国防军工周报：核电及乏燃料专题

国防军工周报(2.12-2.16)： 核电及乏燃料专题 国联证券国防军工研究团队 2024年2月18日 证券研究报告 报告评级：强于大市|维持 核电及乏燃料相关公司梳理 第三部分 核电机组建设重新进入高景气度以及乏燃料处理的意义及经济性 第二部分 目 录 第一部分 核电及乏燃料的基本概念梳理及当前时点为什么需要关注此行业 1、核电及乏燃料的基本概念梳理及当前时点为什么需要关注此行业 ◥核电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。在核裂变过程中，快中子经慢化后变为慢中子，撞击原子核，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。 ◥核电站与我们常见的火力发电站一样，都用蒸汽推动汽轮机做功，带动发电机发电。它们的主要不同在于蒸汽供应系统。火电厂依靠燃烧化石燃料（煤、石油或者天然气）释放的化学能将水变成蒸汽，核电站则依靠核燃料的核裂变反应释放的核能将水变成蒸汽。除反应堆外，核电站其他系统的发电原理与常规火力发电站相仿。 压水堆核电站组成：核岛、常规岛和电站配套设施 灰色建筑物为核岛 圆柱体建筑物内安装了核反应堆 长方体建筑物为燃料厂房 白色建筑为常规岛，安装了汽轮机和发电机组 资料来源：中国核电招股说明书，国联证券研究所4 ◥以压水堆为例，核燃料在反应堆内发生裂变而产生大量热能，高温高压的一回路冷却水把这些热能带出反应堆，并在蒸汽发生器内把热 量传给二回路的水，使它们变成蒸汽，蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。 一回路的主循环泵将水送入反应堆吸热后流入蒸汽发生器下部的倒Ｕ形管将热量传给二回路中水后再回入主循环泵进口，形成一个回路。二回路内水由给水泵供给，在蒸发器倒Ｕ形管外部流过，吸收管内一回路水的热量并产生蒸汽后进入汽轮发电机组作功发电。汽轮机排汽经凝汽器等设备后回入给水泵形成第二个回路。 两个回路相互隔绝。如燃料元件破损，不会造成第二回路水质污染，以免放射性物质经汽轮机逸出。因而，压水堆核电站安全性较高， 是核电站中应用最多的堆型。 压水堆核电站示意图 沸水堆核电站示意图 重水堆核电站示意图 资料来源：林宗虎《核电站的发展历程及应用前景》，国联证券研究所5 ◥起步发展阶段：核能首先作为杀伤武器而开发利用，二战后接近10年限于军事用途，但为民用做了充分准备。前苏联在改造军用石墨水冷堆的基础上，1954年建成第一个核电站。1954-1965年，世界核电发展进入起步发展阶段。在此期间，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。 ◥迅速发展阶段：1966-1980年，由于全球石油危机爆发，世界核电发展进入迅速发展阶段。在此期间，共有200多台机组投入运行，均采用第二代核电技术。 ◥缓慢发展阶段：1981-2000年，经济发展减缓导致电力需求下降，受切尔诺贝利核事故的影响，世界核电事业进入缓慢发展阶段，西方国家调整核电政策。但在亚洲，中国、印度和韩国等国仍持续发展核电。 ◥逐渐复苏阶段：进入21世纪以来，电力需求上升，同时核电安全运行业绩持续改善，世界各国重新积极规划核电发展，核电进入逐渐复苏阶段。欧美发达国家开发出先进轻水堆核电站，第三代核电技术取得重大进展。 核电发展历程 资料来源：中国核电招股说明书，夏劲《核能开发的厉程、趋势与对策》，国联证券研究所 第一代核电技术——早期原型堆 第二代核电技术——商用核动力反应堆 ◥第一代核电技术：为研究探索的试验原型堆性质。反应堆设计比较粗糙，结构松散，尽管机组发电容量不大，一般在30万千瓦之内，但体积较大；设计中没有系统、规范、科学的安全标准作为指导和准则，发电成本较高。 ◥第二代核电技术：按照比较完备的核安全法规和标准以及确定论的方法考虑设计基准事故的要求而设计的，主要有压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆和改进型气冷堆等。 