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【本文目录】
1、核电是什么?
2、为什么我们国家要大力推动核电发展?
3、关于核电,我们必须知道哪些专业知识?
4、目前我国核电发展情况如何?
5、我国核电产业链是怎样的?
6、核电产业链有哪些投资标的?
一、核电是什么?核电,全称为“核能发电”或“原子能发电””,它是一种通过原子核裂变或聚变反应释放的核能转化为水和水蒸气的内能,内能再转化为发电机转子的机械能,机械能最终转化成电能的技术。
与我们常见的火电、水电不同的是,核电是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉;以核裂变能代替矿物燃料的化学能。其核裂变能来自核反应堆中的核燃料。
目前常见的核燃料有铀-235,钚-239、铀-233等重元素。
基于核电具备清洁、稳定、充足、清洁等几大特性,我国将核电视为替代化石能源的最佳选择,它具有极为重要的经济、政治、经济、生态、科技等战略价值。
二、为什么我们国家要大力推动核电发展? 不可否认,核电具有投资金额大、投资周期长、因排放大量废热到大气中,热污染较严重,甚至可能发生核污染和核泄漏等重大灾难级事故,但核电具有以下不可替代的战略价值,让它在我国以肉眼可见的速度“狂飙”,得到国家大力支持。
(一)核电自带优秀基因
1、核电能量密度高,发电量大,
核电发电厂一般使用铀 235 的裂变产生热量。1KG铀原子核裂变释放出来的能量≈2800吨煤燃烧所放出的化学能。一座100万千瓦的核电站,每年只需25吨至30吨低浓度铀核燃料,且运送这些核燃料只需10辆卡车,也由此可以大幅度减少输电线路建设和电能的运输成本。
2、核电干净,碳排放极其少,属于优质清洁能源
根据国际原子能机构(IAEA)发布,每生产一度电,煤炭发电需要排放357克碳,光伏发电需要排放76.4克,水力发电需要排放64.4克,风能发电需要排放13.1克,核能只需要排放5.7克,属于清洁能源。
3、核电供应量稳定
风能、光伏属于低密度能源,发电易受到气候、时间条件的制约,有明显的随机性、间歇性和波动性的特征,不能够独自承担基本负荷。
而核电每年利用小时超7600,全年几乎不停歇,供应能力很恐怖,产能是传统风电的3倍,可在电网中承担慢速调峰消纳的责任。
(二)复杂外界环境凸显核电的重要性
1、碳中和目标倒逼
我国承诺2060年前实现碳中和,而核电是唯一能大规模替代煤电的基荷电源。按目前建设速度,到2035年核电发电量占比将达10%,相当于每年减排二氧化碳9.2亿吨;到2060年占比18%,届时核能将承担全国四分之一的碳减排任务。
2、算力革命催生新需求
AI产业的爆发让数据中心成了“耗电巨兽”。一个大型算力中心的耗电量相当于一座中等城市,而东部沿海恰恰是AI企业最集中的地区。核电凭借稳定的电力输出,成了支撑算力基建的“刚需”。谷歌、亚马逊等科技巨头,已经联名支持全球核电扩容三倍的计划。
3、内陆核电的破冰之旅过去核电主要集中在沿海,但湖北、湖南等中西部省份正积极申请内陆核电站。美国98台核电机组有84台在内陆,中国也计划通过模块化技术解决内陆选址难题。一旦突破,核电将像“电力血管”一样,把清洁能源输送到全国每一个角落。
(三)核电具有极为重要的政治和经济战略价值
1、政治方面:核电可以减少对进口能源的依赖,增强国家的能源安全。
