核电行业深度：军技民用的典范，三代核电为建造主流，四代核电呈加速发展

核能的利用是军技民用的典范，我国核电从跟随走向引领。截至2022年底，全球运行核电438个机组，装机容量394GW，核电成为世界能源结构重要组成。我国核电工业起步较晚，但经过近40年发展，2022年，我国核电装机容量56GW，十年复合增速16%，发电量占比5.0%。“华龙一号”的成功代表着我国三代核电技术实现完全自主化，HTR-PM并网意味着我国四代核电引领全球。 三代核电核准加速，国产化率持续提升。随着我国核电在2019年结束三年“零核准”，国内在建机组数量和装机容量快速提升，“华龙一号”进入批量化建设阶段。2018年，在建机组13台，装机容量1403万千瓦；2022年，在建机组23台，装机容量2549万千瓦，较2018年增长82%。国产化率方面，二代核电的福清1/2号机组设备国产化率75%左右，“华龙一号”示范项目福清5号机组国产化率达85％，批量化建设后的目标是设备国产化率不低于95%。 四代核电示范工程陆续并网，重点关注高温气冷堆和钠冷快堆商运。我国高温气冷堆示范工程于2021年底并网，霞浦快堆示范工程1号机组预计2023年并网，四代核电实现中国引领。高温气冷堆具有宽用性特征，除发电外，在供汽、制氢、石化领域具有广泛应用前景； 钠冷快堆可以利用贫铀和钚，是我国实现闭式燃料循环体系的关键环节。 国内核聚变试验稳步推进，人类终极能源的利用渐行渐近。核聚变发电具有更低的燃料成本、燃料资源充足、不会对环境造成危害以及更高的安全性等优势，被誉为“人类终极能源”。国内核聚变领域，西南物理研究院和中科院等离子体研究所核聚变实验装置陆续升级、新建，民企能量奇点和星环聚能纷纷入局，核聚变从实验走向工程稳步推进。 建议关注受益于三代核电建设加速和国产替代的中核科技、江苏神通、久立特材；受益于四代核电高温气冷堆项目增长的佳电股份、科新机电；受益于核聚变项目推进的国光电气；受益于核燃料循环产业发展的景业智能；受益于核电装机增长的中国核电和中国广核等。 风险提示 电力需求增长不及预期；核电政策转向保守；四代核电发展不及预期等。 1核电：军技民用的典范，我国核电从跟随走向引领 1.1军技民用的典范，核电已成为世界主要能源 核能的利用是上世纪年代初期首先在军事领域开始的，核电工业是从核能的军事利用转移而来。最早发展核电站的国家所采用的反应堆堆型都是在军用生产堆和军用船舶动力堆的技术基础上发展起来的。1938年，德国物理化学家哈恩和施特拉斯曼在研究中子与铀核作用所产生的放射性现象中，意外地发现铀-235的裂变现象，裂变过程同时释放出巨大能量；1942年，在美国芝加哥大学的一个网球厅，建成了世界上第一座核反应堆，成功地实现了可控的核裂变链式反应；1951年，在美国爱达荷州首次利用核能进行发电的尝试；1954年，世界上第一座核电站在苏联建成发电，电功率5000kW。 回溯历史，世界核电发展大体上经历了实验示范、高速推广、滞缓发展、逐渐复苏四个阶段： （1）实验示范阶段（1954-1966年）：第二次世界大战结束以后，美国政府在继续发展核武器、核潜艇、核航母的同时，开始了核能利用的军转民工作。1957-1960年，美国分别建成了60MW希平港压水堆核电机组和197MW德累斯顿沸水堆核电机组，成为日后核电发展的主要类型。前苏联在1954年建成奥布宁斯克实验性核电机组（RBMK）。英国、法国分别于1959年和1962年建成天然铀石墨气冷堆核电厂。加拿大在1962年建成利用天然铀发电的重水堆原型核电机组。这一阶段世界核电的发展百花齐放，不同类型核电机组的成功运行。 （2）高速推广阶段（1966-1980年）：20世纪六十年代，西方国家进入经济快速增长阶段，对能源和电力供应的需求急剧上升。1973年和1979年的两次世界性石油危机造成石油价格的大幅上涨，核能发电作为一种经济、安全的清洁能源受到许多国家的大力追捧。美国在1966-1973年签约的核电建造合同规模达170GWe。