核電行業研究報告：積極安全有序發展核電，千億市場有望釋放

發布時間：2023-06-13 22:30:20

（報告出品方/作者：德邦證券，俞能飛，唐保威）核心觀點：核電具備多項優點，對實現“雙碳”具有重要意義。核能發電是利用核反應堆中核裂變所

（報告出品方/作者：德邦證券，俞能飛，唐保威）

核心觀點：

核電具備多項優點，對實現“雙碳”具有重要意義。核能發電是利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發電的方式，其與火力發電極其相似，只是以核反應堆及蒸汽發生器來代替火力發電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學能。核能發電過程中，不向大氣排放二氧化碳等溫室氣體，不排放二氧化硫、氮氧化物等有害氣體，相比水電、太陽能、風電等清潔能源，核電具有占地面積較小，年發電小時數高、發電量大，對電網影響小等特點。

專營特性較強，設備投資占比高。核電產業鏈以核電站為中心，上游主要是核燃料循環產業、核電設備制造產業等，下游則是通過電網公司向終端用戶售電。其中核燃料環節受到國家專營限制，中核集團下屬的中國原子能工業有限公司是國內唯一的核燃料生產、供應及貿易服務商；核設備生產環節主要企業有上海電氣、東方電氣、中國一重、哈爾濱電氣等，主要分為核島設備、常規島設備及BOP設備，設備購置費占初期投資比例約28%-35%；核電站的投運管理環節目前只有中核、國電投、中廣核、華能四家核電公司持有核電運營牌照，由于寡頭壟斷而形成行業高度集中。

安全是核電產業發展的前提，目前國家政策支持核電發展。由于核電的特殊屬性，我國核電項目均需經國務院的核準，所以國內核電產業發展對政策及政府態度的依賴較大。核電安全性是影響政府政策導向的關鍵因素，我國最新核準的福建漳州二期和廣東廉江一期核電項目要求“確保絕對安全”、“建設和運行安全萬無一失”。目前隨著福島核泄漏事故影響的漸行漸遠以及3060雙碳目標指引，國家政策對核電發展持支持態度。2022年印發的《“十四五”現代能源體系規劃》要求“積極安全有序發展核電”。在確保安全的前提下，積極有序推動沿海核電項目建設，保持平穩建設節奏，合理布局新增沿海核電項目。

國內核電核準項目上升態勢明顯，千億市場有望得到釋放?！笆晃濉币巹澴龀觥胺e極發展核電”的表述后，核電每年開工數量從2006年的2臺增長到2010年的9臺，核準數量也在2008年達到14臺，這是近年來的高峰。2011年受到福島核泄漏事故影響，當年的核準及開工項目均為0，此后核電發展較為平緩，2016-2018更是連續3年零核準。直到2019年，核電產業逐漸復蘇，2022年獲核準的核電數量達到10臺，是2008年以后的最高峰。中國核能行業協會預計2030年前，我國在運核電裝機規模有望成為世界第一。我們測算2023-2030年核電市場空間年均可達1593億元，核電設備市場空間年均為494億元，乏燃料后處理廠潛在市場空間年均可達264億元，乏燃料后處理設備潛在市場空間年均可達106億元。隨著核電核準項目以及開工項目漸次增多，相關設備企業有望充分受益。

01、核電概述——核能發電的概念、歷史及現狀

1.1、核電具備多項優點，對實現“雙碳”具有重要意義

核電利用核裂變釋熱能發電，具有占地面積較小、年發電小時數高、發電穩定等優勢。核能發電是利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發電的方式，是實現低碳發電的一種重要形式。它與火力發電極其相似，只是以核反應堆及蒸汽發生器來代替火力發電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學能。核能發電過程中，不向大氣排放二氧化碳等溫室氣體，不排放二氧化硫、氮氧化物等有害氣體，相比水電、太陽能、風電等清潔能源，核電具有占地面積較小，年發電小時數高、發電量大，對電網影響小等特點。

發展核電對實現“雙碳”具有重要意義，在中國現代化能源體系中將發揮更加重要的作用。在全球范圍內，核能不僅是實現雙碳戰路目標的重要支柱能源，更被視為能源現代化產業的工業技術集大成者，對能源清潔低碳轉型和科技轉型變革具有戰略性帶動作用。中國發展現代化核能產業，不但是中國能源現代化發展的重要組成，還是建設科技強國乃至社會主義現代化強國的整體需要。隨著新時期中國能源電力發展更加重清潔低碳和安全高效，作為能量密度大、可利用率高、可靠近布置于負荷中心的優質清潔能源品種，核能在未來中國現代化能源體系中將發揮更加重要的作用，其中核電還將作為中國裝備產業"走出去”的重要名片之一，為中國與有關國家開展雙邊合作提供重要議題。

