《核電行業深度系列報告:四代核電漸行漸近可控核聚變穩步前行-230919(55頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《核電行業深度系列報告:四代核電漸行漸近可控核聚變穩步前行-230919(55頁).pdf(55頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、0核電行業深度系列報告:四代核電漸行漸近,可控核聚變穩步前行證券研究報告|行業深度機械設備2023年9月19日證券分析師姓名:俞能飛資格編號:S0120522120003郵箱:姓名:唐保威資格編號:S0120523050003郵箱:1請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。內容摘要安全為基,核電產業穩步發展。由于核電的特殊屬性,我國核電項目均需經國務院的核準,所以國內核電產業發展對政策及政府態度的依賴較大。核電安全性是影響政府政策導向的關鍵因素,我國最新核準的山東石島灣、福建寧德、遼寧徐大堡核電項目要求“按照全球最高安全要求建設”、“確保萬無一失”。核安全事故往往會造成世界范圍內的核電發展停滯
2、,如2011年福島核事故致使世界多個國家暫緩核電項目建設,我國也宣布暫停所有核電項目的審批。目前政策保持對核電支持的導向,近年來國內核電復蘇態勢明顯,2022年初國家發展改革委和國家能源局印發“十四五”現代能源體系規劃,要求積極安全有序發展核電,當年的二十大報告中延續了這一表述。國內在經歷2016-2018年連續3年核電項目0核準后,2019年核電產業開始復蘇,2019-2022年不斷有新的核電項目得到核準,2022年獲核準的核電數量更是達到10臺,為2008年以后的最高峰。2023年截至7月份,我國核準核電機組數量為6臺。四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列。四代核電與三代方案以及概念
3、完全不同,它不是在第三代技術基礎上的延伸,而是根本性革命性的變化。第四代核反應堆是目前正在研發的、在反應堆概念和燃料循環方面有重大創新的下一代反應堆,其主要特征是安全可靠性高、廢物產生量小、具有更好的經濟性、具備多用途功能、可防止核擴散。經過共同努力,2002年,GIF從130多種概念設計中遴選出氣冷快堆(GFR)、鉛冷快堆(LFR)、熔鹽反應堆(MSR)、鈉冷快堆(SFR)、超臨界水冷堆(SCWR)、超高溫氣冷堆(VHTR)六種核能系統作為最有開發前景的第四代核能技術。中國在2006年加入GIF,已建設石島灣20萬千萬高溫氣冷堆項目、2MWt液態燃料釷基熔鹽實驗堆項目、霞浦鈉冷快堆示范項目等
4、多個四代堆項目,在多項四代核電路線上保持領先。人類終極能源,可控核聚變穩步前行。核裂變成熟度高,但產生的放射性廢物處理比較困難,而且主要核燃料鈾的儲量相對其它元素來說并不豐富,開采和提煉又十分困難,同時因為發展史上一些大事故,讓人們對核電站心有余悸,甚至很多國家做出決策不再發展裂變核電站,因此原子核的裂變能并不是人類最理想的能源。核聚變具有原料資源豐富、釋放能量大、放射危害小、安全性高等優勢,有望成為人類終極能源。聚變堆是我國核能發展“熱堆-快堆-聚變堆”戰略三步走中的一環,國內研究集中在磁約束-托卡馬克裝置上。EAST裝置是我國自行設計研制的國際首個全超導托卡馬克裝置,其成功建設和物理實驗使
5、中國在磁約束聚變研究領域進入世界前沿,令中國成為世界上重要的聚變研究中心之一。今年7月中核五公司發布文章稱其與中國第一家聚焦聚變能開發的商業公司正式簽訂了全高溫超導核聚變裝置總裝合同,將承建全球首個全高溫超導核聚變實驗裝置。建議關注。1)佳電股份:公司是國內首家取得核級電機設計、制造許可證的企業,產品主氦風機是四代堆-高溫氣冷堆一回路唯一的動力設備,在國際上處于領先水平,獲得國內“重點領域首臺套創新產品”認證;2)國光電氣:公司生產的偏濾器和包層系統是ITER項目的關鍵部件,目前國內在該領域具有相關典型項目承建與運維經驗的,只有公司一家,公司具有較明顯優勢;3)蘭石重裝:公司是國內首家實現國產
6、替代的民用核級板式換熱器設計生產企業,子公司中核嘉華在核燃料貯運容器細分領域具有較高的市場占有率,制造了中國首座50噸核乏燃料后處理中間試驗廠的絕大多數非標設備;4)科新機電:公司成功承制了具有四代安全特征的華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程的熱氣導管、主氦風機冷卻器等核電產品,核電產品ANT-12A型新燃料運輸容器以優質性能實現替代進口,獲得客戶贊許;5)江蘇神通:在核電閥門領域,公司產品優勢地位突出,自2008年以來,在我國新建核電工程用閥門的一系列國際招標中,公司為核級蝶閥和核級球閥的主要中標企業,獲得了這些核電工程已招標核級蝶閥、核級球閥90%以上的訂單;6)海陸重工:多年來,公司在民
7、用核能領域累積了豐富的制造和管理經驗,并完成多個項目的國際、國內首件(臺)制造任務,服務堆型包括但不限于三代堆型(華龍一號、國和一號)、四代堆型(高溫氣冷堆、鈉冷快堆、釷基熔鹽堆)以及熱核聚變堆(ITER)等;7)中國一重:中國一重是國內最早開發生產核能設備的企業,也是國內最大的核電鍛件供應商,已具備核島一回路核電設備的全覆蓋,成為全球少數兼備核島鑄鍛件和核島成套設備制造能力的重要供應商,國際先進核島設備供應商和服務商,是國內唯一承擔并已完成二代、二代加、三代、四代核電技術裝備制造的企業;8)國機重裝:具備核島主設備制造資質和能力,成功簽約全球首個聚變主機關鍵部件制造合同;9)航天晨光:放射性
8、廢物處理系統關鍵設備核心技術打破國外壟斷,熱核聚變系統完成江蘇省首臺(套)重大裝備認定申報。風險提示:(一)全球范圍內無法預期的核電事故;(二)核電政策轉向保守;(三)聚變項目進展不及預期;(四)電力市場需求增長緩慢2請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。01 安全為基,核電產業穩步發展目錄CONTENTS02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行05 風險提示04 建議關注3請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。01安全為基,核電產業穩步發展4請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。01 安全為基,核電產業穩步發展1.1 對實現“雙碳”具有重要
9、意義,全球核電平穩發展圖表:全球核電裝機情況資料來源:中國核能行業協會,IAEA,中國氣象局,國家原子能機構,國家核安全局,中國廣核集團官網,Wind,科技導報官微等,德邦證券研究所核電具備多項優點,對實現“雙碳”具有重要意義。核能發電不向大氣排放二氧化碳等溫室氣體,不排放二氧化硫、氮氧化物等有害氣體,相比水電、太陽能、風電等清潔能源,核電具有占地面積較小,年發電小時數高、發電量大,對電網影響小等特點。在全球范圍內,核能不僅是實現雙碳戰略目標的重要支柱能源,更被視為能源現代化產業的工業技術集大成者,對能源清潔低碳轉型和科技轉型變革具有戰略性帶動作用。受安全事故影響較大,多年來全球核電平穩發展。
10、縱觀全球核電自上世紀90年代以來的發展,可以發現核電總裝機容量處于平穩上升的態勢。1990年全球核電裝機容量為318.3GW,到2022年末約為393.7GW,發展32年來核電總裝機量的年均復合增速僅為0.67%。從2003年開始全球核電曾迎來快速發展期,2003年全球核電開工建設容量僅0.2GW,此后連年上升,2008年開工建設的核電容量達到10.7GW,此后連續2年均保持在10GW以上。但是2011年發生的福島核泄漏事故中斷了這一發展勢頭,當年新開工的核電容量僅1.9GW,關停的核電容量卻達到了11.4GW。能源類型能源類型特特 點點煤、石油、天然氣傳統能源,在現今能源消耗中占比大;污染環
11、境;不可再生水力無污染;受自然環境條件和季節影響地熱能、潮汐能只能在一定條件下有限開發,較難大量使用;成本較高風能、太陽能不穩定,對天氣依賴性較大,波動性大生物質能可再生,但具體技術有待研發核電燃料全球儲量豐富,成本相對低;技術成熟;燃料能量密度高050100150200250300350400450024681012141618新并網裝機容量(GW)開工建設容量(GW)裝機容量(GW,右軸)圖表:不同類型能源的特點5請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。01 安全為基,核電產業穩步發展1.2 核裂變是目前核能發電運用的主要原理,壓水堆為核電站主力堆型圖表:多種多樣的反應堆堆型核裂變是目前核
12、電站發電運用的主要原理,由中子撞擊原子核產生。核電站目前主要是利用鈾原子核裂變所發出的巨大能量來發電的,核裂變是指一個質量較重的原子核通過核反應過程分裂為兩個或兩個以上的中等質量的原子核的過程。用中子轟擊鈾-235原子核,原子核分裂為2個較輕的原子核,同時產生23個中子,若這些中子除去消耗,至少有一個中子能引起另一個原子核裂變,使裂變自持地進行,則這種反應稱為鏈式裂變反應。實現鏈式反應是核能發電的前提。壓水堆以安全性成為首選,通過裂變產生熱源“燒開水”發電。核電站堆型有很多種,我國的核電站技術路線也以壓水堆為主。壓水堆是一種首先用于艦船的核動力堆,以水為冷卻劑和中子慢化劑,結構緊湊,經濟性、安
13、全性好,安全是許多國家選用壓水堆的重要因素,目前是全世界核電站的主力堆型。與火電廠相比,核電的“鍋爐”是核反應堆(核島),核裂變反應發出的熱量被堆芯中的水所吸收,通過一回路流經蒸汽發生器,將熱量交換給二回路中的水,二回路以及后面的流程與火電廠是一樣的高溫將水轉化為蒸汽驅動汽輪機運轉,并帶動發電機發電。圖表:核裂變反應示意圖冷卻劑(載熱劑)慢化劑水重水二氧化碳氦液態鈉水重水石墨輕水堆壓水堆沸水堆重水堆石墨氣冷堆石墨水冷堆高溫氣冷堆快中子增殖堆熱(慢)中子堆快中子堆無慢化劑圖表:壓水堆核電站發電的工作原理資料來源:中廣核,核輻射它說官微,國家核安全局,中國核能行業協會,周全之核電站的主要堆型,中國
14、核工業集團有限公司2023年面向專業投資者公開發行科技創新可續期公司債券(第一期)募集說明書等,德邦證券研究所6請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。01 安全為基,核電產業穩步發展1.3 對政策依賴程度大,我國目前政策支持核電發展資料來源:中國政府網,國家能源局,核網官網,德邦證券核電行業深度系列報告:積極安全有序發展核電,千億市場有望釋放等,德邦證券研究所安全是核電產業發展的根本前提,核電對政策依賴程度大。由于核電的特殊屬性,我國核電項目均需經國務院的核準,所以國內核電產業發展對政策及政府態度的依賴較大。核電安全性是影響政府政策導向的關鍵因素,我國最新核準的山東石島灣、福建寧德、遼寧徐大
15、堡核電項目要求“按照全球最高安全要求建設”、“確保萬無一失”。核安全事故往往會造成世界范圍內的核電發展停滯,如2011年福島核事故致使世界多個國家暫緩核電項目建設,我國也宣布暫停所有核電項目的審批。政策保持對核電支持的導向,近年來國內核電復蘇態勢明顯。2022年初國家發展改革委和國家能源局印發“十四五”現代能源體系規劃,要求積極安全有序發展核電,當年的二十大報告中延續了這一表述。根據我們統計,“十一五”規劃做出“積極發展核電”的表述后,核電每年開工數量從2006年的2臺增長到2010年的9臺,核準數量也在2008年達到14臺;2011年受到福島核泄漏事故影響,當年的核準及開工項目均為0,此后核