法国、日本等国通过引进美国技术逐步建立起本国的核电工业体系。从1974年到1983年，法国先后建成34座900MW及20座1300MW压水堆机组，成为全球核电比例最高的国家。日本在1970-1980年间建成21台核电机组，成为世界第三大核电国家。至1980年底，全世界核电机组的总装机容量达到133GWe。 1966年到1980年核电装机容量的年增长率达到26%。 （3）滞缓发展阶段（1981-2001年）：上世纪八十年代以后，西方主要国家经济发展进入平稳期，由于产业结构调整及节能措施大量采用，全社会电力需求大幅度下降，许多已经计划的电力建设项目被搁置或者取消。1979年美国发生三里岛核事故后，各国普遍加强了核安全监管，提高了核电项目审管要求，致使核电建设工期拉长，造价提高。另外，发电成本相对低廉的天然气兴起，核电建设进入滞缓发展阶段。 （4）逐步复苏阶段（2001年至今）：21世纪以来，世界各国对环境问题关注加强，作为唯一可大规模替代化石燃料的清洁能源，核电重新受到青睐。2007年以后，包括法国、芬兰、中国、印度、俄罗斯以及新兴经济体国家的一批核电新项目相继开工或者获批，世界核电迎来了新的发展期。2011年，日本福岛核事故给世界核电造成巨大冲击。但在短暂低迷后，包括日本在内的世界大多数国家仍然认为，在应对人口增长、电力需求增加、气候变化等复杂而艰难的问题面前，核能仍然是解决能源安全的重要选项之一。 近十年，核电占全球总发电量的比例在10%左右，是世界能源结构中的重要组成。根据BP《世界能源统计年鉴2022》，2021年，核能在全球发电总量中的占比为9.84%。 图表1：2021年全球发电量（十亿千瓦时）及占比 根据IAEA数据，截至2022年底，全球运行核电站有438个机组（包括处于暂停使用状态的27个机组），装机容量达394GW，在建核电58个机组，装机容量达59GW。美国是核电机组数量和装机容量最多的国家，截至2022年底，在运核电机组数量达92座，装机容量达95GW；法国是核电发电量占比最高的国家，2022年核能发电282TWh，占比达63%；我国是在建核电机组装机容量最大的国家，在建反应堆20座，合计装机容量20GW，占全球的34%。 图表2：全球核电现状（2022年） 展望未来，核电仍将保持较快增长。根据国际能源署《2023年电力市场报告》，能源危机使人们重新关注核电在促进能源安全和降低碳排放方面的作用。 预计2023-2025年，全球核电年均增长率将达到近4%，至2025年，核发电量每年将增加约1000亿千瓦时，相当于目前美国核电发电量的八分之一。到2025年，全球核发电增量的一半以上将主要源自中国、印度、日本和韩国四个国家，其中，中国在绝对增量方面领先（新增580亿千瓦时）。 1.2核电具有良好的清洁能源属性，压水堆是世界核电主要堆型 核能包括裂变能和聚变能，裂变能已可以成熟应用，聚变能的应用技术研究加快推进。核电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。 与煤电、气电相比，核电为低碳清洁能源，可减少温室气体的排放。核电不直接排放温室气体，单位千瓦时核电发电排放温室气体的量仅相当于煤电温室气体排放量的1.6%，也低于水电、光伏和风电。因此，受全球不断增长的电力需求、不断加强的环保意识以及石化燃料价格及供应波动影响，核电是全球具有竞争力的重要能源选择之一。2018年，在第九届世界清洁能源部长级会议上，明确将核电定位为清洁能源，并且倡议关注核电用于基荷电力以及用于未来新的低碳复合能源系统建设。 图表3：不同发电方式温室气体排放量对比 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。商用核电反应堆可以根据反应堆冷却剂/慢化剂和中子能分类。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；中子慢化剂降低快中子的速度，生成可维持核链式反应的热中子。