核电设备行业：核电重回景气周期，设备投资大潮将至

纵观全球发展历史，核电技术正处于“坐三望四”发展阶段。第三代核电技术在上世纪90年代陆续投入运营以来，体现出较二代技术更进一步的安全性和经济性，进而成为全球主流核电技术。在此基础上，核电强国积极开展四代核电技术研发，四代核电技术相比三代具备资源利用率高、废料产生少、运营成本低、安全性更高等优势，有效解决三代核电资源利用率低、废物处理难、运营成本偏高等几大痛点，我国已开展国内四代高温气冷堆、钠冷快堆的小型堆建设。 政策转向带动核准加速，核电有望重迎上行周期。我国核电行业具有发展时间短、政策导向性强的特征。复盘我国核电历史，2011-2018年是我国核电发展的“停滞期”，受福岛事故和自主核电技术不成熟的双重影响，我国新增机组审批不及预期，8年时间仅核准11台机组。2019年后，随着以上影响逐步消除，核电机组核准恢复常态化。与之对应，“十四五”期间政策表述转为积极，由此前“稳妥推进核电发展”，转为“积极有序推动核电项目建设”，核准节奏有望加速。2022年我国核准10台新增机组，超过之前中国核能协会提出的每年6-8台预期值。 我国具备发展大规模发展核电的意愿和能力。 ①核电是电网基荷的重要选项。风光发电虽然具备环保和成本优势，但发电不稳定性和低效率使其目前无法承担基荷的功能，而核电的稳定性和高效率使其具备作为基荷能源的重要特征。 ②核电在国内和出口领域发展空间巨大。目前国内核电发电量占比仍然偏低，20 22年核电发电量仅占总发电量不足5%，显著低于欧美发达国家。随着“一带一路”战略的布局和实施，核电出口市场逐渐开启，“一带一路”沿线有28个国家计划发展核电，规划机组共126台，对应市场总量约2.4万亿元。 ③我国已具备三代机组自主设计生产能力。我国在海内外建设的“华龙一号”陆续顺利投运，证明我国已具备自主设计、建设和出口三代核电机组的能力。 核电大发展之下，全产业链设备端有望持续受益。核电具有产业链条长、涉及环节多的特征。我们认为核电建设有望带动产业链上游核燃料运输、中游核电机组、后端乏燃料处理设备需求。由于核电设备制造企业需具备相应级别的核安全资质，对企业技术要求、流程控制要求高，构成行业的高壁垒，竞争格局相对稳定。 ①受益国产替代和需求释放，燃料容器市场有望打开。根据测算，至2030年新燃料运输容器、乏燃料运输容器市场空间将达到20.17亿元、103.44亿元。 近年大型号新燃料运输容器、乏燃料运输容器逐渐实现国产化。由于国产化时间较短，具有资质、生产能力的企业数量较少，行业竞争格局优良，头部企业有望快速享受国产替代之红利。 ②电站设备需求释放在即，阀门需求稳步增长。核电站设备约占核电站总投资额半数，价值量较高。设备按场景分为核岛设备、常规岛设备、辅助系统。核岛设备具有难度大、毛利高的特性，其中的主设备生产商以国企为主，阀门作为核岛设备中价值量仅次于主设备的环节，民企积极布局且竞争格局相对稳定。 新增机组建设带动阀门需求稳定增长，预计2023-2030年CAGR为7.22%。 ③乏燃料后处理产能建设有望带动智能装备、机器人市场需求。我国乏燃料处理行业正处于由0到1的发展阶段，由于乏燃料的辐射性，处理环节所用智能装备与机器人需具备耐辐照、高可靠性、长寿命等特性，对制造企业技术要求较高。根据测算，我国需在2035年前建设3-4座800t级乏燃料处理厂方可满足我国乏燃料处理需求。若建设3座800t级乏燃料处理厂，对应的智能装备市场空间为358.6亿元，折算2022-2035年间平均年新增投资额27亿元。 投资建议：核电大发展背景下，设备需求持续增长，推荐核工业智能装备龙头公司景业智能；建议关注核电各环节已有布局且获得一定市占率的头部企业科新机电（燃料运输容器龙头）、江苏神通（核级阀门龙头）、中核科技（中核体系内阀门老牌龙头）、兰石重装（核电产业链均有布局）、应流股份（核级锻件龙头）。 