第三代核电技术——先进轻水反应堆 第四代核电技术——高温气冷反应堆 ◥第三代核电技术：在第二代核电技术设计基础上，开发了一批具有更高安全性、更好经济性的第三代核电技术堆型。产品的设计目标要求具有更好的安全性和经济性，尤其是非能动安全系统和严重事故应对措施。 ◥第四代核能技术：2000年，美国首次提出了第四代反应堆计划，即规划在2030年左右投入市场的新一代核能系统，在经济性、安全性、核废物处理和防止核扩散方面有重大的进展。 资料来源：中国核电招股说明书，中国华能官网，国联证券研究所 ◥核电的建设可推动降碳减排，现阶段已进入快速发展阶段。我国核电发电量占全国总发电量的比例依然较小，与燃煤发电相比，核电发电减少排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，为降碳减排作出了重要贡献，最近两年我国核电建设进入快速发展阶段。 乏燃料的年产生量 乏燃料累计量 ◥我国核电站运营规模不断扩大，乏燃料数量逐步增加。根据景业智能招股书，到2030年，我国每年将产生乏燃料近2,637吨，累积产生乏燃料约28,285吨，而2022年我国乏燃料处理能力仅为50吨/年，在建处理能力也仅为200吨/年，未形成规模化乏燃料后处理能力，离堆贮存能力也已基本饱和，无法满足未来乏燃料的处理需求。乏燃料数量的增加，将带来后处理能力需求的快速增长。 资料来源：景业智能招股书，洪哲《我国乏燃料离堆贮存需求分析》，国联证券研究所 2、核电机组建设重新进入高景气度以及乏燃料处理的意义及经济性 ◥2023年10月，国际原子能机构（IAEA）发布了《世界核电反应堆（2023年版）》报告，截至2022年12月31日，世界32 个国家在运核电机组共计411台，装机容量371.0GW。世界18个国家在建核电机组共计58台，装机容量为59.3GW。 ◥世界32国在运411台核电中，压水堆301台，装机容量289.1GW，占比77.92%；沸水堆42台，装机容量44.1GW，占比 11.89%，为最主要的两类装机类型。 排名 国家 在运核电 （单位：台） 装机容量 （单位：MW） 2022年世界主要国家在运核电数量及容量 世界在运各类型核电装机占比 1美国9294718 2 中国（含台湾地区） 57 55040 3 法国 56 61370 4 俄罗斯 37 27727 5 韩国 25 24489 6 加拿大 19 13624 7 印度 19 6290 8 乌克兰 15 13107 9 日本 10 9486 10 英国 9 5883 资料来源：国际原子能机构（IAEA），国家核安全局官网，国家能源科技资源中心，10国联证券研究所 ◥国际原子能机构IAEA认为，疫情大流行、地缘政治局势和军事冲突加剧了全球能源格局的迅速变化。在此背景下，装 机容量预测值的大幅增长突显了越来越多的国家将核能视为一种弹性、可靠和低碳的能源。 全球终端能源消费概览 全球核能发电趋势 ◥根据IAEA在2023年的预测，在高值假想方案中，核电装机容量将在2022年约370吉瓦（电）的基础上于2050年达到890吉瓦（电）；在低值假想方案中，装机容量将增加到458吉瓦（电）。不过，与上一年的展望相比，当前的高值和低值假想方案分别上升了2%和14%，表明核电需求有望超预期增长。 资料来源：国际原子能机构（IAEA），第一财经，国联证券研究所11 ◥2016-2018年间，我国几乎暂停了新增核电项目的审批，核电连续三年“零核准”，业内普遍认为，重要原因之一在于当时在建的三门核电、台山核电等三代核电项目均存在延期，迟迟未能投产，三代核电技术有待验证。然而，随着在建机组密集投产，三代核电技术得到验证，2019年我国核电机组核准数量打破“零核准“，并呈现上升趋势，2019年、2020年分别新增核准机组4台，2021年新增核准5台机组。 ◥2009年至2021年，国家每年核准机组数量最高不超过8台；2022、2023连续两年，每年核准10台机组，我们认为，核电行业已经重回快 国家核准核电机组数量 速发展阶段。 资料来源：wind，国联证券研究所12 ◥2022年年底，我国（未包含台湾地区）商运核电机组数为53台（部分机组带核运行但未正式商用），总装机容量为5563万千瓦，仅次于美国、法国，位列全球第三，核电总装机容量占全国电力装机总量的2.2%，装机容量占比仍有较大提升空间。 ◥2022年，我国核电发电量为4177.8亿千瓦时，同比增加2.5%，约占全国总发电量的4.7%，累计上网电量为3917.9亿千瓦时。与燃煤发电相比，核电发电相当于减少燃烧标准煤11812.5万吨，减少排放二氧化碳30948.7万吨、二氧化硫100.4万吨、氮氧化物87.4万吨。核电的发展为保障电力供应安全和推动降碳减排作出了重要贡献。 核电发电量情况 商运核电机组装机规模 资料来源：中国核能行业协会，国联证券研究所13 核燃料循环示意图 ◥根据赵弥的《我国乏燃料后处理经济性研究》报告对两种处理方式的分析，在一定假设条件下，后处理方案比“一次通过”更加经济，同时其经济性也会受到MOX燃料元件制造成本的影响。当MOX燃料元件制造成本较低时，后处理方案明显比“一次通过”方案经济，便宜约7.8%；当MOX燃料元件制造成本较高时，后处理方案的经济性与“一次通过”方案相当，仅便宜约1.6%。 ◥根据曹殿鹏的《三种核燃料循环方案的综合效益比较》报告对开路热堆循环、闭式热堆循环、闭式快堆热堆联合循环三种循环方式分析，在一定假设下，与开路热堆循环比较，闭式热堆循环成本平均提高6%，快热联合循环本平均降低27.3%。随着天然铀价格越低，开路热堆循环经济性越有优势，随着后处理价格越低，闭式循环经济性越有优势。 资料来源：曹殿鹏《三种核燃料循环方案的综合效益比较》，赵弥《我国乏燃料后处14理经济性研究》，国联证券研究所 核燃料循环产业 ◥目前的反应堆技术对核燃料中的铀利用率较低，乏燃料中仍有可观的铀和钚可以回收再利用。我国为贫铀国，近年来我国铀资源对外依存度常年维持在70%以上。因此，建立乏燃料后处理闭式循环，对于提升我国铀资源利用率，提升铀钚等资源战略储备，保障能源安全等具有重要意义。 核燃料闭式循环发展途径 ◥乏燃料后处理后产品毒性将明显降低。乏燃料处理后高放废物的体积将被压缩到原来的四分之一，其长期放射性毒性将被降低一个数量级以上。 资料来源：景业智能招股书，科普中国，国联证券研究所15 3、核电及乏燃料部分相关公司梳理 ◥核电的建设可推动降碳减排，现阶段已进入快速发展阶段。我国核电发电量占全国总发电量的比例依然较小，与燃煤发电相比，为降碳减排作出了重要贡献。2022、2023连续两年，每年核准10台机组，表明核电行业已经重回快速发展阶段。 ◥我国核电站运营规模不断扩大，乏燃料数量逐步增加。根据景业智能招股书，到2030年，我国每年将产生乏燃料近 2,637吨，而2022年我国乏燃料处理能力仅为50吨/年，在建处理能力也仅为200吨/年。乏燃料数量的增加，将带来后 处理能力需求的快速增长。 上游中游下游 国光电气 景业智能 中国广核 江苏神通 航天晨光 中国核电 佳电股份 资料来源：前瞻产业研究院，国联证券研究所整理 兰石重装 17 中国核建 ◥国防预算不及预期：受国家经济及外部环境影响，若国防预算不及预期，则会对武器装备采购造成严重不利影响。 ◥行业需求不及预期风险：若军工行业整体需求不及预期，则对行业盈利能力产生影响。 ◥行业竞争加剧风险：若行业竞争较为激烈，各公司为保障市场份额而采取降价措施，则行业利润率将下降。 分析师声明 本报告署名分析师在此声明：我们具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，本报告所表述的所有观点均准确地反映了我们对标的证券和发行人的个人看法。我们所得报酬的任何部分不曾与，不与，也将不会与本报告中的具体投资建议或观点有直接或间接联系。 评级说明 投资建议的评级标准 评级 说明 报告中投资建议所涉及的评级分为股