我国能源结构具有“富煤、贫油、少气”的特征,能源严重依赖进口,2023年我国煤炭、石油及天然气对外依存度分别达9.3%、72.9%及42.3%。石油依赖度已超红线,并且80%要经过马六甲海峡,当前世界风云诡谲,此类运输通道一旦被封锁,所造成的能源安全风险不言而喻。发展核电可减少对外部能源的依赖,增强能源自主保障。
并且,核电不受天气、季节等因素影响,能全天候持续发电,是现代能源体系的稳定器。例如,2023年中国核电机组平均利用小时数高达7670小时,是风电的3.45倍、光伏的5.96倍。
2、经济方面:核电是拉动经济的“超级引擎”
一台百万千瓦级核电机组投资超200亿元,投资期限一般5-8年,能带动装备制造、新材料等上下游50多个行业发展。如华龙一号”的关键设备,来自四川、上海等装备制造大省通过核电项目,带动5300多家企业、75家高校和科研单位,20万人协同创新。
2024年,国内核电建设投资高达1469亿元,同比增长54%,创历史新高,直接提高了我国基建领域的投资力度。2025年首批10台核电机组获批,预计拉动超2000亿投资。
三、关于核电,我们必须知道哪些专业知识?(一)核电站【核电心脏】:核电的生产车间
1、核电站的工作原理
核燃料在反应堆堆芯内发生裂变产生大量热能,一回路冷却水把热能带出反应堆,并在蒸汽发生器内把热量传给二回路的水,使它们变为蒸汽,蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。
一回路:反应堆裂变巨大热能,高温高压的冷却水由主泵泵入堆芯带走热量,流经蒸汽发生器内的传热U型管,通过管壁将热能传递给U型管外的二回路冷却水,释放热量后又被主泵送回堆芯重新加热再进入蒸汽发生器。
二回路:蒸汽发生器U型管外的二回路水受热变成蒸汽,蒸汽推动汽轮机发电机做功, 热能转化为电力做完功后的蒸汽进入冷凝器冷却,凝结成水返回蒸汽发生器,重新加热成蒸汽。
三回路:主要负责降温,使用海水或淡水,作用是在冷凝器 冷却已用的蒸汽使之变回冷凝水。
2、核电站的分类
核电站的核心装置是核反应堆(类似于锅炉),专业术语叫“核岛”,即安全壳及其内部全部的设备或系统。其作用是维持和控制链式裂变反应,产生核能,并将核能转换成热能。
核反应堆的心脏是堆芯,由核燃料组件和控制棒组件组成。堆芯装载在一个密闭的大型钢制容器——压力容器。高10多米、直径约4米、壁厚200毫米,重达400-500吨,耐高温高压和辐照,非常坚固。
根据核反应堆的不同,核电站可分为压水堆核电站、沸水堆核电站、高温气冷堆核电站、重水堆核电站、压力管式石墨慢化沸水堆核电站、钠冷快堆。
全世界核电站中,压水堆占60%、沸水堆占21%,重水堆占9%。而我国的核电站技术路线也以压水堆为主。压水堆是一种首先用于舰船的核动力堆, 以水为冷却剂和中子慢化剂,结构紧凑,经济性、安全性好,安全是许多国家选用压水堆的重要因素,目前是全世界核电站的主力堆型。
3、压水堆核电站的核心构成
压水堆核电站主要由核岛、常规岛、电站配套设施等组成。核反应堆厂房设备众多,包含核反应堆、蒸汽发生器、稳压器、主泵、冷却系统及管道等。其功能如下:
(二)核电技术【核电血液】:一代核电至四代核电的蜕变
1、第一代核电:小功率原型堆为主,验证核电可行性(1950s-1960s)
以水冷堆、气冷堆两种堆型为主,由于当时的铀浓缩技术尚不成熟,因此主要使用天然铀作为核燃料;
2、第二代核电:可分为轻水堆和重水堆,经济性大幅提高
1973 年的第一次石油危机,进一步促进了核电的快速进步,单堆功率水平达到百万千瓦级。实现了商业化、标准化、系列化、批量化,目前世界上商业运行的核电机组绝大部分属于第二代核电机组。按照冷却剂和慢化剂的类型,第二代反应堆可分为轻水堆和重水堆。轻水同时作为慢化剂和冷却剂,可分为压水堆和沸水堆。
