機械行業深度報告：“雙碳”背景下核電設備迎來千億市場空間-220119（30頁）.pdf

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1、本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 1 機械行業深度報告 “雙碳”背景下，核電設備迎來千億市場空間 2022 年 01 月 19 日 Table_Summary “十四五”期間，核電設備市場空間或達千億。 “碳中和”背景下，核電憑借高能效、污染小、環境友好、單機容量大、發電量穩定等優勢，將成為未來基荷能源的重要組成部分。截至 2021 年 9 月 30 日，我國運行核電裝機容量為 5349 萬千瓦，據中國核能行業協會中國核能年度發展與展望(2020) ，到 2025 年我國在運核電裝機達到 7000 萬千瓦，在建 3000 萬千瓦，到 2035 年在運和在

2、裝機容量合計達到2 億千瓦。按每臺機組 100 萬千瓦裝機容量計算，2022-2025 年間核電建設有望按照每年 7-8 臺機組推進，每年核電市場空間約為 825-1350 億元，其中設備市場空間約為 413-675 億元/年，2022-2025 年市場總規模為 1648-2700 億元。 核島核心設備仍為國企壟斷，民營企業在細分領域活躍度提升。核電設備主要包括核島、常規島和 BOP 三部分。核島是整個核電站的核心，投資建設成本占比最高。目前反應堆壓力容器、主管道及熱交換器、蒸汽發生器等三大主要部件仍由國企壟斷。主管道、核級閥門、主泵、核用電機等零部件及核級密封門檻相對較低，少數民營企業可進入

3、，但仍需嚴格的資質審核。按每年新增 7.5 臺百萬千瓦機組計算，核級閥門市場規模約為 49-78 億元/年， 建議關注核級閥門龍頭江蘇神通。 核用電機方面，關注佳電股份。 常規島設備市場競爭相對激烈，綜合國產化率達 85%以上。目前主要的二代改進型核電機組項目，如紅沿河、福清、防城港等常規島部分綜合國產化率達 85%以上。從細分領域看，常規島汽輪發電機組、汽水再分離器與冷凝器等重點監管設備領域由東方電氣、上海電氣、哈爾濱電氣三家國企壟斷。其他設備領域市場競爭相對激烈，閥門、凝汽器、水泵等常規島非核心設備民營企業參與度較高。 BOP 設備領域民營企業參與程度高。核電輔助系統（BOP）是蒸汽供應系

4、統之外的部分，主要包括核電電纜、電站空冷系統、通風系統、反應堆安全殼和核電機械設備。中國政府 2015 年開啟核三級設備市場化，多數民營企業獲得設計制造資質。因此輔助設備領域民營企業參與度高且市場競爭較為激烈，多設備領域均有表現亮眼的民營企業。 乏燃料后處理設備需求或超預期。乏燃料即高放射性核廢料。目前，我國乏燃料后處理產能嚴重不足。目前， 每 100 萬千瓦核電設備容量的乏燃料年產量約為 21噸，據華經產業研究院數據，2020 年中國乏燃料產量為 1298 噸，累積待處理乏燃料約 8718 噸，而乏燃料后處理能力僅為 50 噸?？紤]到乏燃料暫存能力已接近飽和、乏燃料再利用需求巨大等因素，國內

5、乏燃料后處理產能建設有望加碼。 投資建議：核島、常規島設備重點推薦江蘇神通、應流股份、中密控股；乏燃料后處理設備領域重點推薦江蘇神通。 風險提示：核電開工受阻風險；核電設備需求不及預期風險；核安全事故風險 重點公司盈利預測、估值與評級 代碼 簡稱 股價（元） EPS（元） PE（倍） 評級 2020A 2021E 2022E 2020A 2021E 2022E 002438 江蘇神通 18.85 0.44 0.60 0.86 42 31 22 推薦 603308 應流股份 20.23 0.41 0.38 0.56 49 53 36 推薦 300470 中密控股 44.68 1.09 1.46

6、1.83 41 31 24 推薦 資料來源：Wind，民生證券研究院預測; （注：股價為 2022 年 1 月 18 日收盤價；未覆蓋公司數據采用 wind 一致預期） 推薦 維持評級 相關研究 1.機械行業周報 20220117：鋰電池產能建設超級年，抓住鋰電設備投資機會 2.民生機械周報 20220108:基荷能源不二選擇，關注核電設備投資機會 3.民生機械周報 20220103:風電鑄鍛件投資思路及主軸軸承國產化探討 4.行業周（月）報:VR/AR 熱潮帶來哪些設備需求：VR 篇 5.機械行業周報20211219： TOPCON及HJT電池技術的進展跟蹤 行業深度報告/機械 本公司具備證

