1 核電研究框架及復盤
核電是政策把控行業,裝備需求取決于新開工核電站的數量和國產化率。核電具有技術密集、資金投入大等特點,同時觸及安全和公眾輿論,因此核電是一個由政策把控的行業,國家通過發放路條控制新建核電站的審批和開工。核電裝備的需求則取決于核電開工數量及國產化率。其中核電開工數量主要受到國家政策的影響,而國產化率則受到可批量化建設的核電技術路線影響。從中短期來看,我國核電市場發展主要受到國產三代、四代核電技術的成熟性以及“碳中和”的驅動;長期來看,核電發展主要受到海內能源結構改善的需求驅動。
復盤過去十年核電指數,可分為四個階段:
1)2011-2015 年:福島核事故后,海內核電進行了歷時一年半的安全審查,雖然得出安全有保障的結論,但不上馬新的核電項目,核電審批速度放緩。同時德國、意大利、瑞士等提出了“棄核”的主張,公眾對于核電安全性的擔憂有所增加。新機組審批速度放緩+輿論壓力導致核電行業發展放緩,核電指數持續下行;
2)2015 年:“十二五”規劃收官之年,核能協會、國家能源局等相關人員均在不同場合透漏年內將有 6-8 臺核電機組開工建設,隨后8 臺新機組被審批,核電重啟預期升溫,核電指數大幅上漲;
3)2016-2018 年:2015 年審批 8 臺機組之后,雖然國家政策多次提到過核電建設目標,但并無新核電機組審批,主要原因,一方面是福島事故后公眾輿論壓力仍舊存在;另一方面,福島核事故后,新機組要求具備三代安全性,2018 年之前海內三代核電并無商運投產案例,因此整體審批較為審慎,核電指數走弱。
4)2019 至今:伴著三代核電項目落地,2019-2020年國家每年核準新機組4臺,2021 年國家核準 5 臺機組,審批和開工節奏明顯加快,同時在“碳達峰”、“碳中和”等大力發展綠電背景下,核電指數回升。
2 走進核電
核能發電原理及核反應堆簡介
核裂變能通過鏈式反應釋放。核裂變,又稱核分裂,是指由重的原子核(主要是指鈾核或钚核)分裂成兩個或多個質量較小的原子的一種核反應形式。原子彈或核能發電廠的能量來源就是核裂變。其中鈾裂變在核電廠最常見,當熱中子轟擊鈾-235 原子后,一個鈾核吸收了一個中子可以分裂成兩個較輕的原子核,在這個過程中質量發生虧損,因而放出很大的能量,并產生兩個或三個新的中子,新中子再去撞擊其它鈾-235 原子,從而形成鏈式反應。
核電為受控的裂變能。鏈式裂變反應釋放的核能可以進行人為控制,通過在鈾的周圍放一些強烈吸收中子的“中子毒物”(硼、銀、銦、鎘等),使一部分中子還沒有被鈾核吸收引起裂變時,就先被“中子毒物”吸收,這樣就可以控制中子的產生速度,使得核能緩慢地釋放出來。核電站就是通過插入和提出中子吸收控制棒完成對核反應堆中核能釋放速度的控制。
核電站通過核能→熱能→機械能→電能的能量轉換路徑完成發電。核能發電基本原理是核裂變產生能量加熱水生成蒸汽,將核能轉變成熱能;蒸汽壓力推動汽輪機旋轉,熱能轉變為機械能;然后汽輪機帶動發電機旋轉發電,將機械能轉變成電能。以當前的主流壓水堆核電站為例,其能量轉換借助于三個回路來完成。在一回路中,反應堆冷卻劑(通常為水)在主泵的驅動下進入反應堆,流經堆芯后帶走核燃料裂變產能的能量,進入蒸汽發生器將熱量傳遞給二回路的水,然后再流回到主泵,循環往復;在二回路中,二回路水通過熱交換被一回路的水加熱生成蒸汽,蒸汽再去驅動汽輪機,帶動與汽輪機同軸的發電機發電,做功后的盈余蒸汽再經三回路冷卻為液態水后,再次進入蒸汽發生器循環;在三回路中,三回路冷卻水通過凝汽器冷卻二回路做功后的蒸汽,帶走盈余的棄熱。
商用核電反應堆根據反應堆冷卻劑/慢化劑和中子能分類。按照冷卻劑/慢化劑的不同,反應堆一般可分為輕水堆(包括壓水堆和沸水堆等)、重水堆及氣冷堆。按照所用的中子能量,反應堆一般可分為慢(熱)中子堆或者快中子堆。
壓水堆是目前世界上最普遍的商用堆型。目前世界上核電站采用的反應堆有壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆、石墨水冷堆以及快中子增殖堆等,但比較廣泛運用的是壓水堆。壓水堆以普通水作冷卻劑和慢化劑,是目前世界上最普遍的商用堆型。
全球范圍內大多數用于發電的在運及在建核反應堆采用壓水堆技術。根據國際原子能機構的統計,截至 2022 年 02 月 28 日,全球在運核電反應堆共439座,其中采用壓水反應堆技術的共 304 座,占比達到 69.3%,相較于2017 年(65.2%),壓水堆核電站占比提升約 4 個 pct。
海內核電發展示狀:在運機組 53 臺,在建機組19 臺
截至 2022 年 02 月 28 日,我國所有在運(以首次并網為準)、在建(以灌溉第一罐混凝土為準)核電機組均為沿海核電站,在運的核電機組共53 臺,裝機容量約5465 萬千瓦,在建核電機組共 19 臺(包括快堆 2 臺、小堆1 臺),總裝機容量約 2148 萬千瓦。其中,在建機組中有一半以上采用的是華龍一號。此外,徐大堡4 號機組已獲得核準,暫時還未灌溉第一罐混凝土(FCD)。(報告來源:未來智庫)
3 核電轉向積極有序發展,預期形成批量化建設趨勢
核電預期形成批量化建設趨勢:華龍一號成為首選堆型
核電預期形成穩定批量化建設。從政策角度,核電迎來較為確定的政策空間。2021年的《政府工作報告》中提出:在確保安全的前提下,積極有序的發展核電。這是自福島核事故以來,政府工作報告中首次運用“積極”一詞提及核電發展;十四五規劃中也明確示意“積極有序推動沿海核電建設”;同時,2019-2020年,國家連續兩年每年核準新機組 4 臺,2021 年國家核準了5 臺機組(4 臺壓水堆、1臺小型堆),顯示了國家對于核電持積極的政策態度;
從技術角度,海內目前主要采用的三代核電技術是華龍一號和 VVER1200,兩種型號技術均有機組勝利商運,驗證了其安全性和可靠性,具備批量化消費的條件;從能源結構上講,核電低碳、清潔優勢顯著,但核電發電量占比較低(2021 年僅占全國發電量的5.02%),我國碳減排和環保需求愈加強烈,發展核電是改善能源結構的必然挑選;從宏觀電力需求,我國 2015-2021年全社會用電量年復合增長率為6.96%;2015-2021年發電量年復合增長率為 6.60%,電力需求持續增長。因此,在政策明確+技術成熟+碳中和的三重驅動下,疊加海內電力需求持續增加,海內核電轉向積極有效發展新階段,預期形成較為穩定的批量化建設階段。
華龍一號國內外全面開花,為核電建設首選堆型。世界首臺EPR 機組臺山核電以及 AP1000 機組三門核電在 2019 年先后順利并網,同時,采用我國自主研發的第三代核電技術華龍一號的首臺機組—福清核電 5 號機組在2020 年也順利并網,預示著三代核電技術的成熟落地。目前“華龍一號”已成為海內核電新項目的首選,在海內 19 臺在建機組中,有 10 臺采用了華龍一號技術,同時,巴基斯坦卡拉奇核電 2 號順利商運,標志著華龍一號技術出海勝利,“華龍一號”在國內外全面開花。華龍一號技術在海內、國外的勝利應用為新核電項目審批奠定了良好的基礎。
核電低碳、清潔優勢顯著,核電發電量絕對值、占比較低
