2023年1月10日，我國西部地區(qū)首臺“華龍一號”核電機組首次并網(wǎng)成功，取得重大突破。 早在去年4月，國家能源局與科技部共同發(fā)布了《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）?！兑?guī)劃》通過調(diào)研世界各核電大國的核能發(fā)展趨勢，根據(jù)我國在“雙碳”實現(xiàn)過程的需求，對核電全產(chǎn)業(yè)鏈進行規(guī)劃，尋求關鍵技術與核心裝備的重點突破。結(jié)合我國對核電的規(guī)劃以及當前核電技術發(fā)展現(xiàn)狀，本期為您帶來——核電技術。

核電產(chǎn)業(yè)鏈包括了核燃料供給商、設備供應商、電力設計、科研、施工、安裝、發(fā)電和輸配電等企業(yè)，可以按照其在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置分為上游、中游和下游共三個環(huán)節(jié)。

上游環(huán)節(jié)包括核燃料、原材料生產(chǎn)；中游環(huán)節(jié)包括核反應堆、核電核心設備制造及核電輔助設備制造；下游環(huán)節(jié)主要包括核電站建設及運營維護。

每個環(huán)節(jié)又由眾多其他環(huán)節(jié)組成，例如核燃料供應，需要鈾礦勘察、采礦、冶煉、純化、轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造等環(huán)節(jié)，即使僅僅一個元件制造環(huán)節(jié)，又需要涉及核級鋯合金產(chǎn)業(yè)的支撐。
 

圖1 核電產(chǎn)業(yè)鏈全景

 

核燃料元件棒最核心的材料是燃料芯塊，它由二氧化鈾組成，是反應產(chǎn)生熱量的主要原料。

天然鈾是以礦石形式存在的。鈾礦經(jīng)過勘探開采、水冶、鈾轉(zhuǎn)化與鈾濃縮等過程，最終送往核燃料加工廠制造出核燃料元件。
 

圖2 核燃料

中國的核燃料制造和供應目前由中核集團下屬的中國核燃料有限公司獨家供應，中核集團是中國唯一擁有完整核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)。

國家授權中核集團對核燃料、鈾產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)營和進出口實行專營。其中，加工核燃料組件的資質(zhì)及能力國內(nèi)僅中核集團旗下的中核建中和中核北方兩家公司具備，除了首爐等必須從國外進口的核燃料以外，所有國產(chǎn)核燃料組件只能從中核建中、中核北方進行采購。

中核集團的全產(chǎn)業(yè)鏈布局將為公司發(fā)展提供燃料采購、加工、工程設計、建設、設備進口、技術服務、乏燃料運輸及后處理等全方位支撐。

中廣核和國家電投也在布局相關的核燃料產(chǎn)業(yè)。

02 核電產(chǎn)業(yè)鏈中游：核電設備制造

通常把核電站的組成設備稱為核電設備，各系統(tǒng)的設備約有48,000多套件，其中機械設備約6,000套件，電器設備5,000多套件，儀器儀表25,000余套件，總重約6.7萬噸。一座2×60萬千瓦的壓水堆核電站約有290個系統(tǒng)。核電設備總體上可分為三大類：核島設備（NI）、常規(guī)島設備（CI）和輔助系統(tǒng)（BOP）。

 

圖3 核電站的組成

核島設備是承擔熱核反應的主要部分，技術含量最高，對安全設計的要求也最高；常規(guī)島設備在技術上不區(qū)分第二代和第三代；輔助系統(tǒng)的工程規(guī)模比較小。這三種設備在核電站的造價中所占的比例大致為5：3：2。

核島設備制造是核電國產(chǎn)化的核心，壟斷程度高，技術壁壘高。我國在產(chǎn)業(yè)鏈條上處于有利的地位，定價能力強。在其他輔助設備領域，由于核電產(chǎn)品屬于高端產(chǎn)品，毛利率也普遍較高。
 

核電站建設

截至2021年12月31日，中國大陸運行核電機組共53臺，額定裝機容量為54646.95MWe。2021年1-12月全國累計發(fā)電量為81121.8億千瓦時，運行核電機組累計發(fā)電量為4071.41億千瓦時，占全國累計發(fā)電量的5.02%。

核電具有建設周期長、投資規(guī)模大的特點。核電站的前期工作一般需要5-10年、甚至更久的時間；工程建設及安裝調(diào)試一般需要5年左右；投產(chǎn)后運行時間一般為30-40年（第二代核電站），甚至可達60年（第三代核電站）。

鑒于核安全要求的特殊性，核電站建設要經(jīng)歷前期規(guī)劃、論證、選址、審批、設計、設備制造、建造、調(diào)試、運行等過程。

從核電站整體造價來看，工程基礎價是核電站建造成本的主體部分。工程基礎價是以計價當期的設備材料價格、人工機械價格和財政稅收政策等有關規(guī)定估算核電廠的總造價，主要包括工程費用、工程其他費用、特殊項目、首爐核燃料費和基本預備費。