风险提示：行业政策变化的风险、核电建设进度不及预期风险、研报使用的信息更新不及时的风险、行业规模测算偏差风险。 1.核电发展历史复盘 全球核电发展：核电技术日趋成熟，正处于“坐三望四”发展阶段 核能发电原理：核裂变和核聚变均会产生大量的能量，目前的核电站是利用铀核裂变所释放出的热能进行发电。在核裂变过程中，中子撞击铀原子核，发生受控的链式反应，产生热能，生成蒸汽，从而推动汽轮机运转，产生电力，核能发电的过程本质上是能量转换的过程。 核反应堆是装配核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装臵，是核电站的核心。反应堆冷却剂将热量由核反应堆堆芯转移至发电机及外部环境。中子慢化剂会降低快中子的速度，生成可维持核链式反应的热中子。 目前各商用核电堆型的区别主要在于反应堆使用冷却剂和中子慢化剂的不同。按照冷却剂的不同可分为轻水堆、重水堆、气冷堆等，按照中子慢化剂的有无，可分为热中子堆、快中子堆。目前广泛使用的堆型是压水堆，截止2019年世界在运核电站中68%采用压水堆。 图表1：各堆型对应冷却剂及慢化剂种类 图表2：2019年世界在运核电站堆型占比 图表3：全球核电站主要堆型及技术原理 核反应堆工作原理：以压水堆为例，压水堆核电站主要由核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统组成。核反应堆中装有核燃料，核燃料裂变过程中放出热能，由流经反应堆的水带出反应堆，送往蒸汽发生器。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臵，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，然后由凝结器内凝结成水，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。 图表4：压水堆核电站主要构成 复盘核电技术发展70余年历史，核电技术经历了四代演变。整体看，历代核电技术的更新迭代不外乎围绕安全性、经济性两个主题。 第一代：核工业早期发展阶段。1970年前投入运行的各种原型堆和试验堆核电站称为第一代核电站，当时尚未掌握铀浓缩工业技术，当时开发了一批天然铀石墨反应堆核电站。核电机组附加安全设计少，存在安全隐患。 第二代：核电开始广泛商用。是20世纪60年代后期，一些国家意识到化石能源市场的紧张局势，希望通过发展核能，减少对能源进口的依赖性，因而开始了批量建设。主要堆型包括压水堆、沸水堆、重水堆和石墨水冷堆等，二代机组专门设计了能动安全装臵，而且仅供民用，提高了核电的经济性和安全性。 第三代：安全性、经济性、使用寿命较二代显著提升。鉴于美国三里岛、切尔诺贝利、福岛核电站等人类历史上重大核安全事故，三代核电在结合新的安全理念、安全方法和安全要求进一步提升了核电站的安全性能、运行性能以及经济性能。另外3代核电站普遍设计寿命为60年，2代普遍为40年。 第四代：可持续发展性更强。在反应堆和燃料循环方面有重大创新的核电站称为第四代核电站。第四代核电站其安全性和经济性更加优越、废物量极少、无需厂外应急、具有防核扩散能力。是在可持续发展、安全可靠性、经济性、防扩散和实体保卫等有竞争性的目标方面具有显著特点的新一代核能系统。 图表5：核电技术发展进程 全球核电技术目前处于“坐三望四”阶段，全球三代核电技术已经较为成熟。具备代表性的三代技术为美国西屋电气公司的AP1000、法国阿海珐公司EPR、美国通用电气公司的ABWR和ESBWR、日本三菱公司的APWR、韩国电力工程公司的APR1400及我国自主设计的“华龙一号”等。 四代核电技术可能将成为大国竞争的下一重点，核电强国积极布局四代核能系统研发应用。第四代核能系统的概念首先由美国能源部提出，主要目标体现在可持续性、安全性、经济性、防核扩散性四个方面，代表了先进核能系统的发展趋势和技术前沿。