我國碳排放減排和環保需求強烈,發展核電是改善能源結構的必然挑選。2021年10 月 24 日,中共中心國務院聯合發布了《關于完整正確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》,提出:1)到 2025 年,單位海內消費總值能耗比2020 年下降 13.5%,單位海內消費總值二氧化碳排放比2020 年下降18%,非化石能源生產比重達到 20%左右;2)到 2030 年,單位海內消費總值二氧化碳排放比2005 年下降 65%以上;非化石能源生產比重達到 25%左右;3)到2060 年,非化石能源生產比重達到 80%以上,碳中和目標順利完成。《意見》中提及的2030年的非石化能源生產占比相較我國在《巴黎協定》中做出的承諾進一步提升5%。同時也首次提及了 2060 年非化石能源生產占比目標。根據國家能源局最新統計數據,2021 年全國商運核電機組累計發電量為 4071.41 億千瓦時,與燃煤發電相比,核能發電相稱于減少燃燒標準煤 11558.05 萬噸,減少排放二氧化碳30282.09萬噸、二氧化硫 98.24 萬噸、氮氧化物 85.53 萬噸。因此不論從碳排放減排需求還是環保需求出發,發展核電都是我國改善能源結構的必然挑選。
核電發電與其他清潔能源相比,在發電效率、穩定性等多方面上具備明顯優勢。從碳排量看,核電碳排放量與風電持平,低于光伏,而水電每發一度電的碳排放量約是核電發電的 10 倍;從年均利用小時數看,2020 年核電的年均利用小時數約 7427 小時,幾乎是風電的 3.5 倍和水電的 2 倍,顯示了極高的發電效率;從穩定性來看,核電發電不受時節和地理環境的影響,可以全年發電,是電力供給基荷電源的最優挑選,而風電和太陽能發電受限于環境限制,一方面主要分布在西北地區,受當地電力消納能力影響會存在肯定的棄風棄電現象,另一方面發電的間歇性表現明顯,如需穩定供電需要儲能技術,目前儲能技術還未完全成熟;從發展空間來看,可規劃核電廠址超 200 臺機組,發展空間極大,水電發展海內裝機量已達全球水電總裝機量的 1/4,產能接近瓶頸,發展有限;從單位投資成本來看,核電高于光伏和風電,但綜合考慮利用小時數和電站運用壽命,同時若考慮光伏和風電的儲能系統配置,則核電仍舊具備肯定優勢。
我國核電發電量占比仍較低,與其他國家對比發展潛力巨大。根據國家能源局最新統計數據,2021 年全國累計發電量為 81121.8 億千瓦時,商運核電機組累計發電量為 4071.41 億千瓦時,約占全國累計發電量的5.02%,遠遠低于占比約71.13%的火電發電量。同時,從全球核電發電占比來看,海內核電發電占比遠低于全球平均水平,仍有較大的提升空間。
我國全社會用電量創近五年新高,電力需求持續增長。我國全國全社會用電量增速自 2015 年以來持續回升,2021 年同比增長 10.30%,達到近五年的最高值。受益用電需求持續上市,國家從需求端考慮增加核電新項目審批因素進一步增強,核電有望形成穩定的批量化建設。
政策積極、技術成熟,批量化建設條件已備
2021 年多個政策支持核電發展,政策態度變得更為積極。根據《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要》,“十四五”時代我國將建成華龍一號、國和一號、高溫氣冷堆示范工程,積極有序推進沿海三代核電建設,核電運行裝機容量達到 7000 萬千瓦。同時根據中國核能行業協會發布的《中國核能發展與展望(2021)》,預計在 2030 年,在運裝機容量達到1.2 億千瓦。截至2021年 02 月 28 日,我國運行核電機組共 53 臺,在建機組19 臺,總裝機容量為7612萬千瓦,按照單機組容量 125 萬千瓦估算,假設核電建設周期為5 年,預計2025年前需要新開工 35 臺核電機組。同時在 2021 年的《政府工作報告》中,核電發展方針已由 2018 年的“穩妥推進核電發展”轉為“在確保安全的前提下積極有序發展核電”。
三代核電技術成熟,已具備批量化建設條件。目前海內在建三代核電技術包括華龍一號和 VVER1200,技術路線以華龍一號為主。華龍一號是充分利用現有設想技術和設備制造體系、漸進式改進形成的三代核電技術,95%的裝備采用成熟的設想和制造工藝,要害裝備如主泵、蒸汽發生器、數字化儀控系統(DCS)等均采用成熟定型產品,具有豐富的工程應用和運行經驗。目前華龍一號海內首堆——福清5#機組、海外首堆——巴基斯坦卡拉奇核電 2 號均已勝利商運;VVER1200在俄羅斯已有四臺機組商運,兩種技術路線均具備了批量化建設的條件。
核電沿海待建機組超 70 臺,可滿意近10 年建設需求
截至 2022 年 02 月,根據現有數據統計,沿海廠址待建機組數至少有72臺。按現有規劃的目標,廠址可滿意 2022-2030 年均 6-8 臺新建機組建設需求。
4 核電產業鏈分析:高壁壘的壟斷性產業格局
核電產業鏈概況
核電產業鏈主要分為核電站建設、核電站運營、核燃料供給以及核廢料處理等環節。其中核電站建設流程主要包括核電設想、核電裝備制造、土建施工與裝備安裝、調試等流程。核電站設想是指根據建設工程的要求,對建設工程所需的技術、經濟、資源、環境等條件進行綜合分析、論證,編制建設工程設想文件的活動;核電裝備制造包括核島裝備、常規島裝備和輔助裝備系統(BOP)等裝備的制造;土建施工與裝備安裝是根據工程所確定的標準、設想文件、圖紙,經過現場土建和安裝施工的集成,最終把設想藍圖轉換成系統完整、功能齊全的核電站,主要包括核島、常規島及 BOP 廠房的施工和建設;調試是核電站設想、制造、施工、安裝實現后,用調整實驗的手段進行質量和性能符合性的檢驗,審查缺陷和消退缺陷的過程;核燃料供給主要包括鈾礦的開采、加工及燃料棒的供給;核電站運營是指核電站發電及日常維護治理工作;核廢料處理主要是對核廢料短期存放、后期處理、運輸、永久掩埋等工作。
核電站建設流程概況
核電站建設是包括前期策劃、初步可行性研究、可行性研究、設想、采購、裝備監造、施工、安裝、調試、移交運營等一系列過程的總集成。我們以第一罐混凝土灌溉日(FCD)為分界點將核電站粗略分為 2 個大的階段。FCD 是一個核電工程的“零點”,是一個核電站建設的重要里程碑,標志著前期預備工作的結束和核電現場土建工程的正式開工,通常意義上的核電審批通過后是以此節點進行確認。
FCD 之前,核電站建設主要工作包括前期咨詢、前期預備工程和開展核電站總體及初步設想等,一般至少 5 年以上。前期咨詢的目的是為核電建設項目投資決策提供咨詢,其核心是挑選一個能完成最佳投資的適合廠址,通常主要包括廠址普選、初步可行性研究和可行性研究三個階段。廠址普選實現后核電站建設可列入國家規劃;初步可行性研究實現后可獲取“小路條”,答應核電站開展四通一平、負挖等前期預備工程;可行性研究實現后即具備了項目核準的必要條件;此后順利通過安全、環境兩平報告檢查之后,核電站將有望獲取建造許可證,完成FCD。在項目核準之后,核電站同時開始開展核電站的總體及初步設想。FCD 之前的階段一般至少需要 5 年以上工夫。