16、電發展較為平緩,尤其是2016-2018年連續3年核電項目0核準。直到2019年,核電產業再度復蘇,2019-2022年不斷有新的核電項目得到核準,2022年獲核準的核電數量更是達到10臺,為2008年以后的最高峰。2023年截至7月份,我國核準核電機組數量為6臺。圖表:國內近年來核電機組核準數量(臺)文件文件時期時期內容內容“十一五”規劃2006-2010積極發展核電“十二五”規劃2011-2015在確保安全的前提下高效發展核電“十三五”規劃2016-2020以沿海核電帶為重點,安全建設自主核電示范工程和項目,積極開展內陸核電項目前期工作“十四五”規劃2021-2025安全穩妥推動沿海核電建
17、設,建設一批多能互補的清潔能源基地,非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右圖表:不同時期我國核電政策表述02468101214162005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020202120222023.1-77請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。01 安全為基,核電產業穩步發展1.4 中國在建機組裝機容量全球第一,主要核電堆型設備國產化率達90%以上資料來源:核電網,泰山核電官微,中國核電信息網,中核戰略規劃研究總院,中國核能行業協會,Wind,德邦證券核電行業深度系列報告:積極安全有序發展核電,千億市
18、場有望釋放等,德邦證券研究所核電發展30年,在建機組裝機容量全球第一。浙江海鹽是中國大陸核電的發源地,自從我國大陸第一座核電廠秦山核電廠1991年末并網發電以來,國內核能發電的應用已經走過30多年歷史。截至2022年底,我國商運核電機組53臺,總裝機容量約55.6GW,僅次于美國、法國,位列全球第三,核電總裝機容量占全國電力裝機總量的2.2%;全年核電發電量為4177.8億千瓦時,同比增加2.5%,約占全國總發電量的4.7%,核能發電量居全球第二;我國在建核電機組23臺,總裝機容量2549萬千瓦,在建機組裝機容量繼續保持全球第一。核電站主要在沿海地區分布,主要核電堆型設備國產化率達90%以上。
19、我國大陸投運的核電機組分布在沿海8個省區,從北至南依次為遼寧省、山東省、江蘇省、浙江省、福建省、廣東省、廣西壯族自治區和海南省。2022年國內核電主設備累計交付54臺套,交付數量創近五年新高,其中“國和一號”濕繞組電機主泵和屏蔽電機主泵,示范快堆1號機組堆芯支承、熱交換器、新組件裝載機、提升機等一批首臺套核電關鍵裝備實現交付,我國核電裝備自主化和國產化能力進一步提升,主要核電堆型設備國產化率達90%以上。圖表:我國核電站分布情況(截至2022年12月22日)圖表:中國核電裝機發展情況0123456789100102030405060在運裝機容量(GW)新增裝機容量(GW,右軸)8請務必閱讀正文
20、之后的信息披露及法律聲明。02四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列9請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.1 核裂變打開核能利用大門,第四代核電站漸行漸近核裂變現象的發現促進核能利用發展,蘇聯建成世界第一座核電站。1938年德國科學家奧托哈恩發現了核裂變現象,此后因戰爭的原因,核研究被提上了議事日程。1942年12月2日費米在芝加哥實現了世界上第一次受控的自持鏈式反應,被人稱為“登上了原子能新大陸”。從1941年開始,美國著手建立用于第一顆原子彈爆炸式鏈式反應,曼哈頓計劃的輝煌以1945年在阿拉莫斯的首爆為標志,隨后在廣島和長崎上空進
21、行了爆炸。1954年前蘇聯建成世界首座核電站,1961年美國建成世界第一座商用核電站,此后核電又經幾十年的發展,壓水堆已做到電功率最大可達1450MW;熱能/電能轉換效率從28提高到33;每年運行時間可穩定在70以上。其使用效率及經濟性已達到或超過燃煤電站。核電站歷經70余年發展,第四代核電站漸行漸近。自1951年12月美國實驗增殖堆1號(EBR1)首次利用核能發電以來,核電站技術方案大致可分為四代。第一代屬于原型堆核電廠,主要目的是為了通過試驗示范形式來驗證其核電在工程實施上的可行性;第二代主要是實現商業化、標準化、系列化、批量化,以提高經濟性;第三代各國有各種不同看法,代表有美國AP100
22、0,法國EPR,我國華龍一號等;第四代核能系統概念(有別于核電技術或先進反應堆)由美國在上世紀90年代末提出,隨后美、法、日、英等國家組建了“第四代核能系統國際論壇(GIF)”,GIF計劃總目標在2030年左右向市場推出能夠解決核能經濟性、安全性、廢物處理和防止核擴散問題的第四代核能系統(Gen-IV)。圖表:世界核能發展的主要進程圖表:四代核電站的發展歷程及主要特點時間時間事件事件1938哈恩等發現重原子核裂變1942費米實現鏈式反應,建成第一座石墨慢化反應堆1945實現不可控的鏈式反應原子彈,用于軍事目的1951美國建成第一座快中子堆,產生200kW電功率,首次演示核能發電1952美國實現
23、第一次不可控聚變反應,試爆熱核反應原理裝置1953美國建成第一座核潛艇用的動力堆陸上模型1954蘇聯建成第一座電功率5MW石墨慢化、水冷卻示范核電站1957美國建成第一座壓水堆型示范核電站,電功率90MW1961美國建成第一座商用核電站,電功率185MW1970s美國開發出加強輻射小型熱核武器中子彈1970s以石油危機為契機,全世界大規模推進核電站建設資料來源:中國核能行業協會,國家核安全局,大眾用電,中國核工業科技館,NST官微,德邦證券核電行業深度系列報告:積極安全有序發展核電,千億市場有望釋放等,德邦證券研究所10請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技
24、術走在世界前列2.2 三代堆由二代堆改進而來,四代則是根本性革命性的變化圖表:壓水堆是二代、三代核電站主要堆型資料來源:國家核安全局,中國核能行業協會,華龍一號官網,中國核工業科技館,中國核能行業協會官微等,德邦證券研究所三代堆由二代堆改進而來,我國三代商業化核電技術水平處于世界前列。目前主流的三代技術是在二代技術的基礎上繼承改進的,第三代核電的概念則起源于上世紀90年代,當時美國電力研究院出臺了“先進輕水堆用戶要求”文件(即URD),用一系列定量指標來規范核電廠的安全性和經濟性。隨后,歐洲出臺的歐洲用戶對輕水堆核電廠的要求(即EUR),也表達了與URD相同或近似的看法。國際上通常把滿足URD
25、文件或EUR文件的核電機組稱為第三代核電機組。第三代核電站反應堆類型的代表,有美國西屋電氣公司的AP1000,法國阿?,m公司的EPR,俄羅斯原子能公司的AES2006,中國的“華龍一號”、“國和一號”等。四代核電是根本性革命性的變化,與三代方案以及概念完全不同。1996年美國能源部(DOE)提出了以核廢物減量、節約鈾礦資源、進一步強化固有安全性為目標的第四代核電站的概念;2000年,IAEA發起創新型反應堆與燃料循環國際計劃(INPRO),聯合各核電技術國家,在保證核安全、最小風險以及盡可能不影響環境的前提下,共同開發更具競爭力的創新型核能系統(INS);2001年7月,美國能源部牽頭,由美國
26、、英國、韓國、南非、日本、法國、加拿大、巴西、阿根廷9國,成立了第四代核能系統國際論壇(GIF),中國、瑞士和歐洲原子能共同體后來也加入其中。不管是二代還是三代,均屬于熱堆技術,其堆型絕大多數為壓水堆,三代技術與二代相比,沒有實質性的差別,只是安全性提高了一些,而第四代核電技術并不是在第三代技術基礎上的延伸,它與當代核電技術相比,是根本性革命性的變化,包括方案以及概念完全不同。圖表:華龍一號核島示意圖11請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.3 四代核電包括6種堆型,GIF提出具體發展目標圖表:第四代核能系統目標資料來源:李雪峰等第四代核能
27、系統的產生與發展,現代物理知識第四代核裂變反應堆,GIF官網等,德邦證券研究所四代堆具備多項優點,主要包括6種堆型。第四代核反應堆是目前正在研發的、在反應堆概念和燃料循環方面有重大創新的下一代反應堆,其主要特征是安全可靠性高、廢物產生量小、具有更好的經濟性、具備多用途功能、可防止核擴散。經過共同努力,2002年,GIF從130多種概念設計中遴選出氣冷快堆(GFR)、鉛冷快堆(LFR)、熔鹽反應堆(MSR)、鈉冷快堆(SFR)、超臨界水冷堆(SCWR)、超高溫氣冷堆(VHTR)六種核能系統作為最有開發前景的第四代核能技術,并在其后發布了技術路線圖(2014年進行了更新),確定并規劃了推動這六種核
28、能發展所必不可少的研發工作和相關時間節點。中國為GIF成員國,GIF提出四代核電具體發展目標。GIF目前擁有14個成員,中國在2006年加入。GIF提出四代核電的具體發展目標包括:1)在可持續性方面,應能實現能源生產的可持續性,促進核燃料的長期可使用性,并最大限度地減少核廢物的產生和降低核廢物的長期管理負擔;2)在安全性和可靠性方面,應具備優異的安全性與可靠性和極低的堆芯損壞概率與損壞程度,并消除開展廠外應急響應的必要性;3)在經濟性方面,其壽期循環成本應優于其他能源技術,且財務風險水平與其他能源項目相當;4)在防擴散和實物保護方面,使第四代核能系統成為一條非常不具吸引力的武器材料轉用和盜竊路
29、線,并為防范恐怖襲擊提供更強的實物保護。圖表:GIF路線圖中6種四代核能系統研發時間表目標目標內容內容可持續性目標(1)符合清潔空氣目標的可持續能源生產,促進各系統的長期可用性和核燃料有效利用于全球能源生產;(2)核廢物最小化并處理核廢物,顯著減輕長期監管負擔,從而改善對公眾健康和環境的保護。經濟型目標(1)比其它能源具有清晰的全壽命周期成本優勢;(2)財務風險級別與其它能源項目相差無幾。安全性和可靠性目標(1)具有卓越的運行安全性和可靠性;(2)反應堆堆芯損壞的可能性和損壞程度非常低;(3)消除對廠外應急響應的需要。防擴散與實物保護目標第四代核能系統將提高對最不適于武器級核材料非法轉移或盜竊
30、路線的保障,并增強對恐怖行為的實物保護??尚行哉撟C關鍵性能論證示范系統論證12請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.4 超高溫/高溫氣冷堆(V/HTR)圖表:HTR-PM600核電廠3維設計圖資料來源:張作義等我國高溫氣冷堆技術及產業化發展,中國核能行業協會官網,知領官微等,德邦證券研究所2.4.1 新一代核能系統,模塊式高溫氣冷堆是該技術發展的新階段國際公認的新一代核能系統,應用前景廣闊。高溫氣冷堆屬于熱中子裂變反應堆,用氦氣作冷卻劑,石墨作慢化材料,采用包覆顆粒燃料以及全陶瓷的堆芯結構材料。模塊式高溫氣冷堆安全性好、氦氣堆芯出口溫度高,
31、是目前國際核能領域公認的新一代核能系統,在工藝供熱、核能制氫、高效發電、空間電源甚至軍用領域都有廣泛的應用前景。國際上把高溫氣冷堆列為符合第四代先進核能系統技術要求的堆型之一。2003年發表的第四代核能系統路線圖報告把超高溫氣冷堆(VHTR)列為第四代核能系統6種候選技術之一。此后更新的路線圖報告則將VHTR更改為V/HTR(超高溫氣冷堆/高溫氣冷堆),并說明它包括的溫度范圍是7001000。由軍品到商用,模塊式高溫氣冷堆是該技術發展的新階段。高溫氣冷堆的前身是氣冷反應堆,用氣體作為冷卻劑,最早應用于軍用核材料生產,后逐步發展為商用發電的動力反應堆。它大致分為四個階段:早期氣冷堆(Magnox
32、堆)、改進型氣冷堆(AGR堆)、高溫氣冷堆(HTGR)和模塊式高溫氣冷堆(MHGTR),MHGTR是HTGR技術發展的新階段。圖表:HTR-PM堆本體示意圖13請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.4 超高溫/高溫氣冷堆(V/HTR)圖表:HTR-PM球形燃料元件結構資料來源:張作義等我國高溫氣冷堆技術及產業化發展,知領官微,中國核能行業協會,核電網官微等,德邦證券研究所圖表:燃料球及內部燃料顆粒尺寸示意圖圖表:包覆顆粒燃料示意圖2.4.2 高溫氣冷堆具有優異的固有安全性,潛在制氫能力使其更具吸引力具有優異的固有安全性是模塊式高溫氣冷堆的突