在核燃料上,压水堆和沸水堆使用高富集铀,而重水堆使用天然铀。在回路系统上,压水堆和重水堆均采用二回路系统;而沸水堆采用一回路系统,省去了蒸汽发生器和稳压器,使沸水堆在运行中放射性物质泄露的风险更大。
3、第三代核电:配备多重安全冗余,造价较二代上升较多
采用先进的能动安全系统或非能动安全系统来提高安全性。能动安全系统依赖于外部能源,如电力或动力,来驱动安全相关的设备和组件。使用泵、风机、柴油发电机等能动部件来维持反应堆的安全状态。
而非能动安全系统采用加压气体、重力流、自然循环流以及对流等自然驱动力,不使用泵、风机或柴油发电机等能动部件,可以在没有交流电源、设备冷却水、厂用水以及供暖、通风与空调等安全级支持系统的条件下保持正常运行功能。非能动安全系统提高了核电站安全性,并且包含的设备部件大大减少,安全系统简化,减少了日常的试验、检查和维护。
第三代核电站单位造价在每千瓦 1.6 万元-1.7 万元,较第二代核电高出约 30%。
4、第四代核能系统:解决核能经济性、安全性、废物处理和防核扩散问题,2000年-至今。
01年9国签署GIF《宪章》,成立了第4代核能系统国际论坛(Generation IV International Forum,即 GIF)。02年GIF发布《第 4 代核能系统技术路线图》,提出钠冷快堆、高温气冷堆、气冷快堆、铅冷快堆、超临界水堆和熔盐堆 6 种最有希望的第四代核能系统,其中钠冷快堆、铅冷快堆和气冷快堆是快中子堆,高温气冷堆、超临界水堆和熔盐堆是热中子堆。
基于堆型和安全性考虑,第四代核电站较少使用水作为冷却剂和慢化剂。水的慢化性能强,水不能作为冷却剂;对于高温气冷堆,用氦气作为冷却剂不会发生相变,避免了水发生相变带来的传热沸腾危机;对于熔盐堆,高温熔融盐与水反应,会瞬间形成大量水蒸汽而产生高压,导致蒸汽爆炸
(三)核电运营商【核电师傅】:国内仅有4家
两家传统老牌:1、中核集团;2、中广核。两家核电央企主导,这两家的在建在运核电站总数达到了87台,几乎占据了全国核电的 85%以上;
第三家:国家电投--控股海阳核电的中电投与国家核电重组为国家电投;
第四家:华能集团--21年3月,海南昌江核电项目二期 3、4号机组获《核设施建造许可证》,标志华能控股建设的首个压水堆核电项目机组具备了正式建造的条件和具备发电资质。
(四)核电站【核电神经网络】:分布图如下
四、目前我国核电发展情况如何?(一)我国在运和在建核电机组规模首次位居世界第一
2025年,中国核电迎来历史性突破:全年新增装机容量1200万千瓦,相当于每天建一座中型火电站。从沿海到内陆,从“华龙一号”到第四代快堆,中国核电正以肉眼可见的速度“狂飙”。
截至2025年3月31日,我国商业运行核电机组共58台(不含台湾地区),装机容量为6096万千瓦(额定装机容量);另外还有44台机组在建(含核准建设),装机容量5235万千瓦。
即:我国在运、在建和核准建设的核电机组共102台、装机容量达到1.13亿千瓦,核电总体规模首次跃居世界第一。这标志我国核电产业从原本的追赶和并肩,正式进入了引领者的行列。
(二)我国核电技术领先
目前三代技术已成为主流,我国投运世界首座第四代商业运行核电站,第四代核电技术领先全球。四代技术包括六种堆型:气体冷却快堆、铅冷却快堆、钠冷却快堆、熔盐堆、超临界水冷堆、超高温气冷堆。
