漳州建造师培训

(报告监制/分析师:兴业证券蔡春池施一苏)

1.1核电原理概述:裂变链式反应产生能量和蒸汽驱动汽轮机组发电。

核能通过核裂变、核聚变和核衰变从原子核中释放能量，其中核裂变链式反应就是核能发电的原理。

核能发电主要是利用质量较大的原子(如铀、钍、钚)的原子核在吸收一个中子后会分裂成多个质量较小的原子核，同时释放出两三个中子和巨大的能量，释放出的中子和能量会引起其他原子核裂变，使释放能量的过程继续进行。这一系列反应称为核裂变链式反应。核裂变链式反应是核能发电的能源。

核电站使核裂变链式反应产生的能量完成核能-热能-机械能-电能的转化，从而达到发电的目的。

核电厂大致可分为核岛部分(NI)和常规岛部分(CI):

核岛部分:核岛部分包括反应堆装置和一回路系统，主要用于核裂变反应和蒸汽产生。

核岛反应堆的作用是产生核裂变，将裂变时释放的能量转化为水的热能；水吸收热能后，以高温高压的形式沿管道进入蒸汽发生器的U形管内，将热量传递给U形管外的水，使外面的水变成饱和蒸汽；冷却后的水将被主泵抽回到反应堆进行再加热，形成一个以水为载体的封闭吸热放热循环回路，称为一回路，也称为“供汽系统”。

常规岛部分:常规岛部分包括汽轮发电机系统和二次回路系统，主要作用是利用蒸汽带动汽轮机组发电。

核岛内部分传热产生的蒸汽将进入常规岛内的汽轮机，蒸汽的热能转化为汽轮机的机械能，再通过与发电机相连的转子将机械能转化为电能，从而完成发电过程。

同时做功的蒸汽(排汽)排入凝汽器，经循环冷却水冷却，凝结成水，再由凝结水泵送至加热器预热，最后由给水泵送至蒸汽发生器，形成另一个以水为载体的封闭循环系统，称为“二次回路”。

原则上，二次回路系统与常规火电厂的蒸汽动力回路基本相同。

1.2核电商业模式:资产重模式+运营期摇钱树。

核电的商业模式呈现“资产导向型模式+运营期摇钱树”的特点；

建设周期:建设周期长，投资大。

由于普遍延期，核电站的实际建设周期约为5-10年。核电厂的设计周期通常为五年，但由于缺乏建设经验、设计变更、耗时测试等原因，我国核电机组首堆延期现象普遍存在，导致建设期利息支出和发电成本增加。

批量生产有利于缩短建设周期，降低核电机组成本。批量建设后，m 310/心肺复苏术等效车型系列的建设周期可逐步稳定在5年左右。

我国第三代核电每千瓦投资约为15000元。

在AP1000基础上自主研发的第三代核电技术CAP1000建造成本为14000元/kW，属于第三代核电技术的华龙一号建造成本为17390元/kW。以此计算，百万千瓦核电机组相应投资约为6543.8+05亿元，呈现出投资大的特点。

运营期:稳定的摇钱树

与水电行业类似，核电行业在运营期具有稳定的摇钱树特征。

核电站遵循营业收入=电价*上网电量=电价*装机容量*利用小时数*(1-厂用电率)的拆分公式，营业收入具有高度确定性。同时，由于项目前期投资大，固定资产折旧成本高(占主营业务成本的30-40%)，非现金成本(折旧)在核电厂成本中占比较高。

因此，核电站一旦进入运营期，就会表现出获得稳定充裕的运营净现金流的特征。

1.3低碳高效基荷电源在“双碳”目标下意义重大

核电具有低碳、高效的特点，中国核电比重明显低于全球水平。

与其他发电方式相比，核电具有利用小时数高、电力成本低、低碳、稳定、高效的特点，适合作为优质的基础负荷电源发展。

从电源结构来看，2020年我国核电占比仅为4.80%，不仅低于核能利用大国法国的64.53%，也明显低于全球9.52%的平均水平。中国核电比重还有很大提升空间。

在“双碳”的目标下，非化石能源的比重增加，核能的重要性凸显。

5438年6月+2020年2月气候雄心峰会上:到2030年，单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年减少65%以上，非化石能源占一次能源比重达到25%左右。

2021，10年10月24日，《国务院中央关于全面准确全面贯彻新发展理念做好二氧化碳排放峰值碳中和工作的意见》提出要“积极发展非化石能源”，“实施可再生能源替代行动”，“不断提高非化石能源消费比重”，“积极安全有序发展核电”。

