四代核電自2000年開啟研究
三代核電技術是指滿足美國《先進輕水堆用戶要求》和《歐洲用戶對輕水堆核電站的要求》的反應堆堆型。上世紀90 年代,為解決三里島和切爾諾貝利核電站的嚴重事故的負面影響,世界核電界集中力量對嚴重事故的預防和后果緩解 進行了研究和攻關,美國和歐洲先后出臺《先進輕水堆用戶要求》文件和《歐洲用戶對輕水堆核電站的要求》,進一 步明確了防范與緩解嚴重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。第三代核電機型主要有AP1000、EPR 、ABWR、APR1400、AES2006、ESBWR、CAP1400、華龍一號。
四代核電有六種候選堆型。美國于2000年發起“第四代核能系統國際論壇(GIF)”,希望能更好地解決核能發展中的可 持續性(鈾資源利用與廢物管理)、安全與可靠性、經濟性、防擴散與實體保護等問題。第四代核能系統最顯著的特 點是強調固有安全性,是解決核能可持續發展問題的關鍵環節。GIF提出六種堆型,包括鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快 堆、超臨界水堆、超高溫氣冷堆和熔鹽堆。行波堆和加速器驅動的次臨界系統(ADS)也可以滿足第四代堆的要求。
GIF提出六種候選堆型
三代核電技術是指滿足美國《先進輕水堆用戶要求》和《歐洲用戶對輕水堆核電站的要求》的反應堆堆型。上世紀90 年代,為解決三里島和切爾諾貝利核電站的嚴重事故的負面影響,世界核電界集中力量對嚴重事故的預防和后果緩解 進行了研究和攻關,美國和歐洲先后出臺《先進輕水堆用戶要求》文件和《歐洲用戶對輕水堆核電站的要求》,進一 步明確了防范與緩解嚴重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。
四代核電有六種候選堆型。美國于2000年發起“第四代核能系統國際論壇(GIF)”,希望能更好地解決核能發展中的可 持續性(鈾資源利用與廢物管理)、安全與可靠性、經濟性、防擴散與實體保護等問題。第四代核能系統最顯著的特 點是強調固有安全性,是解決核能可持續發展問題的關鍵環節。GIF提出六種堆型,包括鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快 堆、超臨界水堆、超高溫氣冷堆和熔鹽堆。行波堆和加速器驅動的次臨界系統(ADS)也可以滿足第四代堆的要求。
我國鈉冷快堆最先有望投入商用,高溫氣冷堆或在規劃三個廠址
四代核電有六類最有前景的核系統,其中兩類為氣體(氦)冷卻反應堆,另兩類是液態金屬(鈉、鉛合金)冷卻堆, 還有一類超臨界水冷堆,最后一類是熔鹽冷卻堆 。 我國已建成鈉冷快中子實驗堆(CEFR),正在建設2個600MWe( CFR600)鈉冷快中子示范核電站。其中,使用MOX燃料的先進鈉冷快堆在本世紀投入商用的可能性最大。高溫氣冷 堆能夠進行核能制氫。清華大學于20世紀70年代中期開始研發高溫氣冷堆,HTR-10高溫氣冷堆實驗堆于20世紀90年代建成。作為國家科技重大專項的200MW HTR-PM示范核電站已投入商運。
中國高溫氣冷堆或在規劃三個廠址。根據佳電股份2023年12月14日在投資者互動平臺表示,公司主氦風機是第四代核 能系統安全特性的高溫氣冷堆核心設備,氦氣壓縮機系統是公司向系統集成商轉型的又一成功案例,將進一步保證高 溫氣冷堆關鍵核心設備的自主可控。可以預見我國或已規劃CX項目、江蘇綠能、XX綠能三個廠址。
高溫氣冷堆產氫