33、出特征。高溫氣冷堆的高溫特性和安全性能首先源于其獨特的包覆顆粒燃料,目前壓水堆使用的燃料由氧化鈾陶瓷芯塊和鋯合金包殼組成,HTR-PM球形燃料元件結構以直徑0.5mm左右的二氧化鈾為核芯,通過疏松熱解碳、碳化硅、致密熱解碳等三種同心球殼狀包覆材料形成燃料顆粒,形成0.92mm直徑的包覆顆粒燃料。燃料顆粒隨機彌散在石墨基體內,大約12000個包覆顆粒燃料與石墨一起被填充在1個直徑60mm的燃料球中。只要環境溫度不超過1650,碳化硅球殼就能保持完整,固鎖放射性裂變產物,形成了第一道安全屏障。氦氣冷卻,石墨慢化,出口溫度高使其具備制氫能力。高溫氣冷堆采用氦氣作冷卻劑。氦氣是一種惰性永久氣體,不與任
34、何物質起化學反應,中子吸收截面小,難于活化,具有很低的放射性水平。高溫氣冷堆采用石墨作慢化劑,堆芯不含金屬,結構材料由石墨和碳塊組成,熔點都在3000以上。另外,氦氣與反應堆的結構材料相容性好,避免了以水作冷卻劑與慢化劑的反應堆中的各種腐蝕問題,使冷卻劑的出口溫度可達950甚至更高。由于出口溫度高,該堆型可以用于更高溫度的核能熱利用,電解效率高達75%以上的高溫固體氧化物電解水制氫SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell),其運行溫度為600900,高溫氣冷堆是其所需理想堆型。美國能源部于2004年出臺的氫能技術研究、開發與示范行動計劃中,核能制氫系采用高溫熱化學技
35、術制氫,即碘硫熱化學循環制氫。利用反應堆堆芯出口溫度高達9501000超高溫氣冷堆進行碘硫熱化學循環規?;茪?,將成為高溫氣冷堆未來的重點應用領域。14請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.4 超高溫/高溫氣冷堆(V/HTR)圖表:福島核泄漏事故現場資料來源:吳宗鑫我國高溫氣冷堆的發展,張作義等我國高溫氣冷堆技術及產業化發展,科工力量官微,國際電力網,青島新聞網等,德邦證券研究所圖表:世界核電廠安全性改進的發展趨勢2.4.3 固有安全性源自核子物理性質及材料特點核反應堆停堆后繼續產生熱量,將熱量順利帶出堆芯是保證核安全的最主要挑戰。一般的燃
36、煤或燃氣鍋爐熄火后,就不會再產生熱量。而核反應堆不同,壓水堆和沸水堆最大的危險在于冷卻水主環路失靈,那么即使中子吸收棒被放到“全關”的位置,之前裂變產生的放射性元素仍然會繼續裂變而產生過多的熱量,最終會把整個爐心熔化掉(Reactor Core Meltdown),極高溫的放射性金屬熔漿有可能會燒穿反應爐的水泥地基而滲入地下水層,將大量危險的放射性同位素釋放到外界。溫度升高反應減緩,燃料結構材料保證不發生放射性泄露。高溫氣冷堆的功率控制和絕不熔堆的保證來自核子物理性質:裂變產生的快中子(Fast Neutron)和石墨原子核碰撞之后,損失動能,成為慢中子(Thermal Neutron);而其
37、他鈾235原子核吸收慢中子(這就是所謂的連鎖反應,Chain Reaction)而引發新的裂變截面積(即機率)隨溫度增高而減小,在攝氏1000度以上減小得很快,當反應堆溫度逐步升高到1600,連鎖反應就基本停止了。這個溫度遠低于燃料可承受的最大溫度,因此燃料顆粒無論如何不會被燒壞,這決定了高溫氣冷堆在任何情況下都不會有放射性泄露的可能。15請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.4 超高溫/高溫氣冷堆(V/HTR)資料來源:核電那些事公眾號,核電網官微,中國核能行業協會,張浩等模塊式高溫氣冷堆的技術背景及展望,張作義等我國高溫氣冷堆技術及產業
38、化發展等,德邦證券研究所圖表:HTR-10堆本體示意圖2.4.4 因“不會熔毀”受到國際關注,中國項目建設領先起源于美國,發展于德國,目前受到世界多方關注。高溫氣冷堆最早是1943年美國的Farrington Daniels在Oak Ridge實驗室所做的一個實驗,不過一直到1960年才在德國由Schulten牽頭開始實際的工程設計與建設。Schulten的反應堆簡稱AVR,1967年建成并網發電,電功率為15MW。根據堆芯燃料幾何形狀的不同,目前的高溫氣冷堆分為球床堆和棱柱堆兩大類型。我國和德國的球床堆使用球形燃料元件,而美國和日本主要開發的是棱柱堆。這兩種堆型核心技術完全相同。日本對其HT
39、TR有豐富的設計、技術、管理經驗,并掌握了燃氣輪機和制氫技術,目前已與波蘭等國進行合作,希望依托先進的高溫氣冷堆技術經驗盡早實現商用化。俄羅斯Bochvar無機材料研究所也正在開展高溫氣冷堆燃料制造技術研究。我國完成世界首座球床模塊式實驗堆,相關技術走在世界前列。我國在20世紀70年代開始高溫氣冷堆的研究,研究工作的實施主體為清華大學核研院。1986年,高溫氣冷堆被列為國家“863計劃”項目之一。在國家“863計劃”支持下,HTR-10第一罐混凝土于1995年6月澆灌,2000年達到臨界,2003年1月實現滿功率調試運行,成為世界上第一座球床模塊式高溫氣冷實驗堆。2006年,高溫氣冷堆進入國家
40、16個重大科技專項名單,高溫氣冷堆的商業化正式提上日程。中國華能集團、中國核工業建設集團公司和清華大學分別以47.5%、32.5%、20%的投資比例,共同投資建設20萬千瓦級模塊式高溫氣冷堆核電站示范工程,該工程于2008年10月啟動,原定2009年9月開工,2013年11月投產發電,但由于受福島核事故影響,2012年12月才正式開工建設,2021年8月20日首次裝料,2022年底首次實現雙堆初始滿功率運行。目前該項目正在做最新的試驗驗證,截止2023年6月30日暫未商運。在此基礎上,我國60萬千瓦級模塊式高溫氣冷堆的技術攻關工作也正在部署。性能性能參數參數熱功率10MW電功率3MW一回路氦氣
41、壓力3.0MPa堆芯氦氣出口平均溫度700 堆芯氦氣入口平均溫度250 氦冷卻劑流量4.3kg s-1蒸汽溫度435蒸汽壓力3.5MPa給水溫度104堆芯體積5m堆芯燃料球總數2.7萬個燃料加濃度17%平均燃耗80GW d t-1堆芯平均功率密度2MW m-3單球最大的功率1.08kW圖表:HTR-10的基本參數16請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.4 超高溫/高溫氣冷堆(V/HTR)圖表:國內高溫氣冷堆相關項目關鍵日期資料來源:張浩等模塊式高溫氣冷堆的技術背景及展望,中國核能行業協會,中國華能,國家核安全局,核能號,中科院物理所,知領
42、官微,張作義等我國高溫氣冷堆技術及產業化發展等,德邦證券研究所圖表:高溫氣冷堆項目產業鏈部分相關企業2.4.5 產業化不斷推進,主要設備國產化率高國內高溫氣冷堆產業化項目持續推進,相關技術引領全球。伴隨國內HTR-10、石島灣高溫氣冷堆示范工程的成功建設,中國高溫氣冷堆技術已經實現全球引領。高溫氣冷堆在石島灣核電廠的示范成功,具備了規?;茝V的基礎。高品質工藝熱和高參數高溫蒸汽可廣泛應用于石油、化工等領域。2015年4月,據中國核建介紹,商用60萬千瓦高溫堆江西瑞金核電項目初步可行性研究報告已通過專家評審。這是中國核建在60萬千瓦高溫堆商業化推廣道路上邁出的重要一步,為我國第一座商用高溫堆電站
43、項目的順利開展奠定了堅實基礎。在獲得國家核準,并獲得國家核安全局頒發的建造許可證后,江西瑞金高溫堆核電項目一期工程2臺機組,開工到并網發電預計需要4-5年時間。此外在國家科技重大專項“高溫氣冷堆核電站”支持下,高溫氣冷堆制氫關鍵技術研究也已取得良好進展。上下游500多家單位齊心協力攻關,高溫氣冷堆示范工程設備國產化率達到93.4%。HTR-PM的核心設備及系統可歸納為九大設備和系統:反應堆壓力容器、主氦風機、蒸汽發生器、堆內金屬構件、控制棒、吸收球、燃料裝卸、氦凈化和乏燃料儲存。在石島灣重大專項實施過程中,我國完成了一系列世界首臺套的重大裝備的制造,對于相關行業的技術提升起到了重要的推動作用。
44、例如上海電氣完成了反應堆壓力容器、金屬堆內構件、控制棒驅動機構等重要裝備的研制;上海電氣鼓風機廠和哈電佳木斯電機廠完成了主氦風機的研制。作為國家十六個重大科技專項之一,上下游共500余家單位參與了石島灣高溫氣冷堆示范工程的研發和建設,參與的技術研發和工程建設的人員超過萬人,其中僅首次使用的設備就有2200多臺(套),創新型設備600余臺,設備國產化率達到93.4%。HTR-10開工建設1995.6臨界日期2000滿功率運行2003石島灣石島灣20萬千瓦示范工程萬千瓦示范工程開工建設2012.12臨界日期2021.9滿功率運行2022.12瑞金瑞金60萬千瓦產業化項目萬千瓦產業化項目可行性研究2
45、015.4開工建設(原計劃)2017并網日期(原計劃)2021高溫氣冷堆制氫項目高溫氣冷堆制氫項目關鍵設備樣機研究十三五中試驗證十四五核能制氫 氫冶金的工程示范十五五氦氣透平循環發電、核能制氫的工程應用2030以前序號序號公司名稱公司名稱相關產品相關產品1佳電股份直流蒸汽發生器、主氦風機2尚緯股份核電QA類電纜3中鋼新型高溫氣冷堆用核石墨粉4海陸重工吊籃筒體、安注箱、堆內構件吊具5中核北方核燃料元件有限公司高溫氣冷堆核燃料元件6上海電氣核島和常規島多項核心設備7方大炭素攻克高溫氣冷堆炭堆內構件技術8中核科技高溫氣冷堆核級氦氣隔離閥研制9蘭石重裝高溫氣冷堆核電站乏燃料現場貯存和運輸系統設備10中
46、國核建旗下中核二四為石島灣施工建設方17請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.5 超臨界水冷堆(SCWR)圖表:水工質相態示意圖資料來源:蘇更林第四代核能系統的六大候選堆型,黃彥平等超臨界水冷堆,中國核能協會官網等,德邦證券研究所圖表:超臨界水冷堆的流程示意圖2.5.1 以超臨界水為冷卻劑采用直接循環,具有更高的熱傳導效率以超臨界水為冷卻劑的唯一水冷堆型,具有更高的熱傳導效率。在第四代核能系統候選堆型中,超臨界水冷堆是唯一的水冷堆型。所謂超臨界水冷堆,說的是系統以超臨界水作為冷卻介質。水的臨界點為374和22.1MPa,超過這個點以后水的液
47、態和氣態的差別消失,因此超臨界水冷反應堆是一個高溫高壓的水冷反應堆。超臨界水冷反應堆的優勢顯而易見。由于水在超臨界狀態下兼具液體和氣體的性質,因此具有更高的熱傳導效率。如果運行壓力為250個大氣壓,冷卻劑出口溫度可高于500,因此可以提高熱電轉換效率,有效節省鈾資源。同時,由于超臨界水冷堆只存在一種相態,因此可以簡化反應堆系統,從而節省建造成本,在經濟上具有一定的優勢。此外超臨界水堆還可以繼承現有輕水堆以及超臨界火電技術的部分經驗。超臨界水冷堆采用直接循環,相比壓水堆取消了蒸汽發生器、穩壓器、主循環泵等。超臨界水冷堆一般運行壓力為25MPa左右,反應堆出口溫度大于等于500,系統熱效率在40%
48、以上。超臨界水冷堆的基本流程為:主循環泵提供驅動壓頭,使流體通過主給水管道進入反應堆堆芯,經過核加熱后轉變為高溫高壓“超臨界蒸汽”(加熱過程無相變),“超臨界蒸汽”通過主蒸汽管道進入下游汽輪機做功,輸出電能。經過汽輪機后的乏汽在冷凝器內進一步冷卻,形成液相水,重新返回主泵入口,形成閉式直接循環。18請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.5 超臨界水冷堆(SCWR)圖表:日本SCLWR-H燃料組件截面圖資料來源:李雪峰等第四代核能系統的產生與發展,黃彥平等超臨界水冷堆,馮琳娜等超臨界水冷堆燃料組件研發概況,蘇更林第四代核能系統的六大候選堆型,