六种堆型中,两类为气体(氦)冷却反应堆,另两类是液态金属(钠、铅合金)冷却堆,还有一类超临界水冷堆,最后一类是熔盐冷却堆 。我国参与了五种堆型研发(除了气体冷却快堆)
此外,我国建设了世界第一个模块式高温气冷堆的实验堆,热功率为 10 MWt 的清华大学 10 MW 高温气冷堆实验堆(HTR-10),以及第一个模块式高温气冷堆的工业示范电站,即华能山东石岛湾 20 万千瓦级高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM),含两个热功率为 250 MWt 的反应堆模块。
(三)我国是世界上第8个拥有钠冷快堆技术的国家
钠冷快堆是以液态金属钠为冷却剂主要由快中子引起核裂变的反应堆。快堆主要有两大优势:一是增殖,它可以将天然铀中占99%以上的铀-238转化为易裂变核素钚-239,将铀资源利用率从压水堆的不到1%提高到60%以上;二是嬗变,它可以将乏燃料中的长寿命高放射性核素转化为短寿命低放射性核素,从而将核废料的放射性危害降至最小。
法国快中子反应堆起步较早,俄罗斯有长期运营钠冷快堆的经验,我国是世界上第8个拥有钠冷快堆技术的国家。2000年5月,中国实验快堆(钠冷)开工,于2011年7月成功并网发电。2017年,福建霞浦钠冷快堆60万千瓦示范快堆工程开工,计划于2023年建成投产。
(四)我国核电发电量和供应量稳步上升
2025年1-3月,运行核电机组累计发电量为1144.57亿千瓦时,比2024年同期上升了10.02%;累计上网电量为1075.11亿千瓦时,比2024年同期上升了10.13%;占全国累计发电量的5.05%,比2024年同期的2%占比提高3个百分点。
(五) 我国在运核电机组安全系数高
2025年1-3月,我国运行核电厂严格控制机组运行风险,燃料元件包壳完整性、一回路压力边界完整性、安全壳完整性均满足技术规范要求;未发生国际核事件分级(INES)1级及1级以上的运行事件;未发生一般及以上辐射事故;未发生较大及以上生产安全事故;未发生一般及以上突发环境事件;未发生职业病危害事故及职业性超剂量照射。
此外,我国运行核电厂放射性流出物的排放量均低于国家核安全局批准限值。2025年1-3月辐射环境监测数据表明,各运行核电基地外围监督性监测自动站测出的环境空气吸收剂量率在当地本底辐射水平正常范围内,未监测到因核电机组运行引起的异常。
五、我国核电产业链情况是怎样的? 核电产业链是一个技术密集、政策驱动性强且涉及环节众多的产业体系,涵盖从核燃料生产到核电站建设运营,再到核废料处理的全生命周期。
(一)上游:核燃料与原材料供应
1、铀的开发和提纯
铀是核燃料的主要成分。从铀资源来看,全球55个国家有查明可开采铀资源,其中澳大利亚、哈萨克斯坦和加拿大的资源量位列前三,占全球资源量的一半,中国铀资源24.47万吨,位列全球第9位,约占全球资源量的3.3%。因此,我国每年80%以上的铀资源依赖进口。
首先是对铀矿石进行冶炼,将铀矿石转化为铀精矿(黄饼)。接着是铀精制,将铀精矿进一步提纯,得到高纯度的铀化合物;然后是铀转化,把高纯度的铀化合物转化为六氟化铀(UF6)或其他适合核反应堆使用的燃料形式。六氟化铀是一种气态物质,便于进行铀同位素分离。因为天然铀中铀-235的含量较低(约0.7%),浓度不够维持链式反应。通过气离心法,将铀-235和铀- 238分离,得到浓缩铀。
2、核燃料制造
将浓缩铀加工成核燃料元件。对于压水堆核电厂常用的燃料元件,是将浓缩铀制成二氧化铀(UO2)粉末,然后压制成燃料芯块,经过烧结使其致密化,形成具有特定尺寸和性能的燃料芯块。
