核能工業的全球競爭態勢
劉東山
原子能委員會 駐OECD Nuclear Energy Agency顧問
一、前言
核能發電工業從50年代誕生，經歷6、70年代的蓬勃發展及8、90年代的蕭條，難得最近隨著世界原油價格攀升，及國際上要求各國減少二氧化碳排放的力道越來越強而有明顯復甦的跡象。幾十年來，核能工業相關廠商不論是開礦、顧問、製造或建造公司，當然也受波及而必須做出調整因應。總部設於法國巴黎的經濟合作暨開發組織（OECD）所屬的核能署（Nuclear Energy Agency）應會員國要求，邀集產、官、學、研各界專家，針對核能市場的過去、現在與未來，進行廣泛評估並做出預測，於2008年出版一本名為”Market Competition in the Nuclear Industry”的報告。報告洋洋灑灑共123頁，鑑於國內核能界大家多忙碌，特將重要部分摘要轉述，俾讓台灣相關從業人員了解核能工業的全球競爭態勢。
二、評估競爭指標
某一市場的競爭性可以分析其大金額數目的交易情形看出端倪，但前題是這些交易要有很高的透明度，特別在價格及成本方面；然而相對於其他產業，核能有關的市場不管是供應者或消費者，基本上皆屬特定族群，其個別之交易量可能很大，但數目卻不多，而其詳細的交易資料一般並不公開，故無法以純粹數值來評估市場的競爭性。為進行這個研究，專家群決定引進十個指標，俾能判斷市場現況的影響程度，有些判斷不免主觀但仍有參考價值。報告中同時也算出其HHI (Herfindahl-Hirschman Index)，該值定義為：所有廠商市場佔有率百分數平方的總和。通常此數如超過1800即表示市場能量過度集中，值得政府管理部門注意。評估競爭十個指標如下列：
主要廠商的市場佔有率
垂直整合的程度
長期合約的比例
進入市場的困難度
交易成本及市場切割
產品差異性
容量與需求的平衡
市場結盟及供應商的合作
公共財面相
貿易障礙及限制
三、核能電廠的設計、工程管理及建造面相
核能發電自從1980年代以來歷經了全球性的不景氣，尤其在美國及除法國以外的歐洲地區更是蕭條，導致原有核能發電廠商幾度整併甚至易名。表1顯示目前世界上仍運轉中的核能機組原建造廠商資料。從其HHI看雖說不上市場過度集中，但也不盡然能反映市場目前的實際狀況。
表2進一步整理近年來完成或仍建造中核能機組的資料。顯然AREVA仍佔一定份量，但最大市場佔有率則屬俄羅斯廠商；而印度、韓國及中國已逐漸嶄露頭角，但這些新進廠商真要進入先進國家市場，恐仍有一段路要走。不過他們如能獲得既有大廠商的技術轉移或合作，則又是不同的故事。
表3蒐集2008年初核能廠商宣稱可能在美國接獲建造核能機組訂單的資料。純從HHI (3396) 看，將來核能發電建造市場似有被壟斷的疑慮存在。
表1 核能發電廠商（含併購）及由其建造仍運轉中的機組資料（2007年）
|
公司名稱
|
核能機組數
|
佔有率(%)
|
HHI
|
|
Toshiba/Westinghouse (inc. ABB, C-E)
|
120
|
27.6
|
765
|
|
AREVA (inc. Framatome, Siemens)
|
96
|
22.1
|
489
|
|
General Electric (GE) Energy
|
54
|
12.4
|
155
|
|
Atomenergoprom (俄羅斯)
|
52
|
12.0
|
144
|
|
Atomic Energy of Canada Ltd (AECL)
|
34
|
7.8
|
61
|
|
Mitsubishi Heavy Industries (MHI)
|
19
|
4.4
|
19
|
|
Nuclear Power Corporation of India Ltd
|
16
|
3.7
|
14
|
|
Hitachi
|
10
|
2.3
|
5
|
|
Škoda Praha (捷克-斯洛伐克)
|
10
|
2.3
|
5
|
|
Doosan Heavy Industries (韓國)
|
9
|
2.1
|
4
|
|
Babcock & Wilcox (B&W)
|
7
|
1.6
|
3
|
|
