核电装备行业深度：核电燃料储运设备国产化将迈入加速期

核电装备行业深度-核电燃料储运设备国产化将迈入加速期 机械设备行业 推荐(维持评级) 核心观点:分析师 政策发力引导核电复苏，2023-2025年我国核电装备市场空间或达千亿元。截至2022年9月，我国在运核电机组数量54台，2022年核电机组核准数量已达10台，是2008年以来核准数量最多的年份。“十四五”期间我国核电运行装机容量要达到7000万千瓦，按每台核电机组100万千瓦装机容量计算，核电每年市场空间或达千亿，约825-1350亿元，对应核电装备每年市场空间413-675亿元，则2023-2025年我国核电装备市场空间或超千亿元。 新燃料运输容器国产化发展势头良好，2023-2030市场空间约15亿元。我国核电产业起步较晚，此前新燃料储运容器主要由国外购入，近十年进口数量约480个。国外新燃料运输容器单价较高，约400万元/台。近年国内自主设计多款新燃料组件运输容器，获得了监管部门对设计、制造的批复。中广核ANT-12A型新燃料运输容器2022年国内厂商订单已超百台。需求端看，国产替代的趋势下，按目前500台保有量计算，2023-2030年新增约1000台规模，对应市场空间约15亿元。考虑存量更新情况下，新燃料运输容器2023-2030年均市场空间4.5亿元，复合增速18.7%。 乏燃料离堆储运需求大，所用运输容器市场空间超千亿，首台国产运输容器已于2021年下线，中性预期2023-2030年均市场空间23亿元。我国乏燃料后处理能力薄弱，目前乏燃料处理能力只有50吨/年，在建处理能力也仅为200吨/年。截至2020年底，在运压水堆核电站已累计产生乏燃料约6200tHM，其中约90%贮存在堆水池中。核电发电量的扩张促使我国乏燃料产生量逐年增长，到2030年乏燃料产出1803吨/年，累计产出23110吨。按照电站内水池屯放乏燃料10年来测算乏燃料运输容器年市场需求与我国乏燃料处理能力建设进度较为匹配，按此测算，到2040年乏燃料累计运出需求量超2万吨，对应市场空间达千亿。我国自主设计制造的首台百吨级乏燃料运输容器于2021年6月下线，国产设备前景广阔。 投资建议：建议重点关注已经形成新燃料运输容器批量订单的企业科新机电、受益于我国乏燃料处理能力建设进程的景业智能，建议关注兰石重装、中集安瑞科、日月股份等。 风险提示：核电安全风险及相关政策变动；扩产节奏低于预期；测算误差风险；技术研发及推广不及预期风险，乏燃料运输容器的研发难度较高，且核燃料运输装备的设计、生产均需要一定资质，验证周期可能较长。 鲁佩 ：021-20257809 ：lupei_yj@chinastock.com.cn 分析师登记编码：S0130521060001 特此鸣谢：贾新龙相关研究 【银河机械】机械设备行业点评报告：核电机组核准数量超出预期，关注设备端投资机会 行业深度报告●机械设备 2023年01月10日 1 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 目录 一、核电技术发展助力双碳背景下核电复苏3 （一）核电技术已发展至第五代，新建电站以三代为主3 1、核能发电是通过核燃料裂变能转化为电能的过程3 2、核电站按照冷却剂和慢化剂分为轻水堆、重水堆、石墨气冷堆、高温气冷堆、快中子堆等3 3、核电技术的发展从第一代到第四代，甚至第五代也被提出4 （二）核电装机筑底向上，核电装备率先受益5 1、“十四五”期间我国核电运行装机容量预计达7000万千瓦5 2、核电装备市场空间或达千亿元7 （三）核电复苏趋势下建议关注上游核电燃料环节8 1、核燃料组件主要包括直接加工及乏燃料加工两种类型8 2、核燃料组件一般由燃料棒和燃料组件骨架组成10 （四）我国实行闭式核燃料循环政策，对核燃料的储运及处理提出更高要求10 1、我国铀矿资源不丰富，对外依存度常年维持在70%以上10 2、中国坚定执行闭式核燃料循环政策11 二、新燃料运输容器实现国产批量化生产，2023-2030年均市场空间4.5亿元12 （一）核燃料组件运输路程较长，高质量运输容器至关重要12 （二）我国新燃料运输容器长期依赖进口，近年开启国产化进程13 1、我国核电新燃料储运容器早期主要由国外购入13 2、我国新燃料运输容器设计主要由各核电运营商下属设计院承担14 3、新燃料储运容器制造厂商须取得核电相关设备制造资质16 （三）我国新燃料运输容器2023-2030年市场空间约15亿元17 三、首台国产乏燃料运输容器下线，2023-2030年均市场空间23亿元18 （一）什么是核电乏燃料？