然后把燃料芯块装入由锆合金制成的包壳管中,经过焊接、密封等一系列工序,制成燃料棒。多个燃料棒组合在一起,构成燃料组件,燃料组件就可以装入核反应堆堆芯中使用了。
(二)中游:核电站工程建设
核电站的设计是关键环节。需要综合考虑核反应堆的类型(如压水堆、沸水堆、重水堆等)、厂房结构设计、安全系统设计等诸多因素。例如,压水堆核电站的设计要保证一回路(包括核反应堆堆芯、蒸汽发生器、主泵和管道等)和二回路(主要是汽轮机、发电机等常规岛部分)之间的热量传递安全高效。
设备采购也是核电站工程建设的重要部分。包括采购核反应堆压力容器、蒸汽发生器、汽轮发电机组等大型设备。这些设备的供应商需要具备严格资质认证来保障安全。
施工建设过程需要遵循严格的核安全法规和标准。而且对质量控制要求极高,整个建设周期通常较长,一般需要5-8年时间,而且核电站单机组投资额较高,例如,中广核的防城港 3 号和 4 号机组装机容量为1.18GW,设计造价共374.9 亿元,其中,设备投资额约 50%,设备中核岛投资额又高达58%。
(三)下游:核电站运营和维护
核电站运营过程中,核燃料管理是核心工作之一。要精确控制核燃料的装载、卸出和更换周期。同时,对核反应堆日常运行操作。
维护工作包括对设备的定期检修和保养。例如,对蒸汽发生器的传热管进行检查和维护,防止因腐蚀等原因导致的泄漏;对汽轮机的叶片等部件进行检查和修复,以保证其高效运转。
另外,核废料处理也是重要工作,核废料分为低中、高放射性废料:如轻微污染的防护用品等低放射性废料、可以浅地层处置方式,有效隔离废料中的放射性物质;中放射性废料,像反应堆的结构材料等,需要进行中等深度的地质处置或在专门的处置库中存放。高放射性废料主要是使用过的核燃料,可封装在特殊容器中,放置在深部稳定地质层中,隔绝与生物圈的接触;也可回收其中的铀-235循环利用。
六、核电产业链有哪些投资标的(一)上游设备制&材料供应
1、设备
① 中国一重:国内最大的重型机械制造企业之一,为核电站提供关键设备,如核岛压力容器、蒸汽发生器等,主导产品包括“华龙一号”“国和一号”等三代核电主设备,以及全球领先的加氢反应器。国内唯一同时具备核电压力容器与加氢反应器制造能力的企业。
② 东方电气:在核电设备制造领域具有较强实力,产品涵盖核岛和常规岛设备,如汽轮机、蒸汽发生器\发电机等。
③ 上海电气: 核岛设备品类规模国内第二;压力容器、蒸汽发生器国产化率超过98%。
④ 佳电股份 :哈尔滨电气集团,核电主泵、主氦风机等核心设备的研发与制造,三代核电主泵市占率60%,四代高温气冷堆主氦风机唯一供应商。
⑤ 湘电股份:磁悬浮样机能效提升30%,2025年量产在即。独家获得TEP核电蒸汽压缩机供货资质,产品适配“华龙一号”核电站。
⑥ 中核科技:全国首台稳压器先导式安全阀,手握29亿订单,稳压器是核电站核岛的主要配件之一,在压力容器中起到稳定压力的作用
⑦ 江苏神通:国内核级阀门绝对龙头,公司产品适配三代“华龙一号”、四代快堆及熔盐堆技术,市场份额超90%。参与法国ITER项目供货,技术指标达国际先进水平,新建机组+备件更换需求驱动业绩持续放量。
⑧ 保变电气:公司专注于变压器设备,服务于核电及国家电网等重点工程。
⑨ 杭锅股份:余热锅炉龙头,核电订单占比15%,参与“华龙一号”常规岛建设。
⑩ 科华数据:核电站UPS设备核心供应商,保障电力系统稳定性。
⑪ 台海核电:核岛主管道设备市占率超80%,技术壁垒显著,参与“玲龙一号”小型堆建设。
⑫ 久立特材:长期致力于不锈钢管材生产,核电U型蒸发器主要供应商。