China National Nuclear Corp. (CNNC)
|
7
|
1.6
|
3
|
|
總計
|
434
|
100.0
|
1666
|
表2 核能發電廠商（含併購）於2000年建造完成或其後續建造中的機組資料
|
公司名稱
|
核能機組數
|
佔有率(%)
|
HHI
|
|
Atomenergoprom (俄羅斯)
|
14
|
25.0
|
625
|
|
Nuclear Power Corporation of India Ltd
|
9
|
16.1
|
258
|
|
AREVA (inc. Framatome, Siemens)
|
8
|
14.3
|
204
|
|
Doosan Heavy Industries(韓國)
|
7
|
12.5
|
156
|
|
China National Nuclear Corp. (CNNC)
|
6
|
10.7
|
115
|
|
Atomic Energy of Canada Ltd (AECL)
|
3
|
5.4
|
29
|
|
Toshiba/Westinghouse (inc. C-E)
|
3
|
5.4
|
29
|
|
General Electric (GE) Energy
|
2
|
3.6
|
13
|
|
Škoda Praha (捷克-斯洛伐克)
|
2
|
3.6
|
13
|
|
Hitachi
|
1
|
1.8
|
3
|
|
Mitsubishi Heavy Industries (MHI)
|
1
|
1.8
|
3
|
|
總計
|
56
|
100.0
|
1644
|
表3 2008年初核能發電廠商宣布可能在美國接獲建造機組訂單的資料
|
公司名稱
|
核能機組數
|
佔有率(%)
|
HHI
|
|
Westinghouse
|
12
|
44.4
|
1 975
|
|
General Electric (GE)
|
7
|
25.9
|
672
|
|
AREVA
|
6
|
22.2
|
494
|
|
Mitsubishi Heavy Industries (MHI)
|
2
|
7.4
|
55
|
|
總計
|
27
|
100.0
|
3196
|
四、核燃料循環前端產業面相
1.鈾供應
鈾近幾年的年需求量約65,000tU，惟市場初級來源（Primarysources）僅供應40,000至42,000tU的量，不足數由所謂的二級來源（Secondary sources--再處理、核武拆除及耗乏鈾再濃縮）提供。目前世界上主要由八國擁有的八家廠商提供是項服務，而由前三大公司控制一半之供應量，詳表 4 所示，不過基本上市場尚不算壟斷。
隨著目前建造中的核能電廠機組將於2015年左右完工加入運轉，鈾的需求量不可避免地短期內會提高，此可由目前的大廠家增產及由新廠商加入製造行列來補足（表5）。其間，當然商場上的併購行為在民主國家內還是可能發生，但整體而言其市場仍朝降低集中化的方向進行，此可從HHI的預測值可見一班。
表4 世界主要的鈾生產設施資料（2006年）
|
公司名稱/所在國
|
當年生產量(tU)
|
佔有率(%)
|
HHI
|
|
Cameco /加拿大
|
8 249
|
20.9
|
438
|
|
Rio Tinto / 那米比亞
|
7 094
|
18.0
|
324
|
|
AREVA /法國
|
5 272
|
13.4
|
179
|
|
Kazatomprom/哈薩克
|
3 699
|
9.4
|
88
|
|
TVEL (Atomenergoprom) /俄羅斯
|
3 262
|
8.3
|
68
|
|
BHP Billiton /澳大利亞
|
2 868
|
7.3
|
53
|
|
Navoi /烏茲別克斯坦
|
2 260
|
5.7
|
33
|
|
Uranium One /南非
|
1 000
|
2.5
|
6
|
|
小計
|
33 704
|
85.5
|
1189
|
|
其他產源
|
5 726
|
14.5
|
19
|
|
總計
|
39 430
|
100.0
|
1208
|
