核电行业：暖春将至，细数哪些细分赛道值得关注？

行业报告|行业深度研究 证券研究报告 2023年08月15日 机械设备 核电行业：暖春将至，细数哪些细分赛道值得关注？ 分析师李鲁靖SAC执业证书编号：S1110519050003 作者： 分析师朱晔SAC执业证书编号：S1110522080001 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 行业评级：强于大市（维持评级）上次评级：强于大市 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 摘要 国内核电技术水平跻身世界前列，积极开展第四代技术研发： 1）纵观发展历程，核电技术经历四代演变：世界第三代核电技术已经成熟，我国也已自主掌握第三代核电技术，三代核电综合国产化率达到90%以上，当前正向第四代核电技术跨越，我国是世界少数几个掌握四代核能技术的国家之一。 2）政府支持核电发展，核电新机组核准有望进入常态化：“十四五”规划明确2025年核电运行装机容量达到7000万千瓦左右的目 标；我国核电装机规模持续增长，2022年我国运行机组数量及核电装机容量位列世界第三，在建机组数量及装机容量保持世界第一； 2022年新核准机组数量创08年后新高，2023年核准态势继续保持，我们认为双碳背景下，政策或将推动未来机组核准进入常态化。 核电长产业链带来千亿级别投资机会： 根据国家对于核电的规划，我们预计2035年前，年均投运机组数约为8台，对应总投资量1600亿元。我们据此进一步挖掘产业链上下游的投资机会： 1）核电设备：2019年核电站建设中设备投资、基建投资和其他投资分别占比50%/40%/10%，其中核岛、常规岛和辅助系统在核电设 备投资成本中占比分别为58%/22%/20%；由此我们预计2035年前，核电设备年均市场规模约800亿元，其中核岛、常规岛及辅助系统年均市场规模分别为464/176/160亿元。 2）阀门：属于备品备件，需求源于增量市场导入和存量市场替换两部分；其中增量市场方面，2035年之前我国阀门年均市场规模有 望达到96亿元；存量市场方面，我们预计2023年国内核电阀门更新市场规模约16.7亿元。 3）新燃料运输容器：我们预计2035年国内需要的新燃料运输容器或将超过2700台。 4）乏燃料后处理：我们预计2035年前我国乏燃料后处理厂建设中设备投资规模将达到1793-2390亿元；到2030年我国乏燃料运输市场有望达到493亿元。 建议关注：中核科技、佳电股份（电新与公用环保组联合覆盖）、海陆重工、纽威股份、江苏神通、科新机电、兰石重装。 风险提示：国家政策变动风险、天然铀进口受到限制风险、核电机组稳定运行风险、电力销售风险、财务风险、测算主观性风险等。 1 国内核电技术水平跻身世界前列，积极开展第四代技术研发 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明3 1.1核能发电原理：利用铀核裂变所释放出的热能进行发电 原理：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。 以压水堆核电站为例，其通过四个主要设备将核能转变为电能：反应堆将核能转变为热能；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，在此只进行热量交换，而不进行能量的转变；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；发电机将汽轮机传来的机械能转变为电能。 •一回路：水作为冷却剂在反应堆中吸收核裂变产生的热能，成为高温高压的水，然后沿管道进入蒸汽发生器的U型管内，将热量传给U型管外侧的汽轮机工质(水)，使其变为饱和蒸汽。被冷却后的冷却剂再由主泵打回到反应堆内重新加热，如此循环往复，形成一个封闭的吸热和放热的循环过程，这个循环回路称为一回路，也称核蒸汽供应系统。由于一回路的主要设备是核反应堆，通常把一回路及其辅助系统和厂房统称为核岛。 •二回路：汽轮机工质在蒸汽发生器中被加热成蒸汽后进入汽轮机膨胀作功，将蒸汽焓降放出的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。汽轮机转子与发电机转子两轴刚性相连，因此汽轮机直接带动发电机发电，把机械能转换为电能。作完功后的蒸汽(乏汽)被排入冷凝器，由循环冷却水(如海水)进行冷却，凝结成水，然后由凝结水泵送入加热器预加热，再由给水泵将其输入蒸汽发生器，从而完成了汽轮机工质的封闭循环，此回路为二回路。二回路系统与常规火电厂蒸汽动力回路大致相同，所以通常把它及其辅助系统和厂房统称为常规岛。 图：铀-235的核裂变反应示意图图：核能发电基本原理图（以压水堆为例） 1.2核电站的核心装置是核反应堆，我国使用最广泛的堆型是压水堆 图：主要堆型 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置，是核电站的核心装置。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。 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。我国目前基本采用压水堆核电机组。 表：主要堆型的区别 堆型名称 燃料 冷却剂 慢化剂 原理及技术特点 压水堆（PWR） 浓缩UO2 水 水 轻水加压后能降低沸点，加压水在325℃的高温下仍能保持液体状态。PWR在其一回路系统中使用加压水吸收热量，之后在二回路系统中降低气压释放热量。 2 沸水堆（BWR）浓缩UO水水沸腾轻水在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧 凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。 重水堆（HWR）天然UO2重水重水重水堆能高效、充分的利用核燃料，但体积比轻水堆大，建造费用高，重水昂贵，发电成本比较高。 