2018年中国核电站产业链、核电发电量及装机容量分析「图」

一、核电站工作原理

核裂变,又称核分裂,是指由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见,当热中子轰击铀-235原子后,一个铀核吸收了一个中子可以分裂成两个较轻的原子核,在这个过程中质量发生亏损,因而放出很大的能量,并产生两个或三个新的中子,新中子再去撞击其它铀-235原子,从而形成链式反应。

核能发电基本原理是核裂变产生能量加热水生成蒸汽,将核能转变成热能;蒸汽压力推动汽轮机旋转,热能转变为机械能;然后汽轮机带动发电机旋转发电,将机械能转变成电能。以当前的主流压水堆核电站为例,其能量转换借助于三个回路来实现。在一回路中,反应堆冷却剂(通常为水)在主泵的驱动下进入反应堆,流经堆芯后带走核燃料裂变产能的能量,进入蒸汽发生器将热量传递给二回路的水,然后再流回到主泵,循环往复;在二回路中,二回路水通过热交换被一回路的水加热生成蒸汽,蒸汽再去驱动汽轮机,带动与汽轮机同轴的发电机发电,做功后的剩余蒸汽再经三回路冷却为液态水后,再次进入蒸汽发生器循环;在三回路中,三回路冷却水通过凝汽器冷却二回路做功后的蒸汽,带走剩余的弃热。

核电站发电原理

资料来源:公开资料整理

在节能环保压力下,核电作为清洁能源,具有零排放、效率稳定、规模大、优先调度、政策支持等优势。根据《节能发电调度办法(试行)》,在电力调度上,核电作为清洁能源,调度顺序优先于燃煤、燃气、燃油等火电机组。2017年2月《保障核电安全消纳暂行办法》,提出核电消纳要遵循“确保安全、优先上网、保障电量、平衡利益”的原则,确定了核电保障性消纳上网电量和给予电价上的保障等政策。

此外,核电利用小时数远高于其他发电形式:核电站运行受燃料质量、数量等影响小,具备全天候满功率运行能力。核电站每12月或18月才换料一次,加料后其余时间段,链式反应可连续、满负荷运行。由于核电具备优先上网优势,基本并不参与电网调峰,因此核电站利用小时数远高于其他发电形式。2017年,国内核电平均利用小时数为7107.94小时,远高于同期全国(3785.78小时)、水电(3578.93小时)、火电(4208.90小时)、风电(1948.01小时)、光伏(1205小时)的利用小时数水平。从当月值而言,核电利用小时数在590-700小时小幅波动。

不同发电方式利用小时数(小时)

资料来源:公开资料整理

二、核电行业发展现状分析

自上世纪50年代以来,核电经历了半个多世纪的历程。按照时间顺序,全球核电发展历史大体上可以分为起步阶段、迅速发展阶段、停滞阶段、复苏阶段及谨慎发展阶段等五个阶段。

截至2018年底,全球在建核电机组54台,总装机容量5501.3万千瓦。另外,全球核电开工机组增长幅度不大,但是核电发展的区域却在不断扩展。2018年,全球有4台机组新开工建设,1台机组重启建设(韩国的新古里6号)。目前,全球17个国家或地区正在建设核电站,其中白俄罗斯、阿联酋、孟加拉国和土耳其都是新增的核电成员国。

2017年全球主要国家核电装机容量(兆瓦)

资料来源:公开资料整理

2018年,我国核电机组继续保持安全稳定运行,核电装机占比2.35%,发电占比4.22%。截止2018年12月底,我国在运核电机组44台,装机容量达到4464.516万千瓦,在建核电机组13台,总装机容量1403.058万千瓦。全年核能发电量为2944亿千瓦时,同比增长约为18.96%,创历史最高水平。

此外,2018年全国投入商运的44台核电机组继续保持安全稳定运行,没有发生1级及以上运行事件,主要运行技术保持国际前列。2018年我国核电平均利用小时数为7499.22小时,设备平均利用率为85.61%,已经持续两年增长。

2011-2018年我国在运和在建核电机组数量

资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的2019-2025年中国核电站发电行业发展趋势预测及投资战略咨询报告

我国核电发电量占比仍较低,与其他国家对比发展潜力巨大。一方面根据国家能源局最新统计数据,2017年全国累计发电量为62758.20亿千瓦时,商运核电机组累计发电量为2474.69亿千瓦时,约占全国累计发电量的3.94%,远远低于占比约73.48%的火电发电量,即使按照《能源发展十三五规划》的意见,2020年运行核电装机力争达到5800万千瓦,在建核电装机达到3000万千瓦以上,核电占比也仅占约5.8%,在发展核电的30多个国家中仍居于后列,提升空间较大。