1.2、核裂變打開核能利用大門，第四代核電站漸行漸近

核裂變現象的發現促進核能利用發展，蘇聯建成世界第一座核電站。1938年德國科學家奧托·哈恩發現了核裂變現象，此后因戰爭的原因，核研究被提上了議事日程。1942年12 月2日費米在芝加哥實現了世界上第一次受控的自持鏈式反應，被人稱為“登上了原子能新大陸”。從1941年開始，美國著手建立用于第一顆原子彈爆炸式鏈式反應，曼哈頓計劃的輝煌以1945年在阿拉莫斯的首爆為標志，隨后在廣島和長崎上空進行了爆炸。1954年前蘇聯建成世界首座核電站，1961年美國建成世界第一座商用核電站，此后核電又經幾十年的發展，壓水堆巳做到電功率最大可達1450MW；熱能/電能轉換效率從28％提高到33％；每年運行時間可穩定在70％以上。其使用效率及經濟性已達到或超過燃煤電站。

1.3、全球核電平穩發展，美法中裝機占比較高

受安全事故影響較大，多年來全球核電平緩發展?？v觀全球核電自上世紀90年代以來的發展，可以發現核電總裝機容量處于平穩上升的態勢。1990年全球核電裝機容量為 318.3GW，到2022年末約為393.7GW，發展32年來核電總裝機量的年均復合增速僅為0.67%。從2003年開始全球核電曾迎來快速發展期，2003年全球核電開工建設容量僅 0.2GW，此后連年上升，2008年開工建設的核電容量達到10.7GW，此后連續2年均保持在10GW以上。但是2011年發生的福島核泄漏事故中斷了這一發展勢頭，當年新開工的核電容量僅1.9GW，關停的核電容量卻達到了11.4GW。

美法中裝機占比超全球50%，機組單位容量持續提升。根據IAEA的數據，截至2023年4月底，全球核電總裝機量約390GW，裝機量最多的國家前三分別為美國、法國和中國，裝機量分別為95.8GW、61.4GW、55.1GW，占全球總裝機比例分別為24.55%、15.72%、14.11%，合計超過50%。從機組數量對應的總裝機量來看，上世紀90年代以來機組單位容量處于持續提升狀態，1990年全球范圍內平均單個機組容量為765MW，目前年平均單個機組容量已經提高到了約900MW。

1.4、中國在建機組裝機容量全球第一，主要核電堆型設備國產化率達90%以上

核電發展30年，在建機組裝機容量全球第一。浙江海鹽是中國大陸核電的發源地，自從我國大陸第一座核電廠——秦山核電廠1991年末并網發電以來，國內核能發電的應用已經走過30多年歷史。2022年我國新核準5個核電項目共10臺機組，新開工核電機組5臺，截至2022年底，我國商運核電機組53臺，總裝機容量約55.6GW，僅次于美國、法國，位列全球第三，核電總裝機容量占全國電力裝機總量的2.2%；全年核電發電量為4177.8億千瓦時，同比增加2.5%，約占全國總發電量的4.7%，核能發電量居全球第二；我國在建核電機組23臺，總裝機容量2549萬千瓦，在建機組裝機容量繼續保持全球第一。

02、原理與機制——利用裂變產生能量“燒水”發電

2.1、可控核聚變有望成為“終極能源”，商業化發展任重道遠

核聚變能釋放出更多能量，可以成為未來聚變動力堆的基礎。核能的釋放主要分為核聚變和核裂變，其中核聚變是由兩個以上的較輕原子核結合成一個較重的原子核的核反應過程，聚變反應會釋放出巨大的能量——是核裂變反應的四倍，而且聚變反應可以成為未來聚變動力堆的基礎。各種計劃要求第一代核聚變反應堆使用氘(重氫)和氚(超重氫)的混合物。理論上，只要有幾克這些反應物，就有可能產生一太(萬億)焦耳的能量，這大約是發達國家的一個人在60年內所需要的能量。