7、券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 2 目 錄 1 基荷能源不二選擇，核電設備迎來巨大市場空間 . 3 1.1 核電是基荷能源重要組成部分，建設有望提速 . 3 1.2 三代核電全面發展，國內首臺“華龍一號”已穩定商運一年 . 4 1.3 “玲瓏一號”獲核準，小堆技術初露鋒芒. 5 1.4 “十四五”有望年均批復 7-8 臺，設備市場空間或達 600 億 . 5 2 核電產業鏈概述 . 8 2.1 上游：原材料及設備供應 . 8 2.2 中游：核電站建設及運營 . 9 2.3 下游：發電及后處理市場 . 10 3 新建項目帶來巨大設備市場空間 . 12 3.1 核電發

8、電原理 . 12 3.2 核島設備: 核心設備仍為國企壟斷，民企在細分領域活躍度提升 . 14 3.3 常規島設備: 市場競爭相對激烈，綜合國產化率達 85%以上 . 17 3.4 BOP 設備：民營企業百花齊放 . 18 3.5 乏燃料后處理：設備需求或超預期 . 18 3.6 四代核電機組設備：高溫氣冷堆國產化率達 93.4%. 20 4 盈利預測與投資建議 . 22 4.1 行業投資建議 . 22 4.2 重點公司 . 23 5 風險提示 . 26 插圖目錄 . 30 表格目錄 . 30 iWyWoYpMmMmMrR8O8Q7NsQoOpNsQkPmMnMeRnPoO8OnMpPMYpO

9、qRxNmMrQ行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 3 1 基荷能源不二選擇，核電設備迎來巨大市場空間 1.1 核電是基荷能源重要組成部分，建設有望提速 核電，是指利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發電的方式，具有高能效、污染小、環境友好、單機容量大、發電量穩定等優勢。相較于風電、光電等能源，核電在一次裝料后可連續穩定運行至少 1218 個月，且占地面積相對較小，是未來基荷能源的重要組成部分。 2016-2018 年間，我國幾乎暫停了新增核電項目的審批，核電連續三年“零核準” ，業內普遍認為，重要原因之一在于當時在建的三門核電、臺山

10、核電等三代核電項目均存在延期，遲遲未能投產，三代核電技術有待驗證。然而，隨著在建機組密集投產，三代核電技術得到驗證，2019年我國核電機組核準數量打破“零核準“，并呈現上升趨勢，2019 年、2020 年分別新增核準機組 4 臺。2021 年新核準機組 5 臺（4 大 1 ?。?，分別是：1）海南昌江多用途模塊式小型堆科技示范工程項目“玲瓏一號”125MW；2）江蘇田灣核電 7、8 號機組“VVER-1200/V491” ，單臺機組容量 1274MW；3）遼寧徐大堡核電 3、4 號機組“VVER-1200/V491” ，單臺機組容量 1274MW，合計 5.22GW。 圖 1：歷年國家核準核電

11、機組數量情況（臺） 圖 2：歷年國家核準核電機組裝機容量（單位：GW） 資料來源：中國核能行業協會，民生證券研究院 資料來源：中國核能行業協會，民生證券研究院 “碳中和”背景下，核電不可或缺。2021 年 10 月 26 日，國務院印發 2030 年前碳達峰行動方案。提出到 2025 年，非化石能源消費比重達到 20%左右，到 2030 年，非化石能源消費比重達到 25%左右。核電作為清潔、穩定的基荷能源，在全社會用電量不斷提升，煤電新增項目大幅減少的背景下，是我國實現碳中和的一個重要選擇。與燃煤發電相比，2020 年全年核能發電相當于減少燃燒標準煤 10474.19 萬噸，減少排放二氧化碳

12、27442.38 萬噸、二氧化硫 89.03 萬噸、 氮氧化物 77.51 萬噸， 相當于造林 77.14 萬公頃。 根據歐洲核能協會公布的統計數據， 1000克標準煤、礦物油及鈾分別產生約 8 千瓦時、12 千瓦時及 24 兆瓦時的電力。 146603008000445024681012141615.5 8.5 4.8 0.0 2.7 0.0 0.0 11.0 0.0 0.0 0.0 4.8 4.8 5.2 05101520行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 4 圖 3：各主要發電方式溫室氣體排放量對比（單位：克等效二氧化碳/kWh）