2016-2018年我国核电发电量走势

资料来源:公开资料整理

我国全国全社会用电量增速自2015年以来持续回升,2018年全社会用电量同比增长8.5%,增速较2017年同期提高1.9个百分点。受益用电需求回暖,国家从需求端考虑延缓核电新项目审批的因素进一步弱化,核电重启预期强化。

2011-2018年我国全社会用电量统计

资料来源:国家统计局,华经产业研究院整理

三、核电产业链分析

核电产业链主要分为核电站建设、核电站运营、核燃料供应以及核废料处理等环节。其中核电站建设流程主要包括核电设计、核电设备制造、土建施工与设备安装、调试等流程。核电站设计是指根据建设工程的要求,对建设工程所需的技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析、论证,编制建设工程设计文件的活动;核电设备制造包括核岛设备、常规岛设备和辅助设备系统(BOP)等设备的制造;土建施工与设备安装是根据工程所确定的标准、设计文件、图纸,经过现场土建和安装施工的集成,最终把设计蓝图转换成系统完整、功能齐全的核电站,主要包括核岛、常规岛及BOP厂房的施工和建设;调试是核电站设计、制造、施工、安装完成后,用调整试验的手段进行质量和性能符合性的检验,检查缺陷和消除缺陷的过程;核燃料供应主要包括铀矿的开采、加工及燃料棒的供应;核电站运营是指核电站发电及日常维护管理工作;核废料处理主要是对核废料短期存放、后期处理、运输、永久掩埋等工作。

1、核电站设计

我国核电设计环节主要由中国核动力研究设计院、深圳中广核工程设计有限公司、国核电力规划设计研究院及上海核工程研究设计院等四家公司承担,其中中国核动力研究设计院和深圳中广核工程设计有限公司占据主要市场。

2、核电设备制造

核电设备主要分为核岛设备、常规岛设备和辅助设备系统(BOP)。核电站主要由核岛和常规岛组成,核岛主要用于核反应堆的运行,常规岛主要用于将核反应堆产生的能量转变为电能。核岛主设备主要包括核反应堆(包括堆芯、压力容器、堆内构件)、反应堆冷却剂泵、蒸汽发生器、控制棒及驱动机构、稳压器、主管道等,常规岛设备主要包括汽轮机、发电机、汽水分离再热器等。辅助设备系统即核蒸汽供应系统之外的部分,包括供热通风与空气调节系统(HVAC系统)、排水系统等。

核电站主设备主要由上海电气、东方电气、哈电集团、中国一重及中国二重垄断,包括反应堆压力容器、堆内构件、控制棒及驱动机构、稳压器、蒸汽发生器、汽轮发电机、主冷却剂泵等;近年来,部分民营企业占据细分领域主导地位,并通过产品线延伸进一步发展。比如台海核电在主管道领域取得主导地位,2017年国内市场份额约60%,业务进一步延展到主泵泵壳,与应流股份二分天下。另外,浙富控股在控制棒驱动机构领域取得领先地位,江苏神通、纽威股份、大连大高等企业在阀门市场取得主导地位。

3、核燃料

核燃料循环是指核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧及以后处理的整个过程,包括铀的采矿、加工提纯、化学转化、同位素浓缩、燃料元件制造、元件在反应堆中使用、核燃料后处理、废物处理和处置等。

铀燃料的生产、供应是核燃料的重点。天然铀是以矿石形式存在的,经过勘、探开采、水冶铀转化与浓缩等过程,最终送往核燃料加工厂制造,目前核燃料主要由中核下属的铀业公司进行制造。

我国铀矿主要依赖进口。我国铀矿勘查程度较低,探明有限,我国的已经发现的铀资源并不丰富,仅占全球1.3%,大量的铀资源需要进口。近年来,随着铀矿勘察的不断深入,临近的蒙古、哈萨克斯坦跟中国的边境地区都发现大量的铀矿矿床,说明了我国铀矿资源潜在总量较大,前景广阔。

4、核电站运营

我国核电站运营主要由中广核、中核二分天下。截止2018年7月,我国已运营的核电机组共38台,大部分分布在广东、福建、浙江、广西等沿海地区。其中,中广核管理在运核电反应堆21座,中国核电管理在运核电反应堆17座;此外,我国共有在建核电反应堆数17座,大部分分布在广东、广西等东南沿海地区。其中,中广核管理在建核电反应堆8座,中国核电管理在建核电反应堆7座,国电投管理在建核电反应堆2座,主要是海阳AP1000两台机组,中国华能管理在建核电站1座,主要是山东石岛湾高温气冷堆示范项目。总的来说,核电开发运营市场,中核、中广核、国家电投形成了三足鼎立的局面。

本文采编:CY237

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