后来，由包括中国在内的十几个第四代核能系统国际论坛成员国一致认可，确定钠冷快堆、超高温气冷堆、熔盐堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水冷堆等六种第四代反应堆系统。 目前我国建成及在建四代核电机站共有两座，分别是山东石岛湾的高温气冷堆和福建霞浦钠冷快堆。2021年12月，全球首座四代核电石岛湾高温气冷堆并网发电；霞浦钠冷快堆60万千瓦示范工程已于2017年开工，预计2023年建成。 钠冷快堆：目前全世界所有钠冷快堆的累计运行年数已经超过了430堆年，技术成熟性已通过较长时间工程验证，是四代核电技术中有望率先实现规模化商用的堆型。 特点一：铀资源利用率高。可将天然铀资源利用率从目前的约1%提高至60%以上。钠冷快堆使用的是钚-239作为能源，同时在钚-239的外围再生区里放臵铀-238。快中子会在钚-239发生裂变反应时产生，产生之后被外围的铀-238吸收，而随着铀-239的不断衰化就会有钚-239的不断产生，即增殖效应。 特点二：具有本征安全性。金属钠在热物性上的优点在于熔点低，易于熔解使用；沸点高，不易沸腾产生钠气泡；密度低于水，节省泵功率等。此外，更重要的是，在反应堆运行情况下，钠的热导率要比水高百倍以上，从而保证堆芯和燃料不易过热。 图表6：钠冷快堆和压水堆技术对比 图表7：高温气冷堆结构示意图 高温气冷堆：高温气冷反应堆是由普通的石墨气冷堆发展而来的反应堆，该堆型用石墨作为慢化剂，用气体氦作为冷却剂，氦气的温度高达800度左右。 特点一：高温气冷堆利用了氦气冷却、石墨减速剂的固有安全特性，可建在远离冷却水的区域。压水式和沸水式反应炉最大的危险在于若是冷却水主环路失灵，裂变产生的放射性元素仍然会继续裂变产生过多的热量，最终会把整个炉心熔化掉，因此需要大量冷却水。在控制装臵都失效的状态下，球床反应堆也很难导致堆芯熔化。 此设计允许高燃烧深度（接近200 GWd/t）并能较好的防止裂变产物逸出。 特点二：有望与多种工业技术耦合，用于供热、制氢。反应堆温度可达800度以上，打破传统的核能技术在200度以下的限制，可大幅提高热效率，从而提高能量利用率。其高温、高效的特性使其适合用于产生热能和电能，同时其灵活性也能满足各种不同的能源需求，例如工业生产中的高温加热、燃料制氢、燃料电池等领域，目前石岛湾核电站已用于区域内核能供热。 我国核电发展：政策重迎上行周期，有望后发先至 我国核电行业具有政策驱动性强、发展时间较短的特征。由于核电建设投资金额大、建设难度大、需持牌运营的特征，国家政策对核电审批、建设的影响十分显著。复盘我国核电历史，我国第一台核电站秦山核电站于1991年投产，迄今仅有30余年历史，发展时间较欧美国家50-70年的时间相对较短。 适度发展阶段（1994-2005年）：“九五”计划期间共开工4项重点核电建设工程、8台机组，经过“九五”重点工程的建设，我国具备了自主设计30万千瓦和60万千瓦压水堆核电站的能力，以及具备“以我为主、中外合作”设计建设百万千瓦级压水堆商用核电站的能力，但是不具备独立设计、制造百万千瓦级先进压水堆的能力。 积极发展核电阶段（2006-2011年）：2006-2011年间，共有30台核电机组陆续投入建设。在《核电中长期发展规划2005-2020年》中，明确核电运行装机容量将由目前700万千瓦争取提高到2020年的4000万千瓦，在未来10年中，我国每年要开工建设3台以上核电机组。2006-2011年间，共有30台核电机组投入建设。 核电发展停滞阶段（2011-2018年）：2011年5月11日，日本福岛核电站发生重大核安全事故。2012年10月，国务院发布《核电中长期发展规划（2011-2020）》［10］明确规定至2015年，在运机组达4000万千瓦、在建机组容量2000万千瓦，2020年在运机组5800万千瓦、在建3000万千瓦的建设目标。但期间由于核安全担忧，国务院提出要对核设备、所有在建项目进行