13、 資料來源：中國核電網，民生證券研究院 而隨著全球“碳中和”趨勢的發展，核電的作用也將得到進一步認可。目前，全球共有 72個國家已經或計劃發展核電，其中“一帶一路”沿線國家有 41 個，隨著中國“華龍一號”獲得海外認可，中國核電也將實現從“引進來”到“走出去”的過程。 1.2 三代核電全面發展，國內首臺“華龍一號”已穩定商運一年 核電技術的發展經歷了一代、 二代、 三代到四代的演變。 一代核電站始建于上世紀 50 年代，蘇聯 5000 千瓦的實驗性核電站和美國 9 萬千瓦的原型核電站證明了利用核能發電的可行性。 二代核電站，于上世紀 60 年代后期在一代基礎上陸續建成了功率在 30 萬千萬以上

14、的壓水堆、沸水堆、 重水堆等核電機組，使核電的經濟性得到證明，目前世界上運行的 400 余座機組絕大多數（包括中國大陸大部分核電站）是在這一時期建成。三代核電技術，是上世紀 90 年代，為解決三里島和切爾諾貝利事件負面影響，美國和歐洲先后出臺“先進輕水堆用戶要求”文件和“歐洲用戶對輕水堆核電站的要求” ，在安全性和人因工程方面做出了更明確要求，國際上將滿足這兩份文件之一的核電機組成為第三代核電機組。 浙江三門核電站是我國首個采用三代核電技術的核電項目，率先采用第三代先進壓水堆AP1000 技術，其 1 號機組是全球首座 AP1000 核電機組，三門核電站一期于 2009 年 4 月開工，歷史

15、9 年于 2018 年 6 月首次并網發電，成為全球首臺并網發電的 EPR 三代核電機組。 “華龍一號”核電技術，是中核 ACP1000 和中廣核 ACPR1000+兩種技術的融合，被稱為“我國自主研發的三代核電技術路線” 。 2021 年 1 月 30 日， 中核集團宣布華龍一號全球首堆中核集團福建福清 5 號機組投入商業運行， 標志著我國在三代核電技術領域躋身世界全列， 成為繼美國、法國、俄羅斯國家之后真正掌握自主三代核電技術的國家。華龍一號首堆所有核心設備均已實現國產，所有設備國產化率達 88%。2021 年 5 月 20 日 1 時 15 分， “華龍一號”海外首堆工程巴基斯坦卡拉奇

16、2 號機組正式投入商業運行。2022 年 1 月 1 日，中核集團福清核電 6 號機組首次并網成功，成為全球第三臺、我國第二臺華龍一號并網發電機組。 第四代核電技術蓄勢待發。四代核電是由美國能源部發起，并聯合法國、英國、日本等 9 個國家共同研究的下一代核電技術，目前仍處于開發階段，預計可在 2030 年左右投入應用。第四代核能系統改用钚-239 作燃料，將滿足安全、經濟、可持續發展、極少的廢物生成、燃料增殖的風險低、 防止核擴散等基本要求。 第四代核能的發展將進一步驅動我國核電產業的發展。 2021年 12 月 20 日并網發電的山東省榮成市的華能石島灣核電廠就屬于第四代核電技術，采用高溫氣

17、冷堆堆型， 這也是全球首座第四代核電機組。 石島灣高溫氣冷堆包含兩個 10 萬千瓦的反應堆，101757500002891132362804821020040060080010001200煤電氣電水電光伏風電核電直接排放量間接排放量行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 5 總裝機 20 萬千瓦。華能集團表示，示范工程機組各項運行指標正常，反應堆、汽輪發電機及相關系統設備運行穩定，1 號反應堆正穩步向單堆滿功率推進，2 號反應堆并網發電前各項試驗有序開展。雙堆有望于 2022 年年中全面投入商運。 1.3 “玲瓏一號”獲核準，小堆技術初露鋒

18、芒 小堆，即小型核動力堆，指小型且簡單的核能發電和產熱機組。隨著上個世紀 50 年代有核電生產以來，反應堆的規模已從 60MWe 增加至 1300MWe 以上。國際原子能機構（IAEA）將小型定義為 300 MWe 以下。 小堆技術是中核集團基于 60 多年核電建造、運營管理經驗自主研發的新型核能綜合利用技術，具有零污染、零排放、宜退役、選址靈活的特點。機組運行期間，反應堆長期處于船體吃水線以下，大海為天然熱阱，采用小堆技術有利于堆芯冷卻，技術上可以做到取消場外應急，固有安全性高。小型核反應堆的熱功率低于 1000MW，在安全性、多用途、靈活性方面有不可替代的優勢，屬于典型的軍民兩用技術。 小

