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核电行业研究报告:“双碳”背景下,核电设备迎来千亿市场空间

发布日期:2022/1/22 12:25:28 浏览:248

来源时间为:2022-01-20

核电行业研究报告:“双碳”背景下,核电设备迎来千亿市场空间

核电行业研究报告:“双碳”背景下,核电设备迎来千亿市场空间

2022年01月20日13:24

作者

(报告出品方/作者:民生证券,李哲)

1基荷能源不二选择,核电设备迎来巨大市场空间

1.1核电是基荷能源重要组成部分,建设有望提速

核电,是指利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式,具有高能效、污染小、环境友好、单机容量大、发电量稳定等优势。相较于风电、光电等能源,核电在一次装料后可连续稳定运行至少12~18个月,且占地面积相对较小,是未来基荷能源的重要组成部分。

2016-2018年间,我国几乎暂停了新增核电项目的审批,核电连续三年“零核准”,业内普遍认为,重要原因之一在于当时在建的三门核电、台山核电等三代核电项目均存在延期,迟迟未能投产,三代核电技术有待验证。然而,随着在建机组密集投产,三代核电技术得到验证,2019年我国核电机组核准数量打破“零核准“,并呈现上升趋势,2019年、2020年分别新增核准机组4台。2021年新核准机组5台(4大1小),分别是:1)海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程项目“玲珑一号”125MW;2)江苏田湾核电7、8号机组“VVER-1200/V491”,单台机组容量1274MW;3)辽宁徐大堡核电3、4号机组“VVER-1200/V491”,单台机组容量1274MW,合计5.22GW。

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“碳中和”背景下,核电不可或缺。2021年10月26日,国务院印发2030年前碳达峰行动方案。提出到2025年,非化石能源消费比重达到20左右,到2030年,非化石能源消费比重达到25左右。核电作为清洁、稳定的基荷能源,在全社会用电量不断提升,煤电新增项目大幅减少的背景下,是我国实现碳中和的一个重要选择。与燃煤发电相比,2020年全年核能发电相当于减少燃烧标准煤10474.19万吨,减少排放二氧化碳27442.38万吨、二氧化硫89.03万吨、氮氧化物77.51万吨,相当于造林77.14万公顷。根据欧洲核能协会公布的统计数据,1000克标准煤、矿物油及铀分别产生约8千瓦时、12千瓦时及24兆瓦时的电力。

而随着全球“碳中和”趋势的发展,核电的作用也将得到进一步认可。目前,全球共有72个国家已经或计划发展核电,其中“一带一路”沿线国家有41个,随着中国“华龙一号”获得海外认可,中国核电也将实现从“引进来”到“走出去”的过程。

1.2三代核电全面发展,国内首台“华龙一号”已稳定商运一年

核电技术的发展经历了一代、二代、三代到四代的演变。一代核电站始建于上世纪50年代,苏联5000千瓦的实验性核电站和美国9万千瓦的原型核电站证明了利用核能发电的可行性。二代核电站,于上世纪60年代后期在一代基础上陆续建成了功率在30万千万以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组,使核电的经济性得到证明,目前世界上运行的400余座机组绝大多数(包括中国大陆大部分核电站)是在这一时期建成。三代核电技术,是上世纪90年代,为解决三里岛和切尔诺贝利事件负面影响,美国和欧洲先后出台“先进轻水堆用户要求”文件和“欧洲用户对轻水堆核电站的要求”,在安全性和人因工程方面做出了更明确要求,国际上将满足这两份文件之一的核电机组成为第三代核电机组。

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浙江三门核电站是我国首个采用三代核电技术的核电项目,率先采用第三代先进压水堆AP1000技术,其1号机组是全球首座AP1000核电机组,三门核电站一期于2009年4月开工,历史9年于2018年6月首次并网发电,成为全球首台并网发电的EPR三代核电机组。

“华龙一号”核电技术,是中核ACP1000和中广核ACPR1000 两种技术的融合,被称为“我国自主研发的三代核电技术路线”。2021年1月30日,中核集团宣布华龙一号全球首堆中核集团福建福清5号机组投入商业运行,标志着我国在三代核电技术领域跻身世界全列,成为继美国、法国、俄罗斯国家之后真正掌握自主三代核电技术的国家。华龙一号首堆所有核心设备均已实现国产,所有设备国产化率达88。2021年5月20日1时15分,“华龙一号”海外首堆工程——巴基斯坦卡拉奇2号机组正式投入商业运行。2022年1月1日,中核集团福清核电6号机组首次并网成功,成为全球第三台、我国第二台华龙一号并网发电机组。

第四代核电技术蓄势待发。四代核电是由美国能源部发起,并联合法国、英国、日本等9个国家共同研究的下一代核电技术,目前仍处于开发阶段,预计可在2030年左右投入应用。第四代核能系统改用钚-239作燃料,将满足安全、经济、可持续发展、极少的废物生成、燃料增殖的风险低、防止核扩散等基本要求。第四代核能的发展将进一步驱动我国核电产业的发展。2021年12月20日并网发电的山东省荣成市的华能石岛湾核电厂就属于第四代核电技术,采用高温气冷堆堆型,这也是全球首座第四代核电机组。石岛湾高温气冷堆包含两个10万千瓦的反应堆,总装机20万千瓦。华能集团表示,示范工程机组各项运行指标正常,反应堆、汽轮发电机及相关系统设备运行稳定,1号反应堆正稳步向单堆满功率推进,2号反应堆并网发电前各项试验有序开展。双堆有望于2022年年中全面投入商运。