49、李翔等中國超臨界水冷堆CSR1000總體設計研究等,德邦證券研究所圖表:加拿大Brady等提出的燃料組件設計概念2.5.2 世界多國開展研發工作,我國CSR1000具有自主知識產權相關技術起源較早,世界多國開展研發工作。超臨界水冷堆并不是一個新近提出的核能系統概念,早在20世紀50年代,美國和蘇聯的研究人員就提出了利用超臨界水作為反應堆冷卻劑的想法并進行了探索性研究,但限于當時的工業水平,沒有持續開展工作。20個世紀90年代,日本研究人員較為系統地開展了超臨界水冷堆的設計與研究工作。一般地說,SCR的概念設計可分為兩大類:一類最初由日本提出、最近由歐洲原子能共同體合作提出的壓力容器概念;另一類
50、是由加拿大提出的壓力管概念,一般稱為加拿大超臨界水堆。加拿大、歐洲原子能共同體和日本已成功地完成了SCWR概念的開發,并經過國際同行審查。我國和俄羅斯也正在繼續從事其開發工作,但我國正在開發的是熱中子譜堆芯概念,而俄羅斯開發的是快中子譜堆芯概念。國內2003年開始相關研究,CSR1000具有自主知識產權。我國從2003年就開始了超臨界水冷堆技術跟蹤研究。2003年10月中國核動力研究設計院批準了“超臨界輕水堆研究”科研基金項目。國內多家高校和研究機構參與研究,提出了具有自主知識產權的中國超臨界水冷堆CSR1000總體設計方案,并在設計研究、實驗及相關技術研究和材料研究方面取得了豐富的研究成果。
51、2014年5月,中國正式簽署了加入第四代核能系統國際論壇超臨界水冷堆系統安排協議。2015年3月,在芬蘭召開的超臨界水冷堆系統指導委員會(SCWR-SSC)會議上,中國代表被推選為新一屆系統指導委員會主席。2017年7月,我國完成了GIF-SCWR兩個項目管理委員會(PMB)的加入工作。自加入GIF-SCWR以后,我們先后舉辦了第11屆IAEA信息交流會(IEM),第8屆超臨界水堆會議(ISSCWR-8)等。圖表:中國CSR1000燃料組件截面圖19請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.6 熔鹽反應堆(MSR)圖表:熔鹽堆核能系統綜合利用示
52、意圖資料來源:蔡翔舟等釷基熔鹽堆核能系統,徐洪杰等釷基熔鹽堆和核能綜合利用,李雪峰等第四代核能系統的產生與發展等,德邦證券研究所圖表:熔鹽堆原理示意圖2.6.1 出口溫度高有利于核能綜合利用,系統有較好的傳熱性和非常低的蒸汽壓力以熔鹽作為冷卻劑,出口溫度高有利于核能綜合利用。熔鹽堆是以熔鹽作為冷卻劑的反應堆,具有高溫、低壓、高化學穩定性、高熱容等非常理想的反應堆熱量傳輸特性,可建成常壓、緊湊、輕量化和低成本的反應堆;熔鹽堆運行只需少量的水,即使在干旱地區也能夠高效發電;熔鹽堆輸出溫度可達700以上,既可用于發電,也用于工業生產和高溫制氫、吸收二氧化碳制甲醇等,緩解氣候問題和環境污染,實現核能綜
53、合利用。石墨兼作慢化劑,系統有較好的傳熱性和非常低的蒸汽壓力。熔鹽堆主要包括堆本體、回路系統、換熱器、燃料鹽干法處理系統、發電系統及其他輔助設備等。熔鹽堆燃料是以氟化鈹和氟化鋰及溶解在其中的釷或鈾的氟化物組成的液態融合物,具有很好的傳熱特性和非常低的蒸汽壓力,可以降低對壓力容器和管道壓力。堆本體主要由堆芯活性區、反射層、熔鹽腔室/熔鹽通道、熔鹽導流層、哈氏合金包殼等組成,上百根均勻排列、無包殼并帶有通道的石墨元件組成燃料鹽通道并兼作慢化劑,含有裂變材料和可轉換材料的燃料熔鹽通過堆芯石墨通道時發生裂變放出熱量,經過加熱的700以上高溫燃料熔鹽流出堆芯出口,通過熱交換器將熱量轉換到二次回路中的冷卻
54、鹽中,二次回路再通過另一個熱交換器將熱量傳給第三個氦氣回路推動氦氣輪機作功發電。20請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.6 熔鹽反應堆(MSR)圖表:產學研深度融合打造釷基熔鹽堆研發全產業鏈資料來源:徐洪杰等釷基熔鹽堆和核能綜合利用,蔡翔舟等釷基熔鹽堆核能系統,核電那些事,科工力量官微等,德邦證券研究所圖表:釷-232的增殖反應和鈾-233的鏈式裂變反應2.6.2 熔鹽堆能與釷基核燃料很好結合,釷基核燃料具備儲量大等優勢熔鹽堆研發美國,能和釷基核燃料很好結合。熔鹽堆研發始于20世紀40年代末的美國,主要目的是美國空軍為轟炸機尋求航空核動力
55、(輕水堆則是美國海軍為潛艇研發的核動力裝置),此后由于戰略導彈的異軍突起,使核動力轟炸機變為雞肋,熔鹽堆也失去了軍方的支持。研究表明熔鹽堆具有非常獨特而優異的民用動力堆性能,可以用鈾基核燃料,更適合于釷基核燃料。熔鹽堆的獨特優勢引起了世界多國關注,中國及前蘇聯均曾在上世紀70年代展開過相關研究,1971年,上?!?28工程”建成了零功率冷態熔鹽堆并達到臨界,但限于當時的科技、工業和經濟水平,后轉為建設輕水反應堆,自此在世界范圍內熔鹽堆研究的國家行為幾乎停止。直到20世紀末和21世紀初,能源危機與環境挑戰為釷基熔鹽堆發展提供了新的機遇,2001年被第四代核反應堆國際論壇(GIF)選為六個候選堆型
56、之一,釷基熔鹽堆研發自此在世界范圍內呈現急劇上升趨勢。釷基核燃料具備儲量大、不易制備核武器等優勢,是更理想的民用核燃料。人類迄今發現的有商業價值的易裂變核素有:鈾-235、钚-239和鈾-233。其中,鈾-235是自然界唯一天然存在的易裂變核素,钚-239需較難裂變的鈾-238吸收中子后轉換而來,而鈾-233則需較難裂變的釷-232吸收中子后轉換而來,所以鈾-238和釷-232也稱可轉換核素。天然釷中只含有釷-232,要在吸收中子轉換為易裂變的鈾-233后才好利用,即釷鈾燃料循環(釷基核燃料)。我國釷資源儲量豐富,初步估算如能實現釷基核燃料的完全循環利用,可供使用幾千年以上,將確保我國能源的自
57、給自足。地球上釷資源總儲量是鈾資源的34倍,釷基核燃料的有效利用對于人類發展也有著巨大的價值。此外,釷基核燃料還具有不易用于制造核武器等特點,是更理想的民用核燃料。21請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.6 熔鹽反應堆(MSR)圖表:釷基熔鹽堆核能系統發展路線圖資料來源:徐洪杰等釷基熔鹽堆和核能綜合利用,蔡翔舟等釷基熔鹽堆核能系統,李雪峰等第四代核能系統的產生與發展,中能科訊,核能號官微等,德邦證券研究所圖表:釷基熔鹽堆核能系統技術路線和階段目標2.6.3 多國展開熔鹽堆研究,我國液態燃料釷基熔鹽實驗堆即將投運熔鹽堆發展為液、固兩種堆型,
58、多國進行研究。經過幾十年發展,熔鹽堆已擴展為兩類堆型:液態燃料熔鹽堆(MSR-LF)和固態燃料熔鹽堆(MSR-SF,也稱為氟鹽冷卻高溫堆-FHR)。液態燃料熔鹽堆因其可在線添料并進行后處理,是國際公認的釷基核能的理想堆型,可實現釷鈾燃料的閉式循環;固態燃料熔鹽堆中通過不停堆連續更換燃料球,也可在開環模式下提高核燃料使用率,實現釷燃料的部分利用。歐美各國積極推進國際合作并組建合作機構,開展熔鹽堆概念設計和評估;歐盟自2001年起先后啟動多個研究項目,由歐洲原子能共同體和其中六個國家參與,開展液態燃料熔鹽堆的評估與可行性研究,提出熔鹽快堆系統的優化設計;亞洲各國受能源需求的拉動,對兩種熔鹽堆的發展
59、均表現出很高的積極性,印度與日本正在積極推動液態燃料釷基熔鹽堆的研究工作,韓國已經啟動了固態熔鹽堆研究計劃。我國2011年啟動TMSR科技專項,2023年6月項目獲得運行許可。2011年,中科院部署啟動了首批戰略性先導科技專項(A類)“未來先進核裂變能釷基熔鹽堆核能系統(TMSR)”,計劃用20年左右在國際上首先實現釷基熔鹽堆的應用,同時建立釷基熔鹽堆產業鏈和相應的科技隊伍。2017年4月,甘肅省武威市與中科院簽訂了在該市民勤縣建設釷基熔鹽堆核能系統項目的戰略合作框架協議,該項目分兩期建設,總投資220億元。2018年9月,該項目開工建設,2021年,主體工程完工。今年6月國家核安全局發布關于
60、頒發2MWt液態燃料釷基熔鹽實驗堆運行許可證的通知,甘肅釷基熔鹽實驗堆獲運行許可,標志著繼高溫氣冷堆后,我國又一四代核能堆即將投運。22請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.7 鈉冷快堆(SFR)圖表:238U239Pu轉換示意圖資料來源:李雪峰等第四代核能系統的產生與發展,徐銤快中子堆,蘇更林第四代核能系統的六大候選堆型,徐銤等鈉冷快堆及其安全特性,中國電力報官微等,德邦證券研究所圖表:小型鈉冷快堆核電源非核集成測試裝置2.7.1 快堆可實現鈾資源高效利用,鈉冷快堆發展最快快堆可實現鈾資源高效利用,與壓水堆配合裂變核能幾乎無限??熘凶佣?
61、簡稱快堆)是主要以平均中子能量0.080.1MeV的快中子引起裂變鏈式反應的反應堆??熘凶佣训闹饕攸c是,在堆運行時,新產生的易裂變核燃料(如钚)多于消耗掉的易裂變核燃料钚,即增殖比大于1,易裂變核燃料得到增殖,因此又稱為快中子增殖反應堆。運行中真正消耗的是天然鈾中不易裂變且豐度占99.2%以上的鈾-238??於训姆θ剂辖浐筇幚?,钚返回堆內再燒,多余的钚則用于裝載新的快堆。大規模用熱堆遲早會遇到鈾資源短缺的問題,所以我國核能的基本戰略是“熱堆快推聚變堆”三步發展,壓水堆生產的工業钚與快堆自己增殖的钚供給新建快堆初裝料,一座1GWe的快堆在60年壽期中只需消耗7080噸貧鈾即可。出于發展快堆對鈾
62、資源利用率的提高,使更貧的鈾礦也值得開采,則世界可用鈾資源將擴大千倍,所以壓水堆快堆和燃料循環匹配起來,裂變核能幾乎可以認為是無限的,可以實現核能的大規??沙掷m發展。鈉冷快堆發展最快,具備燃料增殖與廢料嬗變兩大優勢。為了在堆芯內維持快中子,除氣體外不宜用含輕核的冷卻劑,可選用鈉、氦和鉛等,鈉冷快堆是第四代快堆堆型中發展最快,也最接近商業化的快堆,其主要有兩大優勢:一是增殖,它可以將天然鈾中占99%以上的鈾-238轉化為易裂變核素钚-239,將鈾資源利用率從壓水堆的不到1%提高到60%以上;二是嬗變,它可以將乏燃料中的長壽命高放射性核素轉化為短壽命低放射性核素,從而將核廢料的放射性危害降至最小。
63、23請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.7 鈉冷快堆(SFR)圖表:中國快中子零功率裝置資料來源:蘇更林第四代核能系統的六大候選堆型,徐銤等鈉冷快堆及其安全特性,德邦證券研究所圖表:鈉冷快堆原理示意圖2.7.2 鈉冷快堆以鈉作為冷卻劑,核燃料30多年可增殖一倍鈉冷快堆以鈉作為冷卻劑,池式鈉冷快堆因安全性逐漸成為主流。鈉冷快堆就是以熔融鈉或低共熔鈉鉀合金作為冷卻劑,由快中子觸發核裂變而維持鏈式反應的反應堆。根據堆型布置的不同,鈉冷快堆可以分為回路式鈉冷快堆和池式鈉冷快堆?;芈肥浇Y構就是用管路把各個獨立的設備連接成回路系統,這樣設備維修起來比
64、較方便,但由于系統復雜,容易發生故障。池式結構采用的是一體化方案,即把堆芯與一回路的鈉循環泵、中間熱交換器等浸泡在一個液態鈉池內。池式結構維修不便,但安全性好。近年來,出于安全方面的考慮,池式鈉冷快堆逐漸成為發展的主流。鈉具備高導熱系數和低中子吸收率,核燃料30多年可增殖一倍。鈉的主要優點為高導熱系數和低中子吸收率。高導熱系數有利于高速率傳熱,低中子吸收率有利于核反應進行。如鈉的導熱能力是水的130倍,用其作為冷卻劑在很大程度上能防止堆芯的熔化。同時,鈉是地球上比較豐富的元素之一,在價格方面具有一定的優勢。鈉的熔點為98,沸點為883,能夠在接近大氣壓力下運行。鈉和鈉鉀共晶合金不會嚴重腐蝕鋼材
65、,并且與許多核燃料兼容。鈉冷快堆增殖速度約30年翻一倍,30多年后核燃料钚-239就可以翻一番,此時當初的钚-239可以滿足兩座同規模鈉冷快堆的需要,再經過30多年,钚-239可以滿足四座鈉冷快堆的需要。24請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.7 鈉冷快堆(SFR)圖表:中國實驗快堆堆本體資料來源:徐銤快中子堆,李雪峰等第四代核能系統的產生與發展,房勇漢等第四代核能系統發展現狀分析與對策建議,蘇更林第四代核能系統的六大候選堆型,徐銤等鈉冷快堆及其安全特性,中核智庫官微,中國核能行業協會官網等,德邦證券研究所圖表:中國實驗快堆效果圖2.7.