表5 預測世界主要的鈾生產設施資料（2015年）
|
公司名稱
|
當年生產量(tU)
|
佔有率 (%)
|
HHI
|
|
Cameco
|
13 200
|
14.9
|
223
|
|
BHP Billiton
|
12 700
|
14.4
|
206
|
|
Atomenergoprom
|
11 000
|
12.4
|
155
|
|
AREVA
|
10 900
|
12.3
|
152
|
|
Kazatomprom
|
9 700
|
11.0
|
120
|
|
Rio Tinto
|
7 900
|
8.9
|
80
|
|
Uranium One
|
4 800
|
5.4
|
29
|
|
Navoi
|
3 000
|
3.4
|
12
|
|
Paladin(澳大利亞)
|
2 260
|
2.6
|
7
|
|
Denison (加拿大)
|
2 100
|
2.4
|
6
|
|
小計
|
77600
|
87.8
|
990
|
|
其他產源
|
10800
|
12.2
|
13
|
|
總計
|
88400
|
100.0
|
1003
|
2.六氟化鈾（UF6）轉換服務
本階段的成本大概僅佔全部燃料成本的5%左右，而通常鈾轉換服務與鈾燃料供應係綁在一起的商業行為。 鈾轉換服務目前主要集中在加拿大、俄羅斯、法國、美國（詳表6），中國亦擁有轉換設施搭配其自己的濃縮廠運作。從HHI值可以看出，轉換服務之市場集中度目前顯然是高的，所幸目前市場基本上屬供過於求的狀態。
隨著未來核能發電的擴增，燃料轉換需求量勢必將增加，惟此很容易由目前大廠家提高產能來滿足市場需求。預測2015年時的市場情況如表7所示，那時候的基本態勢與2007年應不致有太大改變。而將來比較可能加入燃料轉換市場的國家應該就是哈薩克，哈薩克隨著其快速成長的鈾供應量，目前正與加拿大商議引進Cameco的技術，建造其自身的轉換工廠。
表6 世界主要的鈾轉化設施資料(含高濃縮鈾部分)(2007年)
|
公司名稱/所在國
|
當年生產量(1000 SWU)
|
佔有率 (%)
|
HHI
|
|
Cameco
|
20 200
|
27.5
|
756
|
|
Atomenergoprom
|
17 700
|
24.1
|
581
|
|
AREVA
|
16 700
|
22.7
|
515
|
|
ConverDyn (美國)
|
15 000
|
20.4
|
416
|
|
China National Nuclear Corp. (CNNC)
|
3 000
|
4.1
|
17
|
|
NUKEM
|
900
|
1
|
1.2
|
|
總計
|
73 500
|
100.0
|
2 286
|
註：SWU (Seperative work unit) 分離功單位
表7 世界主要的鈾轉化設施資料 (2015年)
|
公司名稱
|
當年生產量(1000 SWU)
|
佔有率 (%)
|
HHI
|
|
AREVA
|
21 000
|
28.0
|
784
|
|
ConverDyn
|
18 000
|
24.0
|
576
|
|
Cameco
|
17 500
|
23.3
|
543
|
|
Atomenergoprom
|
15 000
|
20.0
|
400
|
|
China National Nuclear Corp. (CNNC)
|
3 500
|
4.7
|
22
|
|
總計
|
75 000
|
100.0
|
2 325
|
3.鈾濃縮服務
從國家安全及防止核武擴散的角度看，鈾濃縮可說是燃料循環中最敏感的階段，所以此項服務更加受到管制，因此祇有少數國家的廠商供應市場需求。這些廠商要不是國有，就是政府委任才設立，故鈾濃縮市場的高度集中化也就不足為奇 了，所幸目前鈾濃縮市場目前尚處於供過於求的狀態。表8是目前世界上的鈾濃縮能量，除幾大國外，南非和巴西也有小規模的濃縮廠供應其國內需求。
未來十年內或更晚濃縮市場可能還會經歷一些大變化。原因在於美國、法國目前使用中的老舊擴散廠將會改採離心濃縮術，以降低能耗及方便以模組式擴增產能；另外，雷射激發（Laser excitation）濃縮技術亦在發展中。事實上美國GE公司即展現雄心，打算用此技術來進軍未來市場；俄羅斯則野心蓬勃地想在未來國際市場扮演更重要的角色。預測2015年時世界上鈾濃縮市場態勢大致如表9所示。