FCD 之后,核電站建設主要工作包括設想、采購、施工、調試直至移交運營等環節,一般至少 5 年以上。核電站設想即指按照規定的規范、標準、設想導則和設想程序,在相應的設想體系和設想平臺上,使用專業技能知識和經驗,編制和出版設想文件、圖紙、計算書、技術規范書等活動過程,貫穿核電站建設一直,總共歷時約 10 年左右;裝備采購在設想工作實現之后陸續張開,等候裝備制造實現后,根據項目施工進展陸續運輸至現場進行安裝調試;核電站施工是根據工程所確定的標準、設想文件、圖紙,經過現場土建和安裝施工的集成,最終把設想藍圖轉換成系統完整、功能齊全的核電廠,主要包括土建施工(2 年)和裝備、系統安裝工程(2 年);調試是核電站設想、制造、施工、安裝實現后,用調整實驗的手段進行質量和性能符合性的檢驗,審查缺陷和消退缺陷的過程,通常歷時1 年;調試實現后將進行工程移交,核電站進入預備商運階段。
核電站建設中主要包括穹頂吊裝、EESR、熱試實現、裝料及并網等要害里程碑。穹頂吊裝實現意味著土建工程結束,核電站將全面轉入以裝備安裝為主的施工階段;EESR(End of Erection Status Report)意味著某一系統/子系統的安裝實現,該系統轉入調試階段;熱試全稱熱態功能實驗,是核反應堆裝載核燃料前的綜合性能實驗,熱試實現意味著核電站具備裝料條件;裝料指的是裝載核燃料,作為核電站建設中有核與無核的分界點,它是核電站并網發電前最后的一個要害環節;并網發電意味著核電站建設基本實現,具備商運條件。
預計核電市場規模 2025 年前超 4000 億元
根據中國核能行業協會發布的《中國核能發展與展望(2021)》猜測,我國三代核電按照每年 6-8 臺的節奏,完成規模化和批量化發展。以華龍一號機組作為后續待建機組的代表機型估算,單臺機組裝機功率 116 萬千瓦,造價以批量化建設后15700 元/千瓦估計,對應單臺核電機組造價大約 182 億元,保守按照年均開工6臺核電機組計算,每年核電市場規模 1093 億元,2025 年前核電市場規模4371億元。核電站投資中,核電裝備投資占比約 50%,據此估算每年核電裝備市場規模約 546 億元,2025 年前核電裝備市場規模約 2185 億元,其中核島裝備投資占比約一半;基礎建設占比約 40%,2025 年前其市場規模約1748 億元;其他輔助設施占比約占 10%,2025 年前市場規模約 437 億元。
核電產業鏈核島要害零部件毛利率最高。從產業鏈的毛利率來看,核島要害零部件的利潤率最高,高達 45%左右,其次是電站運營(36%)和核島裝備(35%),常規島裝備和施工建設利潤率約為 10%。將核島和常規島的主裝備的毛利率進行比較,堆內構件的利潤率最高,高達 61%,其次是主泵(40%)和鑄鍛件(38%),再次為汽輪機(30%)和蒸汽發生器(28%),發電機、壓力容器和汽水分離器的毛利率均較低,分別為 22%、20%和 19.8%。
核電設想:中核、中廣核占領主要市場
我國核電設想環節主要由中國核動力研究設想院、深圳中廣核工程設想有限公司、國核電力規劃設想研究院及上海核工程研究設想院等四家公司承擔,其中中國核動力研究設想院和深圳中廣核工程設想有限公司占據主要市場。
中國核動力研究設想院是中國商用核電站設想的排頭兵。中國核動力研究設想院隸屬于中國核工業集團公司,2002 年設想的秦山核電二期工程核反應堆及反應堆冷卻劑系統投入運用,是其進行商用核電站自主設想的起點,該電站是我國第一座自主設想、自主建造、自主調試和自主治理運行的商用核電站;中核設想院設想的嶺澳二期工程,是我國首次自主設想的百萬千瓦級大型商用壓水堆核電項目,2010 年 3 號機組勝利并網并投入商運,標志著我國已基本具備百萬千瓦級核電研究設想的能力。截止目前,中核設想院承擔了 20 臺機組的核電工程設想使命,設想范圍從反應堆及反應堆冷卻劑系統及相關儀控系統擴展到核蒸汽供給系統。
深圳中廣核工程設想有限公司青出于藍,承建核電機組最多。深圳中廣核工程設想有限公司是我國首家集核電站核島、常規島、電站輔助設施及全廠總體設想為一體的核電、火電工程設想高新技術單位。公司創建于2005 年5 月成立,隸屬于中廣核集團。
國核電力規劃設想研究院主要負責 AP1000 三代核電技術的引消吸及再創新工作。國核電力規劃設想研究院是海內 AP/CAP 三代核電(CI+BOP)研究、規劃、設想的引領者,全面參與 AP1000 三代核電技術的引進、消化、吸收和再創新,實現山東海陽核電一期工程設想,海內第一家具備 AP1000 三代核電常規島全過程設想能力,承擔具有四代特征的榮成高溫堆核電、國家重大專項CAP1400 核電、徐大堡核電、白龍核電等工程常規島設想,在山東、黑龍江、廣西等十余個省份開展核電選址和前期工作。
上海核工程研究設想院是海內首家由核蒸汽供給系統開發、設想,直至實現核電廠工程設想,并經建造、運行驗證,深入經歷了核電技術自主化發展過程的研究設想院,也是我國第一座自行研究、設想、建造的秦山核電站的總體設想院。此外,上海院實現中國第一個核電站出口項目——巴基斯坦恰希瑪核電站總包設想,通過第三代核電技術 AP1000 技術的引進消化吸收再創新工作,研發出具有世界先進水平的大型先進壓水堆核電型號——國和一號(CAP1400),目前正承擔著AP1000 依托項目工程設想、重大專項 CAP1400 型號設想、CAP1700 方案設想、小堆方案研發、四代堆預研以及海內 28 個機組技術服務與運行支持、技術改造。
裝備制造:國企壟斷為主,細分領域民企快速成長
核電裝備主要分為核島裝備、常規島裝備和輔助裝備系統(BOP)。核電站主要由核島和常規島組成,核島主要用于核反應堆的運行,常規島主要用于將核反應堆產生的能量轉變為電能。核島主裝備主要包括核反應堆(包括堆芯、壓力容器、堆內構件)、反應堆冷卻劑泵、蒸汽發生器、控制棒及驅動機構、穩壓器、主管道等,常規島裝備主要包括汽輪機、發電機、汽水分離再熱器等。輔助裝備系統即核蒸汽供給系統之外的部分,包括供熱通風與空氣調節系統(HVAC 系統)、排水系統等。
四大國企壟斷主要裝備市場,民營企業細分領域占據優勢地位。核電裝備行業存在較高的行業壁壘。從技術壁壘上講,核電要害裝備技術難度大,技術門檻高,同時核電對安全和質量的要求需要技術相對成熟可靠,一般需要供貨商有過往的供貨業績;從準入資質壁壘上講,企業消費核電裝備需要獲得民用核裝備的設想制造資質,其中核一級、二級資質獲取難度極大,需要企業長期的技術積累和資本投入;從資金壁壘上講,核電裝備消費需投入大量資金用建設廠房和購買專用裝備,而且核電裝備合同金額大,周期長,也將占用大量流淌資金。正因為以上原因,核電市場呈現壟斷競爭的態勢。核電站主裝備主要由上海電氣、東方電氣、哈電集團、中國一重及中國二重壟斷,包括反應堆壓力容器、堆內構件、控制棒及驅動機構、穩壓器、蒸汽發生器、汽輪發電機、主冷卻劑泵等;近年來,部分民營企業占據細分領域主導地位,并通過產品線延伸進一步發展。應流股份在主泵泵殼取得主導地位,江蘇神通、紐威股份、中核科技等企業在閥門市場取得主導地位。