核聚變優點眾多，但作為能源需以可控為前提。相比核裂變，聚變擁有眾多優勢，聚變燃料豐富且容易獲得；未來的聚變反應堆不會產生高放射性、長壽命的核廢物；聚變反應堆幾乎不可能發生熔毀，只要不維持高溫高壓就能立即停止反應。氫彈就是利用核聚變的能量，但其反應速率是不可控的，所以想安全利用核聚變發電，必須實現可控的核聚變。

2.2、核裂變是核能發電運用的主要原理，反應速率主要由“控制棒”控制

核裂變是目前核電站發電運用的主要原理，由中子撞擊原子核產生。核電站目前主要是利用鈾原子核裂變所發出的巨大能量來發電的，核裂變是指一個質量較重的原子核通過核反應過程分裂為兩個或兩個以上的中等質量的原子核的過程。并不是所有的原子核都能進行核裂變，只有因為質量過大而不穩定的原子核才會發生裂變。人類想要很好地控制核裂變，就需要利用誘發裂變，對核燃料“點火”，用來“點火”的物質就是“中子”，中子不帶電，所以比帶電粒子更容易進入原子核，干擾原子核的穩定。中子誘發核裂變，對中子的速度，靶原子核的種類等條件都有嚴格要求。

2.3、壓水堆是世界核電站主力堆型，通過三回路交換熱量驅動汽輪機發電

反應堆多種多樣，壓水堆以安全性成為首選。核電站堆型的分類方法有很多種，按用途分，可分為動力堆、生產堆、研究堆、特殊用途堆等；按照冷卻劑和慢化劑來分，又可分為壓水堆、沸水堆、重水堆、氣冷堆、壓力管式石墨沸水堆、快中子增殖堆等。全世界核電站中以壓水堆、沸水堆所占的比例最大，而我國的核電站技術路線也以壓水堆為主。壓水堆是一種首先用于艦船的核動力堆，以水為冷卻劑和中子慢化劑，結構緊湊，經濟性、安全性好，安全是許多國家選用壓水堆的重要因素，目前是全世界核電站的主力堆型。

壓水堆核電站通過裂變產生熱源“燒開水”，產生的蒸汽推動汽輪機做功發電。與火電廠相比，核電廠主要區別是鍋爐不一樣，火電廠的鍋爐是燒煤的鍋爐，核電廠的“鍋爐” 是核反應堆，專業的術語叫“核島”，即安全殼及其內部全部的設備或系統。核島的核心是堆芯，主要由燃料組件及控制棒驅動系統組成。核裂變反應發出的熱量被堆芯中的水所吸收，通過一回路流經蒸汽發生器，將熱量交換給二回路中的水，二回路以及后面的流程與火電廠是一樣的——高溫將水轉化為蒸汽驅動汽輪機運轉，并帶動發電機發電。三回路則通過凝汽器和海水等冷源將二回路的蒸汽冷卻為水，這些水又被輸送回去加熱成蒸汽。核電站的三個回路完全隔絕。它們之間通過熱傳導不停地實現水的循環。

2.4、三回路的構成及作用詳解

一回路發生核反應，核心部件包括壓力容器、穩壓器、蒸汽發生器、主泵等。一回路的核心使命是發生核反應，主要有壓力容器、穩壓器、蒸汽發生器、主泵等。核反應在壓力容器中發生，把水加熱到300多度；穩壓器是為了保持壓力在15.5MPa左右，從而令水在300多度下依然是液態；蒸汽發生器的作用是產生蒸汽，一回路的水在這里把熱量傳遞給二回路，完成熱量交接；主泵作用是讓一回路的水流動起來，讓熱量可以持續的被傳遞。

二回路推動發電機發電，核心部件包括冷凝器、給水泵、汽輪機等。二回路的主要作用就是發電，一回路的熱量通過蒸汽發生器傳遞給二回路后，由于二回路是常壓狀態，失去了穩壓器提供的壓力后馬上變成蒸汽，之后流入汽輪機中，使汽輪機飛速轉動，并帶動發電機產生電力。冷凝器作用是收集汽輪機流出的蒸汽，再把它們變成水，之后送回蒸汽發生器。給水泵也是維持二回路的水/蒸汽不斷流動的。