2021 10年10月26日，国务院正式发布2030年前二氧化碳排放峰值行动计划，其中指出“积极安全有序发展核电。

合理确定核电站布局和发展顺序，在确保安全的前提下有序发展核电，保持稳定的建设节奏。

积极推进高温气冷堆、快堆、模块化小型堆、海上浮动堆等先进堆示范工程，开展核能综合利用示范。

加强核电标准化和自主化，加快关键技术和装备研究，培育高端核电装备制造产业集群。

实施最严格的安全标准和最严格的监管，不断提高核安全监管能力。对比近10年中国能源结构的变化，非化石能源的比重从2011的8.40%上升到2020年的15.90%。从电源结构来看，根据中国电力企业联合会的数据，核电占比从2065年的1.85%，438+0增长到2026年的4.86%，核能的重要性日益凸显。

2.1核电技术演进:经济性和安全性推动核电技术发展。

经济性和安全性是推动核电发展的核心目标。

核电站的发展始于20世纪50年代，70年代油价上涨引发的能源危机推动了核电的发展。目前世界上商业运行的400多座核电机组，大部分都是在这个时期建造的。

20世纪90年代，为了解决三里岛和切尔诺贝利核电站严重事故的负面影响，美国和欧洲先后发布了《先进轻水反应堆用户要求》和《欧洲轻水反应堆核电站用户要求》文件，满足两个文件之一的核电机组称为第三代核电机组。

265438+20世纪初，第四代核能系统国际论坛(GIF)提出，钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水冷堆、超高温气冷堆、熔盐堆六种堆型被确定为第四代核电站的重点研发目标。第四代核电技术强化了防止核扩散的要求。目前相关产业链雏形已基本成型，预计2030年开始商业化进程。

2.2 2065 438+09核电审批重启，三代机组成为主力机型。

2016-2018中国核电已经连续三年“零审批”，核电发展处于停滞状态。

2011年，日本福岛核电站遭受地震引发的海啸袭击，发生严重核事故。世界各国开始对新建核电站持谨慎态度，这也减缓了中国核电站的审批速度。

2015年，我国审批了8台核电机组，之后从2016年到2018年进入停滞状态，连续三年“零审批”。

2019核电审批重启，三代核电机组正在成为主力机型。

2018之后，我国多台三代核电机组投入商业运行，三代机组的安全性和可靠性得到了肯定；此外，2065438+2008年10月28日，我国自主研发的第三代核电机组“华龙一号”首台反应堆和中核集团福清核电5号机组反应堆压力容器成功吊装入堆，建设工程进展顺利。受此影响，中国核电审批工作再次被提上日程。

2065438+2009年7月，国家能源局表示，山东荣成、福建漳州、广东太平岭核电项目获准开工，标志着核电审批正式恢复。

2020年，海南昌江核电二期工程、浙江三澳核电一期工程共4台机组获批；

2021，江苏田湾核电站7 &；辽宁徐大堡核电站3 & 8号机组；4号机组和海南昌江多用途模块化小型堆科技示范项目* * * 5号机组获批，我国核电机组审批进度正在有序进行。

从2019之后的核电机组启动情况来看，以“华龙一号”、“VVER”为代表的第三代核电机组成为主力机型。

自主三代核电有望按照每年6-8台的审批节奏稳步推进，“积极发展”政策正在逐步兑现。2021年3月，政府工作报告中提到“在确保安全的前提下积极有序发展核电”，这是10年来首次用“积极”来表述核电的方针。

根据中国核能行业协会《中国核能发展与展望(2021)》，中国自主三代核电有望按照每年6-8台机组的审批节奏稳步推进，2021年有5台机组获批并开工，积极有序发展的方针正在逐步兑现。

3.1第四代核电技术的快速发展有望引领核电行业进入新时代。

第四代核电有望引领核电行业进入新时代。

近年来，在“863”、“973”、核能发展、重大专项和第四代核能系统国际合作框架的支持下，我国先后开展了高温气冷堆、钠冷快堆、超临界水冷堆、铅冷快堆、熔盐堆五类堆的研发，取得了一系列研究成果，与国际水平基本同步。其中，中国的高温气冷堆和钠冷快堆居世界前列。

高温气冷堆利用其高温特性，拓展核能在过程加热、核能制氢、高效发电等工业领域的应用前景。快堆是唯一能实现燃料增殖的关键堆型，将明显提高铀资源的利用率，并能利用嬗变最大限度减少浪费。