核電裝備投資中,主裝備投資占據主要份額。核島中,各核島裝備的投資占比分別為:壓力容器約 24%,堆內構件約 6%,反應堆冷卻劑泵約8%,蒸汽發生器約17%、控制棒及驅動機構約 4%、穩壓器 2%,閥門約 12%、主管道約3%、燃料運輸系統約4%,其他約 20%;常規島中,各常規島裝備的投資占比分別為:汽輪機約24%,發電機約 18%,汽水分離再熱器 12%,其他 46%。
土建施工與裝備安裝:核島中國核建獨大,常規島多強并存
核電站的土建工程與裝備安裝主要包括前期預備工程、土建工程和裝備安裝及其他核電站相關工程,其中前期預備工程是核電站 FCD 正式開工前的階段,土建工程和裝備安裝是核電建設中的階段,兩者均可以細分為核島、常規島以及BOP的施工和安裝。一般而言,有關核島的土建施工和安裝難度最高,常規島次之。
核電站核島土建工程與裝備安裝呈現中國核建一家獨大的競爭格局。核島建設工程的難度與特別性最高,始終以來幾乎都被中國核工業建設集團有限公司一家壟斷,其中子公司中核工業華興建設有限公司主要負責核島土建施工業務,中核二三建設公司負責核島裝備安裝業務。中國核建是海內外唯一一家連續30 余年不間斷從事核電建造的企業集團,承擔了我國大陸和出口的所有核電機組的建造使命,把握了包括壓水堆、重水堆、試驗快中子堆、高溫氣冷堆等各種堆型、各種規格系列的核電建造能力,具備同時承擔 40 臺核電機組的建造資源和能力,中國核建正在承建的核電項目包括紅沿河、徐大堡、昌江、防城港、福清、田灣、漳州、太平嶺、三澳、以及巴基斯坦卡拉奇等 10 個項目共18 臺機組,是世界上在建機組數量最多的企業,中國核建在市場中處于絕對主導地位。另外,廣東火電工程總公司參與部分核島裝備安裝業務。
核電站常規島土建工程與裝備安裝呈現多強并存的局面。在常規島土建工程中,中國建筑第二工程局有限公司和中核工業華興建設有限公司共同占據主導地位,中建二局參與承建了大亞灣核電站、嶺澳一期、二期、臺山、紅沿河等多個核電站的常規島土建工程;常規島與輔助裝備安裝準入門檻相對較低,且與火電站相應工程相似度較高,各大型火電建設企業也紛紛想要分一杯羹,如廣東火電工程公司、浙江火電建設公司等,廣東火電工程公司先后承建了嶺澳核電站常規島裝備安裝、臺山核電站常規島及 BOP 安裝、陽江核電廠常規島及BOP 安裝、海南昌江核電站 1、2 號機組常規島及 BOP 安裝等工程使命,廣東火電工程公司先后參建了秦山核電、方家山核電、三門核電等 14 臺核電常規島裝機工程使命。
核燃料供給:中核一家獨大
核燃料循環是指核燃料進入反應堆前的制備和在反應堆中燃燒及以后處理的整個過程,包括鈾的采礦、加工提純、化學轉化、同位素濃縮、燃料元件制造、元件在反應堆中運用、核燃料后處理、廢物處理和處置等。
核燃料是指含有易裂變核素,能夠在反應堆內完成自持鏈式核裂變反應的物質。它是核電機組持續輸出電力的能量之源。當今核電站運用的核燃料主要是鈾235,且純度需達到 3%(而鈾 235 在自然鈾中的含量僅為0.71%),因此鈾燃料的消費、供給是核燃料的重點。自然鈾是以礦石形式存在的,經過勘、探開采、水冶鈾轉化與濃縮等過程,最終送往核燃料加工廠制造,目前核燃料主要由中核下屬的鈾業公司進行制造。
由二氧化鈾組成的燃料芯塊是核燃料元件棒最核心的材料,是反應產生熱量的主要原料。鈾礦石經過水冶廠冶煉提純后,得出鈾礦粉俗稱黃餅,黃餅經過復雜化學反應和濃縮等步驟,將自然鈾中豐度 0.7%左右的鈾235,逐步濃縮到4.5%左右,這個過程是以六氟化鈾形式存在的。六氟化鈾再次經過轉化,變成氧化鈾,然后經過制胚、在攝氏 1750 度的高溫下的氫還原環境中燒制20 個小時燒結成氧化鈾陶瓷,也就是所謂的核燃料(芯塊)了,燃料芯塊,按照肯定要求裝入鋯管中,加上相應附件,封裝后就成了燃料棒。
我國鈾礦主要依靠進口。我國鈾礦勘查程度較低,探明有限,我國的已經發現的鈾資源并不豐富,僅占全球 1.3%,大量的鈾資源需要進口。近年來,伴著鈾礦勘察的不斷深刻,臨近的蒙古、哈薩克斯坦跟中國的邊境地區都發現大量的鈾礦礦床,說明了我國鈾礦資源潛在總量較大,前景廣闊。一般情景下,鈾礦從勘探到開采周期很長,地質勘探從普查到詳查再到正式提交儲量,需10 年左右工夫,而此后的礦山建設還需要 4 年左右工夫。伴著我國自然鈾礦需求的逐年上升,中期內中國對鈾礦的需求缺口巨大。
鈾礦供應海內采礦中核獨大、中廣核海外采礦量領先。2018 年以前,我國的鈾礦資源由政府嚴格把控,即便是對海內企業的資質要求都十分嚴格,進入該領域者寥寥無幾。長期以來,中核集團在海內鈾礦勘察、開采方面一家獨大,中國唯一的完整的核燃料循環產業體系。其子公司中國核燃料有限公司公司是中國最主要的核燃料消費商、供給商、服務商,并為我國所有投運核電站提供優質的核燃料。
核電站運營:中廣核、中核二分天下
我國核電站運營主要由中廣核、中核二分天下。截止2022 年02 月,我國已運營的核電機組共 53 臺,大部分分布在廣東、福建、浙江、廣西等沿海地區。其中,中廣核治理在運核電反應堆 25 座,中核治理在運核電反應堆25 座,同時國電投治理在運核電反應堆 2 臺,華能 1 臺;此外,我國共有在建核電反應堆數19座,分布在沿海地區。其中,中廣核治理在建核電反應堆7 座,中核治理在建核電反應堆 8 座(包括 2 臺快堆、1 臺小堆),國電投治理在建核電反應堆2 臺、華能治理在建核電反應堆 2 臺。總體來看,核電開發運營市場,中核、中廣核呈現雙寡頭壟斷格局。
預計 2022-2027 年,核電運營商新增上網電量 CAGR 約4%-6%。核電建設周期通常為 5 年左右,因此可以根據目前在建機組的開工工夫推算出未來每年新投產核電數量,進而測算核電運營商新增上網電量。根據目前在建(不包括快堆、小堆)和已審批但未開工機組(徐大堡 4#預計 2022 年開工)測算,假設:1)新增商運機組的裝機容量平均為 1200MWe;2)核電利用小時數取2021 年平均值7778小時;3)由于新商運機組年內投產工夫不確定,假設新商運機組當年投產50%;4)上網電量與發電量比值取 2021 在運機組平均值 0.94。根據目前在建機組預期商運工夫可以算出,2022-2027 年,中國核電總上網電量CAGR 為5.16%,中國廣核總上網電量 CAGR 為 4.54%。
核電運營商具有收入增長持續性強,現金流充沛的特點。收入方面,核電運營商的收入主要來自于電力銷售,電力銷售一部分來自于在運機組持續發電,另一部分是新投產機組帶來的增量。我國核電基本遵循“多發、滿發”原則,機組投產后,上網電量基本維持穩定,因此核電運營來自于在運機組的收入較為穩定,基本不受行業周期的影響,而新機組不斷投產又會給核電運營商帶來持續的增長,因此核電運營商收入具備持續增長的特點。現金流方面,由于核電項目前期投入較大,因此投產后,折舊占營業成本比例較高,約40%,而火電僅在15%左右,因此,核電運營商具有現金流充沛的特點,中國核電和中國廣核2014-2020年經營性活動現金與凈利潤的比在 1-3 之間波動。
核電廢物后處理市場打開新增長空間