高溫氣冷堆能夠進行核能制氫。超高溫氣冷堆可在700℃到950℃的堆芯出口溫度范圍內供應核熱和電力。新技術路線 進一步提升反應堆出口氦氣溫度達1000℃,采用氦氣透平循環,提高熱效率;同時使核能生產延伸到為工業提供高溫 工藝熱,包括利用核能的高溫制氫,以提高制氫的效率。核能制氫就是將核反應堆與采用先進制氫工藝的制氫廠耦合, 進行氫的大規模生產。
與壓水堆發電-常規電解制氫相比,高溫氣冷堆經熱化學循環或高溫電解制氫具有明顯的成本優勢。美國能源部在核氫 創新計劃下進行了核能制氫經濟性評估,得到的氫氣成本在2.94~4.40 美元 /kg。IAEA開發了氫經濟評估程序,參與國 對核能制氫成本進行了情景分析,在不同場景下得到的氫氣成本在2.45~4.34美元/kg。
中國是世界上第8個擁有鈉冷快堆技術的國家
中國是世界上第8個擁有鈉冷快堆技術的國家。2000年5月,中國實驗快堆(鈉冷)開工,于2011年7月成功并網發電 。2017年,福建霞浦鈉冷快堆60萬千瓦示范快堆工程開工,計劃于2023年建成投產。 法國快中子反應堆起步較早。1967年8月投入“狂想曲”(Rapsodie)反應堆,1970年2月停止運行。250MW的“鳳凰”( Phenix)原型堆1974年3月滿功率運行,該1977年后整個堆芯均采用混合氧化物燃料,2009年停堆。1977年開始建造 1200 MWe的“超鳳凰”(Super Phenix)示范堆,1985年9月達到臨界,1998年停堆。 俄羅斯有長期運營鈉冷快堆的經驗。BN600 1980年商運,80萬千瓦的BN800于2016年10月31日商運,是全球在運的 最大的鈉冷反應堆。還計劃建設一座功率為120萬千瓦的更大型鈉冷反應堆,目前已完成設計,首堆將于2026年啟動 建設,2032年并網發電。
閉式循環是我國國策,后處理投資額有 望隨核電機組批復加速而提升
核電站建設加速有望帶來乏燃料后處理方向的投資額提升
核電站建設加速有望帶來乏燃料后處理方向的投資額提升。根據測算,預計2025年我國年乏燃料產生量約為1525噸, 累計量達14963噸;2030年乏燃料產生量將達到2749噸,累計量將達到24856噸。2035年前我國需要新建3-4個800t/ 年處理能力的乏燃料處理廠方能達到平衡。 我國乏燃料處理能力與國際相比差距較大。法國擁有1700t/a的乏燃料后處理能力,而我國乏燃料處理能力較弱,據《 “十四五”規劃和2035遠景目標綱要》,至25年運行裝機容量70GW,屆時中國核電裝機容量有望超過法國,后處理需 求迫切。
我國鈾礦石產能與高速發展的核電事業不匹配,僅靠一次資源無法解決供需缺口
我國鈾礦石產能與高速發展的核電事業不匹配,僅靠一次資源無法解決供需缺口。據《鈾紅皮書2020》,截至2021年1月1日,中國已 探明原地鈾資源總量為339500tU,其中包括154470tU合理保證資源量(RAR)和185,030tU推斷資源量(假設自二零一八年底以來未 發現新資源量)。與2020年相比,由于2019年和2020年的采礦枯竭,RAR資源減少4500tU。在所有已查明的資源中,約58%適合進行 地浸開采,55%屬于成本低于80美元/千克單位的類別。在這個成本類別中,91%的資源適合地浸開采,其余的用于常規地下開采。但 產能與我國核電事業的高速發展不匹配。 假設1:根據《鈾紅皮書2020》,中國國有鈾礦產能1600噸/年(實際生產及可探明儲量130美元/kgU開采成本以下)。如果鈾礦 按130 美 元 /kgU 開 采 成 本 以 下 的 現 有 產 能 、 閑 置 產 能 和 承 諾 新 建 產 能 生產,2025/2030/2035/2040年對應產能為 1800/2000/2000/1500噸;按照130美元/kgU開采成本以下的現有和未來規劃產能生產,2025/2030/2035/2040年對應產能為 2000/2400/3000/3500噸。 假設2:核電發展悲觀按每年開工6臺機組,樂觀按每年核準10臺機組。