66、3 鈉冷快堆被稱為首選堆型,我國正在進行600MW示范堆建設鈉冷快堆被稱為首選堆型,工程技術最為成熟。在GIF的6種四代堆型中,只有鈉冷快堆在工程技術上最為成熟,因而被稱為首選堆型。俄羅斯有長期運營鈉冷快堆的經驗,其1980年并網商運的BN-600型反應堆已運行37年,2016年BN-600的負荷因子超過了87.45%。80萬千瓦的BN-800型反應堆于2016年10月31日正式投入商業運行,是全球在運的最大的鈉冷反應堆,計劃2030年還建設一座功率為120萬千瓦的更大型鈉冷反應堆,其設計工作已經完成;美國已在20世紀40年代建成全球首座實驗快堆,共建成了22座快堆,其中鈉冷快堆19座,包括實
67、驗快堆,原型快堆,經濟驗證性(或稱示范)快堆,功率從0.25MWt直到1200MWe,積累了約350堆年的運行經驗,并且已具備示范快堆燃料制造能力;日本擁有大量運行快堆的經驗,近期正攜手美國開發鈉冷快堆。我國已完成鈉冷快堆實驗項目,正在進行600MW示范堆建設。中國是世界上第8個擁有鈉冷快堆技術的國家,中國鈉冷快堆技術研發起步于20世紀60年代。1987年,中國實驗快堆(CEFR)項目被納入國家“863”計劃。該項目由中核集團組織,中國原子能科學研究院具體實施。2000年5月,CEFR(鈉冷)開工建設,于2011年7月成功并網發電,通過項目實施,我國建立了一套快堆標準規范體系,積累了鈉閥、鈉容
68、器、高溫鈉換熱器、鈉儀表和探測蒸汽發生器鈉水反應的氫計的制造經驗,掌握了數字化安全監測系統可靠性驗證的經驗,設備國產化率達到70。按照鈉冷快堆實驗堆示范堆商用堆“三步走”發展計劃,2017年在福建霞浦開建的中國CFR-600示范快堆A型(CDFR),采用單機容量60萬千瓦的鈉冷快堆,計劃于2023年完工;2020年末福建霞浦示范快堆2號機組(CFR-600)開工建設。25請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.8 氣冷快堆(GFR):具有高溫系統的技術優勢,技術成熟度低圖表:GIF氣冷快堆參考設計示意圖資料來源:黃彥平等氣冷快堆概述,李雪峰等
69、第四代核能系統的產生與發展,房勇漢等第四代核能系統發展現狀分析與對策建議等,德邦證券研究所氣冷快堆以氣體為冷卻劑,具有高溫系統的技術優勢。氣冷快堆,英文名稱為Gas Cooled Fast Reactor,簡稱為GFR,是一種高溫氣體冷卻快譜反應堆,采用氣體作為堆芯冷卻劑。由于氣體工質密度一般相對較低,對中子的慢化能力較弱,在不顯著添加其他慢化劑的情況下,中子能譜為快譜。氣體工質的慢化能力一般也弱于金屬冷卻劑,因此氣冷快堆的中子能量要高于金屬快堆,也就是說氣冷快堆的中子能譜更“硬”。氣冷快堆作為一種高溫氣體反應堆,具有高溫系統的技術優勢,可提高循環熱效率,并為工業應用提供高溫工藝熱。因此氣冷快
70、堆可借鑒快堆(如鈉冷快堆SFR)的燃料回收工藝和高溫氣冷堆(VHTR)的堆芯技術,如反應堆結構、材料等。技術成熟度較低,沒有國家建造過真正的氣冷快堆。早期GFR的研究由于其安全性的致命缺陷以及技術開發難度等問題,在世界核能事業萎縮的大背景下隨之被擱置,只有很少數的國家與研究機構堅持GFR研究。進入新世紀以來,隨著核能回暖,GFR又因其高增殖比及高熱效率等特點,重新成為業界的研究熱點,其中用氦冷卻的GFR被提議為鈉冷快堆更長期的替代方案。然而由于氣冷快堆的自身特點,其研發難度更大,技術成熟度更低。截至目前,國際上還沒有建造過真正的氣冷快堆,美國開展了300示范電廠和1000商業電廠的初步設計;氣
71、冷快堆實驗堆國際上的研究主要由法國牽頭,其他四個歐洲國家參與。我國在氣冷快堆方面還沒有系統開展工作。圖表:二氧化碳氣冷快堆參考設計示意圖26請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.9 鉛冷快堆(LFR)圖表:中國實驗快堆堆本體資料來源:吳宜燦鉛基反應堆研究進展與應用前景,蘇更林第四代核能系統的六大候選堆型,德邦證券研究所圖表:鉛基材料與其他堆用冷卻劑熱物性對比2.9.1 LFR結構較為簡單,有望成為首個實現工業示范的第四代核能系統鉛冷快堆采用鉛基材料作為冷卻劑,有望成為首個實現工業示范的第四代核能系統。鉛基反應堆(LFR)是采用鉛基材料(鉛或
72、鉛合金)作為一回路系統冷卻劑的反應堆,在高溫和接近大氣壓的條件下運行。作為第四代核能系統中的六種堆型之一,鉛基堆是一種能夠實現多種應用且可持續發展的先進核能系統。根據2014年1月第四代核能系統國際論壇(GIF)發布的“第四代核能系統技術路線更新圖”顯示,鉛基堆有望成為首個實現工業示范的第四代核能系統。鉛是人類最早發現的金屬之一。由于其具有抗腐蝕特性被應用于許多場合。熔融鉛和鉛鉍共晶合金具有的基本熱力學和中子學特性,用作冷卻劑具有一定的優勢。如鉛在常壓下的沸點(1749)很高,鉛鉍共晶合金(鉛44.5,鉍55.5)的沸點為1670,具有較強的熱傳導能力。由于鉛的密度較高,鉛和鉍也是出色的伽馬輻
73、射屏蔽材料,同時對中子幾乎是透明的,中子吸收和慢化截面很小。LFR包括兩個回路,結構較為簡單。典型的鉛基堆系統構成包括一回路和二回路兩個熱力循環系統:1)鉛基堆一回路系統一般采用池式布局,將一回路中的驅動泵、換熱器等熱工設備及堆芯置于堆容器內,容器內的液態鉛基冷卻劑通過熱工設備的驅動與流動傳熱,將堆芯產生的熱量傳遞至二回路,整個一回路系統的工作壓力為常壓;2)鉛基堆二回路系統一般采用水作為工質,二回路冷卻工質在換熱器內吸收一回路釋放的熱量后,通過汽輪機和發電機將熱能轉換為電能。27請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。02 四代核電漸行漸近,國內相關技術走在世界前列2.9 鉛冷快堆(LFR)
74、圖表:中國鉛基中子物理實驗堆、工程驗證實驗堆、數字仿真反應堆資料來源:吳宜燦鉛基反應堆研究進展與應用前景,蘇更林第四代核能系統的六大候選堆型,房勇漢等第四代核能系統發展現狀分析與對策建議,德邦證券研究所圖表:國際典型鉛基堆BREST-OD-300(左)與ALFRED2.9.2 鉛基堆走在第四代核能前列,我國已建成國際領先的實驗裝置群鉛基堆走在第四代核能前列,主要核大國均制定了發展計劃。美國已于21世紀初重啟鉛冷快堆研發計劃,美國的愛達荷國家工程和環境實驗室和麻省理工學院聯合研究嬗變處理核廢料;美國阿貢國家實驗室、勞倫斯伯克利國家實驗室和洛斯阿拉莫國家實驗室聯合研究小型模塊化設計;美國阿貢國家實
75、驗室主要研究小型自然循環鉛冷快堆,并處于國際領先地位;美國西屋公司主要驗證示范快堆技術的可行性。俄羅斯最早將鉛基堆應用于核動力潛艇,已積累近百堆年的運行經驗。前蘇聯設計研發了鉛鉍反應堆作為驅動動力,并成功建造了7艘“阿爾法”級核潛艇,創造了潛艇航速世界記錄,進入21世紀,俄羅斯主要實施“突破”計劃(Proryv Project),目前已基本掌握快堆、氮化物燃料和后處理關鍵技術,且正在設計和建造BREST300鉛冷快堆及燃料循環設施。歐盟是鉛基堆發展最為活躍的地區之一,在歐盟第五、六、七科技框架計劃的長期支持下,形成了完整的發展路線和計劃,參與鉛基堆研究計劃的歐盟研究機構超過20家。國內鉛基堆研
76、究歷史超30年,已建成國際領先的實驗裝置群。我國鉛基堆研究始于20世紀80年代中后期,主要由中科院核能安全技術研究所FDS鳳麟團隊在IAEA及ITER國際合作計劃、國家“863”/“973”計劃、國家磁約束聚變專項和中國科學院戰略性先導科技專項“未來先進核裂變能ADS 嬗變系統”等重大項目的持續支持下,開展鉛基堆基礎研究和關鍵技術攻關。我國已建成規模最大、功能與性能參數國際領先的實驗裝置群,包括鉛基堆零功率物理實驗裝置CLEAR-0、鉛基堆工程技術集成實驗裝置CLEAR-S、鉛基數字仿真反應堆CLEAR-V三座“實驗反應堆”工程驗證平臺。28請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03人類終極
77、能源,可控核聚變穩步前行29請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.1 核聚變能釋放巨大能量,作為能源需以可控為前提資料來源:能源前沿技術,核技術網,科普中國官微,國家原子能機構,ITER CHINA,國家原子能機構核技術(核探測與核成像)研發中心官網等,德邦證券研究所兩個輕原子結成為較重原子發生質量虧損,釋放巨大能量。核能的釋放主要分為核聚變和核裂變,核聚變是兩個輕原子核結合形成一個較重原子核,同時釋放大量能量的過程。原子核中蘊藏巨大的能量,在一定條件下,一個氘核(由一個質子一個中子組成)和一個氚核(由一個質子和二個中子組成)會發生聚變核反應,生成一
78、個氦核(二個質子和二個中子組成),并放出一個中子。精密的測量表明,氦核加上一個中子的質量之和小于一個氘核與氚核反應前的質量之和(發生質量虧損),根據著名的質能公式E=mc,反應過程中出現的質量虧損轉化為巨大的能量釋放出來。氫彈爆炸為不可控核聚變,作為能源的聚變需以可控為前提。早在五十年代初地球上就實現了聚變核反應,這就是氫彈的爆炸。它是依靠原子彈爆炸時形成的高溫高壓,使得氫彈里面的熱核燃料氘氚發生聚變反應,釋放巨大能量,形成強大無比的破壞力??上н@種瞬間的猛烈爆炸無法控制。要把聚變時放出的巨大能量作為社會生產和人類生活的能源,必須對劇烈的聚變核反應加以控制,因而稱為受控核聚變。冷核聚變難以復現
79、,主流研究以熱核聚變為主。冷核聚變是指在相對低溫(甚至常溫)下進行的核聚變反應,上世紀80年代美國兩位化學家宣稱在電化學實驗中觀察到室溫條件下兩次氘原子的核聚變,按照目前的核聚變原理,核聚變只能在極端的高壓和高溫條件下才能產生,這對反應堆的設計和結構材料的選擇都是巨大的挑戰。如果能實現室溫條件下的核聚變,無疑將是人類科學史上的重大突破。然而,在全球眾多科學家復現無果后,人們逐漸產生了質疑。盡管30多年來,不斷有人繼續探索“冷核聚變”的可能性,但主流科學界對冷核聚變持否定態度。圖表:核聚變原理示意圖圖表:氫彈爆炸不可控的核聚變30請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核
80、聚變穩步前行3.2 核聚變具備多項優勢,有望成為人類“終極”能源資料來源:中國科學院等離子體物理研究所,中國科普博覽,國家原子能機構官網,王凱等淺談工程物理,濟南中科核技術研究院官微等,德邦證券研究所核裂變成熟度高,但并非人類最理想的能源。人類現在已經開發出各種新能源,如太陽能、風能、水能、潮汐能、地熱能等。這些新能源各有特點,都有實用價值。但是從根本上來說他們都只能作為一種輔助能源,要讓這幾種能源作為整個社會生產和人類生活所需的基本動力來源目前是不可能的。上世紀五十年代開始登上世界能源舞臺的核電站顯示了巨大的威力,但這種核電站是以原子核的裂變反應為基礎的,產生的放射性廢物處理比較困難,而且主
81、要核燃料鈾的儲量相對其它元素來說并不豐富,開采和提煉又十分困難,同時因為發展史上一些大事故,讓人們對核電站心有余悸,甚至很多國家做出決策不再發展裂變核電站,因此原子核的裂變能并不是人類最理想的能源。與其他能源相比,核聚變具有以下優勢:1)原料資源豐富。其主要燃料氘跟氧結合成重水存在于海水之中,每公斤海水含氘0.03克。地球上有海水1021千克,含氘31016千克,目前全世界能源消耗水乎每年21020焦耳,只需燃燒106千克氘就夠了。地球上的氘夠用31010年之久,即使考慮到能源消耗水平逐年增加,也足以用上1010年,也就是幾百億年;2)釋放能量大。每單位質量的聚變燃料釋放出的能量非常大,是裂變
82、的四倍,“燃燒”一千克氘相當于四千克鈾,相當于七千噸汽油或一萬噸煤。即“燃燒”1千克海水=燃燒210千克(300升)汽油所獲得的能量。3)放射危害小。氘、氚等聚變反應中產生的氦,是沒有放射性的。如果不在聚變堆加入鈾、釷等裂變材料,那么聚變堆產生的放射性廢物,主要是泄漏的氚,以及聚變時釋放的中子、質子。聚變堆產生的放射性,比裂變堆少得多;4)安全性高。聚變是自限過程如果人們無法控制反應,它會自行停止。由于聚變反應只能在極端條件下發生,基于鏈式反應的裂變型事故或核熔毀不可能發生。圖表:钚239、鈾235兩種裂變材料的裂變反應與氘氚聚變反應中釋放的反應能圖表:不需要外加任何能源就能長期自己發光的氚燈
83、材料單位質量單位質量/(T/g)密度密度/(g/cm)單位體積單位體積/(T/cm)94239Pu17.319.834392235U17.618.8331氘氚冰810.2552131請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.3 超高溫是核聚變必需的外部條件,幫助原子核克服靜電斥力資料來源:中國科普博覽,中國科學院等離子體物理研究所,國家核安全局,北京天文館官網,生命物理學會,南方能源建設編輯部官微等,德邦證券研究所核聚變實現需要先提供能量,幫助原子核克服靜電斥力。受控聚變的研究之所以如此艱難,根本的原因是由于所有原子核都帶正電,2個帶正電的原子核互相接近
84、時,它們之間的靜電斥力也越來越大。而核力是一種短程力,必須使它們靠得足夠近,達到10-15米以內,核力才能將它們“粘合”成整體形成新的原子核。鈾-235、钚-239等的裂變,不需要入射中子及靶原子核具有任何動能;而為了使2個原子核聚變,首先必須使兩個原子核的一方或雙方有足夠的能量,去克服彼此之間的靜電斥力。太陽時刻都在發生著核聚變反應,其中心溫度有1500萬度,表面溫度最高到6000度,但是由于壓力巨大,聚變反應可以自然地發生,但是在地球上實現持續核聚變所需的條件要比在太陽上苛刻的多。超高溫是核聚變必需的外部條件,用于幫助原子核獲得能量。獲得聚變能源最方便的途徑,是將大量的聚變材料在極短的時間
85、內,加熱到極高的溫度。溫度越高,氘核運動的速度也越快。當溫度達到12億時,氘核運動的速度也就達到每秒10002000千米。中國科學院等離子體物理研官網文章顯示,根據實驗資料估計,使兩氘核相遇,它們的相對速度必須大于每秒1000千米,也即溫度必須高達1億度,因此超高溫是發生核聚變所必需的外部條件。采用常規的方法,要想加熱到如此高的溫度是非常困難的。1945年原子彈研制成功以后,人們也就找到了在極短時間內加熱到幾億度高溫的方法。1952年,美國用原子彈爆炸產生的高溫,第一次實現了大量氘、氚材料的聚變,但是人類需要的是可控的核聚變,采用這種方式會使得聚變反應難以控制。圖表:太陽發光發熱源自內部時刻進
