环保及公用事业行业深度研究报告：华创证券新能源运营商研究工具书之核电篇

2021年后煤炭供需持续偏紧导致火电承压，同时风光平价后一定程度上影响项目的收益水平，在此背景下火电与风光运营板块持续受到扰动。站在当前时点，原料成本稳定且电价没有明显下行压力的核电优势愈发凸显。我们承接前三篇对于风电与光伏运营商的讨论，推出华创证券新能源运营商研究工具书系列第四篇——核电篇。我们首先对核电行业基本概念进行梳理，详细分析核电行业政策走向，对核电发展历史复盘的同时，从短期视角分析核电收入端具有上涨态势以及长期视角下核电成本端具有下降趋势的发展格局。 核电行业基础知识梳理及政策分析：核电设计原理复杂，前期投入较高，维护难度较大，我们结合核能发电原理对核电产业的利弊现状进行分析，同时描绘了核电的全产业链图。行业政策方面，由于核电技术壁垒高，核准需由国务院审核，因此受政策影响较大；同时对核电的定价政策进行梳理总结。 历史复盘与国际对比：从我国看：从起步到适度发展再到积极快速发展，我国核能发电已进入新时代，随着“华龙一号”“国和一号”以及第四代核电技术研发的进展，我国核电技术已经位列世界顶尖水平。从世界范围来看：核电在不断试错中逐步迈入新时代。全球核能发电发展史可以划分为4个阶段：验证示范阶段，高速发展阶段，减缓发展阶段，开始复苏阶段。 短期视角看：核电量价齐升逻辑逐渐显现。1）量的角度：审批恢复推动装机增长，电力市场化促进发电量上升：在碳中和大背景下，核电因其直接间接碳排放均低于其他模式，更加顺应政策实施，作为基荷电力更具成长空间；2019年后我国核电走出福岛核事故阴霾，审批制度恢复助力年新增6-8台机组，打开核电成长空间。随着电力市场化改革，在保供电量不变的情况下，电力市场化改革有利于核电利用小时数提升，最终提升核电市场化电量。2）价的角度：电价上浮空间打开，业绩有望加速释放。1439号文不仅打开电价上浮空间，而且取消了工商业目录电价，逐步将全部工商业用户纳入电力交易市场，后续市场电比例有望稳步提升。整体社会的市场电比例提升，市场电量价齐升推高核电营收水平。在市场化电量占比35%-50%的情形下，电价上浮5%-10%，核电机组项目IRR将较基准情况（8.51%）可提升0.52-1.04个百分点。 长期视角看：核电降本增效仍有空间。1）折旧占成本比重最大，技术路线不断成熟后仍有下降空间。核电折旧占成本比例近四成，三代机组技术路线不断成熟后成本仍有下行空间，国内三代核电站同类型机组投资成本随数量的增加有下降态势，同时核电设备市场广阔，不同部分面临不同降本机会。2）中间环节参与者众多，不同角色面临多种降本机遇。核岛是核电站的核心，且平均毛利达45%以上，存在较大让利弹性；常规岛国产化率达85%以上，民营企业占比逐渐提升；BOP设备民营企业百花齐放，市场化提升有望进一步压缩成本。3）初始投资成本下降对项目IRR的提升更为明显，若未来十年核电初始建造成本下降15%可提升项目IRR约5.59个百分点。参考二代机组成本下降速度及幅度，其他情况不变下，初始投资成本下降5%/10%/15%，项目IRR收益将较基准情形（8.51%）分别提升1.22-4.26个百分点；若电价同时能够提升10%，则较基准情形的项目收益（8.51%）可分别提升2.35-5.59个百分点。 投资建议：核电后续将稳步推进，电价上浮叠加成本的回落将进一步提高业绩弹性，建议关注量价齐升明显，新能源转型稳步推进的中国核电，建议关注中国广核。 风险提示：核电新增装机不及预期，电价上升难以持续，核电安全事故等。 投资主题 报告亮点 行业全复盘：抽丝剥茧，呈现全貌。在新能源运营商工具书第四篇——核电篇中，我们在充分剖析核电基础知识和行业政策的情况下，按照历史脉络展开核能发电的过往，结合当前核电政策与电价新规分析核电未来发展增量并推测利润空间。 从时间视角看核电后续如何演绎。