19、型核反應堆最早在 20 世紀 50 年代首先由美國用于軍事領域，民用領域商業化運行規模較大的僅有俄羅斯一個國家，我國隨著“玲龍一號”示范工程的啟動運行，可能是下一個商業化推廣取得實質性進展的國家。在民用領域，小堆可用作城市供暖、偏遠地區供電、海水淡化、深海開發、破冰船能源供給等。目前小堆在全球范圍內已廣泛用于破冰船、浮動核能平臺等民用領域。 2010 年，中核集團正式啟動“玲瓏一號”專項科研工作， 2016 年通過 IAEA 通用安全審查，2017 年，海南昌江“玲龍一號”示范工程正式開始前期工作，并于 2019 年正式啟動該示范工程。 2021年6月3日獲國務院核準， 海南小堆示范項目中核集

20、團的 “玲龍一號”（ACP1000）小型堆核電機組技術，單臺機組容量為 12.5 萬千瓦。 “玲龍一號”在現有成熟壓水堆核電技術基礎上，采用“一體化”反應堆設計和“非能動”安全系統，其安全性能達到第三代核能系統技術水平。國際原子能機構審查認為， “玲龍一號”是個創新的小型壓水堆設計，采用的“固有安全+非能動”的安全設計，能夠處理極端環境條件和多種故障，達到國際和國內先進水平。 1.4 “十四五”有望年均批復 7-8 臺，設備市場空間或達 600 億 根據中國核能發展報告 2021 ，2020 年，我國商運核電機組達到 48 臺，總裝機容量為4988 萬千瓦，裝機量僅次于美國、法國，位列全球第三

21、，核電總裝機容量占全國電力裝機總量的 2.27%。截至 2021 年 9 月 30 日，我國運行核電機組共 52 臺（不含臺灣地區） ，比 2020 年新增 4 臺，裝機容量為 5349 萬千瓦（額定裝機容量） 。 隨著 2022 年 1 月 1 日國內第二臺華龍一號機組福清核電站 6 號機組并網發電，我國并網發電機組達到 53 臺，總裝機容量 5463.695 萬千瓦，僅次于美國的 93 臺 9552.3 萬千瓦和法國的 56 臺 6137 萬千瓦，繼續位居世界第三位。據中核智庫預測，如果法國按照電力結構 PPE計劃每年關閉同等數量的核電機組，我國在運核電裝機容量將在 2024 年超過法國，

22、達到世界第二位。 行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 6 圖 4：在運機組數量（臺） 圖 5：商運核電機組裝機規模增長情況（單位：萬千瓦） 資料來源：中國核能行業協會，民生證券研究院 資料來源：中國核能行業協會，民生證券研究院 目前，我國核電機組均分布于廣東、浙江、福建、江蘇等沿海省份。一方面，核裂變過程中會產生巨大熱量，需穩定的冷卻水源，海洋比河或者湖水更具優勢。另一方面，東部沿海地區經濟發展速度快，電力需求旺盛，靠近市場建設核電站有利于減少電力長距離傳輸過程中的損耗。除此之外， 核電站所需大件設備更適合通過海運運輸， 因此形成了當前

23、核電機組沿海建設的格局。但目前沿海適合新建核電站的廠址已經越來越少，加上內陸電力需求增加，未來在內陸啟動核電站是大勢所趨。 圖 6：中國大陸在運、在建機組裝機容量分布 資料來源：國際原子能機構，中國核能行業協會，中核智庫，民生證券研究院 根據十四五規劃和 2035 年愿景目標綱要 ， “十四五”期間，我國核電運行裝機容量達到7000 萬千瓦。此外，根據中國核能行業協會發布的中國核能年度發展與展望(2020)中的預測數據顯示，到 2025 年，我國在運核電裝機達到 7000 萬千瓦，在建 3000 萬千瓦，而到 2035年，在運和在建核電裝機容量合計將達到 2 億千瓦。按照每臺核電機組 100

24、萬千瓦裝機容量計算，2022-2025 年間，核電建設有望按照平均每年 7-8 臺機組推進。 2835374447495201020304050602015201620172018201920202021126312631483203126433363358144654875498853490.00%17.42%36.95%30.13%27.24%6.48%24.69%9.18%2.32%7.24%0%10%20%30%40%010002000300040005000600020112012201320142015201620172018201920202021裝機規模增長速度16149101

