核电行业研究报告：积极安全有序发展核电，千亿市场有望释放

2023-06-13 22:30:20

（报告出品方/作者：德邦证券，俞能飞，唐保威）核心观点：核电具备多项优点，对实现“双碳”具有重要意义。核能发电是利用核反应堆中核裂变所

（报告出品方/作者：德邦证券，俞能飞，唐保威）

核心观点：

核电具备多项优点，对实现“双碳”具有重要意义。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式，其与火力发电极其相似，只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。核能发电过程中，不向大气排放二氧化碳等温室气体，不排放二氧化硫、氮氧化物等有害气体，相比水电、太阳能、风电等清洁能源，核电具有占地面积较小，年发电小时数高、发电量大，对电网影响小等特点。

专营特性较强，设备投资占比高。核电产业链以核电站为中心，上游主要是核燃料循环产业、核电设备制造产业等，下游则是通过电网公司向终端用户售电。其中核燃料环节受到国家专营限制，中核集团下属的中国原子能工业有限公司是国内唯一的核燃料生产、供应及贸易服务商；核设备生产环节主要企业有上海电气、东方电气、中国一重、哈尔滨电气等，主要分为核岛设备、常规岛设备及BOP设备，设备购置费占初期投资比例约28%-35%；核电站的投运管理环节目前只有中核、国电投、中广核、华能四家核电公司持有核电运营牌照，由于寡头垄断而形成行业高度集中。

安全是核电产业发展的前提，目前国家政策支持核电发展。由于核电的特殊属性，我国核电项目均需经国务院的核准，所以国内核电产业发展对政策及政府态度的依赖较大。核电安全性是影响政府政策导向的关键因素，我国最新核准的福建漳州二期和广东廉江一期核电项目要求“确保绝对安全”、“建设和运行安全万无一失”。目前随着福岛核泄漏事故影响的渐行渐远以及3060双碳目标指引，国家政策对核电发展持支持态度。2022年印发的《“十四五”现代能源体系规划》要求“积极安全有序发展核电”。在确保安全的前提下，积极有序推动沿海核电项目建设，保持平稳建设节奏，合理布局新增沿海核电项目。

国内核电核准项目上升态势明显，千亿市场有望得到释放。“十一五”规划做出“积极发展核电”的表述后，核电每年开工数量从2006年的2台增长到2010年的9台，核准数量也在2008年达到14台，这是近年来的高峰。2011年受到福岛核泄漏事故影响，当年的核准及开工项目均为0，此后核电发展较为平缓，2016-2018更是连续3年零核准。直到2019年，核电产业逐渐复苏，2022年获核准的核电数量达到10台，是2008年以后的最高峰。中国核能行业协会预计2030年前，我国在运核电装机规模有望成为世界第一。我们测算2023-2030年核电市场空间年均可达1593亿元，核电设备市场空间年均为494亿元，乏燃料后处理厂潜在市场空间年均可达264亿元，乏燃料后处理设备潜在市场空间年均可达106亿元。随着核电核准项目以及开工项目渐次增多，相关设备企业有望充分受益。

01、核电概述——核能发电的概念、历史及现状

1.1、核电具备多项优点，对实现“双碳”具有重要意义

核电利用核裂变释热能发电，具有占地面积较小、年发电小时数高、发电稳定等优势。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式，是实现低碳发电的一种重要形式。它与火力发电极其相似，只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。核能发电过程中，不向大气排放二氧化碳等温室气体，不排放二氧化硫、氮氧化物等有害气体，相比水电、太阳能、风电等清洁能源，核电具有占地面积较小，年发电小时数高、发电量大，对电网影响小等特点。

发展核电对实现“双碳”具有重要意义，在中国现代化能源体系中将发挥更加重要的作用。在全球范围内，核能不仅是实现双碳战路目标的重要支柱能源，更被视为能源现代化产业的工业技术集大成者，对能源清洁低碳转型和科技转型变革具有战略性带动作用。中国发展现代化核能产业，不但是中国能源现代化发展的重要组成，还是建设科技强国乃至社会主义现代化强国的整体需要。随着新时期中国能源电力发展更加重清洁低碳和安全高效，作为能量密度大、可利用率高、可靠近布置于负荷中心的优质清洁能源品种，核能在未来中国现代化能源体系中将发挥更加重要的作用，其中核电还将作为中国装备产业"走出去”的重要名片之一，为中国与有关国家开展双边合作提供重要议题。