03、產業鏈拆解——專營特性較強，設備投資占比高

3.1、產業鏈以核電站為中心，部分環節具有專營特性

核電產業鏈以核電站為中心，上游主要是核燃料及設備制造，下游主要是電網。核電產業鏈是以生產核電產品為主線，以核電站為中心，圍繞核能發電和技術支持將核燃料生產從事者與電網經營者聯系在一起而形成的產業鏈條。核電產業鏈主要由五大產業構成，分別是核燃料提供、核配件制造、核工程建設、核廢料處理以及核電站運營。以核電廠的視角看，上游主要是核燃料循環產業、核電設備制造產業等，下游則是通過電網公司向終端用戶售電。

3.2、天然鈾是核電主要燃料，我國目前儲量較少

核燃料制作經歷多個步驟，構成了核能工業的基礎。壓水堆是目前國內外核電廠廣泛使用的反應堆堆型，核燃料使用鈾-235含量為3%~5%的低濃度鈾，制作核燃料的主要過程包括鈾礦勘查、鈾礦開采、鈾冶煉、鈾轉化、鈾濃縮和燃料元件組件制造，加上之后的核燃料（乏燃料）后處理以及放射性廢物的處理，形成的循環系統稱為核燃料循環，核燃料循環構成了核能工業的基礎。

我國核燃料儲量較少，天然鈾主要集中在澳、哈、加、俄四國。天然鈾作為核能發電的主要燃料，是核電產業的可持續發展基礎。但從鈾資源分布情況來看，天然鈾主要集中在澳大利亞、加拿大、哈薩克斯坦和俄羅斯等幾個國家，其中澳、哈、加、俄4國天然鈾儲量合計占比超過全球50%，而我國儲量占比僅3%，相對來說仍然屬于貧鈾國。目前我國鈾資源主要集中在江西、新疆、廣東、遼寧等地。根據NEA、IAEA、中國核能行業協會等機構數據，截至2019年初世界范圍內已探明可采鈾資源總量（開采成本低于260美元/ 千克鈾）807.04萬tU，較2017年增長1.0%；2021年全球天然鈾產量為4.7萬tU，較2020年基本持平。

3.3、燃料元件組件是核燃料的基本單元，具有較高技術含量

燃料元件是核燃料的基本單元，由濃縮鈾經一系列工序制成。經過提純或同位素分離后的鈾，不能直接用作核燃料，還要經過化學、物理、機械加工等復雜且嚴格的過程，先轉化成二氧化鈾芯塊，然后放入包殼管內組裝成燃料棒，得到燃料元件。核燃料元件種類繁多，一般都由芯體和包殼組成，按組分特征，可分為金屬型、陶瓷型和彌散型三種；按幾何形狀分，有柱狀、棒狀、環狀、板狀、條狀、球狀、棱柱狀元件；按反應堆分，有試驗堆元件，生產堆元件，動力堆元件等；按物理形態分，有固態核燃料、液態核燃料（溶液堆、熔鹽堆）等。

3.4、核電站由核島、常規島及BOP構成，裝備國產化能力不斷提升

核電站主要由核島、常規島及BOP組成，不同部分擁有多項核心設備。壓水堆核電站主要由核島、常規島和電站配套設施（BOP）等組成。核島主要包括蒸汽發生器、穩壓器、主泵和堆芯等幾大部分；常規島主要包括汽輪機組及二回路其它輔助系統，與常規火電廠類似；輔助系統設備是核島和常規島之外的公用設施，主要包括維持電廠正常運行所需的系統、專設的安全設施和系統、放射性廢物處理系統等。

核電站工程建設非完全競爭，常規島、BOP工程難度和特殊性不及核島。工程建設方面，由于核電產業的特殊性，核電工程建設市場為非完全競爭市場，行業內競爭企業數量有限。常規島和BOP工程建設市場，由于工程難度和特殊性不及核島建設，目前國內參與競爭的企業較多，包括各大型建筑企業、火電建設企業等，市場競爭較為激烈。核島工程多采用邀請招標制度，核電站前期工程、輔助設施工程及常規島工程多采用公開招標制度。

3.5、設備購置占核電站投資比例最大，核島技術要求高

核島設備技術含量最高，價值量占比大。核電站各系統的設備約有48000多套件，其中機械設備約6000套件，電器設備5000多套件，儀器儀表25000余套件，總重約6.7萬噸。一座2*600MW的壓水堆核電站約有290個系統，分別歸屬核島（NI）、常規島（CI）和電站輔助設施（BOP）。其中核島設備是承擔熱核反應的主要部分，技術含量最高，對安全設計的要求也最高，核島主設備政策準入較嚴，集中度較高，市場主要被東方電氣、上海電氣、哈電集團和中國一重等大型國企壟斷；常規島設備主要承擔發電，在技術上不區分第2代和第3代，技術上代際差較小，要求也沒有核島設備要求嚴格；輔助系統的工程規模比較小，以上三種設備在核電站的造價中所占到的比例約為5：3：2。

