安全性、经济性和稳定性等方面,仍有诸多因素需要综合权衡。
（2）尽管全球在运核电机组的发电能力主要集中在美国、法国、俄罗斯、日本等发达国家,但核电在发达国家能源生产中所占的比例总体呈下降趋势。全球新增核电能力在亚洲主要集中在中国、韩国、阿联酋、印度等发展中国家和新兴经济体;欧洲新增核电能力主要集中在俄罗斯。随着亚洲在运核电国家的扩容以及更多亚洲国家核电计划的实施,未来亚洲将成为全球核电工业布局的重心地区。
（3）世界核电产业贸易网络表现出明显的等级体系和中心-外围结构,地缘邻近性和集团化特征明显,国家间核电产业竞争力差异显著。俄罗斯、美国、法国等发达的核电强国,凭借自身科技优势和核电产业技术壁垒,掌控和垄断核电产业链的核心环节;并通过核电设备出口、核电项目的国际合作巩固其全球地缘政治力量。新兴核电国家及产品需求市场的出现,将打破现有国际核电产业相关资源供需市场的平衡状态和流动格局,并将驱动全球核电相关产业竞争与合作关系的重构。

6.2 讨论

中国是能源需求大国,面向经济高质量发展,优化中国的能源结构倍受学界关注。根据国际新能源的发展趋势,安全、可靠、廉价、清洁将成为未来全球电力生产和需求的愿景。结合本文的研究,提出以下四点进一步思考和探讨：
（1）核电因其安全性及投资成本等多种原因,在不同国家能源发展战略导向中的地位存在较大差异。中国是个年轻的核电国家,应更多地借鉴发达国家的核电产业发展经验。需进一步研究核电在发达国家能源生产中所占份额下降的原因,对比不同能源生产方式的经济性,全面权衡社会效益、生态效益和经济效益,研究规划中国核电生产的适度规模,不宜盲目扩大核电生产规模。
（2）近年来,全球政治经济格局加速重构,对于一个国家和地区而言,维护全产业链的安全性与稳健性变得越来越重要。随着中国核能发电规模的进一步增加,如何确保核电整个产业链的安全尤其是稳定的铀矿资源供应成为关键。一方面,国内要加强铀矿的勘探和开发,另一方面要充分利用国际市场,尤其是通过深化与“一带一路”沿线国家的合作,采取进口、合作开发或购买国外矿山等多种方式以保障稳定的铀矿资源供应。
（3）中国在全球核电产业贸易及竞争网络中不具优势,相对居于外围地位。应充分发挥中国先进制造业的优势,强化核电设备的技术研发,实现核电产业关键技术的全面国产化。充分把握发展中国家核电需求的商机,积极推进核电项目的国外投资合作及核电设备的出口,努力提升中国在全球核电贸易网络中的地位和等级。
（4）核电产业的发展与布局涉及能源基础设施建设、环境保护、区域经济安全、科技与研发体系、国际经贸合作等诸多具有重要战略意义的主题,但目前地理学界总体对核电产业的研究相对比较薄弱。建议未来深化该类产业的全球竞争及区域合作格局的研究,以把握全球核电产业发展和布局的态势;进一步解析中国在全球核电生产和贸易网络中升级的路径,结合国家先进制造业、装备制造业和高科技产业体系构建和价值链提升等目标,为中国核电产业的发展和布局规划研究提供更多参考。
需要说明的是,受数据来源及专业知识的局限,本文仅提供了世界核电产业地理格局和国家竞争力的初步分析;此外,国际贸易商品交易的年际波动有可能对国家间核电产业竞争力评价结果产生影响。这些有待于后续进一步改进并深化研究。

真诚感谢匿名评审专家在论文评审中所付出的时间和精力,专家意见对论文的修改完善帮助很大,尤其是关于增强核电产业空间布局与竞争力两部分内容间递进关系的建议,使作者获益匪浅。

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