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中国核电行业研究报告

放大字体  缩小字体 中国核电网  | 发表于:2016-10-26 | 来源:重点行业研究

1、核电行业概述

核电站(见图1)就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备,链式裂变反应就在其中进行。目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。但用的最广泛的是压水反应堆。压水反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂,它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。

核电站使用的燃料称为“核燃料”。核燃料含有易裂变物质铀-235。一座100万千瓦的核电站每年只需要补充30吨左右的核燃料,而同样规模的烧煤电厂每年要烧煤300万吨。

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A、核电站发电原理及结构

核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压力下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转,电就产生,通过电网送到四面八方。

核电站除了关键设备—核反应堆外,还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站为例,它们是主泵,稳压器,蒸汽发生器,安全壳,汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在核电站中有各自的特殊功能。

主泵如果把反应堆中的冷却剂比做人体血液的话,那主泵则是心脏。它的功用是把冷却剂送进堆内,然后流过蒸汽发生器,以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。

稳压器又称压力平衡器,是用来控制反应堆系统压力变化的设备。在正常运行时,起保持压力的作用;在发生事故时,提供超压保护。稳压器里设有加热器和喷淋系统,当反应堆里压力过高时,喷洒冷水降压;当堆内压力太低时,加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。

蒸汽发生器它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水,并使之变成蒸汽,再通入汽轮发电机的汽缸作功。

安全壳用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去,以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生罕见的反应堆一回路水外逸的失水事故时,安全壳是防止裂变产物释放到周围的最后一道屏障。安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器。

汽轮机核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异,所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低,所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。

危急冷却系统为了应付核电站一回路主管道破裂的极端失水事故的发生,近代核电站都设有危急冷却系统。它是由注射系统和安全壳喷淋系统组成。一旦接到极端失水事故的信号后,安全注射系统向反应堆内注射高压含硼水,喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂。便可缓解事故后果,限制事故蔓延。

B、核电站分类

压水堆核电站

以压水堆为热源的核电站。它主要由核岛和常规岛组成。压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。在核岛中的系统设备主要有压水堆本体,一回路系统,以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统,其形式与常规火电厂类似。

沸水堆核电站

以沸水堆为热源的核电站。沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并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。它们都需使用低富集铀作燃料。沸水堆核电站系统有:主系统(包括反应堆);蒸汽-给水系统;反应堆辅助系统等。

重水堆核电站

以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重水作慢化剂的反应堆,可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂,重水堆分压力容器式和压力管式两类。重水堆核电站是发展较早的核电站,有各种类别,但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站。

快堆核电站

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核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料,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。

目前,世界上已商业运行的核电站堆型,如压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型,主要利用核裂变燃料,即使再利用转换出来的钚-239等易裂变材料,它对铀资源的利用率也只有1%—2%,但在快堆中,铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用,但考虑到各种损耗,快堆可将铀资源的利用率提高到60%—70%。

C、中国现有核电站介绍

截至2013年12月31日,中国投入商业运行的核电机组数量已达17台,总装机占全国发电装机总量的1.19%。在建核电机组约占全球在建核电机组的40%。

秦山核电站位于杭州湾畔,一期工程是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的30万千瓦压水堆核电站。1985年3月浇灌第一罐核岛底板混凝土,1991年12月首次并网发电,1994年4月设入商业运行,1995年7月通过国家验收。

秦山三期(重水堆)核电站采用加拿大成熟的坎杜6重水堆核电技术,建造两台70万千瓦级核电机组。1号机组于2002年11月19日首次并网发电,并于2002年12月31日投入商业运行。2号机组于2003年6月12日首次并网发电,并于2003年7月24日投入商业运行。

广东深圳大亚湾核电站1987年8月7日工程正式开工,1994年2月1日和5月6日两台单机容量为984MWe压水堆反应堆机组先后投入商业营运。大亚湾核电站二期工程,是中国自主设计、自主建造、自主管理、自主运营的首座2×60万千瓦商用压水堆核电站,于1996年6月2日开工,经过近6年的建设,第一台机组于2002年4月15日比计划提前47天投入商业运行。

田湾核电站位于江苏省连云港市连云区田湾,厂区按4台百万千瓦级核电机组规划,并留有再建2至4台的余地。一期建设2台单机容量106万千瓦的俄罗斯AES-91型压水堆核电机组,设计寿命40年,年平均负荷因子不低于80%,年发电量为140亿千瓦时。工程于1999年10月20日正式开工,单台机组的建设工期为62个月,分别于2004年和2005年建成投产。

岭澳核电站一期工程于1997年5月开工建设。它位于广东大亚湾西海岸大鹏半岛东南侧。岭澳核电站是“九五”期间我国开工建设的基本建设项目中最大的能源项目之一。岭澳核电站(一期)拥有两台百万千瓦级压水堆核电机组,2003年1月全面建成投入商业运行,2004年7月16日通过国家竣工验收。目前正展开二期工程建设。

阳江核电站位于粤西沿海的阳江市,总投资近700亿元人民币,项目采用中国自主品牌核电技术――CPR1000,进行标准化、批量化建设。作为我国一次核准开工建设容量最大的核电项目,阳江核电站工程建设6台百万千瓦级核电机组。1号机组于2014年3月25日下午正式投入商运;2号机组1月7日完成冷试;3号机组已进入了设备安装和调试阶段;4号机组于2012年11月17日实现FCD,5号机组于2013年9月18日实现FCD;6号机组于2013年12月23日实现FCD。

红沿河核电站辽宁红沿河核电站位于瓦房店市东岗镇,发电量将达到9600余万千瓦时,年实现利税约60亿元。1号机组2013年2月17日并网成功,标志中国东北第一个核电厂已具备发电能力。2号机组于2013年11月23日首次并网成功。