从短期营收增长和长期成本下降两个方面进行深度挖掘，梳理出核电未来量价齐升逻辑以及降本增效趋势，并通过核电建设成本、市场化交易比率和电价浮动的弹性测算，对核电项目的收益率进行测量。 投资逻辑 结合本篇报告的主题，我们认为在“双碳”背景下，核电运营商有望受益。 短期来看：电价上浮叠加市场化进程的推进将进一步提高业绩弹性；长期来看，随着核电机组国产化进程稳步推进，建造成本中枢在未来十年有望持续下移。建议关注量价齐升明显，新能源转型稳步推进的中国核电，建议关注中国广核。 一、核电行业基础知识 （一）核能发电理论概要 1、核能发电原理 将原子核裂变所释放的核能转变为电能的系统和设备称之为核电站，核能发电的过程本质上是能量转换的过程，原子核裂变过程中核能转化为热能，生成蒸汽，热能转化为机械能推动汽轮机运转，最终机械能转化为电能产生电力。 图表1核能发电原理 商用核电反应堆根据反应堆冷却剂/慢化剂和中子能分类。按照冷却剂/慢化剂的不同，反应堆一般可分为轻水堆(包括压水堆和沸水堆等)、重水堆及气冷堆。按照所用的中子能量，反应堆一般可分为慢(热)中子堆或快中子堆。 图表2全球核电站使用的主要堆型一览 截止2021年11月15日，全球在运核电机组共442台，其中采用压水反应堆技术的共305台，占比达到69%，全球堆型情况如下图: 图表3全球堆形情况（截止2021年11月15日） 图表4全球堆形情况（截止2021年11月15日） 压水堆核电站主要由原子核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统和设备组成。 一回路系统是将裂变能转化为水蒸汽的热能装置。原子核反应堆内产生的核能，使堆芯发热温度升高，高温高压的冷却水在主循环泵驱动下，流进反应堆堆芯，将堆芯中的热量带至蒸汽发生器。蒸汽发生器再把热量传递给二回路循环系统中的给水，使给水加热变成高压蒸汽，放热后的冷却水又重新流回堆芯。这样不断地循环往复，构成一个密闭的循环回路。 二回路中蒸汽发生器的给水吸收了一回路传来的热量变成高压蒸汽，然后推动汽轮机，带动发电机发电。作功后的废气在冷凝器内冷却而凝结成水，再由给水泵送入加热器加热后重新返回蒸汽发生器，再变成高压蒸汽推动汽轮发电机作功发电，这样构成了第二个密闭循环回路。 综上所述，压水堆核电站将核能转变为电能是分四步，（1）反应堆—将核能转变为水的热能；（2）蒸汽发生器—将一回路高温高压水中的热量传递给二回路的水，使其变成饱和蒸汽；（3）汽轮机—将饱和蒸汽的热能转变为汽轮机转子高速旋转的机械能；（4）发电机—将汽轮机传来的机械能转变为电能。 图表5压水堆核电站工作原理示意图 2、核能发电利弊分析 基于我国现阶段能源战略为能源可持续发展推动经济社会可持续发展，而当前我国能源太依赖于煤炭等化石燃料，因此核电作为清洁能源之一得到了大力发展，其主要优势有： （1）绿色环保污染低。作为清洁能源的核电，其碳排放量低，并且不会直接排放二氧化硫、氮氧化物或是温室气体污染空气。不仅相比于传统的火电，较其他清洁能源而言温室气体排放量也更低。 （2）发电成本低且稳定。核电成本主要来源于前期建造投入，燃料费用占比较低。核能发电以少量的核子燃料便可产生巨大的能量，低浓缩铀1吨具有的能量相当于燃烧5万吨重油产生的能量。因此核能发电成本低且比较稳定，受国际经济形势动荡影响较小。 （3）发电稳定且利用率高。相比其他可再生能源发电方式，例如水电、风电、太阳能发电，核电能源输出更加稳定，不易受气候天气季节的影响，使用频率、利用小时数更高。 （4）存储运输方便。核燃料能量密度大，所以燃料所占体积小，更加易于运输存储。 （5）核燃料资源丰富。全球核燃料供应充足，核燃料有铀、钍等等，地球上可供开采的核燃料资源可提供的能量是矿石资源的十多万倍。 图表6 2021年2-12月发电设备平均利用小时 不可否认，核能发电现阶段还存在一定的劣势，未来行业发展要致力于克服这些缺点。 主要表现为： （1）核电热效率低。