⑬ 海陆重工:具备核反应堆“心脏”设备——堆内构件的制造能力和资格,核安全设备包括:安注箱、堆内构件吊篮筒体、堆内构件吊具、乏燃料冷却器、硼酸冷却器、冷凝液冷却器、再生式热交换器、非能动余热排出系统、稳压器卸压箱、硼酸贮存箱、容积控制箱、应急补水箱、柴油机主贮油罐、安全壳内换料水箱返回槽等。
⑭ $雪人股份(SZ002639)$ :掌握全球唯二的-271℃级氦气压缩技术,打破美国长期垄断,被列为国家重大科研装备“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统”的核心部件;拥有280余项核心专利,技术覆盖活塞、螺杆、离心三大压缩机路线,适配核聚变、航天等高端需求;为传统核电站提供高效冷却解决方案,子公司杭州龙华开发的温控系统已应用于核电站配套设施,并延伸至数据中心领域(客户包括阿里、华为),形成“核电+数据中心”双业务协同。
2、材料
① 宝钛股份:核级锆材市占率超80%,四代堆高温合金技术实现突破,参与“华龙一号”燃料组件制造。
② 西部材料:核级不锈钢管核心供应商,产品应用于“华龙一号”及四代堆项目。
③ 应流股份:全球核一级铸件材料龙头,核级泵阀部件市占率60%,产品出口国际聚变项目。
④ 哈焊华通:公司“核电设备用焊接材料”技术研究成果经鉴定填补国内空白,技术性能达到国际先进水平。
⑤ 沃尔核材:在核电相关的材料供应方面有着独特的优势,研发生产的各类核级电缆、热缩材料等产品,广泛应用于核电站的建设与运营维护之中 高端合金材料领域,是核电等高端制造领域的核心供应商。
⑥ 太钢不锈:国内不锈钢龙头企业,在核电核心材料供应上具有重要地位。
⑦ $融发核电(SZ002366)$ :核电主管道材料市场份额超过50%。
⑧ 中密控股:核电密封材料市占率约15%签订了中核集团、中广核集团旗下多项核主泵机械密封国产化项目订单,与防城港核电、红沿河核电、三门核电、秦山核电等签订机械密封备件订单。
⑨ 杭州高新:核级电缆市占率已突破38%。
⑩ 中核集团:下属的中国原子能工业有限公司是国内唯一的核燃料生产、供应及贸易服务商,对核燃料、铀产品的生产经营和进出口实行专营,在核电产业链的上游拥有了较高的市场份额。
(二)中游工程建设类
① 中国核建:专注于核电站等相关设施的建设工作,拥有专业的建设团队,施工经验丰富。
② 中核科技:国内核工业集团系统所属企业单位,承担了核能建设专用阀门主蒸汽隔离阀等项目。
(三)下游运营管理维护类
① 中广核:核电运营国内市占率第一,超50%(按装机容量)。
② $中国核电(SH601985)$ :国内核电运营的龙头企业,市占率第一,拥有众多正在运营的核电站,持续稳定地为国家输送清洁电能。
③ 中国核建:承担国内一半以上在运核电机组的管理任务。
④ 咸亨国际:主营营电力检测仪器及施工工具,作为中国公用事业施工、检测、应急领域的最佳服务商,21年入围中核集团MRO电商化平台。
⑤ 电投产融: 公司将成为国家电投集团核电运营资产整合平台。
⑥ 中晟高科、航天晨光 : 核废水治理,核废料处理公司龙头。
(四)其他相关
① 久立特材:公司产品已覆盖核岛、常规岛各系统及设备用核安全1、2、3级管道和非核级管道。
② 利伯特:具有代表性的产品为核电气体分离装置,该装置用于核电制氦,是热核聚变实验堆辅助装备之一。
备注:本文提及个股均为投资思考之用,不作推荐,不对任何人构成投资建议。
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