核电产业链全景解析

乐晴智库精选 2021-04-17 10:12



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《政府工作报告》中关于2021年重点工作里提出:制定2030年前碳排放达峰行动方案。优化产业结构和能源结构,推动煤炭清洁高效利用,大力发展新能源,在确保安全的前提下积极有序发展核电。

这是四年来政府工作报告首次用“积极”的字眼信号明确地提及核电。

核电是一种技术成熟的清洁能源,具有建设周期长、投资规模大的特点;核电建设既可以发挥稳定投资的作用,又不会增加近5年内的供应能力,但对于推动未来能源结构优化具有重要作用。

目前,全球的核电技术已发展到第三代,美国、法国、中国等国家已开展第四代核电的研究,四代堆将带来下一次能源革命。
国际能源署(IEA)发布的《世界能源展望》中称,核电是当前仅次于水电的第二大低碳电源,中国是世界核电大国,核电发电量在2030年前有望超过美国和欧盟,行业具有广阔的增长空间。
根据世界核协会(WNA)公布的数据,截至2021年1月1日,全球有32个国家在使用核能发电,共有441台在运核电机组,总装机容量约392.4 GWe。

相对于2020年1月1日,核电使用国增加了2个,机组数量减少了1台,总装机容量基本保持稳定。
从核电装机容量来看,全球近年来保持向好的趋势。根据WNA公布的数据,截至2021年1月1日,全球共有54台在建机组,总装机容量60.3GWe。
2020年全球共有5台核电机组(总装机容量5073 MWe)正式开工建设,其中4台位于中国,1台位于土耳其;5台首次并网发电,6台永久关闭。
2011年日本福岛核事故后,中国政府决定暂停国内核电新项目审批。进入2020年,此次国务院一次性再核准了4台机组,均采用华龙一号技术路线,标志着中国具有完全自主知识产权的三代核电技术迎来批量化建设的新时期。

核电产业链

核电产业链包括了核燃料供给商、设备供应商、电力设计、科研、施工、安装、发电和输配电等企业,可以按照其在产业链中的位置分为上游、中游和下游共三个环节。
上游环节包括核燃料、原材料生产;中游环节包括核反应堆、核电核心设备制造及核电辅助设备制造;下游环节主要包括核电站建设及运营维护。
每个环节又由众多其他环节组成,例如核燃料供应,需要铀矿勘察、采矿、冶炼、纯化、转化、铀浓缩、元件制造等环节,即使仅仅一个元件制造环节,又需要涉及核级锆合金产业的支撑。
资料来源:银河证券

核电产业链上游:核燃料供应

核燃料元件棒最核心的材料是燃料芯块,它由二氧化铀组成,是反应产生热量的主要原料。
天然铀是以矿石形式存在的。铀矿经过勘探开采、水冶、铀转化与铀浓缩等过程,最终送往核燃料加工厂制造出核燃料元件。
中国的核燃料制造和供应目前由中核集团下属的中国核燃料有限公司独家供应,中核集团是中国唯一拥有完整核燃料循环产业的企业。
国家授权中核集团对核燃料、铀产品的生产经营和进出口实行专营。其中,加工核燃料组件的资质及能力国内仅中核集团旗下的中核建中和中核北方两家公司具备,除了首炉等必须从国外进口的核燃料以外,所有国产核燃料组件只能从中核建中、中核北方进行采购。
中核集团的全产业链布局将为公司发展提供燃料采购、加工、工程设计、建设、设备进口、技术服务、乏燃料运输及后处理等全方位支撑。
中广核和国家电投也在布局相关的核燃料产业。

核电产业链中游:核装备制造

核岛设备是承担热核反应的主要部分,技术含量最高,对安全设计的要求也最高。

常规岛设备在技术上不区分第二代和第三代;辅助系统的工程规模比较小。这三种设备在核电站的造价中所占的比例大致为5:3:2。
核电核心设备
通常把核电站的组成设备称为核电设备,各系统的设备约有48,000多套件,其中机械设备约6,000套件,电器设备5,000多套件,仪器仪表25,000余套件,总重约6.7万吨。一座2×60万千瓦的压水堆核电站约有290个系统。
核电设备总体上可分为三大类:核岛设备(NI)、常规岛设备(CI)和辅助系统(BOP)。
核电站的组成:
核岛设备制造是核电国产化的核心,垄断程度高,技术壁垒高。我国在产业链条上处于有利的地位,定价能力强。在其他辅助设备领域,由于核电产品属于高端产品,毛利率也普遍较高。
决定核电设备竞争格局的关键因素在于设备制造企业的进入时间和创新能力。

核电主设备制造难度大,建设周期长,同时承担重要的核安全保障的功能,这就导致其成本偏高,因此我国的核电主设备制造业主要为大型国有企业垄断,这是由核电设备的高技术壁垒所决定的。
目前国内已经形成东北、上海和四川三大核电设备制造基地,有100多个企业具备了核电设备的生产能力。
一般单个设备供应商3~4家。目前核岛设备的供应现状是四大国企上海电气、东方电气、哈电集团、中国一重占据主要供应地位,承担了三代核电主设备的国产化任务,包括反应堆压力容器、稳压器、蒸汽发生器、汽轮发电机、主冷却剂泵;中国二重参与部分产品。
民营企业在细分产品如阀、泵管道、风机制冷设备等方面占据了主要供应地位。
华龙一号设备完全国产化。中国一重:全部反应堆压力容器的制造任务;东方电气:汽轮发电机组等主设备的设计、制造以及蒸汽发生器的制造任务;上海电气:反应堆堆内构件、核二三级泵等制造任务;哈电股份:核岛反应堆冷却剂泵、常规岛辅机给水加热器等;中核科技关键阀门:主蒸汽隔离阀、核级直流电装驱动闸阀、
AP1000核电站主要设备制造商:
资料来源:中信建投