石墨气冷堆 （GCR） 天然UOCO2或氦气 石墨用石墨慢化，二氧化碳或氦气冷却的反应堆。近期的研究集中在氦气冷却的高温气冷堆（HTGR）上。 石墨水冷堆 （LWGR） 浓缩UO2 水 石墨 堆芯和循环回路庞大，难以设置安全屏障，运行比较复杂。 2 快中子增殖堆 （FBR） 浓缩UO2、PuO2&UO2 液态钠无由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的反应堆。快堆在反应中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，而且所产可多于所耗，能实现核裂变材料的增殖。 碳排放量极少，助力降碳减排：火力发电在燃烧化石燃料的过程中会排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物质到大气中，造成空气污染且加重地球温室效应；而核能发电碳排放量极少。 供电稳定：相较于水电、风电、太阳能发电等存在间歇性现象的各类新能源发电，核电厂可以实现全天满负荷运行，电量供应有保障。 能量密度高、体积小：核燃料能量密度远远高于化石燃料，燃料占地面积小，运输与储存方便，一座1000百万瓦的核 能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次飞机就可完成运送；1克铀-235完全裂变时产生的能量相当于2500吨标准煤。 成本低：与火电等传统能源相比，核电燃料成本占比低，且不易受能源价格波动的影响，成本效益更高。据国家能源局数据显示，100万千瓦级煤电厂年消耗燃料约200-300万吨煤，需要每天100节火车皮运输；100万千瓦级核电厂年消耗燃料约20-30吨核燃料，每年仅需一辆重型卡车运输即可满足需求，发电成本低于煤电。 图：发电方式碳排放量对比 图：核电具有稳定供应的优势 表:煤电及核电燃料成本对比 1200 1000 800 600 400 200 0 平均每千瓦时发电的碳排放量（g) 1072.4 73.1 17.3 11.9 6.8 煤电太阳能风电核电水电 比较项目 100万千瓦级煤电厂 100万千瓦级核电厂 年消耗燃 料 200-300万吨煤 20-30吨核燃料 年运输每天100节火车皮每年一辆重型卡车 核电行业发展历程：大致可分为实验示范、高速推广、滞缓发展、逐渐复苏四个阶段。 实验示范阶段：1954-1966年，二战后，美国开启了核能从军用走向民用的工作，此期间世界共有38个机组投入运行；核反应堆属于早期原型反应堆。 高速推广阶段：1966-1980年，石油危机爆发造成石油价格高涨，核电因此受到追捧，此期间共有200多台机组投入运行，核电装机容量的年增长率达到26%。 滞缓发展阶段：1981-2001年，西方主要国家经济发展减缓导致电力需求下降且天然气兴起部分取代核电，比如美国从 1979-2009年的30年间没有核电新项目开工。 逐渐复苏阶段：2001年至今，核能重新受到青睐，许多国家将核电作为基础能源；2011年日本福岛核事故引起担忧，但大多数国家思考过后继续发展核能。 核电技术发展历程：1942年12月，美国芝加哥大学实现了世界第一座反应堆核裂变链式反应，从此开启了核电技术的发展， 可以粗略划分为以下四代。 表：核电技术发展历程 核电技术 时间 阶段描述 特征 第一代 20世纪50-70年代 起步发展阶段 基于军用核反应堆技术，由美国、前苏联、加拿大、英国等国家设计、开发、建造的首批原型堆试验堆，没有规范的安全标准，安全隐患较大；机组发电容量不大，一般在30万千瓦以内，发电成本较高；第一代核电站目前基本已退役。 第二代 20世纪70-90年代 商用阶段标准化、系列化、批量化建设，至今仍在商业运行的核电厂大多属于第二代；这一时期是商用核 电厂大发展的时期。 第三代 20世纪90年代 安全性进一步提高派生于第二代，基于同样的反应堆设计原理，并吸取了几十年的运行经验，增加事故预防和缓解措施，具有更高安全性，且满足美国URD、欧洲EUR要求。 第四代21世纪后 未来新一代先进核能系统 以能源可持续发展为目标，更经济、更安全、更环保、防扩散。目前最具发展前景的反应堆有六种：气体冷却快堆（GFR）、铅冷却快堆（LFR）、钠冷却快堆（SFR）、熔盐堆（MSR）、超临界水冷堆（SCWR）和超高温气冷堆（VHTR）。 目前，全球第三代核电技术包括以下几种堆型：美国同日本联合开发的先进沸水堆ABWR；美国开发的先进压水堆AP1000；俄罗斯开发的先进压水堆VVER；法国和德国联合开发的欧洲压水堆EPR；韩国开发的先进压水堆APR-1400；中国自主研发的大型先进压水堆“华龙一号”（HPR1000）、“国和一号”（CAP1400）。 我国自主掌握第三代核电技术：2021年1月30日，全球第一台“华龙一号”福建福清核电站5号机组投入商业运行，标志着我国实现了由二代向自主三代核电技术的全面跨越，在三代核电技术领域已跻身世界前列，成为继美国、法国、俄罗斯等国家之后真正掌握自主三代核电技术的国家。 我国自主三代核电综合国产化率达到90%以上，形成了每年8-10台百万千瓦级核电主设备供货能力。截至《中国核能发展 报告2023》蓝皮书发布，国内外“华龙一号”共有5台机组建成投产，9台机组正在建设。 第四代核电技术中以钠冷快堆和高温气冷堆技术最为成熟，我国正逐步突破：1）2012年我国石岛湾高温气冷堆示范工程在山东荣成开工建设，其已于2021年实现并网发电，这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一，意味着在该领域我国成为世界核电技术的领跑者。2）2017年我国钠冷快堆示范工程1号机组在福建省霞浦县土建开工，计划于2023年建成。 图：我国核电发展历程 1955年 20世纪70年代 1983年 起步 适度发展 积极快速发展 安全高效发展 1991年12月15日 2021年12月20日 核工业体 国务院正 确定压水堆 秦山核电站并 系初建。 式决定发 为主的核电 网发电，结束 展核电。 技术策略。 了我国内地无核电的历史。 全球首个四代高温气冷堆核电站在我国石岛湾完成发电并