25、1016615592712171302252253451272392362530500100015002000廣東浙江福建江蘇遼寧山東廣西海南在運機組裝機容量（萬千瓦）在建機組裝機容量（萬千瓦）行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 7 表 1：2025-2035 年中國核電裝機容量發展目標（單位：萬千瓦） 指標指標 20212021 2025E2025E 2035E2035E 運行裝機容量 5349 7000 在建裝機容量 1651 3000 合計 7000 10000 20000 復合增長率 9% 7% 平均每年新增臺數（按每臺 100

26、 萬千瓦計算） 7.50 10.00 資料來源：“十四五”規劃和 2035 遠景目標綱要，中國核能行業協會，前瞻產業研究院，民生證券研究院 設備市場市場空間或達千億。參考頭豹研究院數據，核電站每千瓦建造成本 1.1-1.8 萬元，而設備市場空間占比約為建造成本的一半，根據此前預計平均每年以 7-8 臺機組推進，那么2022-2025 年平均每年核電市場空間約為 825-1350 億元，其中核電設備市場空間約為 413-675 億元。 表 2：2022-2025 年中國核電設備市場空間測算 指標 按每千瓦價值量 1.1 萬計算 按每千瓦價值量 1.8 萬計算 2025 年裝機容量（運行+在建）

27、10000 10000 2021 年裝機容量（運行+在建） 7000 7000 4 年新增裝機容量（萬千瓦） 3000 3000 每千瓦建造成本（萬元） 1.1 1.8 4 年新增機組建造成本（億元） 3300 5400 平均每年新增機組建造成本（億元） 825 1350 設備占比 50% 50% 平均每年核電設備市場空間（億元） 412.5 675.0 核島設備市場空間（*58%） 239.3 391.5 常規島設備市場空間（*22%） 90.8 148.5 BOP 市場空間（*20%） 82.5 135.0 資料來源：北極星電力網，頭豹研究院，民生證券研究院 行業深度報告/機械 本公司具備

28、證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 8 2 核電產業鏈概述 核電產業鏈包括上游原料及設備供應、 中游核電站的建設于運營， 以及下游的發電及后處理。 圖 7：核電產業鏈 資料來源：前瞻研究院，民生證券研究院 2.1 上游：原材料及設備供應 2.1.1 核燃料供應 核燃料是指含有易裂變核素，能夠在反應堆內實現自持鏈式核裂變反應的物質。核燃料棒最核心的材料是二氧化鈾，由天然鈾提煉而成，鈾礦需經過勘探開采、水冶、鈾轉化與鈾濃縮等過程，最終送往核燃料加工廠制造出核燃料元件。在核燃料成本結構中，天然鈾所占比例最高，達到 49%。然而我國鈾礦資源并不豐富，主要依賴進口，僅占全球

29、1.3%。 從行業壁壘來看，一方面，該行業具有國家安全意義，我國僅中核集團及中廣核有資格從事鈾礦開采和進出口業務；另一方面，核燃料元件研制技術難度極高，因此當前中國核燃料制造由中核集團旗下的中核北方核燃料元件有限公司和中核建中燃料元件有限公司壟斷， 核燃料元件企業議價能力極強。 圖 8：核燃料成本結構圖 圖 9：中國鈾礦進口量及對外依存度 資料來源：前瞻研究院，民生證券研究院 資料來源：WNA,中核集團,海關總署,立鼎產業研究中心, 民生證券研究院 49%33%17%1%天然鈾鈾轉化及濃縮燃料組件加工其他72%78%77%78%76%80%84%86%88%60%70%80%90%020004

30、00060008000100001200014000需求量（t）進口量（t）對外依存度行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 9 2.1.2 核電設備 核電設備即核電站的組成設備，在核電站固定資產投資中核電設備投資占 50%左右，是核電投資最主要的環節， 核電自主化程度主要取決于核電設備自主化程度。 核電設備包括核島 （NI） 、常規島（CI）和輔助設備（BOP）三部分，按照三部分分別占核電設備投資的 58%、22%、20%計算，則三部分分別占電站總投資的 29%、11%和 10%。 圖 10：核電站投資成本結構 圖 11：核電設備投資成本

31、結構 資料來源：頭豹研究院，民生證券研究院 資料來源：頭豹研究院，民生證券研究院 核島是整個核電站的核心，是承擔熱核反應的主要部分，負責將核能轉化為熱能，是核電站中工藝最復雜、投入成本最高的部分。核島主設備主要包括核反應堆（包括堆芯、壓力容器、堆內構件） 、反應堆冷卻劑泵、蒸汽發生器、控制棒及驅動機構、穩壓器、主管道等。 常規島利用蒸汽推動汽輪機帶動發動機發電，負責將機械能轉化為電能。主要由管道系統及冷凝器、汽輪機、發電機、汽水分離再熱器組成。由于火電、水電等其他類型發電站發電原理與核電類似， 均是由機械能帶動發電機轉換為電能， 常規島設備除供應于核電外， 同時還供應火電、水電等其他發電類型。