乏燃料如何贮运？18 1、核电乏燃料不是废料，经过处理还可继续利用18 2、乏燃料贮存一般分为湿法贮存和干式贮存，两者不可相互替代19 3、我国首台乏燃料运输容器2017年设计获批，2021年6月下线20 （二）我国乏燃料离堆储运需求大，运输容器市场空间超千亿22 1、乏燃料累计产生量的90%贮存于电站乏燃料水池中，在堆贮存日益饱和22 2乏燃料产量逐年增长，到2030年累计年产出达到23110吨22 3、乏燃料组件类别的不同对乏燃料处理和储存能力提出了更个性化要求23 4、核电站退役刺激乏燃料后处理需求24 5、乏燃料后处理能力相对薄弱，较前处理能力为50t/a，新建成200t/a24 6、乏燃料运输容器市场空间超千亿25 7、2023-2030年乏燃料运输容器年均市场空间23亿元25 四、相关上市公司26 五、投资建议31 六、风险提示31 一、核电技术发展助力双碳背景下核电复苏 （一）核电技术已发展至第五代，新建电站以三代为主 1、核能发电是通过核燃料裂变能转化为电能的过程 核能发电本质是能量转换过程：核裂变能→热能→机械能→电能。铀作为核燃料在反应堆内发生裂变链式反应，产生核裂变能。目前核能发电主要是利用铀-235作为燃料，当一个铀-235的原子核受到热中子轰击，原子核吸收中子，由于其内部结构不稳定，分裂成两个或多个较小的原子核并释放出2-3个中子。核裂变产生的中子将撞击周围其他铀-235原子，这些铀-235原子也将以倍增效应分裂并产生额外的中子，从而产生链式反应。在裂变过程中，中子慢化剂用于降低裂变中子的运动速度，使快中子变为热中子，增加与原子核碰撞的机会从而有效地进行可控链式反应。核裂变能通过加热冷却剂，在蒸汽发生机内产生蒸汽，核裂变能转化为热能，蒸汽热能转化为机械能推动汽轮机运转，汽轮机带动发电机旋转，最终机械能转化为电能产生电力。 图1：链式裂变反应图2：压水堆核电站工作原理示意图 资料来源：清华大学核能与新能源技术研究院、中国银河证券研究院资料来源：周全之《核能发电原理及主要堆型》，中国银河证券研究 院 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组成。一回路系统由核反应堆、主泵、稳压器、蒸汽发生器和连接管道、阀门及其他辅助设备组成。高压冷却水由主泵送入反应堆，吸收核燃料裂变放出的热能后，达到高温的水流入蒸汽发生器，通过蒸汽发生器将热能传递给在管外的二回路给水，使给水变成蒸汽。二回路系统是将蒸汽的热能转化成电能的装置，由汽轮机、发电机、冷凝器、二回路循环泵等设备组成。二回路给水吸收了一回路的热量后变成蒸汽，然后进入汽轮机做功，带动发电机发电；做功后的乏汽排入凝汽器内凝结成水，然后送入加热器，加热后重新返回蒸汽发生器，构成二回路的密闭循环。 2、核电站按照冷却剂和慢化剂分为轻水堆、重水堆、石墨气冷堆、高温气冷堆、快中子堆等 核电堆型种类较多，目前技术成熟且投入商运的有压水堆、沸水堆、重水堆等。冷却剂 和慢化剂为水的主要是轻水堆，轻水堆主要包括压水堆、沸水堆。沸水堆主要是在压水堆基础上简单派生出来，它通过降低压力，使水在堆芯沸腾后直接生成蒸汽，经过汽水分离，直接用于推动汽轮机发电，故只有一个回路。重水堆是使用重水（重氢和氧形成的水）做冷却剂和中子慢化剂，可直接采用天然铀或略浓缩的金属铀做燃料。快中子堆没有慢化剂，使用快中子（中子平均能量约0.5MeV以上，比热中子反应堆内约0.007eV的电子能量大得多）引发裂变，快中子在引发裂变后还有较多的剩余，可用来使不易裂变的铀-238裂变为优质燃料钚-239。