86、行的核聚變圖表:促成聚變的核力是四種基本力之一32請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.4 超高溫產生的等離子體具有強導電性,可以利用磁場進行約束資料來源:中國科普博覽,中國科學院等離子體物理研究所,ITER CHINA,國家原子能機構核技術(核探測與核成像)研發中心官網,中國科學院大學,合肥現代科技館官微等,德邦證券研究所超高溫下實物容器難以存在,科學家采用磁場進行聚變燃料的約束。氘核與氚核間發生聚變反應時,溫度達到1億度以上,在這種條件下,任何固態物質都會在極短的時間內汽化,關鍵問題就是如何找一個這樣的“容器”,能裝下幾億度的超高溫聚變燃料,然后
87、讓它們在其中緩慢地發生核聚變。既然用實物制成的容器不行,科學家就采用由封閉磁場組成的“容器”來進行約束。從1946年開始,不同的磁約束概念曾相繼提出,20世紀50年代初,蘇聯科學家提出了“托卡馬克”的概念,它的名字Tokamak由俄語“環形、真空室、磁、線圈”的詞頭組成,蘇聯于1954年建成了第一個托卡馬克裝置。托卡馬克的發明是聚變研究領域的一大進步,為當時的研究指明了方向。超高溫產生等離子體,其強導電性為磁約束創造可能。任何物質,在較低溫度下是固體,溫度升高就變成液體和氣體,當溫度進一步升高時,氣體中的原子、分子將出現電離狀態,形成電子、離子組成的體系。這種體系是區別于固體、液體和氣體的另一
88、種物質存在狀態,故又稱為物質的第四態。1928年美國科學家Langumiur第一次將物質的這種存在狀態命名為等離子體態(Plasma)。在核聚變發生所需要的高溫下,物質已全部電離,形成高溫等離子體。而由于存在很多自由電子和各種荷電離子,等離子體具有強導電性,于是科學家就想到了磁場,因為帶電粒子在磁場中會繞磁力線做回旋運動,通過在容器內建立磁場來約束等離子體,使其不與容器壁接觸,可以使核燃料持續燃燒一段時間。圖表:托卡馬克裝置結構圖圖表:高溫下物質將轉變為等離子形態33請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.5“聚變點火”是第一步,工程應用還需獲得凈聚變
89、能資料來源:中國科普博覽,中國科學院等離子體物理研究所,ITER CHINA,國家原子能機構官網,王騰超導磁體技術與磁約束核聚變等,德邦證券研究所通過變壓器生產電場驅動電流,電流產生磁場將等離子體約束。由變壓器引起的電場驅動電流(紅色大箭頭)通過等離子體柱,產生一個極向磁場,將等離子體電流彎曲成一個圓形(綠色垂直圓圈)。將等離子體柱彎曲成一個圓圈可以防止泄漏,并且在一個環形容器內這樣做會形成一個真空。另一個圍繞圓圈長度的磁場被稱為環形磁場(綠色水平圓圈)。這兩個場結合形成一個類似螺旋結構(黑色所示)的三維曲線,等離子體在其中受到高度約束。高溫及約束是可控核聚變的前置條件,實現工程應用還需獲得凈
90、聚變能。利用聚變反應放出的能量來維持極高溫度,毋需再從外界施入能量,反應能自持地進行下去,此時“燒”聚變原料“爐子”已經點著了。表征這個概念的科學術語叫“聚變點火”。對于一定的溫度,在一定的時間內,原子核之間互相碰撞的次數,與等離子體中原子核的密度成正比;而在一定密度的情況下,原子核之間互相碰撞的次數,與等離子體中保持這種密度的時間(約束時間)成正比。因此聚變反應中能量的釋放,與等離子體的溫度、原子核密度、約束時間三者的乘積(聚變三乘積)有關。英國科學家勞遜在二十世紀五十年代詳細研究了聚變點火必須的條件,因此點火條件也稱勞遜判據,根據勞遜判據,只有聚變三乘積大于一定值,才能產生有效的聚變功率輸
91、出。實現“點火”僅是受控核聚變研究的第一步,第二個目標是使輸出的能量超過輸入的能量,獲得凈聚變能??茖W家們將第一個目標稱為驗證科學可行性,第二個目標稱為驗證工程技術可行性。圖表:托卡馬克工作原理圖表:獲得核聚變反應的三要素34請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.6 超導是磁約束核聚變建立和發展的基礎,高溫超導有望取代低溫資料來源:中核五公司,中科院物理所官微,張振闖等核聚變用超導材料輻照效應的研究進展,王騰超導磁體技術與磁約束核聚變,魏周榮我國低溫系列超導電纜的應用,劉豪等高溫超導在托卡馬克磁體中的關鍵技術問題研究,萬寶年等EAST超導托卡馬克等,
92、德邦證券研究所超導是磁約束核聚變裝置建立和發展的基礎,其性能至關重要。所有托卡馬克的終極目標是將氘氚聚變原料加熱到點火點或更高的溫度,并加以控制地持續盡可能長的反應時間,以追求連續的聚變能量輸出。托卡馬克中磁體系統是產生并控制磁場的重要部分,運行所需的磁場場強極大,磁體線圈中需通入大電流,常規金屬導體自身電阻耗損嚴重,即使采用導電性良好的銅作為導體繞制線圈,由于電流巨大線圈不可避免地存在發熱問題,從而限制了磁約束核聚變的長時間穩態運行。由于超導體具有零電阻效應,且承載電流密度更高有利于建造更加緊湊、更高場強的聚變裝置,能夠有效改善長脈沖穩態運行,二十世紀后期,科學家們開始把超導技術用于托卡馬克
93、裝置。低溫超導為聚變應用主流,高溫超導有望憑借自身優勢反超。目前,托卡馬卡超導磁體多用低溫超導體(LTS)NbTi和Nb3Sn制作超導線圈。經過多年的發展,低溫超導托卡馬克磁體的制造技術已日趨成熟,已建立了比較完善的基礎實驗數據庫。ITER計劃是人類為解決能源問題而開展的重大國際合作計劃,其目的是建造一個可自持燃燒的超導核聚變實驗堆。目前,ITER裝置、強磁場、加速器等大科學裝置所采用的超導電纜都使用NbTi和Nb3Sn低溫超導材料。然而,隨著超導材料和技術的發展,高溫超導(HTS)材料特別是第二代HTS帶材性能的提高,HTS較高的運行溫度和較強的磁場等特性為低溫制冷系統的技術難度、能耗效率等
94、提供了更為廣闊的發展空間,其在大型托卡馬克磁體設計和制造方面的優勢將越來越顯著。今年7月中核五公司發布文章稱其與中國第一家聚焦聚變能開發的商業公司正式簽訂了全高溫超導核聚變裝置總裝合同,將承建全球首個全高溫超導核聚變實驗裝置。圖表:典型的超導轉變處電阻突變圖表:EAST超導縱場線圈35請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.7 多國合作推進ITER計劃,我國發揮重要作用資料來源:中國科學院大學官微,王騰超導磁體技術與磁約束核聚變,羅德隆等中國ITER計劃采購包進展,ITER CHINA,中國核能行業協會官網等,德邦證券研究所主要發達國家聚焦托卡馬克研究
95、,推動聚變事業不斷前行。蘇聯于1979年建造的T-7托卡馬克裝置是世界上第一個超導托卡馬克裝置,其縱場磁體系統由48個超導線圈組成,這是中國首個超導托卡馬克HT-7前身;1982年美國建成并投運TFTR大型托卡馬克裝置,物理目標是探索并理解聚變堆氘氚(D-T)等離子體芯部等離子體行為特性,在D-T運行的三年期間,D-T等離子體相關研究獲得了重大的發展;上世紀80年代歐盟建造了用于研究D-T燃料聚變物理的大型實驗裝置歐洲聯合環(JET),后成為整個歐洲聚變規劃的一艘旗艦,D形環向場線圈和真空容器以及大體積強電流等離子體是JET裝置獨特之處,在對托卡馬克邊緣等離子體和偏濾器物理的理解方面取得了很大
96、進展;日本JT-60是以實現臨界等離子體條件(能量增益因子超過1)為目的的大型托卡馬克實驗裝置,與TFTR,JET列為世界三大托卡馬克,該裝置1985年運行,后改造成JT-60U,該裝置后來在能量增益因子、等離子體溫度以及核聚變三乘積等方面均獲得了國際最高數值。ITER計劃意義重大,我國承擔重要任務。隨著國際上眾多大中型托卡馬克的巨大進展,1985年前蘇聯和美國在日內瓦峰會上倡議由美、蘇、歐、日共同啟動“國際熱核聚變實驗堆(ITER)”計劃。2003年2月,我國正式加入ITER計劃談判,2006年11月,中國在法國巴黎與歐盟、印度、韓國、俄羅斯和美國6方代表共同簽署了聯合實施國際熱核聚變實驗堆
97、計劃建立國際聚變能組織的協定。ITER目標是建造一個核聚變實驗堆,驗證和平利用核聚變能的科學和技術可行性。ITER計劃是我國第一次以完全平等身份參與的大型國際科技攻關項目,也是目前以全權伙伴身份參加的規模最大的國際科技合作計劃。作為參與方之一,我國將承擔超導材料、電源、包層、遙感技術和加料系統等大領域的“采購包”任務。圖表:ITER裝置示意圖圖表:我國ITER計劃采購包承擔情況36請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.8 聚變是我國核能戰略“三步走”重要一環,國內研究領先資料來源:王騰超導磁體技術與磁約束核聚變,萬寶年等EAST超導托卡馬克,中國科學
98、院大學官微,中國科學院等離子體物理研究所,中國核能行業協會官網等,德邦證券研究所聚變堆是核能發展“三步走”中的一環,國內集中研究托卡馬克。我國核聚變能研究開始于上世紀60年代初,盡管經歷了長時間非常困難的環境,但始終能堅持穩定、漸進的發展。中國核聚變研究從一開始,就以在我國實現受控熱核聚變能為主要目標。從70年代開始,集中選擇了托卡馬克為主要研究途徑,先后建成并運行了小型裝置CT-6(中國科學院物理研究所)、KT-5(中國科學技術大學)、HT-6B(中國科學院等離子體物理研究所)、HL-1(核工業西南物理研究院)、HT-6M(中國科學院等離子體物理研究所)。1983年我國提出了“熱堆-快堆-聚
99、變堆”核能發展“三步走”戰略,具有重要戰略意義。引進消化T-7升級為HT-7,使我國在超導托卡馬克實驗運行上積累了豐富經驗。自上世紀90年代以來,我國開展了中型托卡馬克發展計劃,探索先進托卡馬克經濟運行模式和托卡馬克穩態運行等問題。1990年10月,中國科學院等離子體物理研究所在認真分析了國際核聚變發展的趨向后,與俄方正式達成協議,采用以易貨貿易的方式將T-7引進。此后,等離子體物理研究所用了3年時間將T-7裝置升級為HT-7裝置(合肥超環),特別是減少了縱場磁體個數以獲得更多的等離子體診斷窗口空間,利于物理實驗開展。從1994年建成運行到2012年最后一輪實驗,HT-7的成功讓我國在超導托卡
100、馬克實驗運行上積累了豐富經驗,然而HT-7裝置只有縱場磁體采用超導體繞制,用以激發等離子體的中心螺管磁體和用以控制等離子體的極向場磁體仍采用銅導體繞制。自主研制全球首個全超導托卡馬克裝置EAST,中國成為世界上重要的聚變研究中心。未來聚變堆要向著穩態核聚變能源方向發展,全超導托卡馬克是穩態運行的基礎。1996年等離子體所向國家提出了建設HT-7U計劃,2003年10月正式將裝置名稱改為EAST,由“Experimental”、“Advanced”、“Superconducting”、“Tokamak”四個單詞首字母拼寫而成,2006年建成。EAST裝置是我國自行設計研制的國際首個全超導托卡馬克
101、裝置,其成功建設和物理實驗使中國在磁約束聚變研究領域進入世界前沿,令中國成為世界上重要的聚變研究中心之一。圖表:HT-7裝置主機圖表:EAST裝置主機結構37請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.9 聚變開發難度大,需長期攻關,我國聚變發展路徑清晰資料來源:高翔等可控核聚變科學技術前沿問題和進展,王騰超導磁體技術與磁約束核聚變,星環聚能官微等,德邦證券研究所HL-2M可與EAST形成互補,重點在其上開展高水平的實驗研究。目前,我國的托卡馬克裝置主要有華中科技大學的J-TEXT裝置、核工業西南物理研究院的HL-2M裝置和中國科學院等離子體物理研究所的E
102、AST裝置。未來幾年,重點在國內磁約束的兩個主力裝置(EAST、HL-2M)上開展高水平的實驗研究。EAST裝置目前基本完成了升級,研究能力和實驗條件有了大幅度的提高,可以開展大量的針對未來ITER裝置和下一代聚變工程堆穩態高性能等離子體研究;在未來幾年內,HL-2M裝置將完成升級,具有良好的靈活性和可近性,利用獨特的先進偏濾器位型,重點開展高功率條件下的邊界等離子體物理,與EAST裝置形成互補。CFETR是我國聚變實用化研究的關鍵一步,可以填補ITER空白。在全面消化、吸收國際熱核聚變實驗堆設計及工程建設技術的基礎上,以我為主開展中國聚變工程試驗堆CFETR(China Fusion Eng
103、ineering Test Reactor)的詳細工程設計及必要的關鍵部件預研,并結合以往的物理設計數據庫,在“東方超環”“中國環流器2號改進型”上開展與CFETR裝置物理相關的驗證性實驗,在2035年前后建成CFETR裝置。CFETR相較于在建的ITER,在科學問題上主要解決未來商用聚變示范堆必需的穩態燃燒等離子體的控制技術,氚的循環與自持,聚變能輸出等ITER裝置未涵蓋內容。CFETR裝置的建設不但能為我國進一步獨立自主地開發和利用聚變能奠定堅實的科學技術與工程基礎,而且使得我國率先利用聚變能發電、實現能源的跨越式發展成為可能。圖表:中國磁約束聚變發展路線圖圖表:部分大型聚變實驗裝置具備條
104、件對比圖38請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.10 核聚變項目投資成本較高,成本構成中磁體、反應堆等占比大資料來源:邢超等“全壽期費用”管理在ITER項目中的應用,Slavomir Entler等Approximation of the economy of fusion energy,科普中國官微等,德邦證券研究所核聚變項目投資成本較高,ITER最新預算已經達到200億歐元。從ITER的建設進程來看,目前可控核聚變裝置的投資成本依然非常昂貴,ITER實驗設施位于法國南部,2006年啟動時最初計劃在2016年開機,預算為50億歐元(約合人民幣50
105、0億元)。然而,這項工程的復雜程度一再超出了最初的預想。ITER最近一次公布時間計劃是在2016年,當時預計將在2025年啟動實驗,2035年開始進行氘-氚聚變反應。今年1月,ITER主任皮耶特羅巴拉巴斯基(Pietro Barabaschi)對法新社(AFP)表示,ITER 可能無法在2025年如期啟動,而最新的公開預算已高達200億歐元(約合人民幣1565億元),是當初的4倍。聚變項目包含多個子系統,初始成本中反應堆、磁體、建筑成本最高。ITER工程的復雜程度一再超出了最初的預想,該項目包含多項子系統,如磁體、熱屏蔽層、真空室、低溫容器、加速加熱系統、冷卻系統、控制系統、診斷系統等等。根據
106、Slavomir Entler等人的數據,建造一個3255MW功率的聚變示范電站需要85.25億歐元的初始資本支出,包括71%的直接支出、17%的間接支出和12%的意外應急支出。直接支出中反應堆、磁體兩項支出分別占比為14%、37%,合計超過直接支出的一半,是核聚變電站初始投資中成本較高的項目。其他占比超過10%的還有建筑成本。圖表:聚變示范電站初始直接支出投資成本構成圖表:ITER項目分解結構反應堆14%磁體37%真空系統1%低溫系統2%燃料處理系統5%加熱與電流驅動系統7%冷卻系統4%控制與診斷2%維護設備5%發電設備5%建筑工程17%其他1%39請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。0