1.2、核裂变打开核能利用大门，第四代核电站渐行渐近

核裂变现象的发现促进核能利用发展，苏联建成世界第一座核电站。1938年德国科学家奥托·哈恩发现了核裂变现象，此后因战争的原因，核研究被提上了议事日程。1942年12 月2日费米在芝加哥实现了世界上第一次受控的自持链式反应，被人称为“登上了原子能新大陆”。从1941年开始，美国着手建立用于第一颗原子弹爆炸式链式反应，曼哈顿计划的辉煌以1945年在阿拉莫斯的首爆为标志，随后在广岛和长崎上空进行了爆炸。1954年前苏联建成世界首座核电站，1961年美国建成世界第一座商用核电站，此后核电又经几十年的发展，压水堆巳做到电功率最大可达1450MW；热能/电能转换效率从28％提高到33％；每年运行时间可稳定在70％以上。其使用效率及经济性已达到或超过燃煤电站。

1.3、全球核电平稳发展，美法中装机占比较高

受安全事故影响较大，多年来全球核电平缓发展。纵观全球核电自上世纪90年代以来的发展，可以发现核电总装机容量处于平稳上升的态势。1990年全球核电装机容量为 318.3GW，到2022年末约为393.7GW，发展32年来核电总装机量的年均复合增速仅为0.67%。从2003年开始全球核电曾迎来快速发展期，2003年全球核电开工建设容量仅 0.2GW，此后连年上升，2008年开工建设的核电容量达到10.7GW，此后连续2年均保持在10GW以上。但是2011年发生的福岛核泄漏事故中断了这一发展势头，当年新开工的核电容量仅1.9GW，关停的核电容量却达到了11.4GW。

美法中装机占比超全球50%，机组单位容量持续提升。根据IAEA的数据，截至2023年4月底，全球核电总装机量约390GW，装机量最多的国家前三分别为美国、法国和中国，装机量分别为95.8GW、61.4GW、55.1GW，占全球总装机比例分别为24.55%、15.72%、14.11%，合计超过50%。从机组数量对应的总装机量来看，上世纪90年代以来机组单位容量处于持续提升状态，1990年全球范围内平均单个机组容量为765MW，目前年平均单个机组容量已经提高到了约900MW。

1.4、中国在建机组装机容量全球第一，主要核电堆型设备国产化率达90%以上

核电发展30年，在建机组装机容量全球第一。浙江海盐是中国大陆核电的发源地，自从我国大陆第一座核电厂——秦山核电厂1991年末并网发电以来，国内核能发电的应用已经走过30多年历史。2022年我国新核准5个核电项目共10台机组，新开工核电机组5台，截至2022年底，我国商运核电机组53台，总装机容量约55.6GW，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2.2%；全年核电发电量为4177.8亿千瓦时，同比增加2.5%，约占全国总发电量的4.7%，核能发电量居全球第二；我国在建核电机组23台，总装机容量2549万千瓦，在建机组装机容量继续保持全球第一。

02、原理与机制——利用裂变产生能量“烧水”发电

2.1、可控核聚变有望成为“终极能源”，商业化发展任重道远

核聚变能释放出更多能量，可以成为未来聚变动力堆的基础。核能的释放主要分为核聚变和核裂变，其中核聚变是由两个以上的较轻原子核结合成一个较重的原子核的核反应过程，聚变反应会释放出巨大的能量——是核裂变反应的四倍，而且聚变反应可以成为未来聚变动力堆的基础。各种计划要求第一代核聚变反应堆使用氘(重氢)和氚(超重氢)的混合物。理论上，只要有几克这些反应物，就有可能产生一太(万亿)焦耳的能量，这大约是发达国家的一个人在60年内所需要的能量。

核聚变优点众多，但作为能源需以可控为前提。相比核裂变，聚变拥有众多优势，聚变燃料丰富且容易获得；未来的聚变反应堆不会产生高放射性、长寿命的核废物；聚变反应堆几乎不可能发生熔毁，只要不维持高温高压就能立即停止反应。氢弹就是利用核聚变的能量，但其反应速率是不可控的，所以想安全利用核聚变发电，必须实现可控的核聚变。