32、因此，除部分核心設備外，其余設備的成本相對較低。 輔助系統（BOP）主要包括數字化控制系統、暖通系統、空冷設備與裝卸料機，用于保障核電站平穩運行。 2.2 中游：核電站建設及運營 核電產業的中游是核電站的建設及運營。 核電站建設是包括前期策劃、 初步可行性研究、 可行性研究、 設計、 采購、 設備監造、 施工、安裝、調試、移交運營等一系列過程的總集成，流程包括核電站設計、土建施工與設備安裝、調試等流程。 核電站設計：核電站設計是指根據建設工程的要求，對建設工程所需的技術、經濟、資源、環境等條件進行綜合分析、論證，編制建設工程設計文件的活動；核電設備制造包括核島設備、常規島設備和輔助設備系統（B

33、OP）等設備的制造。 土建施工與設備安裝：土建施工與設備安裝是根據工程所確定的標準、設計文件、圖紙，經過現場土建和安裝施工的集成，最終把設計藍圖轉換成系統完整、功能齊全的核電站，主要包括核島、常規島及 BOP 廠房的施工和建設。 調試：調試是核電站設計、制造、施工、安裝完成后，用調整試驗的手段進行質量和性能符合性的檢驗，檢查缺陷和消除缺陷的過程。 50%40%10%設備基建其他58%22%20%核島常規島輔助系統行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 10 核電站運營是指核電站發電及日常維護管理工作。核電站的運營成本主要由折舊、維護和燃料成

34、本構成。核電項目前期投入昂貴，導致折舊成本較高。一般而言，項目投產后，折舊在運營商的營業成本中占比接近 40%，而火電僅達 15%左右。因此，核電運營商具備現金流充沛的特點。 核電產業鏈中游主要為核電站建設及運營方，其中核電站運營的代表企業有中國廣核、中國核電、大唐發電等。 2.3 下游：發電及后處理市場 核電產業的下游是發電和后處理市場。 核能發電是利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發電， 它是實現低碳發電的一種重要方式。核能發電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產生的熱，將水加熱成高溫高壓，核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍） ，而所需要的燃料體積與火力電廠

35、相比少很多。 近年來，中國核能發電量持續上漲。2016 年中國核能發電量 2105.2 億千瓦時，2020 年中國核能發電量 3662.4 億千瓦時，復合增長率 14.8%。2021 年 1-11 月，中國核能發電量 3702億千瓦時，同比增長 11.9%。 從區域占比來看，核能發電主要集中華東地區、華南地區、東北地區。2020 年華東地區核能發電量最高，占比 52.2%，華南地區緊隨其后，核能發電量占比 38.9%。東北地區核能發電量占比 8.9%。這主要是由于我國核電站主要分布于東部沿海地區，目前建有核電站的省份包括遼寧、山東、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西、海南等 8 個省份，在運在建核電

36、機組分布在 21 個核電站。 圖 12：2012-2021 年 11 月核電發電量情況 圖 13：2020 年中國核能發電量區域占比 資料來源：國家統計局，民生證券研究院 資料來源：國家統計局，民生證券研究院 核廢料處理主要是對核廢料短期存放、后期處理、運輸、永久掩埋等工作。核廢料泛指在核燃料生產、 加工和核反應堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料。 按照比活度可以分為高、 中、低放射性核廢料。代表性企業包括通裕重工、中廣核技、遠達環保等。 高放廢料又稱乏燃料，在核廢料中占比小約 3%，輻射量卻占總量的 95%，其處置方式分兩種：一是開放式核燃料循環，將乏燃料作為放射性廢物直接最終處理；二是閉

37、式核燃料循環：從乏燃料中回收的鈾、環等易裂變材料加工制成核燃料組件，提高燃料使用率，其他廢物做深地質處理。 98311151332169521322483295034873662370213.4%19.5%27.3%25.8%16.5%18.8%18.2%5.0%11.9%0%5%10%15%20%25%30%05001000150020002500300035004000發電量（億千瓦時）累計同比52.20%38.90%8.90%華東地區華南地區東北地區行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 11 中低廢料由于產生量巨大， 在其處理的過程