另外，核电站按照堆型的用途可分为动力堆、生产堆、研发堆、特殊用途堆等。 图3：按照冷却剂和慢化剂分为轻水堆、重水堆、石墨气冷堆、高温气冷堆、快中子堆等 资料来源：周全之《核能发电原理及主要堆型》，中国银河证券研究院 3、核电技术已从第一代发展到第四代，甚至第五代也已被提出 核电技术已从第一代发展至第四代，甚至第五代也已被提出。从核电站技术演变来看，主要可划分四代核电技术。第一代是实验性的核电站，主要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，目前已基本退役；第二代核电技术具有标准化、系列化、批量化的特点，安全性、经济性均提高，但应对严重事故的能力仍薄弱；第三代核电技术是主流，安全性更高，建造周期缩短，寿命延长,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，2021年9月，世界首个钍核反应堆在甘肃成功运行，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；第四代仍在发展阶段，预计2030年左右推出解决核能经济性、安全性、可持续性、废物处理和防止核扩散问题的核能系统；第五代核能系统是一种“核能协同网络”的概念，具有系统性、灵活性和多能性三大特点。 表1.核电技术已较为成熟，发展至第四代 阶段技术特性 典型的核电机组堆型 第一代 机组发电容量不大，但体积较大；存在诸多安全隐患；发电成本较高 英国和法国建造的“美诺克斯”天然铀石墨气冷堆前苏联早期建造的轻水冷却石墨慢化堆 美国早期建造的压水堆和沸水堆 商业化、标准化，技术设计依据比较完备的核安全法规和标准 第二代 以及确定论的方法，并考虑设计基准事故的要求 美国西屋公司推出的Model212、312、314、414系列压水堆 美国通用电气、日本日立以及东芝推出的BWR沸水堆加拿大原子能有限公司和安大略水电公司研制的CANDU堆 比第二代核电技术具有更好的安全性和经济性，可减缓严重事第三代故的风险，从而使堆芯熔化和放射性物质大量释放的概率进一 步降低 美国西屋公司非能动先进压水堆AP1000 欧洲先进压水堆EPR 华龙一号HPR1000 将进一步满足经济性、安全性、核废物处理和防止核扩散方面 第四代 的需求 超高温堆、超临界水堆、气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆和熔盐堆 资料来源：中国核电招股说明书，中国银河证券研究院 （二）核电装机筑底向上，核电装备率先受益 1、“十四五”期间我国核电运行装机容量预计达7000万千瓦 核电机组核准数量是核电装机规模的先行指标，从核准到建成平均周期约5-7年。2022 年核电机组核准数量已达10台，是2008年以来的核准数量最多的年份。2011年日本福岛核事故以来，中国一度暂停新增核电项目审批，直至2012年12月才核准江苏田湾核电二期工程。截至2022年9月，我国在运核电机组数量54台，其中中广核26台，中核25台，国家电投2 台，华能2台，乐观预计2030年我国在运核电机组或达96台。目前，我国在建核电机组23 台，其中中核10台，中广核9台，华能2台，国家电投2台。 表2.核电发展历程 阶段时间 重要事件 起步发展阶段1954-1965年 在此期间，全球运行机组共有38台，核反应堆属于早期原型反应堆，采用第一代核电技术1954年：前苏联建成世界上第一座核电站—5000千瓦实验性石墨沸水堆1956年：英国建成4.5万千瓦原型天然铀石墨气冷堆核电站1957年：美国建成6万千瓦原型压水堆核电站1962年：法国建成6万千瓦天然铀石墨气冷堆、加拿大建成2.5万千瓦天然铀重水堆核电站 迅速发展阶段1966-1980年 在此期间，全球运行机组共有200多台，均采用第二代核电技术美国成批建造50-110万千瓦的压水堆、沸水堆前苏联建造100万千瓦石墨堆和44万千瓦