3.6、核電投運環節準入門檻極高，國內僅四家公司具有核電運營牌照

核電投運環節準入門檻極高，項目建設需要國務院核準。鑒于國家對于核安全、環保的高度重視，政府對核電項目及業主采取核準、發放許可證、執照等方式，對投資主體進入市場進行管理。核設施營運單位進行核設施選址、建造、運行、退役等活動，應當向國務院核安全監督管理部門申請許可；根據《政府核準的投資項目目錄（2016年本）》核電站屬于需要經國務院核準的重大投資項目。因此核電站的投資運營有著極高的準入門檻。

3.7、乏燃料中含有寶貴的裂變材料，通過后處理提取

乏燃料即反應堆使用過的核燃料，其中含有寶貴的裂變材料。乏燃料是從反應堆中卸出的受過中子輻照且不回到該反應堆中再使用的核燃料。由于乏燃料中含有未“燒完”的易裂變物質鈾-235（比天然鈾中的鈾-235濃度還高），新生的易裂變物質钚-239以及大量的鈾-238等元素，回收這些寶貴的裂變燃料以便再制造成新的燃料元件或用做核武器裝料是后處理的主要目的。乏燃料后處理具有放射性強，毒性大，有發生臨界事故的危險等特點，要由國家許可的專門容器、專用車輛、專營公司來裝卸和運輸，以確保安全。

3.8、核電出力穩定，發電量優先上網

核電發電量優先上網，上網電價目前較為穩定。核電行業的下游產業主要是通過電網公司向終端用戶售電。2017年發改能源印發的《保障核電安全消納暫行辦法》提出核電應遵循“確保安全、優先上網、保障電量、平衡利益”的基本原則實行保障性消納，按優先保障順序安排發電。定價機制方面，2013年發改委下發《關于完善核電上網電價機制有關問題的通知》，標志著20余年來核電上網電價“一廠一價”管理方式的終結，核電上網電價及保障性電量的確定有了明確依據。

04、市場空間——安全為前提，千億市場有望釋放

4.1、安全是核電產業發展的前提，目前國家政策支持核電發展

核電對政策依賴程度大，安全是核電產業發展的根本前提。由于核電的特殊屬性，我國核電項目均需經國務院的核準，所以國內核電產業發展對政策及政府態度的依賴較大。核電安全性是影響政府政策導向的關鍵因素，我國最新核準的福建漳州二期和廣東廉江一期核電項目要求“確保絕對安全”、“建設和運行安全萬無一失”。核安全事故往往會造成世界范圍內的核電發展停滯，如2011年福島核事故致使世界多個國家暫緩核電項目建設，我國也宣布暫停所有核電項目的審批。

4.2、政府要求積極安全有序發展核電，國內核電核準、在建項目上升態勢明顯

政策保持對核電支持的導向，《“十四五”現代能源體系規劃》要求積極安全有序發展核電。2022年國家發展改革委和國家能源局印發《“十四五”現代能源體系規劃》，保持了繼續支持核電發展的政策導向，規劃要求積極安全有序發展核電。在確保安全的前提下，積極有序推動沿海核電項目建設，保持平穩建設節奏，合理布局新增沿海核電項目。開展核能綜合利用示范，積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程，推動核能在清潔供暖、工業供熱、海水淡化等領域的綜合利用。切實做好核電廠址資源保護。到2025年核電運行裝機容量達到7000萬千瓦左右，相比2022年末的5563萬千瓦增長25.8%。

4.3、未來十年我國核電行業有望迎來高景氣度發展

核電作為穩定、高效的清潔基荷電源，還有較大的發展空間，按照2030年實現碳達峰目標，結合核電項目5年左右的建設周期，2025年前預計國內核電每年核準數量有望維持在6-8臺，此外中國核能行業協會預計，2030年前，我國在運核電裝機規模有望成為世界第一，在世界核電產業格局中占據更加重要的地位。預計到2035年，我國核能發電量在總發電量的占比將達到10%左右，相比2022年翻倍。