38、中最關心的問題就是如何在安全處理的前提下實現廢物最小化。我國對中低放廢料采取“區域處置”策略，使得處置場靠近廢料生產地。 行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 12 3 新建項目帶來巨大設備市場空間 3.1 核電發電原理 3.1.1 三代核電發電原理 輕原子核的融合和重原子核的分裂的過程可以釋放大量能量， 分別成為核聚變能和核裂變能。而核電就是利用鈾裂變所釋放的熱能進行發電。在核裂變過程中，中子撞擊鈾原子核，發生受控的鏈式反應，產生熱能，生成蒸汽，從而推動汽輪機運轉，產生電力。如圖 14 所示，沸水堆核電站冷卻輕水直接在壓力容器內形成蒸汽

39、， 壓水堆與重水堆還需添加穩壓器與蒸發器形成二回路。二回路由汽輪機、發電機與冷卻系統組成。冷卻劑將反應堆中的熱量轉換為蒸汽輸送至常規島，蒸汽帶動汽輪機轉動產生機械能，機械能傳遞至發電機后轉變為電能。蒸汽帶動汽輪機后，輸送至冷凝器進行液化形成新的冷卻劑。 圖 14：通用核電設備工作原理 資料來源：雪球網，民生證券研究院 核電設備分為核島、常規島、輔助系統三部分。其中核島為整個核電站的核心，是承擔熱核反應的主要部分，負責將核能轉換為熱能。核島中的核心部分為反應堆，反應堆由堆芯燃料、控制棒及冷卻劑組成。堆芯裂變產生中子與能量，控制棒則用于調節反應堆功率。核島設備的技術含量最高，同樣也是也是投入成本最

40、高的部分。常規島利用蒸汽推動汽輪帶動發動機發電。輔助系統（BOP）主要包括數字化控制系統、暖通系統、空冷設備與卸料機，用于保障核電站平穩運行。 為防止反應內熱量過高，通常使用輕水或重水作為冷卻劑降低反應堆內溫度。因此，根據冷卻劑，又可將反應堆分為輕水堆、重水堆及快中子堆，其中輕水堆根據輕水形態又可分為壓水堆與沸水堆。目前，我國絕大多數商運機組使用的堆型都是壓水堆。 表 3：反應堆形式分類 反應堆形式 特征 優/劣勢 代表核電站 描述 輕水堆 壓水堆 使輕水處于高壓下達成液 相狀態以獲得高熱能轉換 效率；以輕水為慢化劑和 冷卻劑 結構緊湊 建設周期短 安全性較高 中國大亞灣核電站、中國田灣核電站

41、 考慮到安全性與經濟性中國正在運行的核電站中 70%為壓水堆核電站，壓水堆核電站為近期發展方向。 沸水堆 以沸水堆為熱源，在反應 建造費用低 日本福島核電站 沸水堆核電站在中國的應用范行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 13 堆壓力容器內直接產生蒸 汽動力堆；以沸騰輕水為 慢化劑和冷卻劑 輻射防護和廢物處理 復雜 圍較小，以福島核電站爆炸事故為先例，沸水堆核電站維修過于復雜，已不在核電站建設考慮范圍之內。 重水堆 以重水堆為熱源，利用天 然鈾作燃料；以重水作慢 化劑，重水?輕水做冷卻劑 可實現不停堆換料 基礎投資比重大 堆芯體積大 中國

42、秦山三期核電站、加拿大布魯斯核電站 快中子堆 由快中子引起鏈式裂變反 應所釋放出來的熱能轉換 為電能；冷卻劑為液態金 屬或氦氣，無慢化劑 資源利用率高 實現核裂變材料增殖 技術要求高 中國霞浦快堆核電站、俄羅斯別洛亞爾斯克核電站 隨著核技術的進步，未來發展趨勢為快堆核電站，快堆核電站可實現核裂變材料增殖具有可持續發展的特性，更利于能源利用。 資料來源：頭豹研究院，民生證券研究院 3.1.2 四代核電發電原理 相比三代核電，第四代核能系統是一種具有更好的安全性、經濟競爭力、核廢物量少，可有效防止核擴散的先進核能系統，目前處于原型堆技術研發階段。目前，國際上公認有六種第四代裂變核反應堆型： 超高溫

43、氣冷堆、 超臨界水堆、 氣冷快堆、 鉛冷快堆、 鈉冷快堆和熔鹽堆。 例如，2021 年 12 月 20 日并網發電的山東省榮成市的華能石島灣核電廠就屬于第四代核電技術， 采用高溫氣冷堆堆型，這也是全球首座第四代核電機組。除此之外，福建霞浦核電廠址目前正在投資建設分別有 60 萬千瓦高溫氣冷堆核電機組，以及 60 萬千瓦的快堆示范項目，其中快堆示范項目就是采用鈉冷快堆。 圖 15：高溫氣冷堆工作原理 圖 16：鈉冷快堆工作原理 資料來源：昵圖網，民生證券研究院 資料來源：東方電氣，民生證券研究院 1.高溫氣冷堆 以高溫氣冷堆為例，相比三代技術，其在燃料和反應堆方面都進行了優化。一方面，相比三代技