核廢料泛指在核燃料消費、加工和核反應堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料。核廢料有放射性、熱能釋放等特點,如不妥善處理,會嚴峻影響人體及周邊環境。按照比活度可以分為高、中低放射性核廢料。
中低廢料由于產生量巨大,在其處理的過程中最要害的問題是如何在安全處理的前提下完成廢物最小化。控制放射性廢物產生(即廢物最少化)是國際原子能機構(IAEA)在放射性廢物治理原則提到的九條基本原則之一。放射性廢物最小化是核電站安全運行和環境治理體系的重要組成部分,可以升高核電站廢物處理和處置費用。核電站中低放射性廢物可分為廢氣、廢液和廢固,其中廢氣和廢液在處理達標后可直接排放,固體廢物通過減容、包裝后臨時庫內存放不超過5年,需送往中低放廢物處置場進行處置。因此,可完成廢物高減容比的先進核廢物后處理系統裝備和新的中低放廢物處置廠是核廢后處理市場的主要增量空間。
我國對中低放廢料采取“區域處置”策略,使得處置場靠近廢料消費地,但至今并未有真正意義上的核電廠低放廢物區域處置場。2003 年宣布“中華人民共和國放射性污染防治法”明確提出中、低放射性固體廢物在符合國家規定的區域實行近地表處理。中國計劃建設西南、西北、華東、華南、北方五個中低放廢物區域處置場,根據核電站的中低放廢物產量和區域分布,現已建成的有3 個處置場。位于西北地區的甘肅 404 廠處置場,規劃容量 20 萬立方米,已建成2 萬立方米容量,主要接收軍工廢物及核電廠的少量廢物;西南地區的四川飛鳳山處置場,規劃容量 8 萬立方米,已建成 0.88 萬立方米容量,主要用于接收821 廠退役產生的低放廢物和本省廢物;華南地區的廣東大亞灣北龍處置場,規劃容量18 萬立方米,已建成 2 萬立方米容量,主要接收大亞灣核電基地的廢物,目前僅作為一個臨時儲存庫。
高放廢料又稱乏燃料,在核廢料中占約 3%,輻射量卻占總量的95%,其處置方式分兩種:1)開放式核燃料循環,將乏燃料作為放射性廢物直接最終處理;2)閉式核燃料循環:從乏燃料中回收的鈾、钚等易裂變材料加工制成核燃料組件,提高燃料運用率,其他廢物做深地質處理。
我國已規劃閉式核燃料循環為核廢料后處理發展策略,高放射性廢料主要以堆內貯存池暫存和離堆貯存為主,目前海內尚無高放射核廢料處置庫。2019年5月6 日,我國正式批復關于北山高放廢物地質處置的地下試驗室工程建建立項書,標志著我國高放廢物地質處置正式進入地下試驗室階段。2021 年6 月,北山高放廢物地質處置地下試驗室正式開工,中核集團核工業北京地質研究院負責設想建造,其建成后將成為世界上規模最大、功能最全的地下試驗室。此外,2021年10月 12 日,國際原子能機構首個高放廢物地質處置協作中央在中國成立,指定中核集團核工業北京地質研究院為“國際原子能機構高放廢物地質處置協作中央”。
堆內、堆外貯存空間告急,乏燃料運輸和處理需求迫切。核電站發電產生的乏燃料一般會先在核電站的貯存水池(堆內)存放一段工夫,然后運送至后處理貯存或進行乏燃料分解處理。我國核電站的堆內貯存水池是按照存儲10 年乏燃料設想,截止 2022 年 02 月 28 日,我國已有 15 臺核電機組運行超過10 年,其堆內貯存池將飽和,目前新產生的乏燃料處理有兩種臨時儲存方式和一種永久處置方式:1)臨時儲存在核電站的硼水池:從容量上看,核電站內存儲的設想年限約為5-10年,目前商運較早的部分核電站乏燃料水池已經飽和,事實情景會轉運到臨近核電機組的乏燃料水池進行儲存,以大亞灣核電站為例,1994 年商運的大亞灣核電站 1、2 號機組多余部分乏燃料組件已轉運至嶺澳3、4 號機組儲存,但這個也面臨臨近核電機組乏燃料貯存水池都將飽和的問題;2)中間貯存接收設施儲存:目前中核四零四廠的乏燃料濕法貯存水池是我國唯一的中間貯存接收設施,其儲存能力達 500 噸的離堆貯存水池已經飽和,新建了一座800 噸貯存水池,目前正在運行,但存儲能力仍無法滿意海內核電需求;3)乏燃料處理廠進行處理:我國目前僅有中核四零四廠從 2010 年以后具備約 50 噸每年的乏燃料處理能力。
從長期趨勢看,預計離堆貯存需求量將快速增長,2025 年突破臨界點。按照當前在運、在建機組估算,2025 年預計全國在運核電機組裝機量約6225 萬千瓦。按照每一個百萬級核電機組每年產生 20 噸乏燃料計算,假設每臺百萬千瓦級核電機組自身可存儲 10 年容量,預計 2025 年將產生約1180 余噸乏燃料,累計13940噸。當年新增需離堆貯存的乏燃料約 560 噸,累計4160 噸;預計到2030年,當年新增需離堆貯存乏燃料達 960 余噸,累計 8380 噸;預計至2035 年,這一數據將增加至 1180 噸和 13940 噸。目前產生的乏燃料貯存缺口一般通過轉運在臨近建成未滿 10 年的核電站進行儲存,即使考慮全國所有核電站容量均可統一調度,疊加中核四零四廠具備 1300 噸乏燃料臨時存儲能力以及2011 年起具備50 噸的年處理能力,預計到 2025 乏燃料累計消費量超過乏燃料總貯存量(13850 噸),突破臨界狀態,多余乏燃料再無可存放之處。無論從短期和長期來看,乏燃料后處理都已燃眉之急。
要解決此問題,需要從三個方面入手。一是乏燃料后處理廠的建設:需要有充足處理能力的乏燃料后處理廠不斷對乏燃料進行處理,將其轉化為可回收的核燃料和便于后段處理的放廢料,而目前我國僅有中核 404 廠具備年均處理50 噸乏燃料的能力,遠遠無法滿意乏燃料的處理需要;二是乏燃料離堆貯存接收設施的建設:需要在目前不具備大量乏燃料處理能力的情景下,能保證有充足的地方儲存新增的離堆乏燃料;三是乏燃料運輸能力的建設:乏燃料都是具有高放射性,對人體和環境危害極大,需要有專門的運輸容器對其進行貯存然后再運輸至離堆貯存接受設施或乏燃料后處理廠進行處理。
從乏燃料后處理廠的規劃來看,后續主要有兩個乏燃料后處理廠的建設項目。其一是建設 2 個具有自主知識產權產權的年處理能力達200 噸的大型商用乏燃料后處理廠,目前第一個 200 噸乏燃料處理廠(單廠投資250-300 億元)正在建設,預計 2025 年運行,第二個 200 噸乏燃料處理廠項目正在推進中;其二是2018年1 月 9 日,中核集團擬與法國阿海琺集團簽署大型商業后處理-再循環工程項目,建成后將具備 800 噸的乏燃料年處理能力和 3000 噸的離堆貯存能力,整個核電后處理廠的投資估計超千億元。

從乏燃料運輸方面來看,目前我國乏燃料運輸方式有公路運輸、鐵路運輸、海運三種方式,但以公路汽車運輸為主,鐵路和海路運輸處于起步階段。2019年5月31,交通運輸部組織起草了《乏燃料運輸治理方法》,在2003 年頒布的《核反應堆乏燃料道路運輸治理暫行規定》基礎上,增加了關于乏燃料鐵路、海運,以及公海鐵聯運的相關要求。
