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(lǐng)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(jìn)行規(guī)劃，尋求關(guān)鍵技術(shù)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(dāng)前核電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，本期為您帶來——核電技術(shù)。

核電產(chǎn)業(yè)鏈包括了核燃料供給商、設(shè)備供應(yīng)商、電力設(shè)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(yīng)堆、核電核心設(shè)備制造及核電輔助設(shè)備制造；下游環(huán)節(jié)主要包括核電站建設(shè)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)目前由中核集團下屬的中國核燃料有限公司獨家供應(yīng)，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(quán)中核集團對核燃料、鈾產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)營和進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shè)計、建設(shè)、設(shè)備進(jìn)口、技術(shù)服務(wù)、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(guān)的核燃料產(chǎn)業(yè)。

02 核電產(chǎn)業(yè)鏈中游：核電設(shè)備制造

通常把核電站的組成設(shè)備稱為核電設(shè)備，各系統(tǒng)的設(shè)備約有48,000多套件，其中機械設(shè)備約6,000套件，電器設(shè)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(shè)備總體上可分為三大類：核島設(shè)備（NI）、常規(guī)島設(shè)備（CI）和輔助系統(tǒng)（BOP）。

 

圖3 核電站的組成

核島設(shè)備是承擔(dān)熱核反應(yīng)的主要部分，技術(shù)含量最高，對安全設(shè)計的要求也最高；常規(guī)島設(shè)備在技術(shù)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(shè)備在核電站的造價中所占的比例大致為5：3：2。

核島設(shè)備制造是核電國產(chǎn)化的核心，壟斷程度高，技術(shù)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(shè)備領(lǐng)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(shè)

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(shè)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(shè)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(dá)60年（第三代核電站）。

鑒于核安全要求的特殊性，核電站建設(shè)要經(jīng)歷前期規(guī)劃、論證、選址、審批、設(shè)計、設(shè)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(chǔ)價是核電站建造成本的主體部分。工程基礎(chǔ)價是以計價當(dāng)期的設(shè)備材料價格、人工機械價格和財政稅收政策等有關(guān)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(yù)備費。

在基礎(chǔ)價的基礎(chǔ)上考慮逐年物價浮動的建設(shè)造價總金額，即為工程固定價。在工程固定價的基礎(chǔ)上計入建設(shè)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(shè)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(shù)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(dān)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)CAP1400示范工程的榮成石島灣核電站的建設(shè)工作，也是CAP1400技術(shù)的推廣者和出口者。

按照《核電管理條例（送審稿）》的相關(guān)細(xì)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(yù)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(yīng)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(yīng)性的變化，最終使反應(yīng)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(yīng)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(xué)研究等領(lǐng)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(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)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(shù)路線。

PUREX是目前乏燃料后處理的主流技術(shù)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(dá)千億 。目前我國后處理產(chǎn)業(yè)已實現(xiàn)部分設(shè)備國產(chǎn)化，進(jìn)入市場推廣階段，如中子吸收材料、常規(guī)機械電氣設(shè)備。部分產(chǎn)品需在現(xiàn)有核電基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性開發(fā)或改進(jìn)，如遠(yuǎn)距離操作閥門、機械手、熱室等。

我國核電工業(yè)基礎(chǔ)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(chǔ)。在核電堆型研發(fā)方面，我們已經(jīng)通過引進(jìn)消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，形成了具有自主品牌的二代改進(jìn)型反應(yīng)堆堆型，目前正進(jìn)行第三代、第四代先進(jìn)堆型的研發(fā)工作，其中自主三代堆型包括國家核電技術(shù)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(xué)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(dāng)前我國核電站的區(qū)域分布有關(guān)。
 

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(biāo)，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(wù)的發(fā)展布局。

圖6 核電業(yè)務(wù)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(biāo)綱要”，“十四五”期間，我國核電運行裝機容量達(dá)到7000萬千瓦。