2.2、核裂变是核能发电运用的主要原理，反应速率主要由“控制棒”控制

核裂变是目前核电站发电运用的主要原理，由中子撞击原子核产生。核电站目前主要是利用铀原子核裂变所发出的巨大能量来发电的，核裂变是指一个质量较重的原子核通过核反应过程分裂为两个或两个以上的中等质量的原子核的过程。并不是所有的原子核都能进行核裂变，只有因为质量过大而不稳定的原子核才会发生裂变。人类想要很好地控制核裂变，就需要利用诱发裂变，对核燃料“点火”，用来“点火”的物质就是“中子”，中子不带电，所以比带电粒子更容易进入原子核，干扰原子核的稳定。中子诱发核裂变，对中子的速度，靶原子核的种类等条件都有严格要求。

2.3、压水堆是世界核电站主力堆型，通过三回路交换热量驱动汽轮机发电

反应堆多种多样，压水堆以安全性成为首选。核电站堆型的分类方法有很多种，按用途分，可分为动力堆、生产堆、研究堆、特殊用途堆等；按照冷却剂和慢化剂来分，又可分为压水堆、沸水堆、重水堆、气冷堆、压力管式石墨沸水堆、快中子增殖堆等。全世界核电站中以压水堆、沸水堆所占的比例最大，而我国的核电站技术路线也以压水堆为主。压水堆是一种首先用于舰船的核动力堆，以水为冷却剂和中子慢化剂，结构紧凑，经济性、安全性好，安全是许多国家选用压水堆的重要因素，目前是全世界核电站的主力堆型。

压水堆核电站通过裂变产生热源“烧开水”，产生的蒸汽推动汽轮机做功发电。与火电厂相比，核电厂主要区别是锅炉不一样，火电厂的锅炉是烧煤的锅炉，核电厂的“锅炉” 是核反应堆，专业的术语叫“核岛”，即安全壳及其内部全部的设备或系统。核岛的核心是堆芯，主要由燃料组件及控制棒驱动系统组成。核裂变反应发出的热量被堆芯中的水所吸收，通过一回路流经蒸汽发生器，将热量交换给二回路中的水，二回路以及后面的流程与火电厂是一样的——高温将水转化为蒸汽驱动汽轮机运转，并带动发电机发电。三回路则通过凝汽器和海水等冷源将二回路的蒸汽冷却为水，这些水又被输送回去加热成蒸汽。核电站的三个回路完全隔绝。它们之间通过热传导不停地实现水的循环。

2.4、三回路的构成及作用详解

一回路发生核反应，核心部件包括压力容器、稳压器、蒸汽发生器、主泵等。一回路的核心使命是发生核反应，主要有压力容器、稳压器、蒸汽发生器、主泵等。核反应在压力容器中发生，把水加热到300多度；稳压器是为了保持压力在15.5MPa左右，从而令水在300多度下依然是液态；蒸汽发生器的作用是产生蒸汽，一回路的水在这里把热量传递给二回路，完成热量交接；主泵作用是让一回路的水流动起来，让热量可以持续的被传递。

二回路推动发电机发电，核心部件包括冷凝器、给水泵、汽轮机等。二回路的主要作用就是发电，一回路的热量通过蒸汽发生器传递给二回路后，由于二回路是常压状态，失去了稳压器提供的压力后马上变成蒸汽，之后流入汽轮机中，使汽轮机飞速转动，并带动发电机产生电力。冷凝器作用是收集汽轮机流出的蒸汽，再把它们变成水，之后送回蒸汽发生器。给水泵也是维持二回路的水/蒸汽不断流动的。

03、产业链拆解——专营特性较强，设备投资占比高

3.1、产业链以核电站为中心，部分环节具有专营特性

核电产业链以核电站为中心，上游主要是核燃料及设备制造，下游主要是电网。核电产业链是以生产核电产品为主线，以核电站为中心，围绕核能发电和技术支持将核燃料生产从事者与电网经营者联系在一起而形成的产业链条。核电产业链主要由五大产业构成，分别是核燃料提供、核配件制造、核工程建设、核废料处理以及核电站运营。以核电厂的视角看，上游主要是核燃料循环产业、核电设备制造产业等，下游则是通过电网公司向终端用户售电。