我国核电产业的运行情况分析

核电产业链包括上游的核燃料及燃料组件供应,中游的核设备生产,以及下游的核电站投资运营。

整个核电产业链主要参与者包括:业主企业,核电站设计方,设备供应商,施工建设方和运营管理方。上游核燃料及燃料组件供应的代表企业为中国核燃料有限公司;中游核设备生产的主要企业包括上海电气、哈尔滨电气、苏州海陆重工、中国一重、二重(德阳)、四川新科机电、大连宝原、山东核电设备;下游电站投资运营的企业都是国有发电企业,包括中核、中广核和国家电力投资公司三家。

相对于其他发电形式来说,核电产业的利润较高。从产业链的角度来看,上游核燃料供应环节的利润率最高,在40%-50%左右;下游核电站投资运营环节的利润率次之,为35%-40%;中游核设备生产的利润率最低,其中,核岛设备利润率为30%-35%,常规岛设备利润率仅为5%-10%。

我国核能产业链分析
 

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1上游核燃料和燃料组件供应

由于核电与国家安全的高度相关性,以及对技术的高标准、严要求,我国核燃料和组件供应产业高度集中。

2014年之前,我国从事核燃料生产、供应和服务的企业仅有中核集团下属中国核燃料有限公司一家,处于独家垄断经营地位。中核集团既是唯一的核燃料供应商,同时也是核燃料的用户之一。2014年,中核集团实现年产金属铀达到800吨,产能跃居世界前列,可同时满足30个百万千瓦级压水堆核电机组的换料需求。但作为世界上核电装机容量增长最快、增幅也最大的国家,现有生产能力已无法完全满足核电项目发展对原材料和燃料组件的需求。

2014年5月,随着纳米比亚湖山铀矿的正式开工,中广核开始涉足核燃料前端产业。预计湖山铀矿达产后,可满足20台百万千瓦级核电机组近40年的天然铀需求,其建成投产对提高我国核燃料的供应保障能力具有重要意义。

总体来看,我国在核燃料循环前端已具备一定技术研发和规模生产能力,但相比于欧美发达国家,在技术能力和经济性方面仍存在较大差距。在部分关键领域,我国尚未完全形成核心技术的设计能力,核心技术和零部件仍依赖进口。

2中游核设备生产

国内核电设备供应商已有90多家,占到总供应商的82.57%,但设备配套生产厂家非常分散,有待进一步整合和优化配置。

我国已基本掌握三代核电的技术,核设备生产能力已追上国外先进水平,已具备每年生产6-8台核电设备的能力。在主要技术路线方面,华龙一号首堆建设的国产化率不低于85%,批量化建设后设备国产化率将超过95%,另一个三代核电技术重大专项CAP1400设备国产化率也达85%,AP1000平均国产化率已达到55%,CAP1000的国产化率更是超过80%。核电设备国有化率的加快极大地降低了核电站的建设成本。

但受制于核心零部件和关键原材料的供应能力,部分设备国有率较低,核电成套设备制造上仍存在一些技术瓶颈,如反应堆压力容器一体化顶盖、蒸汽发生器下封头、管板、主管道等锻件的制造工艺尚不成熟,需要进一步完善和巩固优化;主泵技术尚不成熟,国产化进程预计需要较长时期;安全级自动化仪控系统、余热导出泵、爆破阀、海水循环泵等设备的自主化进展较慢。

2015年中国核电设备行业前十大企业如下:上海电气、哈尔滨电气、苏州海陆重工、中国一重、二重(德阳)、四川新科机电、大连宝原、山东核电设备、威海华东重型装备、上海自动化仪表。

3下游核电投资运营
 

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核电站的运营处于寡头垄断状态。目前国家允许控股核电站的运营商只有中核、中广核、国家电力投资公司(中电投与国家核电技术公司合并而来)三家。

我国核电运营企业市场份额

与火电相比,核电不排放二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等污染物,是一种技术较为成熟的清洁能源。而且核电还具备年利用时间较长的优势,相对于风电、光伏来说更为稳定。因此,众多电力企业一致看好核电的发展潜力,纷纷加快核电站的业务布局,包括中核建、华能、大唐等在内的企业都在积极申请核电运营牌照。随着核电项目尤其是内陆核电的全面加速,预计未来将有1-3家电力企业获得运营牌照。

2015年2月17日,辽宁红沿河核电站5、6号机项目在国务院办公厅会议上获得核准,标志我国正式重启核电项目建设。随着中国核电A股上市,“十三五”期间我国核电产业有望进入新一轮快速发展期。

另一方面,核电站的运营也面临安全性的挑战,主要是核电站的运行安全以及核废料的安全处理,这也是社会公众广泛关注的问题。这个问题如果解决不好,将会持续影响我国核电产业的发展。

我国核电产业的区域分布

截止到2015年底,中国投入商业运行的核电机组共28台,总装机容量达到2642万千瓦,占电力总装机容量的1.75%。目前,我国核电项目主要集中在东部沿海地区,其中,辽宁、江苏、浙江、福建、广东等都有核电项目投运,其中,浙江和广东已经形成核电产业基地。山东、广西、海南的核电项目正在建设中。随着核电项目的重启,在内陆建设核电成为了发展新趋势。

国内目前10余个省已经计划部署内陆核电,如广东内陆地区、福建内陆地区以及四川、贵州、重庆、安徽、河南、吉林和黑龙江等省份,而湖北、湖南、江西的核电项目正在开展前期工作。

我国核能行业的区域分布

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