核能发电过程复杂，涉及到多种能量的转换因此能量的损失大，在水蒸汽冷凝过程中带走的热量大约占总热量的3/4，核电站的热效率仅为30%-35%。 （2）热污染。核电站排放的水蒸气中含有大量的废热，这部分热量进入地表水使得水温升高，不仅使水体恶化，还会影响海洋生物的生存。 （3）安全顾虑大。即使各个国家采取各种技术措施来保证核安全，但是一旦发生意外不受控制（如日本2011年福岛核事故）将会造成不可逆转的伤害。公众对于核泄漏核辐射的恐惧也使得核能发电一直备受争议。 （4）核废料处理难度大。使用过的核废料具有极强的辐射，如果不正确处理核废料将会对人体、生物都会造成毁灭性的危害，而核废料的处理对技术和成本的要求都很高。 3、核电技术类别 从核电站技术演变来看，主要可划分四代核电技术。其中，第一代是实验性的核电站，主要目的是为了通过试验示范形式来验证其核电在工程实施上的可行性；目前已经基本全部退、役；第二代核电技术的安全性较第一代有所提升，但应对严重事故的措施仍然薄弱，具有标准化、系列化、批量化的特点；第三代核电技术是现在的主流，安全性更高，建造周期缩短，寿命延长；第四代核电技术设计目的在于防止核扩散，产生核废料更少，安全经济性提升。 目前我国新建均为三代机型，正在逐步取缔二代+机组成为主力，四代核电技术正在研发，取得世界领先水平。2021年9月，世界首个钍核反应堆在甘肃成功运行，该核反应堆功率2兆瓦却能为约1,000户住户提供电能。根据此次测试结果，中国或将于2030年前建造一个为10万居民提供电力的373兆瓦钍核反应堆。我国是第一个尝试这项技术实现商业化的国家，同时也有望成为该技术的出口国。 图表7核电技术类别 图表8第一代核电技术——美国希平港核电站 图表9第二代核电技术——中国秦山核电站 图表11第四代核电技术——中国石岛湾高温气冷堆核电站 图表10第三代核电技术——中国台山核电站 （二）中国核电发展基础 我国是一个海陆兼具的国家，自北向南濒临渤海、黄海、东海、南海，大陆海岸线长达18000多千米，核电站选址的选择多。核电站对安全性要求极高，为了尽可能避免地震造成核泄漏等安全隐患，因此核电站需要建在地质比较稳定的地方。虽然我国是个地震多发的国家，但地震分布的区域特征明显。主要地震带位于东南部的台湾和福建沿海，华北太行山沿线和京津唐地区，西南青藏高原和边缘四川、云南两省西部、西北的新疆、甘肃和宁夏。我国地震带大多位于内陆地区，与核电站分布相悖，而东南沿海地震带未出现8.0级以上地震，并且对于核电站的选址会核查该地区2000年前的地震记录，向后预测50年一遇地震发生的概率。中科院院士陈教授表示中国的核电站都没有建设在地震带上。 图表12中国大陆核电厂分布图(截至2020/4/27) 图表13中国强震及地震带分布图 我国核电站建设在沿海地区，与用电量分布相符。东南沿海地区经济发达，上海市、广东省等一些经济发展迅速的省份大多分布在此。其他能源发电地区与用电高负荷中心较远，经济发展缓慢消纳能力弱，需要通过电网远距离集中外送，导致不可避免的能量损耗。对于核电而言，用能中心与产能中心高度重合，因此不存在以上问题，减少能耗，并且也能根据用电需求更加灵活的调整发电。 图表14中国沿海地区用电需求较为旺盛 （三）核电产业图谱 核电产业上游是核燃料的开采（铀矿为主），由于我国的铀矿品质低且开采成本高，对进口依存度高。但随着钍基熔盐堆技术的发展，钍燃料将会成为主要核电原材料，有望打破我国对核燃料进口的依赖现状。核电产业的中游是核岛、常规岛、辅助设备建造，我国的核电设备制造体系已较为完善，自主研发卓有成效，打破他国技术垄断，能够进一步降低设备造价。核电产业下游是核电站开发运营及乏燃料处理，截止2021年11月18日，我国在建核电机组数量为14台，总装机容量1388万千瓦。在建机组装机容量连续多年保持全球第一。运行核电机组共52台，总装机容量4959万千瓦，占全国累计发电量的4.9%。 随着我国核技术研发持续投入，完善核安全法规及标准，国际合作深入化，我国在核电技术方面的实力跻