3.2、天然铀是核电主要燃料，我国目前储量较少

核燃料制作经历多个步骤，构成了核能工业的基础。压水堆是目前国内外核电厂广泛使用的反应堆堆型，核燃料使用铀-235含量为3%~5%的低浓度铀，制作核燃料的主要过程包括铀矿勘查、铀矿开采、铀冶炼、铀转化、铀浓缩和燃料元件组件制造，加上之后的核燃料（乏燃料）后处理以及放射性废物的处理，形成的循环系统称为核燃料循环，核燃料循环构成了核能工业的基础。

我国核燃料储量较少，天然铀主要集中在澳、哈、加、俄四国。天然铀作为核能发电的主要燃料，是核电产业的可持续发展基础。但从铀资源分布情况来看，天然铀主要集中在澳大利亚、加拿大、哈萨克斯坦和俄罗斯等几个国家，其中澳、哈、加、俄4国天然铀储量合计占比超过全球50%，而我国储量占比仅3%，相对来说仍然属于贫铀国。目前我国铀资源主要集中在江西、新疆、广东、辽宁等地。根据NEA、IAEA、中国核能行业协会等机构数据，截至2019年初世界范围内已探明可采铀资源总量（开采成本低于260美元/ 千克铀）807.04万tU，较2017年增长1.0%；2021年全球天然铀产量为4.7万tU，较2020年基本持平。

3.3、燃料元件组件是核燃料的基本单元，具有较高技术含量

燃料元件是核燃料的基本单元，由浓缩铀经一系列工序制成。经过提纯或同位素分离后的铀，不能直接用作核燃料，还要经过化学、物理、机械加工等复杂且严格的过程，先转化成二氧化铀芯块，然后放入包壳管内组装成燃料棒，得到燃料元件。核燃料元件种类繁多，一般都由芯体和包壳组成，按组分特征，可分为金属型、陶瓷型和弥散型三种；按几何形状分，有柱状、棒状、环状、板状、条状、球状、棱柱状元件；按反应堆分，有试验堆元件，生产堆元件，动力堆元件等；按物理形态分，有固态核燃料、液态核燃料（溶液堆、熔盐堆）等。

3.4、核电站由核岛、常规岛及BOP构成，装备国产化能力不断提升

核电站主要由核岛、常规岛及BOP组成，不同部分拥有多项核心设备。压水堆核电站主要由核岛、常规岛和电站配套设施（BOP）等组成。核岛主要包括蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯等几大部分；常规岛主要包括汽轮机组及二回路其它辅助系统，与常规火电厂类似；辅助系统设备是核岛和常规岛之外的公用设施，主要包括维持电厂正常运行所需的系统、专设的安全设施和系统、放射性废物处理系统等。

核电站工程建设非完全竞争，常规岛、BOP工程难度和特殊性不及核岛。工程建设方面，由于核电产业的特殊性，核电工程建设市场为非完全竞争市场，行业内竞争企业数量有限。常规岛和BOP工程建设市场，由于工程难度和特殊性不及核岛建设，目前国内参与竞争的企业较多，包括各大型建筑企业、火电建设企业等，市场竞争较为激烈。核岛工程多采用邀请招标制度，核电站前期工程、辅助设施工程及常规岛工程多采用公开招标制度。

3.5、设备购置占核电站投资比例最大，核岛技术要求高

核岛设备技术含量最高，价值量占比大。核电站各系统的设备约有48000多套件，其中机械设备约6000套件，电器设备5000多套件，仪器仪表25000余套件，总重约6.7万吨。一座2*600MW的压水堆核电站约有290个系统，分别归属核岛（NI）、常规岛（CI）和电站辅助设施（BOP）。其中核岛设备是承担热核反应的主要部分，技术含量最高，对安全设计的要求也最高，核岛主设备政策准入较严，集中度较高，市场主要被东方电气、上海电气、哈电集团和中国一重等大型国企垄断；常规岛设备主要承担发电，在技术上不区分第2代和第3代，技术上代际差较小，要求也没有核岛设备要求严格；辅助系统的工程规模比较小，以上三种设备在核电站的造价中所占到的比例约为5：3：2。