我國乏燃料運輸能力極為有限。公路運輸方面,道路運輸呈現運輸里程長,專業隊伍少,運力不足等特點。我國的核電廠分布于東部沿海,身處甘肅的中核四零四廠是唯一離堆貯存地,運輸里程近在三至四千公里,具有運輸乏燃料資質的公司只有中核旗下的清原環境技術工程公司和華茂物流,運輸周期為3 個月/次,受冰凍臺風天氣影響,每年能實現兩次運輸。目前,公路運輸能力為104 組/年,運力難以匹配外運需求,乏燃料運輸容器的設想和制造成為要害問題。目前法國、美國、日本、德國幾個核電大國乏燃料運輸容器設想和制造技術已成熟,現已形成系列化產品,在研制方面以百噸級別大容器為主,單棒小型容器為輔。在發展趨勢上,以兼存儲和運輸功能為一體的多用途容器為發展方向。海內已在此方面有所布局,2021 年 6 月 30 日,我國自主研發的百噸級乏燃料運輸容器——CNSC乏燃料運輸容器勝利下線,即將投入運用。海運方面,2020 年12 月9 日,我國自主研發的 INF3 級乏燃料運輸專用船交付運用,標志著我國乏燃料運輸已經具備海運能力。鐵路運輸方面,2020 年 11 月 27 日,我國自主制造的13 輛百噸級乏燃料貨包鐵路運輸車輛——D15B 型凹底平車順利交車下線,成為海內首批用于乏燃料運輸的鐵路車輛。
我國乏燃料運輸容器的市場潛在空間廣闊。根據生態環境部辦公廳2021年04月發布的《鋼制乏燃料運輸容器制造通用技術要求(征求意見稿)》猜測,2025年前,我國需要新增乏燃料運輸容器 23 臺;2025 年后,伴著乏燃料累計消費量超過乏燃料總貯存量,大批核電站乏燃料組件的外運需求快速增加,還需新增乏燃料運輸容器 49 臺,乏燃料運輸容器總的需求數量達到79 臺。因此,我國乏燃料運輸容器的潛在較大空間,猜測 2025 年前整個乏燃料運輸容器裝備市場規模近百億元。(報告來源:未來智庫)
5 核電發展趨勢:核廢料后處理市場廣闊,積極發展四代核技術、小型堆、核能綜合利用
趨勢一:核廢料貯存、處理市場空間廣闊
堆內、堆外貯存空間告急,乏燃料貯存和處理需求迫切。按照當前在運、在建機組估算,預計 2025 年將產生約 1180 余噸乏燃料,當年新增需離堆貯存的乏燃料約 560 噸,累計 4160 噸,預計到 2025 年將面臨多余乏燃料再無可存放之處,乏燃料后處理已燃眉之急。我國在“十四五”規劃中明確提出要建設中低放廢物處置場,建設乏燃料后處理廠,同時國家核安全局發布核安全導則《乏燃料后處理設施安全》,預期未來核廢料處理市場成長空間廣闊。具體核廢料測算及介紹見本文“核電廢物后處理市場打開新增長空間”部分。
趨勢二:第四代核電指明發展方向,中國高溫氣冷堆已正式商運
第四代核電反應堆是未來發展趨勢,更安全、更經濟、更好的防核擴散性及可持續性。第四代核反應堆系統是在 1996 年美國核安全年會上提出的新一代核電系統,該系統的研發目標是能夠解決核能的經濟性、安全性、廢物處理和防止擴散問題。2001 年 1 月,在美國能源部的倡議下,美國、英國等10 國成立了第四代先進核能系統國際合作研發論壇(Generation IV International Forum,GIF),致力于研發可持續利用的、清潔的、安全的、經濟的第四代核電技術;2002年底,GIF 篩選了六種堆型作為第四代核能系統的推薦機型,即超高溫堆(VHTR)、鈉冷快堆(SFR)、超臨界水堆(SCWR)、鉛冷快堆(LFR)、氣冷快堆(GFR)和熔鹽堆(MSR)。2007 年 11 月中國成為 GIF 的成員國之一。
超高溫堆能夠提供最高的出口溫度,它不僅可以用于發電,還能用于制氫、石油化工等各種工業用熱源。其包括兩種堆型,一是高溫氣冷堆(HTGR),另一種是高溫熔鹽冷卻堆(先進高溫堆 AHTR)。高溫氣冷堆以氦氣作為堆芯冷卻劑,由于氦氣載熱性能較低,因此氣冷堆堆芯功率密度低。高溫熔鹽冷卻堆(先進高溫堆AHTR)概念由美國提出,它采用高溫熔鹽作為堆芯冷卻劑,其載熱性能好,答應很高的堆芯功率密度。
鈉冷快堆(SFR)是 GIF 推薦的第 IV 代 6 種堆型中發展工夫最長,技術最成熟的堆型。世界上許多國家,包括中國、法國、日本、德國、英國、俄羅斯和美國等都擁有 SFR 建造和運行經驗。該堆型可提高鈾利用率60%,同時升高核廢料的產生量,從而升高核廢物產生。
超臨界水堆(SCWR)的優勢是在于繼續現有輕水堆以及超臨界火電技術的部分經驗。SCWR 從堆芯結構上可以分為壓力殼式和壓力管式,壓力殼式超臨界水堆首先由日本開展較全面的研究,后來歐洲和美國也先后開展了大量的研究,壓力殼式超臨界堆研究是在壓水堆和沸水堆的技術基礎上開展的。壓力管式超臨界堆主要是加拿大和俄羅斯研究較多,其中具有代表性的是加拿大在其原來的CANDU堆基礎上提出 CANDU-SCWR,其延續了 CANDU 堆重水慢化的特點。我國在近幾年也開展了一些超臨界水堆的研究工作。
鉛冷快堆(LFR)是完成核能可持續發展的解決方案之一,主要有兩種技術路線。兩種都是池式設想:小型模塊化 LFR,以美國開發的SSTAR 為代表;中等規模的LFR,如歐共體開發的歐洲鉛冷系統(ELSY)。
氣冷快堆(GFR)是采用氦氣作為冷卻劑的快中子反應堆。采用氦氣作冷卻劑可以達到很高的堆芯出口溫度(850℃),這使 GFR 具有發電、制氫及供熱等多種用途,同時能保持很高的轉換效率。GFR 不需要二回路,可以直接在一回路利用氦氣輪機發電或通過熱化學辦法制氫。多數研究高溫氣冷堆的國家都開展了氣冷快堆的研究。
熔鹽堆最大特點是以液態形式的熔鹽作為燃料,它不僅作為燃料在堆芯內達到臨界發熱,同時作為冷卻劑通過流淌將堆芯熱量帶出。目前國際上熔鹽堆主要有三條技術路線:一是以美國 60 年代 MSBR 為代表的(包括日本80 年代FUJI熔鹽堆)石墨慢化增殖堆;二是近年來法國主導提出的 TMSR,它是堆芯沒有石墨慢化的釷基熔鹽快堆;三是俄羅斯主導研究的 MOSART,它以焚燒壓水堆乏燃料的錒系元素為主要目的,也是無石墨慢化的熔鹽快堆。我國中科院也于2010 年公布開始熔鹽堆的研究。
中國第四代核電在高溫氣冷堆、快堆及熔鹽堆建設均處于世界先進水平。2011年7 月,中國原子能研發的中國試驗快堆勝利并網發電,其熱功率為65MW,電功率20MW 采用鈉-鈉-水三回路設想,一回路為一體化池式結構,該項目是我國第一座快堆,該項目也使得中國成為世界第 8 個把握快堆技術的國家;2012 年12月9日,山東石島灣高溫氣冷堆開始建設,該項目是海內第一座高溫氣冷堆示范電站,也是世界上第一座具有第四代核能系統安全特征的20 萬千瓦級高溫氣冷堆核電站,2021 年 12 月,石島灣高溫氣冷堆正式商運。2017 年12 月,示范快堆工程霞浦 1#機組在福建霞浦開工建設,2021 年 2 月,霞浦2#機組開工建設。此外,中國中科院已系統把握了釷基熔鹽堆的系列要害技術,2018 年9 月,位于甘肅威武的釷基熔鹽堆核能系統項目開工建設,2021 年 5 月主體工程基本完工,8月底實現機電安裝,9 月啟動調試。
目前我國已把握高溫氣冷堆的全部要害技術,高溫氣冷堆裝備國產化率達93.4%.高溫氣冷堆具有固有安全性、多功能用途、模塊化建造的特點和優勢。核心裝備包括壓力容器、蒸汽發生器、主氦風機等。其中主氦風機是新增裝備,功能是在反應堆啟動、功率運行和停堆等工況時,提供充足流量的氦氣通過一回路系統,將反應堆芯產品的熱量帶走,類似三代核電主泵,目前主要供給商為佳電股份。
趨勢三:多用途模塊式小型堆建設已拉開序幕
政策鼓勵發展多用途模塊式小型堆