表8 世界主要的鈾濃縮設施資料(2007年)
|
公司名稱
|
當年生產量(1000 SWU)
|
佔有率 (%)
|
HHI
|
|
Atomenergoprom
|
14 500
|
31.5
|
994
|
|
US Enrichment Corporation (USEC)
|
11 000
|
23.9
|
572
|
|
AREVA
|
10 000
|
21.7
|
473
|
|
Urenco (英國、德國、荷蘭共有)
|
8 500
|
18.5
|
341
|
|
Japan Nuclear Fuel Ltd (JNFL)
|
1 000
|
2.2
|
5
|
|
China National Nuclear Corp. (CNNC)
|
1 000
|
2.2
|
5
|
|
總計
|
46 000
|
100.0
|
2 389
|
表9 世界主要的鈾濃縮設施資料（2015年）
|
公司名稱
|
當年生產量(1000 SWU)
|
佔有率 (%)
|
HHI
|
|
Atomenergoprom
|
20 500
|
32.3
|
1042
|
|
Urenco
|
17 500
|
27.6
|
760
|
|
AREVA
|
10 000
|
15.7
|
248
|
|
US Enrichment Corporation (USEC)
|
8 000
|
12.6
|
159
|
|
China National Nuclear Corp. (CNNC)
|
3 500
|
5.5
|
30
|
|
General Electric (GE) Energy
|
2 500
|
3.9
|
16
|
|
Japan Nuclear Fuel Ltd. (JNFL)
|
1 500
|
2.4
|
6
|
|
總計
|
63 500
|
100.0
|
2260
|
4.燃料製造
眾所周知，不同反應爐所需的燃料規格並不同。不過放眼目前世界上運轉中的核能反應器雖有五、六種不同型式之多，但由於重水式、氣冷式或輕水石墨反應器僅在特定國家使用，且占全世界核能比重不足10%，故目前或未來核燃料製造市場的競爭，主要應該僅存在於輕水式反應器方面。
核能電廠加入運轉之初，為確保設計、建造及運轉能完整配合，都被要求使用反應器建造商提供的燃料棒，但隨著燃料製造技術及經驗的累積，基本上市場中大的廠商均有能力承製不同型式的燃料棒，而且品質越來越可靠、燃燒效率也提升不少。放眼目前燃料的供應市場，雖說由AREVA（供應50%PWR廠）、GNF（供應70%BWR廠）及TVEL（供應全部VVER廠）三家獨大，但仍存在一定程度的競爭性。目前主要燃料製造商如表10所示。
表10 世界主要的LWR燃料製造設施資料（2007年）
|
公司名稱
|
當年生產量(tHM)
|
佔有率 (%)
|
HHI
|
|
AREVA
|
3 250
|
31.7
|
1 005
|
|
Westinghouse
|
2 080
|
20.3
|
412
|
|
Global Nuclear Fuel
|
1 950
|
19.0
|
361
|
|
TVEL (Atomenergoprom)*
|
800
|
7.8
|
61
|
|
Nuclear Fuel Industries (Japan)
|
534
|
5.2
|
27
|
|
Mitsubishi Nuclear Fuel (Japan)
|
440
|
4.3
|
18
|
|
Enusa (Spain)
|
400
|
3.9
|
15
|
|
Korea Nuclear Fuel
|
400
|
3.9
|
15
|
|
China National Nuclear Corp.
|
200
|
2.0
|
4
|
|
Indústrias Nucleares do Brasil
|
200
|
2.0
|
4
|
|
總計
|
10 254
|
100.0
|
1 923
|