3.6、核电投运环节准入门槛极高，国内仅四家公司具有核电运营牌照

核电投运环节准入门槛极高，项目建设需要国务院核准。鉴于国家对于核安全、环保的高度重视，政府对核电项目及业主采取核准、发放许可证、执照等方式，对投资主体进入市场进行管理。核设施营运单位进行核设施选址、建造、运行、退役等活动，应当向国务院核安全监督管理部门申请许可；根据《政府核准的投资项目目录（2016年本）》核电站属于需要经国务院核准的重大投资项目。因此核电站的投资运营有着极高的准入门槛。

3.7、乏燃料中含有宝贵的裂变材料，通过后处理提取

乏燃料即反应堆使用过的核燃料，其中含有宝贵的裂变材料。乏燃料是从反应堆中卸出的受过中子辐照且不回到该反应堆中再使用的核燃料。由于乏燃料中含有未“烧完”的易裂变物质铀-235（比天然铀中的铀-235浓度还高），新生的易裂变物质钚-239以及大量的铀-238等元素，回收这些宝贵的裂变燃料以便再制造成新的燃料元件或用做核武器装料是后处理的主要目的。乏燃料后处理具有放射性强，毒性大，有发生临界事故的危险等特点，要由国家许可的专门容器、专用车辆、专营公司来装卸和运输，以确保安全。

3.8、核电出力稳定，发电量优先上网

核电发电量优先上网，上网电价目前较为稳定。核电行业的下游产业主要是通过电网公司向终端用户售电。2017年发改能源印发的《保障核电安全消纳暂行办法》提出核电应遵循“确保安全、优先上网、保障电量、平衡利益”的基本原则实行保障性消纳，按优先保障顺序安排发电。定价机制方面，2013年发改委下发《关于完善核电上网电价机制有关问题的通知》，标志着20余年来核电上网电价“一厂一价”管理方式的终结，核电上网电价及保障性电量的确定有了明确依据。

04、市场空间——安全为前提，千亿市场有望释放

4.1、安全是核电产业发展的前提，目前国家政策支持核电发展

核电对政策依赖程度大，安全是核电产业发展的根本前提。由于核电的特殊属性，我国核电项目均需经国务院的核准，所以国内核电产业发展对政策及政府态度的依赖较大。核电安全性是影响政府政策导向的关键因素，我国最新核准的福建漳州二期和广东廉江一期核电项目要求“确保绝对安全”、“建设和运行安全万无一失”。核安全事故往往会造成世界范围内的核电发展停滞，如2011年福岛核事故致使世界多个国家暂缓核电项目建设，我国也宣布暂停所有核电项目的审批。

4.2、政府要求积极安全有序发展核电，国内核电核准、在建项目上升态势明显

政策保持对核电支持的导向，《“十四五”现代能源体系规划》要求积极安全有序发展核电。2022年国家发展改革委和国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》，保持了继续支持核电发展的政策导向，规划要求积极安全有序发展核电。在确保安全的前提下，积极有序推动沿海核电项目建设，保持平稳建设节奏，合理布局新增沿海核电项目。开展核能综合利用示范，积极推动高温气冷堆、快堆、模块化小型堆、海上浮动堆等先进堆型示范工程，推动核能在清洁供暖、工业供热、海水淡化等领域的综合利用。切实做好核电厂址资源保护。到2025年核电运行装机容量达到7000万千瓦左右，相比2022年末的5563万千瓦增长25.8%。

4.3、未来十年我国核电行业有望迎来高景气度发展

核电作为稳定、高效的清洁基荷电源，还有较大的发展空间，按照2030年实现碳达峰目标，结合核电项目5年左右的建设周期，2025年前预计国内核电每年核准数量有望维持在6-8台，此外中国核能行业协会预计，2030年前，我国在运核电装机规模有望成为世界第一，在世界核电产业格局中占据更加重要的地位。预计到2035年，我国核能发电量在总发电量的占比将达到10%左右，相比2022年翻倍。