我國政府高度重視小型堆核電研發工作,積極推進小堆建設工作。2011年以來,國家先后印發了多份鼓勵開展小堆研發及工程建設的政策文件。根據《能源技術創新“十三五”規劃》,開展小型堆的示范堆建設已被列入“十三五”的重點內容;《2018 年能源工作指點意見》也強調了要深刻推進高溫氣冷堆和模塊化小型堆先進核電技術的實驗示范工程建設;在國家“十四五”規劃中,明確示意推動小型堆、海上浮動核電的發展;2021 年 10 月,國務院發布《2030 年前碳達峰行動方案》,將發展積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆等列為碳達峰十大行動。
中核、中廣核均已自主研發小堆技術,具備建造實力。目前中核、中廣核、中船重工、清華大學等已多方合作,逐步形成并推出了中核ACP100ACP100S、中廣核ACPR 系列小堆。其中,中核 ACP100(玲瓏一號)已開啟示范堆建設,中廣核ACPR50S小堆裝備采購也已啟動。
全球首個陸上商用模塊化小堆項目已開工建設。2021 年7 月13 日,海南昌江多用途模塊式小型堆正式開工,該小型堆采用中核“玲瓏一號”技術,單臺機組容量為 12.5 萬千瓦,建成后年發電量可達 10 億千瓦時,滿意52.6 萬戶家庭生存用電需求,預計 2026 年建成。模塊式小型堆具有部署靈活、安全性高以及建設周期短的特點。可作為分布式能源運用,供電的同時滿意海水淡化、區域供暖等多種用途。
全球首臺海上小堆已正式商運。俄羅斯國家原子能公司(Rosatom)建造出全球首臺海上浮動核電站,取名為“羅蒙諾索夫院士”號,自2009 年開始在圣彼得堡的Baltiysky Zavod 造船廠建造。該海上小堆專為北極和遠東地區設想,其主要使命是為偏遠的工業企業、港口城市以及海上油氣平臺提供電力。該浮動核電站已于 2018 年 4 月實現首次出海,2019 年 12 月 19 日送出第一度電,2020 年5月22日,俄羅斯國家原子能公司發表申明示意,該電站在俄遠東地區楚科奇自治區佩韋克市正式投入商業運營。
海內首個海上小堆項目啟動。2018 年 1 月,中核集團與煙臺市政府簽訂了《海上清潔能源綜合供應平臺及泳池式低溫供熱堆項目合作協議》,預備建設首個海上清潔能源綜合供應平臺;2018 年 3 月,中國核電、煙臺市臺海集團、煙臺藍天控股集團共同投資成立了“中核臺海海上清潔能源(山東)有限公司”,這標志著海內首個海上清潔能源綜合供應平臺建設將在煙臺市開始完成工程化應用。
多用途模塊式小型堆具有清潔、安全、用途廣泛的特點
根據國際原子能機構(IAEA)的定義,小型堆是發電功率小于300 兆瓦的核反應堆動力裝置。可分為陸上小堆和海上小堆。陸上小堆是以成熟的大型陸上商用壓水堆核電站為參考,研發的“縮小版”核電站。海上小堆是將“縮小版”的核電站安裝在船舶上,結合成熟的海洋設施技術,開發出的滿意最高核安全要求和海洋用戶需求的分布式海洋綜合能源系統。
小堆除了具備核電清潔、供電穩定的優勢,還具有高安全性、更靈活、用途更廣泛的特點。
1)高安全性:從堆芯損壞概率來看,小型堆的安全水平已經達到或高于三代核能系統指標的要求。三代核電的堆芯損壞概率通常在10 -5—10 -6堆年,而玲瓏一號的堆芯損壞概率為 1.2X10 -7堆年,海上小堆 ACP100S 其堆芯損壞概率<10-6/堆年。
a、采用一體化、非動能設想:將蒸汽發生器、穩壓器和冷卻劑泵包容到反應堆壓力容器的一體化布置簡化了反應堆冷卻劑系統,從根本上消退了一回路發生大破口失水事故的可能性,采用非能動安全系統在極端事故下可依賴天然力緩解事故后果,大大增強了核電站的安全性。
b、低功率和對外部事件抵御能力強:小堆功率低,停堆后的衰變熱量少,燃料裝量小,堆芯放射性少;陸上小堆可采用核島地下布置的形式,能夠提高對地震、海嘯等外部事件的抵御能力。海上小堆的離岸設想使其受天然災害影響小,地震波不會被海水傳遞。
c、實行半潛/全潛式設想:浮動堆可將海水作為最終熱陷引入船體內,阻止堆芯熔化進程,保證余熱排出和放射性屏蔽。
2)模塊化設想、建造周期更短、更靈活:小堆由于小型一體化設想,結構較大堆更簡化,使得其建造周期遠小于大堆,目前估計首批小堆機組建造周期約3年左右,后續還可進一步縮短到 2 年;同時采用模塊化設想,各模塊獨立運行,可根據廠址的外形和大小自由搭配安放,用更靈活的方式滿意業主需求。
3)用途更廣泛:可以為周邊城市提供清潔、高效的供電、供氣、供暖、海水淡化解決方案,有效緩解節能減排壓力,促進能源結構調整,由于直接供熱的熱效率遠高于供電的電效率,核能利用效率也可大大提高。
趨勢四:政策支持+技術進步推動核能綜合利用
國家政策推動核能綜合利用。2016 年 6 月,國家發展改革委、國家能源局在《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030 年)》提出我國將持續完善核能領域研發,支持小型模塊化堆、核能制氫等領域的研究工作;2017 年7 月,國家發改委印發《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017—2021 年)》明確提出推動現役核電周邊供熱。2021 年 3 月,“十四五”規劃中提出要開展山東海陽等核能綜合利用示范,2021 年 10 月,在兩個關于碳達峰的政策中均明確示意要推進核能綜合利用。支持核能綜合利用政策密度逐漸增加,由此可見,核能綜合利用的受關注程度在逐步增加。
首個海內核能供熱項目已勝利投產,小型堆發展進一步推動核能供熱
海陽核電供熱開啟了我國核能綜合利用的序幕。2019 年11 月海陽核電核能供熱項目一期工程第一階段投用,正式向山東核電員工倒班宿舍、海陽部分居民小區在內的 70 平方米供熱。2021 年 11 月,海陽核電 450 萬平方米二期項目也正式投產,至此,核能供暖覆蓋了整個海陽城區的 20 萬居民,海陽成為全國首座零碳供暖城市。海陽核電的熱電聯產,替代了當地 12 臺燃煤鍋爐,預計在整個供暖時節約原煤 10 萬噸,減少二氧化碳排放 18 萬噸、煙塵691 噸、氮氧化物1123噸、二氧化硫 1188 噸,有效的改善海陽市的大氣環境。海陽核電熱電聯產開啟了我國核能綜合利用的序幕。
五個回路進行換熱,核電供暖安全性高。核電供暖指從核電機組抽取高壓缸排汽作為熱源,通過五次換熱,將熱量傳給用戶。五次換熱分別是:1)蒸汽發生器:一回路將反應堆產生的熱量傳遞給二回路水,形成高壓蒸汽;2)廠內換熱首站:二回路的高溫蒸汽在場內換熱站將熱量傳遞給三回路;3)廠外供熱企業換熱站:三回路高溫水將通過廠外熱企的換熱站將熱量傳遞至四回路;4)小區換熱站:四回落高溫水通過小區換熱站將熱量傳遞至五回路;5)用戶家:五回路流經用戶家,對用戶進行供暖。目前海內壓水堆核電站一、二回路介質完全隔離,因此在整個供暖回路中只存在熱交換,不存在任何介質傳送,核電供熱有充足高的安全性。