核电站建设及运营维护

核电站建设
核电具有建设周期长、投资规模大的特点。核电站的前期工作一般需要5-10年、甚至更久的时间;工程建设及安装调试一般需要5年左右;投产后运行时间一般为30-40年(第二代核电站),甚至可达60年(第三代核电站)。
鉴于核安全要求的特殊性,核电站建设要经历前期规划、论证、选址、审批、设计、设备制造、建造、调试、运行等过程。

从核电站整体造价来看,工程基础价是核电站建造成本的主体部分。工程基础价是以计价当期的设备材料价格、人工机械价格和财政税收政策等有关规定估算核电厂的总造价,主要包括工程费用、工程其他费用、特殊项目、首炉核燃料费和基本预备费。

在基础价的基础上考虑逐年物价浮动的建设造价总金额,即为工程固定价。在工程固定价的基础上计入建设期利息、可抵扣增值税等金额后,即为核电项目的总计划投资。

资料来源:中国知网
核电站运营
2002年电改后,中电投继承了原国家电力公司的所有核电资产,2015年5月中电投与国核技合并为国电投后,国内具有核电运行(民用核设施运行许可证)牌照的只有三家央企——中广核集团、中核集团和国电投集团。
随着2015年5月份中国电力投资集团公司与国家核电技术公司合并成国家电投,核电开发运营形成了三足鼎立的局面。
虽然目前国家电投运营的核电站数量无法与中核、中广核比较,但是国家电投承担了拥有自主知识产权CAP1400示范工程的荣成石岛湾核电站的建设工作,也是CAP1400技术的推广者和出口者。
按照《核电管理条例(送审稿)》的相关细则要求,五大发电中的大唐、华电、华能三位巨头已基本满足控股核电站的要求。结合三代核电重启审批的预期,将逐步改变现有的核电运营商竞争格局,带来新的变量和新的动能。

国内在运核电机组权益装机容量拆分(截止2019年12月31日,单位:MW)

运营成本
核电站的运营成本主要由折旧、维护和燃料成本构成。
核电项目前期投入昂贵,导致折旧成本较高。一般而言,项目投产后,折旧在运营商的营业成本中占比接近40%,而火电仅达15%左右。因此,核电运营商具备现金流充沛的特点。

国内核电研究机构

我国核电工业基础发源于国家原有的核军工体系,具备了较好的发展基础。

目前,我国已拥有两种自主三代核电技术,分别为国和一号与华龙一号。
国和一号是国家重大科技专项之一,由国家电投集团在引进消化吸收国际先进核电技术的基础上,开发的拥有自主知识产权的核电技术,采用“非能动”安全设计理念,单机功率达到150万千瓦,是我国自主设计的最大功率的核电机组。
自主三代堆型包括国家核电技术公司的AP1000,中国核工业集团的ACP1000,ACP1400、中广核集团的ACPR1000+等(ACP+、ACPR+现统称为“华龙一号(HTR)”)。
四代堆型目前主要为清华大学核研院研发的高温气冷堆。

国内主要的核科学技术与核电技术研发设计单位有:北京核工业第二设计院、上海核工程研究设计院、中广核设计院、清华大学、中国原子能研究院、中国西南物理研究院、中国核工业天津三院、核工业辐射防护研究院、核工业铀矿山研究院等。
第四代核能利用系统常指快中子反应堆技术,不使用铀燃料,而改用钚-239作燃料,在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238,钚-239产生裂变反应时放出来的快中子,被装在外围再生区的铀-238吸收,铀-238就会很快变成钚-239。不仅提高了能量的产生,而且还充分利用了铀-238这一核废料,核废料导致的环境污染问题将能得到解决。
第四代核电的安全性和经济性都更加优越,废物量极少,无需厂外应急,并具有防核扩散能力的核能利用系统,商用化预计2030年左右实现。
国内核电技术研发设计单位:
核电的高技术壁垒、高专业要求、强政核电的高技术壁垒、高专业要求、强政策管制的属性,一方面决定了在短期内出现新竞争对手的概率较低,行业格局稳定;另一方面,也给予了相关业务在同业中较高的利润率。
平安证券认为,纵观全球核电发展的起步、爆发、低潮、复苏四个时期,可以发现真正的决定性推动因素在于对能源供应的需求及其供给结构的变化。即使中途出现了三次核事故,也只是具有短期性影响,并不会对发展进程带来根本性改变。
近年来国内风电、光伏等可再生能源的的快速增长,对于电网稳定性带来了新的挑战,叠加全社会用电量的提升,电网对于基荷电源的需求也同步提高;核电作为煤电的最佳替代者,可以补足因煤电装机增速减缓、以及大型水电建设停滞而产生的基荷电源缺口。



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