107、3 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.11 慣性約束亦有望實現可控,通過激光施加壓強使原子核聚變資料來源:鄭萬國等人類首次實現聚變“點火”,激光聚變取得歷史性突破,王騰超導磁體技術與磁約束核聚變,ITER CHINA,中國科普博覽官網,中核五公司官微等,德邦證券研究所可控核聚變有三種技術路線,磁約束及慣性約束是最有希望的兩種。目前,可控核聚變的技術路線大體有三種,其中以托卡馬克為代表的磁約束核聚變是已發展的最有希望利用熱核聚變發電的技術方案,也被譽為“人造太陽”,此外還有重力場約束核聚變、激光慣性約束核聚變。引力約束主要是靠強大的萬有引力來提供對聚變燃料的約束力,比如太陽的萬有引力使日核區的
108、氫不斷往中心擠壓,從而形成很高的密度,再加上太陽有足夠長的能量約束時間,使得核聚變反應得以持續發生,但引力約束無法在地球上實現。所以目前比較有希望的兩種實現聚變的方法只有磁約束核聚變和慣性約束核聚變。激光聚變唯一實現ICF點火,通過施加壓強使原子核聚變。在進行磁約束研究的同時,20世紀60年代以來,由于激光的出現,在受控聚變的領域,出現了一支強大的新的生力軍慣性約束(inertial confinement fusion,ICF)。激光聚變是目前唯一實現了聚變“點火”的ICF技術路線,將激光在特殊材料制備的黑腔內轉化為光,再利用光對靶丸進行壓縮,在數ns(數億分之一秒)的時間內約束等離子體的聚
109、變燃燒,最終實現能量增益。通俗講,就是通過激光產生的巨大的壓強,使核燃料體積在極短的時間內變小,密度變大,原子核發生聚變反應,釋放出能量。圖表:激光聚變的物理過程示意圖圖表:聚變約束的三種途徑40請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。03 人類終極能源,可控核聚變穩步前行3.12 慣性約束率先實現凈能量增益,我國神光部分指標超越NIF資料來源:王大洲等神光系列激光聚變實驗裝置建造的工程史考察,鄭萬國等人類首次實現聚變“點火”,激光聚變取得歷史性突破,中國科學報,中國能源報,激光評論官微等,德邦證券研究所慣性約束率先實現凈能量增益,NIF首次突破+重現。2022年12月13日,美國能源部部長詹
110、妮弗格蘭霍姆宣布,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員利用“國家點火裝置”(NIF)總能量為2.05兆焦耳的192路激光束,球對稱聚焦在微型氘氚燃料靶丸上,產生了3.15兆焦耳的核聚變能量輸出。該成果跨越了聚變點火閾值,這是人類歷史上首次實現了凈能量增益(G1.5)。與此同時,實驗的成功也證實了慣性聚變能源的科學基礎。今年7月份勞倫斯利弗莫爾國家實驗室在利用“NIF”進行的實驗中成功重現了“核聚變點火”突破,并且相比去年12月的實驗獲得了更高的“凈能量增益”。我國慣性約束起步較早,神光系列部分指標超越NIF。我國慣性約束核聚變研究則可追溯到20世紀60年代中期,迄今已經先后建造了神光、神光、
111、神光等在國際上配置先進的激光聚變綜合實驗平臺。其中由中國工程物理研究院激光聚變研究中心作為建設單位建成的神光激光裝置,代表了目前我國在激光約束聚變領域的最高水平。神光主機裝置由前端、預放大、主放大、靶場、光束控制與參數測量、計算機集中控制六大系統組成。它有6個束組,可輸出48束激光,其主要技術指標已經接近或達到美國NIF的水平,部分指標技術難度甚至有所超越。圖表:神光裝置主要參數與NIF對比圖表:NIF的前置放大器模塊在激光進入靶室的過程中增加了激光能量41請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04建議關注42請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4.1 佳電股份電動機生產歷
112、史悠久,產品應用廣泛。哈爾濱電氣集團佳木斯電機股份有限公司是中央管理的國有重要骨干企業之一哈爾濱電氣集團有限公司的控股上市公司,繼承原佳木斯電機廠全部優質資產,延續80余年電動機生產歷史,是黨的第一座電機廠,是我國防爆電機、起重及冶金用電機、屏蔽電機(電泵)及局部扇風機的創始廠和主導企業,產品廣泛應用于機械煤炭、石油化工、起重冶金、航空航天等行業以及核電站、衛星發射、三峽工程、南極長城站等國家重點建設項目,為我國經濟社會發展進步提供卓越驅動力。國內首家取得核級電機設計、制造許可證的企業,在核電領域可供產品市場占有主導優勢。公司是國內首家取得核級電機設計、制造許可證的企業,先后取得了民用核安全電
113、氣設備設計、制造和機械設備設計、制造許可證。公司研制的1E級K1類電動機填補了國內空白,達到國際先進水平,且部分指標優于國外同類產品;主氦風機是四代堆-高溫氣冷堆一回路唯一的動力設備,其功能是驅動一回路內的冷卻劑7.0MPa氦氣,流經反應堆堆芯,在反應堆正常啟動、功率運行和停堆等工況時,提供足夠流量的氦氣通過一回路系統,將反應堆堆芯產生的熱量帶走。產品為立式、電磁軸承支撐的變頻調速機組,在國際上處于領先水平。公司主氦風機產品取得了國內“重點領域首臺套創新產品”認證。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:佳電股份歷年年報,佳電股份2023年半年報,佳電股份官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:
114、公司近年來歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情況0%5%10%15%20%25%30%35%05001000150020002500300035004000營業收入(百萬元)yoy(右軸)-100%-50%0%50%100%150%050100150200250300350400450歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)0%5%10%15%20%25%30%35%40%201720182019202020212022 2023H1毛利率凈利率ROE43請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4.2 國光電氣起源于1958年,我國微波電子器件主要科研生產基地。
115、成都國光電氣股份有限公司源于1958年,位于成都經濟技術開發區龍泉產業園,是我國微波電子器件主要科研生產基地之一。公司產品門類主要包括各類微波器件(電真空、固態)及組件、真空接觸器、真空滅弧室、工業用微波能產品、機載廚房服務設備(含高鐵服務推車等)、真空規管、真空計、真空工藝設備、真空測控設備、移動壓力容器測控組件等。生產ITER關鍵部件,公司優勢明顯。公司的核工業設備及部件產品主要包括ITER配套設備、核工業領域專用泵以及閥門等。公司生產的偏濾器和包層系統是ITER項目的關鍵部件。偏濾器是托卡馬克裝置的關鍵組成部分,它是構成高溫等離子體與材料直接接觸的過渡區域:一面是溫度高達幾億度的等離子體
116、,另一面是通常的固體材料。ITER包層系統的主要功能是吸收來自等離子體和中性束注入的輻射和粒子熱通量、為真空室和外部容器組件提供熱屏蔽等,由覆蓋約600平方米的440塊包層模塊(BM)組成。一塊BM主要分為兩部分:一塊面向等離子體的第一壁(FW)面板和一塊屏蔽模塊(SB)。目前國內在該領域具有相關典型項目承建與運維經驗的,只有公司一家,公司具有較明顯優勢。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:國光電氣歷年年報,國光電氣2023年半年報,國光電氣官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:公司近年來歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情況-20%-10%0%10%20%30%4
117、0%50%60%02004006008001000營業收入(百萬元)yoy(右軸)-100%-50%0%50%100%150%020406080100120140160180歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)0%10%20%30%40%50%60%201720182019202020212022 2023H1毛利率凈利率ROE44請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4.3 蘭石重裝公司擁有輝煌歷史,致力于用卓越裝備引領產業革命。蘭州蘭石重型裝備股份有限公司始建于1953年,是中國石化裝備制造業的先行者。前身是國家“一五”期間156個重點建設項目之一蘭州煉油化工設備廠,被譽為“
118、中國石化機械搖籃和脊梁”。公司業務涵蓋傳統能源裝備(煉油化工、煤化工、化工新材料等領域)、新能源裝備(光伏多晶硅、核能、氫能等領域)、工業智能裝備(快速鍛造液壓機組等)以及節能環保裝備的研發、設計、制造、檢測、檢維修服務及工程總承包。核能裝備實現國產替代,核燃料貯運容器細分領域具有較高的市場占有率。公司在核能領域擁有一類放射性物品運輸容器制造許可證、民用核安全設備設計許可證(核安全3級)、民用核安全設備制造許可證(核安全2、3級)、制造許可證等多個核級相關資質。公司是國內首家實現國產替代的民用核級板式換熱器設計生產企業,子公司中核嘉華在核燃料貯運容器細分領域具有較高的市場占有率,制造了中國首座
119、50噸核乏燃料后處理中間試驗廠的絕大多數非標設備。公司產品覆蓋上游核化工和核燃料領域設備、中游核電站設備和下游核燃料循環后處理設備,取得了中核集團、中廣核集團等40余家核電業主單位供應商資格。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:蘭石重裝歷年年報,蘭石重裝2023年半年報,蘭石重裝官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:公司近年來歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情況-40%-20%0%20%40%60%80%0100020003000400050006000營業收入(百萬元)yoy(右軸)-20000%-15000%-10000%-5000%0%5000%(2000)
120、(1500)(1000)(500)0500歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)-100%-80%-60%-40%-20%0%20%40%毛利率凈利率ROE45請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4.4 科新機電創立于1997年,專注于壓力容器領域??菩聶C電創立于1997年,公司位于四川省德陽市,主要產品為壓力容器過程裝備。公司長期專注于以重型壓力容器為主的高端過程裝備和系統集成的設計、制造及安裝。經過26年的發展,先后參與數千項重大客戶項目建設,在生產制造、研發設計、國內外重大項目上積累了豐富的經驗,現已發展成為面向核電軍工、新能源、石油化工、煤化工、天然氣化工等領域的過程裝備
121、成套方案解決供應商和進出口貿易的國家高新技術企業。為數不多的擁有資質的民營企業,核電業務迅速發展。公司2006年開始著力于核電領域,2011年取得民用核安全機械設備制造許可證,成為為數不多的擁有核電資質的民營高端壓力容器制造企業。經過17年來的積累,先后與數十個涉核電單位合作,完成了數百項核電裝置產品,核電設備制造經驗和能力不斷提升,近年來,公司的核電業務發展迅速,成功承制了具有四代安全特征的華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程的熱氣導管、主氦風機冷卻器等核電產品,核電產品ANT-12A型新燃料運輸容器以優質性能實現替代進口,獲得客戶贊許,公司已成為中國核電工程公司、中廣核工程公司、中核能源科技
122、公司、國核工程公司、中電投等眾多核電公司的核級設備和核化工設備的供應商。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:科新機電歷年年報,科新機電2023年半年報,科新機電官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:公司近年來歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情況-20%-10%0%10%20%30%40%50%60%70%020040060080010001200營業收入(百萬元)yoy(右軸)-200%-100%0%100%200%300%400%500%600%020406080100120140歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)0%5%10%15%20%25%30%35%毛利
123、率凈利率ROE46請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4.5 江蘇神通公司專業從事新型特種閥門業務,產品應用廣泛。江蘇神通閥門股份有限公司位于江蘇省啟東市南陽鎮,專業從事新型特種閥門研發、生產與銷售,主要包括蝶閥、球閥、閘閥、截止閥、止回閥、調節閥、非標閥等七個大類145個系列2000多個規格,產品廣泛應用于冶金、核電、火電、煤化工、石油和天然氣集輸及石油煉化等領域。公司冶金特種閥門主要應用于冶金行業的高爐煤氣干法除塵與煤氣回收等節能減排系統,產品國內市場占有率70%以上;核級蝶閥、球閥產品國內主要供應商。核電閥門地位突出,實現了核級蝶閥、球閥等產品的全面國產化。在核電閥門領
124、域,公司產品優勢地位突出,自2008年以來,在我國新建核電工程用閥門的一系列國際招標中,公司為核級蝶閥和核級球閥的主要中標企業,獲得了這些核電工程已招標核級蝶閥、核級球閥90%以上的訂單,實現了核級蝶閥、球閥等產品的全面國產化。近年來,在實現老產品改進、保持持續領先優勢的同時,公司還陸續開發了壓水堆核電站地坑過濾器、核級調節閥、核級儀表閥、核級氣動膜片、氦氣隔離閥、低能耗球閥等新產品,以及核化工用系列產品,為我國核電建設工程領域的關鍵設備國產化做出了貢獻。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:江蘇神通歷年年報,江蘇神通2023年半年報,江蘇神通官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:公司近年來