小型堆、低溫堆等技術發展有望進一步推動核電供熱。目前可完成的核電供熱方式有兩種:1)大型核電廠完成熱電聯供;2)在供暖區建設小型反應堆進行供熱。目前大型堆長距離、大溫差供熱仍存在肯定的經濟性問題,因此第一種方式對于供熱區域有肯定的限制,主要在現有大型核電站周邊。小型堆完成批量化建設后具有初投資低、建造周期短、選址靈活高等特點,同時小堆安全性更高、應急要求簡化,合適供熱。目前小型堆研發應用已成為海內外的趨勢,預期未來會進一步推動核能供熱。此外,低溫堆供熱也在積極研發中。中核集團推出了“燕龍”泳池式低溫供熱堆,中廣核集團和清華大研發了殼式低溫供熱堆,國家電投提出了微壓供熱堆,目前這些項目已經在黑龍江、吉林、遼寧、河北等多個地區開啟選址等相關工作。
海水淡化規模有望進一步擴大,四代核電技術助力核能制氫
利用核能進行海水淡化規模有望進一步擴大。除了核能供熱,海水淡化、核能制氫也是核能綜合利用的重要領域。海水淡化是利用熱能或電能,通過蒸發、膜分離等技術將海水中的鹽分分離處理,從而獲得淡水。由于運用的是電能或熱能,因此能夠與核電技術相耦合。目前,海水淡化已在部分核電廠進行小規模運行,其中紅沿河核電站、寧德核電站、三門核電站、海陽核電站、田灣核電站均運用海水淡化為廠區內提供淡水。未來利用核能進行海水淡化規模有望進一步擴大,山東核電預期建成年產 3000 萬噸—1 億噸淡水供給能力的海水淡化工程。目前,產能為 10 萬噸/天的一期項目已經實現可行性研究等前期工作。
第四代核電技術助力核能制氫發展。氫是清潔能源,有著廣闊的應用領域,但氫是二次能源,需要利用一次能源來消費。目前核能制氫主要有兩種途徑:熱化學循環制氫和高溫電解制氫。兩種技術均需要熱源,而第四代核反應堆的出口溫度超過 700℃,可以滿意兩種技術的制氫需求。目前,我國第四代核反應堆——石島灣高溫氣冷堆已試運行,具備核能制氫條件,同時也將核能制氫技術的研究也列為專項的研發項目,未來在核能制氫有望得到進一步發展。此外,美國、日本、法國、加拿大等也在持續開展核能制氫技術的研究。
6 投資策略:看好核電裝備細分領域的龍頭裝備企業
國家發展核電態度積極明確,核電景氣持續向好,批量化建設+核廢物后處理打開核電成長空間。
江蘇神通:核電蝶閥、球閥壟斷,乏燃料處理市場打開新空間
海內閥門行業領先企業,積極推動產業轉型晉級。公司的主營業務為研發、消費和銷售應用于冶金領域的特種閥門、法蘭,應用于核電站的核級蝶閥、核級球閥、核級法蘭和鍛件、非核級蝶閥、非核級球閥及其配套裝備,以及應用于煤化工、超(超)臨界火電、LNG 超低溫閥門和石油石化專用閥門和法蘭及鍛件。按行業來看,公司主要產品應用領域可劃分為冶金行業、核電行業、能源行業等,營收占比分別為 26.73%、27.59%、28.46%。
公司核電蝶閥、球閥處于壟斷地位。自 2008 年以來,公司就成為核電站核級蝶閥和核級球閥的主要中標企業,獲得了 90%以上的訂單。同時公司新開發了核電站地坑過濾器、海水流量調節裝置、可視流淌指示器、貝類捕集器等新產品,豐富公司的產品線、提高了公司的核心競爭力。
勝利切入乏燃料后處理專業裝備領域,未來有望帶來新增長動力。截止2022年02 月,海內在運機組共 53 臺,其中有 15 臺已運行超過十年。同時,預計未來國家每年新建 6-8 臺新機組,堆內存儲能力不足,乏燃料后處理成為剛需。公司自2016 年開始布局乏燃料后處理專用裝備產品線,已勝利研發真空氣動送取樣、空氣提升、料液循環系統及貯存井等裝備,2019 年投資7500 萬元建設“乏燃料后處理要害裝備研發及產業化”項目,進一步提升公司在乏燃料后處理的研發與制造能力。目前,公司在首個 200 噸級的乏燃料后處理建設項目中已累計獲得約3.7億元訂單,正在陸續交貨。
應流股份:核電設備、兩機葉片雙輪驅動公司持續成長
公司為海內專用裝備零部件消費領域內領先企業。主要產品為泵及閥門零件、機械設備構件,應用在航空航天、核電、油氣、資源及國防軍工等高端設備領域。公司專注于高端設備核心零部件的研發、制造和銷售,制造技術、消費設備達到海內領先水平,產品出口以歐美為主的 30 多個國家。公司提出“產業鏈延伸+價值鏈延伸”的發展戰略,積極參與核電設備、航空發動機、燃氣輪機和油氣裝備的國產化。
核電設備產品鏈延伸,乏燃料后處理、核電批量化建設趨勢確立有望加速業績增長。公司逐步形成了包括主泵泵殼、乏燃料格架、金屬保溫層、中子吸收材料、爆破閥等多個核電產品,并且在 AP1000 及華龍一號中已有供貨業績。在“碳達峰、碳中和”的背景下,核電預期形成穩定的批量化建設,同時先進堆型示范和乏燃料后處理廠建設也在持續推進,公司訂單有望加快增長。
持續優化產品結構,公司業績穩健增長。公司 2018、2019、2020 年營業收入分別是 18.60/18.33 /15.20 億元,同比增速為+22.29%/+10.66%/-1.47%,凈利潤分別為 0.73/1.31/2.02 億元,同比+21.55%/+78.67%/+54.28%,2020 營收增速為負主要原因是疫情導致公司海外業務不及預期,但公司積極調整產品結構,增加高附加值產品占比,開拓海內市場(海內營收占比由 2018 年的35.82%上升至2020年的 51.28%),同時公司優化成本控制并延伸產業鏈,在營收小幅下降的情景下,完成歸母凈利潤大幅增長。2021 年前三季度,公司營收增速有所回升,但受原材料漲價影響,凈利潤增速有所下滑,目前公司已調整產品價格應對原材料價格上漲,同時持續調整產品結構。2018、2019、2020 公司核電業務占比分別為13.12%/13.84%/15.54%,核電業務占比持續增長,2020 年,公司核電業務營收同比增長 10.65%。
中密控股:核電國產替代加速助力公司業績增長
公司為海內機械密封龍頭企業。主要產品包括泵用機械密封、干氣密封、密封輔助(控制)系統、旋轉噴射泵、橡塑密封等。主要用于石油化工、煤化工、核電、油氣輸送、電力等行業。公司定位于機械密封的中高端市場,中高端產品線完整,通過可靠的產品質量與服務,取得了良好的口碑與業績。近年來公司在密封技術領域不斷發展與突破,與進口密封的技術差距已日趨縮小,基本能夠替代國外密封,個別領域以至已經超越國外水平。
多項核電研發取得突破,核電國產替代加速公司業績增長。核電業務方面,公司深度整合了華陽密封,進一步鞏固公司在核電密封領域的地位。公司核電密封業務增速主要來自兩個方面:一方面,對于現役機組,公司與嶺澳核電、大亞灣核電、三門核電、福清核電、紅沿河核電等電站簽訂了備件及國產化替代產品的供貨合同;另一方面,對于新建機組,公司先后取得了漳州、昌江核電站核二級安噴泵、核二級低壓安注泵、上充泵機械密封訂單;三澳核電上充泵機械密封訂單。核電項目研發方面,多項研發進展有所突破:公司與中廣核等單位聯合研制的“百萬千瓦級核電站反應堆冷卻劑泵流體動壓軸封組件樣機研制”項目順利實現,打破了國外對核主泵密封的壟斷;實現鈉冷快堆主循環鈉泵機械密封的研發;取得核電站海水循環泵用機械密封國產化研發訂單等等。目前公司核電業務進入快速發展期,疊加核電客戶對價格不敏感,整體毛利率較高,預期加速公司業績增長。
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