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1.3“玲珑一号”获核准,小堆技术初露锋芒

小堆,即小型核动力堆,指小型且简单的核能发电和产热机组。随着上个世纪50年代有核电生产以来,反应堆的规模已从60MWe增加至1300MWe以上。国际原子能机构(IAEA)将小型定义为300MWe以下。

小堆技术是中核集团基于60多年核电建造、运营管理经验自主研发的新型核能综合利用技术,具有零污染、零排放、宜退役、选址灵活的特点。机组运行期间,反应堆长期处于船体吃水线以下,大海为天然热阱,采用小堆技术有利于堆芯冷却,技术上可以做到取消场外应急,固有安全性高。小型核反应堆的热功率低于1000MW,在安全性、多用途、灵活性方面有不可替代的优势,属于典型的军民两用技术。

小型核反应堆最早在20世纪50年代首先由美国用于军事领域,民用领域商业化运行规模较大的仅有俄罗斯一个国家,我国随着“玲龙一号”示范工程的启动运行,可能是下一个商业化推广取得实质性进展的国家。在民用领域,小堆可用作城市供暖、偏远地区供电、海水淡化、深海开发、破冰船能源供给等。目前小堆在全球范围内已广泛用于破冰船、浮动核能平台等民用领域。

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2010年,中核集团正式启动“玲珑一号”专项科研工作,2016年通过IAEA通用安全审查,2017年,海南昌江“玲龙一号”示范工程正式开始前期工作,并于2019年正式启动该示范工程。2021年6月3日获国务院核准,海南小堆示范项目中核集团的“玲龙一号”(ACP1000)小型堆核电机组技术,单台机组容量为12.5万千瓦。

“玲龙一号”在现有成熟压水堆核电技术基础上,采用“一体化”反应堆设计和“非能动”安全系统,其安全性能达到第三代核能系统技术水平。国际原子能机构审查认为,“玲龙一号”是个创新的小型压水堆设计,采用的“固有安全 非能动”的安全设计,能够处理极端环境条件和多种故障,达到国际和国内先进水平。

1.4“十四五”有望年均批复7-8台,设备市场空间或达600亿

2020年,我国商运核电机组达到48台,总装机容量为4988万千瓦,装机量仅次于美国、法国,位列全球第三,核电总装机容量占全国电力装机总量的2.27。截至2021年9月30日,我国运行核电机组共52台(不含中国台湾地区),比2020年新增4台,装机容量为5349万千瓦(额定装机容量)。

随着2022年1月1日国内第二台华龙一号机组福清核电站6号机组并网发电,我国并网发电机组达到53台,总装机容量5463.695万千瓦,仅次于美国的93台9552.3万千瓦和法国的56台6137万千瓦,继续位居世界第三位。据中核智库预测,如果法国按照电力结构PPE计划每年关闭同等数量的核电机组,我国在运核电装机容量将在2024年超过法国,达到世界第二位。

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目前,我国核电机组均分布于广东、浙江、福建、江苏等沿海省份。一方面,核裂变过程中会产生巨大热量,需稳定的冷却水源,海洋比河或者湖水更具优势。另一方面,东部沿海地区经济发展速度快,电力需求旺盛,靠近市场建设核电站有利于减少电力长距离传输过程中的损耗。除此之外,核电站所需大件设备更适合通过海运运输,因此形成了当前核电机组沿海建设的格局。但目前沿海适合新建核电站的厂址已经越来越少,加上内陆电力需求增加,未来在内陆启动核电站是大势所趋。

根据《十四五规划和2035年愿景目标纲要》,“十四五”期间,我国核电运行装机容量达到7000万千瓦。此外,根据中国核能行业协会发布的《中国核能年度发展与展望(2020)》中的预测数据显示,到2025年,我国在运核电装机达到7000万千瓦,在建3000万千瓦,而到2035年,在运和在建核电装机容量合计将达到2亿千瓦。按照每台核电机组100万千瓦装机容量计算,2022-2025年间,核电建设有望按照平均每年7-8台机组推进。

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设备市场市场空间或达千亿。参考头豹研究院数据,核电站每千瓦建造成本1.1-1.8万元,而设备市场空间占比约为建造成本的一半,根据此前预计平均每年以7-8台机组推进,那么2022-2025年平均每年核电市场空间约为825-1350亿元,其中核电设备市场空间约为413-675亿元。(报告来源:未来智库)

2核电产业链概述

核电产业链包括上游原料及设备供应、中游核电站的建设于运营,以及下游的发电及后处理。

2.1上游:原材料及设备供应

2.1.1核燃料供应

核燃料是指含有易裂变核素,能够在反应堆内实现自持链式核裂变反应的物质。核燃料棒最核心的材料是二氧化铀,由天然铀提炼而成,铀矿需经过勘探开采、水冶、铀转化与铀浓缩等过程,最终送往核燃料加工厂制造出核燃料元件。在核燃料成本结构中,天然铀所占比例最高,达到49。然而我国铀矿资源并不丰富,主要依赖进口,仅占全球1.3。

从行业壁垒来看,一方面,该行业具有国家安全意义,我国仅中核集团及中广核有资格从事铀矿开采和进出口业务;另一方面,核燃料元件研制技术难度极高,因此当前中国核燃料制造由中核集团旗下的中核北方核燃料元件有限公司和中核建中燃料元件有限公司垄断,核燃料元件企业议价能力极强。

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2.1.2核电设备

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