中国R&D在高温气冷堆和钠冷快堆方面的进展处于世界前列。

高温气冷堆世界首座反应堆华能石岛湾高温气冷堆于2021年2月20日成功并网发电，山东海阳新安核电项目计划建设两座高温气冷堆。

钠冷快堆方面，CNNC霞浦600MW示范快堆工程已于2017年底开工，计划于2023年建成投产。

高温气冷堆:具有固有安全性和潜在经济竞争力的先进堆型。

本质安全:即在发生严重事故，包括失去全部冷却能力的情况下，核电站只能依靠材料自身的能力来保证反应堆放射性不会熔毁和大量泄漏。

具体表现如下:

(1)防止权力失控增长。

以中国石岛湾示范工程为例，采用不停堆连续在线装卸燃料方式，形成流动球床堆芯；而且演示堆采用石墨作为慢化剂，堆芯结构材料不含金属，稳定性高，堆芯热容大，功率密度低。

(2)进行余热回收。

高温气冷堆采用氦气作为一回路冷却剂，具有良好的导热性。在主传导系统失效的情况下，堆芯余热可以通过热传导等自然机制导出，然后通过非能动余热排出系统排出，余热不足以熔化堆芯。

③放射性物质的遏制。

示范反应堆使用全陶瓷涂层颗粒燃料元件和四层屏蔽材料包裹燃料芯。只要环境温度不超过1650，碳化硅球壳就能保持完整，锁住放射性裂变产物。经测试，示范堆正常运行温度高达1620，放射性达到世界最好水平。

潜在经济竞争力:以石岛湾示范工程为例，可通过①高度独立的设备(示范工程国产化率93.4%)和②“多合一”(在主系统不变的情况下，两个模块合二为一，即核岛由两个球床堆模块和两个蒸汽发生器驱动，由一个汽轮机发电。

这种模块化施工缩短了工期，大大减少了工程量，提高了经济性)来控制成本。

同时，如果比较建造成本，虽然HTR-PM在堆体(主要是PRV和堆内构件)的成本远远高于同规模的压水堆核电站，但根据张等人的相关文献研究，在一座压水堆核电站的总建造成本中，堆体(PRV和堆内构件)所占的比例非常有限，约为2%，因此是有影响的。

与同等规模的压水堆核电站相比，即使HTR-PM示范电站反应堆本体的造价增加到10倍，整个电站总造价的增加也可以控制在20%以内。

钠冷快堆:除了固有的安全性之外，还具有核燃料增殖、利用率提高、核废料最小化等优点。

提高核燃料利用率:快堆技术采用铀钚混合氧化物(MOX)。在快堆中，堆芯的燃料区是易裂变的钚239，铀238放在燃料区的外围再生区。

钚-239在发生核裂变反应时会释放出更多的快中子。这些快中子除了维持钚-239本身核裂变的链式反应外，还会被外围再生区的铀-238吸收。

铀-238吸收快中子变成铀-239，但铀-239很不稳定，经过两次β衰变又变成钚-239。

所以快堆运行时，新产生的裂变核燃料比消耗的核燃料多，燃料越烧越多，这叫增殖反应。

增殖反应充分利用铀资源，核废料造成的环境污染将有望得到解决，从而使第四代核电成为安全性和经济性优越、废料少、无需场外应急、具备核扩散防范能力的核能利用系统。

3.2在新的核电技术下，核能的综合应用成为可能。

根据中科院公布的核能综合利用研究现状与前景，从能源效率的角度来看，直接利用热能是比较理想的方式，发电只是核能利用的一种形式。

随着技术的发展，特别是第四代核能系统技术的逐渐成熟和应用，核能有望超越仅提供电力的角色，通过核能制氢、高温过程热、核供热、海水淡化等多种综合利用形式，在保障全球能源和水安全的可持续发展中发挥巨大作用。

核能制氢:核能制氢是利用核反应堆产生的热量作为一次能源，从含氢物质水或化石燃料中制备氢气。目前核能制氢的主流技术有热化学碘硫循环、混合硫循环和高温蒸汽电解，实现了核能向氢能的高效转化，有效降低了热电转换过程中的效率损失。高温气冷堆(出口温度700 ~ 950℃)和超高温气冷堆(出口温度950℃以上)因其固有的安全性、较高的出口温度和适当的功率，是高温电解制氢最理想的核反应堆。