后處理方案比“一次通過”更加經濟
法國成熟使用混合氧化物(MOX)燃料。法國自1987年開始在壓水堆中使用后處理回收钚制成的MOX燃料,截止 2014年累計使用4500組MOX燃料組件。在運的58臺壓水堆核電機組中,目前有24臺900MW的機組具有裝載MOX燃料 的許可,22臺使用MOX燃料混合堆型,每次換料40組燃料組件,其中12組為MOX組件,占比30%,MOX燃料平均钚 含量為8.65%與UO2燃料在發電方面的價值完全對等。
后處理方案比“一次通過”更加經濟。根據經合組織核能署研究,購買鈾所需費用約占壓水堆燃料循環總成本的 30%~50%,占總發電成本的5%~20%。顯然,與化石燃料相比,核能發電成本對燃料價格波動的敏感度要低得多。根 據國家國防科技工業局核技術支持中心2023年的研究成果,“一次通過”的單機組燃料循環成本每年為8786.77萬美元, 當MOX燃料組件制造成本較低時(與UO2燃料組件制造價格的比值為4),后處理方案明顯比“一次通過”方案經濟,單 機組后處理燃料循環成本8105.5萬美元,便宜約7.8%;當MOX燃料組件制造成本較高時(與UO2燃料組件制造價格的 比值為6),后處理方案的經濟性與“一次通過”方案相當,為8646.9萬美元,便宜約1.6%。因此,在不影響核電站經濟 成本的情況下,后處理能夠大大緩解鈾一次資源不足的現狀。
重點公司分析
佳電股份
佳電股份是我國特種電機的創始廠和主導廠,已實現工業電機類產品全覆蓋,全力打造“建設世界一流電驅動系統制造和服務企業”。公 司主要產品和業務范圍有防爆電機、起重冶金電機、普通電機、智能電機、高效節能電機、永磁電機、軋機用變頻同步電機、直流電機 、濕繞組電機、屏蔽電機電泵、核電屏蔽式反應堆主冷卻劑泵電機、核電軸封式反應堆主冷卻劑泵、核電小堆主冷卻劑泵、核電廠用各 類電動機、核三級屏蔽泵、核電廠海水循環泵、高溫氣冷堆主氦風機、高溫氣冷堆氦氣壓縮機、電氣控制及系統成套設備等,同時承接 各類電機的節能改造、再制造以及維修維保業務。公司產品廣泛應用于機械煤炭、石油化工、起重冶金、水利電力、航空航天、管道輸 送、船舶等行業以及核電站等國家重點建設項目。
高溫氣冷堆核心配套:公司主氦風機是第四代核能系統安全特性的高溫氣冷堆核心設備。公司是國內專業的核用電動機設計及制造供應 商,供貨業績在同行業中處于領先地位,在海陽3/4號機組、三門3/4號機組、陸豐5/6號機組、漳州一期、昌江二期、太平嶺一期、三澳 一期、田灣7/8、徐大堡3/4等多個項目中均有相關產品配套。
海陸重工
海陸重工主要從事工業余熱鍋爐、大型及特種材質壓力容器和核安全設備的制造銷售業務,以及固廢、廢水等污染物處理和回收利用的環境 綜合治理服務及光伏電站運營業務。在國內工業余熱鍋爐領域,公司產品一直保持市場占有率第一。同時公司產品出口多個國家和地區。公 司具備核反應堆“心臟”設備——堆內構件的制造能力和資格,生產的核電桶體吊籃替代了我國長期依賴進口的狀況,填補了國內空白。 2017年公司通過重大資產重組,擁有江南集成100%股權,增加光伏電站EPC業務。
核電方面,2023年營業收入占比2.86%,毛利率為30.52%。公司自 1998 年起涉足核電領域,而后取得民用核承壓設備制造資格許可證,公 司的核安全設備包括:安注箱、堆內構件吊籃筒體、堆內構件吊具、乏燃料冷卻器、硼酸冷卻器、冷凝液冷卻器、再生式熱交換器、非能動 余熱排出系統、穩壓器卸壓箱、硼酸貯存箱、容積控制箱、應急補水箱、柴油機主貯油罐、安全殼內換料水箱返回槽等。
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