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，反应堆一般可分为热中子堆或快中子堆。目前，世界核电站使用的主要反应堆类型包括压水堆、沸水堆、重水堆、石墨慢化水冷堆、石墨慢化气冷堆和快堆。 图表4：世界核电站使用的主要堆型 压水堆是当前世界核电主要堆型。根据IAEA数据，当前全球在运的437台核电机组中，压水堆307台、沸水堆60台、重水堆48台、石墨慢化水冷堆11台、石墨慢化气冷堆8台、快堆2台以及高温气冷堆1台。 图表5：全球核电堆型情况 我国目前商业运行的核电机组除秦山三期外全部为压水堆。我国秦山三期1、2号机组采用的是加拿大坎杜型（CANDU）压力管式重水堆。除秦山三期外，我国目前商业运行的核电机组全部为压水堆。 重水堆核电站是发展较早的核电站，以重水作慢化剂，主要优点是可以直接利用天然铀作核燃料，同时采用不停堆换料方式，但也有体积比轻水堆大、建造费用高、重水昂贵、发电成本也比较高等缺陷。压水堆是技术十分成熟的堆型，与其他堆型相比具有结构紧凑、基建费用低、建设周期短、轻水价格便宜等优势。 此外，压水堆将有放射性的一回路与二回路分开，带有放射性的冷却剂不会进入二回路污染汽轮机，机组运行、维护方便。 图表6：压水堆示意图 1.3事故造成核电发展短期停滞，核电技术不断升级 核电从20世纪中叶开始迅猛发展，但由于人因失误、设备不可靠、设计缺陷等因素，历史上发生了一些核电事故，4级以上核事故15起，其中，7级核事故2起，6级核事故2起，5级核事故3起。两起7级核电事故是前苏联切尔诺贝利核事故和日本福岛核事故。 1986年，切尔诺贝利核电站4号机组突然爆炸，大量强放射性物质泄漏，酿成人类和平利用核能史上最严重的事故之一。切尔诺贝利核事故直接污染核电站周围6万多平方公里土地，320多万人受到核辐射侵害。切尔诺贝利核电站事故之后，世界核电发展进入停滞阶段，但由于能源危机等因素，21世纪初世界核电又迎来了发展的第二个春天。 2011年，日本东北发生9.0级地震和海啸，导致福岛核电站出现严重事故，1号反应堆过热，发生氢气爆炸，2号和3号反应堆也全部熔毁,大量放射性物质外泄。福岛核事故后，德国、瑞士等提出了“弃核”的主张，日本也一度提出“零核电”的主张。但是，在经历了短暂低迷后，包括日本在内的世界大多数国家仍然认为，在应对人口增长、电力需求增加、气候变化等复杂而艰难的问题面前，核能仍然是解决能源安全的重要选项之一。对经济快速发展的国家而言，核电是不可或缺的选择。 图表7：主要核事故 核电事故造成了核电发展的短期停滞，但同时也促进了核电技术升级，每次核电事故发生后都是核电安全提升一个新台阶的开始，最终促使核电趋向越来越安全。第三代核电技术成为全球当前技术成熟度最高、可大规模商业部署的核电技术，相关技术已经实现了批量化建设，如我国的华龙一号技术、欧洲的EPR、美国的AP1000等。 图表8：核电技术发展历程技术类别起始时间 第三代核电已进入批量化建设阶段，2022年全球开工的核电机组全部为第三代核电机组。2022年，全球有8台核电机组实现核岛浇筑第一罐混凝土，正式开工建设，全部采用第三代核电技术，总装机容量863.7万千瓦。2022年新开工的8台机组分别是我国田湾8号机组、徐大堡4号机组、三门3号机组、海阳3号机组和陆丰5号机组，土耳其阿库尤4号机组，埃及埃尔达巴1号和2号机组。第三代核电技术将成为全球未来一段时间内开工建设的主要技术。 1.4我国核电从跟随走向引领，“华龙一号”进入批量化建造 与世界核能大国相比，我国核电工业起步较晚，核能从军事利用到民用的转移速度也相对较慢。从第一座军用生产反应堆建成至第一座核电站运行，美国为12年（1944-1956），苏联为2年（1952-1954），英国为6年（1956-1962），法国为8年（1956-1964），我国为25年