在基礎價的基礎上考慮逐年物價浮動的建設造價總金額，即為工程固定價。在工程固定價的基礎上計入建設期利息、可抵扣增值稅等金額后，即為核電項目的總計劃投資。

核電站運營

2002年電改后，中電投繼承了原國家電力公司的所有核電資產(chǎn)，2015年5月中電投與國核技合并為國電投后，國內(nèi)具有核電運行（民用核設施運行許可證）牌照的只有三家央企——中廣核集團、中核集團和國電投集團。

隨著2015年5月份中國電力投資集團公司與國家核電技術公司合并成國家電投，核電開發(fā)運營形成了三足鼎立的局面。

雖然目前國家電投運營的核電站數(shù)量無法與中核、中廣核比較，但是國家電投承擔了擁有自主知識產(chǎn)權CAP1400示范工程的榮成石島灣核電站的建設工作，也是CAP1400技術的推廣者和出口者。

按照《核電管理條例（送審稿）》的相關細則要求，五大發(fā)電中的大唐、華電、華能三位巨頭已基本滿足控股核電站的要求。結(jié)合三代核電重啟審批的預期，將逐步改變現(xiàn)有的核電運營商競爭格局，帶來新的變量和新的動能。
 

核燃料在反應堆中使用時，由于易裂變核素的消耗、裂變產(chǎn)物及重核素的生成，引起燃料反應性的變化，最終使反應堆不再能維持臨界，因此核燃料使用到一定程度必須更換。在反應堆中“燃燒”到一定程度后，從堆中卸出的核燃料稱之為乏燃料。由于乏核燃料中包含有大量的放射性元素，因此具有很強的放射性，因此必須妥善處理。乏燃料的處理主要包括：儲存、運輸、后處理、深地質(zhì)處置等過程。

乏燃料含有的核素中,鈾、钚可以重新制成燃料元件，另外一些元素如氟、鍶、鍔、鈍、鉅、鋒、鏞等，在國防、宇宙能源、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)和科學研究等領域具有重要作用，為核能的綜合利用開辟了廣闊的前景。

乏燃料的處理方式包括開式核燃料循環(huán)和閉式核燃料循環(huán)處理，其中閉式循環(huán)可將乏燃料中鈾和钚等貴物質(zhì)進行回收再利用。

乏燃料回收是解決上游原材料的有效途徑，而我國乏燃料的回收處理速度卻小于產(chǎn)生速度，導致了乏燃料的年積累量持續(xù)增加。

世界上處理乏燃料的方式主要分兩種，一種是通過剪切封裝后直接進行深埋，瑞典、加拿大、西班牙、美國采取這種方式。另一種是閉式燃料循環(huán)，即分離鈾、钚元素，降低活性核放射性后在進行填埋，目前法、英、日、印度等國家均采用這一路線，中國也選擇這一技術路線。

PUREX是目前乏燃料后處理的主流技術路線，其工藝流程主要包括首端處理（切割、去包殼、溶解、過濾等）、萃取分離（鈾、钚與裂變產(chǎn)物的分離與凈化）、尾端處理（鈾、钚氧化物的生成）。

我國乏燃料后處理能力十分匱乏，未來市場空間達千億 。目前我國后處理產(chǎn)業(yè)已實現(xiàn)部分設備國產(chǎn)化，進入市場推廣階段，如中子吸收材料、常規(guī)機械電氣設備。部分產(chǎn)品需在現(xiàn)有核電基礎上進行適應性開發(fā)或改進，如遠距離操作閥門、機械手、熱室等。

我國核電工業(yè)基礎發(fā)源于國家原有的核軍工體系，具備了較好的發(fā)展基礎。在核電堆型研發(fā)方面，我們已經(jīng)通過引進消化吸收國外先進技術，形成了具有自主品牌的二代改進型反應堆堆型，目前正進行第三代、第四代先進堆型的研發(fā)工作，其中自主三代堆型包括國家核電技術公司的AP1000，中國核工業(yè)集團的ACP1000，ACP1400、中廣核集團的ACPR1000+等（ACP+、ACPR+現(xiàn)統(tǒng)稱為“華龍一號（HTR）”），四代堆型目前主要為清華大學核研院研發(fā)的高溫氣冷堆。

下圖選取了我國核電產(chǎn)業(yè)鏈中中游環(huán)節(jié)的注冊資本在1000萬元以上的企業(yè)總量，從區(qū)域分布情況來看，我國核電企業(yè)主要分布在山東省和江蘇省，與當前我國核電站的區(qū)域分布有關。
 

圖4 中國核電產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)企業(yè)分布熱力地圖

核電行業(yè)的龍頭企業(yè)-中國廣核、中國核電提出了其十四五發(fā)展目標，中國廣核表示將保持每年300萬千瓦以上發(fā)展速度，中國核電表示每年將保持3GW以上的發(fā)展速度。此外，核電企業(yè)的其他上市公司也明確了其核電業(yè)務的發(fā)展布局。

圖6 核電業(yè)務規(guī)劃/最新布局情況

根據(jù)“十四五規(guī)劃和2035年愿景目標綱要”，“十四五”期間，我國核電運行裝機容量達到7000萬千瓦。