1)高温陶瓷涂层燃料安全性高。

2)与热化学循环过程耦合。在800℃时，高温电解的理论产氢效率高于50%，随着温度的升高，效率还会进一步提高。

3)核热辅助烃类重整利用高温气冷堆的过程热代替常规技术中的热源，可以部分减少化石燃料的使用，相应减少CO2的排放。

4)可与燃气轮机耦合发电，效率48%。

目前，CNNC、清华大学、宝武集团等。共同开展了核能制氢与氢冶金结合的初步合作，计划在“十五”期间开展中试验证，在“十五”期间开展高温堆核能制氢工程示范。

与不同的制氢方法相比，高温气冷堆具有成本优势。

美国能源部在核氢创新计划下对核能制氢进行了经济评估，得到的氢成本为2.94-4.40美元/千克。此外，国际原子能机构制定了氢经济评估方案，参与国对核能制氢的成本进行了情景分析。不同情景下获得的氢气成本为2.45-4.34美元/千克。

核供热:核供热以核电机组二回路抽取的蒸汽为热源，通过厂内第一换热站和厂外供热企业换热站进行多级换热，最终通过市政供热管网将热量传递给最终用户。

从安全角度来说，整个供热过程中，核电站和供热用户之间有多个回路，每个回路之间只传递热量，热水只在小区内封闭循环，相对安全。从碳排放的角度来看，核能作为一种零碳能源，比传统的燃煤供热的火电厂要好得多。

2021 11 15国家能源核供热商业示范工程二期450万平方米项目在山东海阳正式投产；2021 65438+2月3日，浙江海盐核能供热示范工程(一期)在浙江海盐正式投产。从长远来看，核供热作为一种零碳清洁供热方式，具有复制推广的潜力，也有助于中国“双碳”目标的实现。

4.1乏核燃料需妥善处置，中国已确定闭路循环路线。

乏燃料是指经过辐照和使用，由核电站反应堆产生的核燃料。

核燃料通过中子轰击在反应堆中发生反应，并在一定时间内从反应堆中排出。

乏燃料含铀量低，不能继续维持核反应，但仍含有大量放射性元素，需要妥善处置。

乏燃料处理方法分为“开放式核燃料循环”和“封闭式核燃料循环”。不同的是，“开放式”直接将乏燃料冷却打包送至深部地质层处置或长期贮存，而“封闭式”则将乏燃料送至后处理厂回收铀、钚等物质，然后将废物固化进行深部地址层处置。

20世纪80年代，中国建立了核燃料“闭路循环”路线，以提高资源利用率，减少放射性废物体积，降低其毒性。

4.2乏燃料排放规模持续增长，第一套200吨/年处理设施处于建设期。

乏燃料的排放规模越来越大，供需矛盾日益突出。

在对提案的答复摘要中十三届全国人大四次会议2831(索引号:00019705/2021-00408)20265438年7月5日发布的国家能源局称，百万千瓦核电机组每年排放20%的乏燃料。按照截至2021和2月我国核电装机容量5326万千瓦计算，我国每年将产生约1065.2吨-1331.5吨乏燃料。

据《中国核能产业智库丛书(第三卷)》统计，2020年中国产生乏燃料1100吨，累计乏燃料量已达8300吨。预计到2050年累计量将达到114500吨。

随着核电的不断扩大和连续运行，我国乏燃料排放的规模每年都会持续增长，核电的持续发展必然离不开乏燃料后处理的相关设施。

第一套200吨/年处理设施正在建设中，在迫切的需求下，未来有一定的发展机会。

根据江苏申通非公开发行a股股票预案的介绍，国内在建的第一套封闭式乏燃料处理设施的处理能力仅为200吨/年，而开放式核燃料循环使用的反应堆贮存池的容量已经超负荷，这与乏燃料相对较大的年产量和积累形成了鲜明对比。

此外，早在2016年，国家发改委和国家能源局就在《能源技术革命与创新行动计划(2016-2030)》中明确提出，要发展乏燃料后处理技术，并提出2030年基本建成我国第一座800吨级大型商用乏燃料后处理厂。

中国核电产业的发展离不开“封闭核燃料循环处理”相关产能的同步提升，市场需求更加迫切，未来有确定的发展机遇。

受益于核电积极发展的逐步实现，整个核电产业链的景气度有望回升。

核电是典型的重资产行业，在运营期可以获得高质量的现金流。凭借高小时数、低动力成本、低碳稳定性、高效率等优势，有望在碳中和背景下迎来发展机遇期。

(1)核电站建设进度不及预期的风险:核电项目建设周期长，若因各种原因延长建设周期，建设成本将大幅上升；

(2)政策风险:核电行业受政府高度管制，相关政策变化可能对核电发展产生影响；

(3)核安全风险:如果世界范围内发生核事故，将对项目推进步伐和核电长期发展空间产生不利影响。

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