125、歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情況0%10%20%30%40%50%05001000150020002500營業收入(百萬元)yoy(右軸)-50%0%50%100%150%200%250%050100150200250300歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%毛利率凈利率ROE47請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4.6 海陸重工創建于1956年,國內一流的節能環保設備的專業設計制造企業。蘇州海陸重工股份有限公司創建于1956年,公司位于江蘇省張家港市開發區,是國內一流的節能環保設備的專業設
126、計制造企業,公司主要從事工業余熱鍋爐、大型及特種材質壓力容器和核安全設備的制造銷售業務,目前已初步形成鍋爐產品、大型壓力容器、核電設備、低溫產品、環保工程共同發展的業務格局。公司設備先進,裝備精良,專業嚴謹的制造理念打造出品質非凡、質量一流的“海陸”品牌聲譽。深入核電領域20多年,國內首家配套制造核電站堆內構件吊籃筒體的企業。公司自1998年制造清華大學10MW高溫氣冷堆堆芯筒體從而進入核電制造行業以來,與上海電氣集團下屬的上海第一機床廠有限公司結成了戰略合作關系,填補了國內核電站反應堆堆內構件吊籃筒體制造的空白。多年來,公司在民用核能領域累積了豐富的制造和管理經驗,并完成多個項目的國際、國內
127、首件(臺)制造任務。服務堆型包括但不限于二代+堆型、三代堆型(華龍一號、國和一號、AP1000、VVER、EPR)、四代堆型(高溫氣冷堆、鈉冷快堆、釷基熔鹽堆)以及熱核聚變堆(ITER)等,涵蓋了國內外的各核電機組。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:海陸重工歷年年報,海陸重工2023年半年報,海陸重工官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:公司近年來歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情況-40%-20%0%20%40%60%80%050010001500200025003000營業收入(百萬元)yoy(右軸)-1200%-1000%-800%-600%-400%-2
128、00%0%200%400%(2000)(1500)(1000)(500)05001000歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)-120%-100%-80%-60%-40%-20%0%20%40%60%毛利率凈利率ROE48請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4.7 中國一重歷史悠久,國之重器。中國一重前身為第一重型機器廠,是“一五”期間建設156項重點工程項目之一,始建于1954年,是中央管理的涉及國家安全和國民經濟命脈的國有重要骨干企業之一,擁有國家級企業技術中心、重型技術裝備國家工程研究中心、國家能源重大裝備材料研發中心。公司主要為鋼鐵、有色、電力、能源等行業及國防軍工提供重
129、大成套技術裝備、高新技術產品和服務。主要產品有核島設備、重型容器、大型鑄鍛件、礦山設備和工礦配件等。國際先進核島設備供應商和服務商,有力推動國家核電產業的安全高效發展。中國一重是國內最早開發生產核能設備的企業,也是國內最大的核電鍛件供應商,已具備核島一回路核電設備的全覆蓋,成為全球少數兼備核島鑄鍛件和核島成套設備制造能力的重要供應商,國際先進核島設備供應商和服務商。是國內唯一承擔并已完成二代、二代加、三代、四代核電技術裝備制造的企業,具備年產5臺套核島一回路主設備和5套常規島轉子鍛件及汽輪機缸體鑄件的生產能力。目前在建核電站80%以上的核電鍛件、70%以上的核反應堆壓力容器均由中國一重生產,有
130、力地推動了國家核電產業的安全高效發展,是國家核電“走出去”發展戰略的重要支撐力量。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:中國一重歷年年報,中國一重2023年半年報,中國一重官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:公司近年來歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情況-50%0%50%100%150%200%250%050001000015000200002500030000營業收入(百萬元)yoy(右軸)-60%-40%-20%0%20%40%60%80%100%120%020406080100120140160180歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)0%2%4%6%8%10
131、%12%14%16%18%201720182019202020212022 2023H1毛利率凈利率ROE49請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4.8 國機重裝以二重主業為平臺打造的國家高端重型裝備旗艦,世界重大技術裝備領域少數具備極限制造能力的企業。國機重型裝備集團股份有限公司是世界500強企業中國機械工業集團有限公司的控股子公司,是以中國第二重型機械集團有限公司核心制造主業為平臺,整合中國重型機械有限公司、中國重型機械研究院股份公司等國機集團重型裝備板塊優質資源,組建的集科工貿于一體的國家高端重型裝備旗艦。國機重裝是國家重大技術裝備制造基地,是世界重大技術裝備領域少數具
132、備極限制造能力的企業,覆蓋全產業鏈,柔性制造優勢突出,可為航空航天、能源、冶金、礦山、交通、汽車、石油化工等重要行業提供系統的制造與服務,在國民經濟和國防建設中發揮著戰略性、基礎性的重要作用。具備核島主設備制造資質和能力,成功簽約全球首個聚變主機關鍵部件制造合同。國機重裝擁有反應堆壓力容器、穩壓器、主管道、堆芯補水箱等核島主設備制造資質和能力,主管道、堆芯補水箱等產品在諸多核電站得到應用,實現了核島主設備核級材料全覆蓋,具備 CAP1000/1400、ACP1000、華龍一號等為代表的第三代核電機型全套鑄鍛件和關鍵零部件生產能力和業績,同時公司曾成功簽約用于全球首個聚變實驗電站的聚變堆主機關鍵
133、部件制造合同。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:國機重裝歷年年報,國機重裝2023年半年報,國機重裝官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:公司近年來歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情況-50%0%50%100%150%200%250%020004000600080001000012000營業收入(百萬元)yoy(右軸)-50%0%50%100%150%200%250%300%0100200300400500600歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)0%10%20%30%40%50%60%毛利率凈利率ROE50請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。04 建議關注4
134、.9 航天晨光前身為中國近代民族工業搖籃的大型綜合裝備制造企業。航天晨光股份有限公司成立于1999年,2001年在上海證券交易所上市。公司前身為中國近代民族工業的搖籃1865年清朝洋務運動中創建的金陵機器制造局。新中國成立后,先后隸屬于兵器工業部和航天工業部,現為中國航天科工集團有限公司控股的大型綜合裝備制造企業。公司主營業務以核工裝備、智能制造、后勤保障、環保裝備、柔性管件、壓力容器、藝術工程等多個領域的產品研發、生產和銷售為主,產品廣泛應用于冶金、石化、電力、環保、物流、市政環衛、煤炭、船舶、核電、航空航天、汽車、軌道交通和民用燃氣等領域。放射性廢物處理系統關鍵設備打破國外壟斷,熱核聚變系
135、統完成江蘇省首臺(套)重大裝備認定申報。公司核工裝備業務重點立足核級工業基礎件、核廢料處理裝備、核非標成套裝備三個發展領域,擁有核電金屬軟管、核電膨脹節、核廢料處置全流程設備、核電熱室、手套箱等系列化產品。公司在放射性廢物處理系統關鍵設備領域掌握多項核心技術并打破國外壟斷,已發展成為國內核非標成套裝備重要供應商。核聚變方面,公司“熱核聚變用杜瓦膨脹節成套系統”完成江蘇省首臺(套)重大裝備認定申報。圖表:公司近年來營收及增速情況資料來源:航天晨光歷年年報,航天晨光2023年半年報,航天晨光官網,WIND等,德邦證券研究所圖表:公司近年來歸母凈利潤及增速情況圖表:公司近年來毛利率、凈利率及ROE情
136、況-20%-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%050010001500200025003000350040004500營業收入(百萬元)yoy(右軸)-1600%-1400%-1200%-1000%-800%-600%-400%-200%0%200%400%(200)(150)(100)(50)050100歸母凈利潤(百萬元)yoy(右軸)-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%毛利率凈利率ROE51請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。05風險提示(一)全球范圍內無法預期的核電事故;(二)核電政策轉向保守;(三)聚變項目進展不及預期;(四)電力市場需求增
137、長緩慢;52請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。分析師與研究助理簡介俞能飛:德邦證券研究所智能制造組組長,機械設備首席分析師。廈門大學經濟學碩士,曾于西部證券、華西證券、國泰君安等從事機械、中小盤研究。擅長挖掘底部、強預期差、高彈性標的研究。作為團隊核心成員獲得2016年水晶球機械行業第一名;2017年新財富、水晶球等中小市值第一名;2018年新財富中小市值第三名;2020年金牛獎機械行業最佳行業分析團隊。投資評級說明1.投資評級的比較和評級標準:以報告發布后的6個月內的市場表現為比較標準,報告發布日后6個月內的公司股價(或行業指數)的漲跌幅相對同期市場基準指數的漲跌幅;類別評級說明股票投
138、資評級買入相對強于市場表現20%以上;增持相對強于市場表現5%20%;中性相對市場表現在-5%+5%之間波動;減持相對弱于市場表現5%以下。2.市場基準指數的比較標準:A股市場以上證綜指或深證成指為基準;香港市場以恒生指數為基準;美國市場以標普500或納斯達克綜合指數為基準。行業投資評級優于大市預期行業整體回報高于基準指數整體水平10%以上;中性預期行業整體回報介于基準指數整體水平-10%與10%之間;弱于大市預期行業整體回報低于基準指數整體水平10%以下。信息披露53請務必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。分析師聲明:本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格,以勤勉的職業態度、專業審
139、慎的研究方法,使用合法合規的信息,獨立、客觀地出具本報告,本報告所采用的數據和信息均來自市場公開信息,本人對這些信息的準確性或完整性不做任何保證,也不保證所包含的信息和建議不會發生任何變更。報告中的信息和意見僅供參考。本人過去不曾與、現在不與、未來也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收任何形式的補償,分析結論不受任何第三方的授意或影響,特此聲明。法律聲明:本報告僅供德邦證券股份有限公司(以下簡稱“本公司”)的客戶使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。在任何情況下,本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況下,本公司不對任何人因使用本報告中的任何內
140、容所引致的任何損失負任何責任。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷,本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。在不同時期,本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告。市場有風險,投資需謹慎。本報告所載的信息、材料及結論只提供特定客戶作參考,不構成投資建議,也沒有考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需要??蛻魬紤]本報告中的任何意見或建議是否符合其特定狀況。在法律許可的情況下,德邦證券及其所屬關聯機構可能會持有報告中提到的公司所發行的證券并進行交易,還可能為這些公司提供投資銀行服務或其他服務。本報告僅向特定客戶傳送,未經德邦證券研究所書面
141、授權,本研究報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品,或再次分發給任何其他人,或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。所有本報告中使用的商標、服務標記及標記均為本公司的商標、服務標記及標記。如欲引用或轉載本文內容,務必聯絡德邦證券研究所并獲得許可,并需注明出處為德邦證券研究所,且不得對本文進行有悖原意的引用和刪改。根據中國證監會核發的經營證券業務許可,德邦證券股份有限公司的經營范圍包括證券投資咨詢業務。免責聲明54德邦證券股份有限公司地址:上海市中山東二路600號外灘金融中心N1幢9層電話:+862168761616傳真:+862168767880400-8888-128