44、術中的燃料棒，高溫氣冷堆將燃料做成直徑只有 0.5 毫米的顆粒，再分散于高溫石墨做成的燃料球中， 只要溫度不超過 1600 度， 反應就就會在球內進行， 不會發生反射性物質外泄。 另外，燃料顆粒中還會添加鈾 238 這種與鈾 235 特性差別很大的原子，當鈾 235 反應劇烈時，鈾 238可以利用其不活躍的特性抑制鈾 235 過快裂變，增加了天然的安全防護。 另一方面，高溫氣冷堆產生的熱量是由氦氣作為冷卻劑帶走，氦氣從反應堆頂部進入堆芯，行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 14 入口溫度薇 250 度，通過堆芯后，氦氣溫度達到 700

45、度，相比之下，壓水堆的入口、出口溫度分別為 290 度、325 度。由于氦氣性質穩定，且始終為氣態，因此可以降低一回路冷卻劑的放射性，并避免了冷卻水沸騰的風險。另外，從功率上看，壓水堆的功率密度解禁額 100MW/立方米， 而高溫氣冷堆的功率密度通常在 3MW/立方米一下， 在如此低的功率密度下，即使出現緊急停堆等事故，衰變熱也可以通過自然氣冷卻循環帶走，杜絕了堆熔的風險，因此，高溫氣冷堆也被成為“不會熔毀的反應堆” ，高溫氣冷堆核電站也被譽為“最安全的核電站” 。未來，高溫氣冷堆有望為鋼鐵、 燃料、 化工等部門提供熱能， 實現制氫、 石油、 天然氣里欸額、 煤氣化鄧新工藝，開辟核能利用的新途

46、徑。 2.鈉冷快堆 常規的裂變反應堆將鈾-235 作為燃料，需要水等物質將反應中產生的高速的快中子減速成慢中子，從而加強鈾 235 的裂變效率。然而，一般輕水堆采用 3-4%濃縮鈾 235 為原料，即真正參與核反應的原料只有 3-4%，余下的則是會產生輻射的鈾-238 廢料，鈾-238 不能由中子直接激發裂變產生能量，這也是造成當前核廢料處理難題的一大原因。 相比之下，快中子反應堆使用钚-239 作為燃料，反應產生的快中子不經減速處理直接與外圍堆放的鈾-238 反應， 將鈾-238 變成钚-239， 繼續參與裂變。 這既解決了核廢料處理的問題，又解決了鈾-235 燃料不足的問題。另外，與常規裂

47、變反應不同的是，在快堆中，水的散熱速度不足，因此使用鉛或鈉作為冷卻劑。 不過， 使用鉛或純鈉， 在實際反應器中使用的其他的材料需要持續加熱冷卻劑使之保持液態，而使用鈉鉀合金（NaK）就可以克服這一問題。由于鈉鉀合金呈液態中的粒子可以對流，而且內部有大量的自由電子，因此具備對流導熱、傳導導熱兩種高效率的導熱方式，導熱能力較強。 3.2 核島設備: 核心設備仍為國企壟斷，民企在細分領域活躍度提升 核島是整個核電站的核心，承擔熱核反應的主要部分，也是核電站投資建設中成本占比最高的一環，占設備投資成本 58%。核島的作用是將核能轉化為熱能，是核電站中工藝最復雜，主設備包括核反應堆（包括堆芯、壓力容器、

48、堆內構件） 、主管道及熱交換器、蒸汽發生器、核級閥門、反應堆冷卻劑泵、控制棒及驅動機構、核級線纜、穩壓器、安全箱和硼注箱等。由于核島設備技術壁壘較高，毛利率也相對較高，部分關鍵設備毛利率在 45%以上。 其中，反應堆壓力容器、主管道及熱交換器、蒸汽發生器為核島三大主要部件。 圖 17：核島設備成本結構 圖 18：核島設備毛利率 資料來源：頭豹研究院，民生證券研究院 資料來源：頭豹研究院，民生證券研究院 反應堆壓力容器、堆內構件、蒸汽發生器三類核島設備目前均由國企壟斷，包括東方電氣、23%20%17%12%8%6%4%3%3%2%2%壓力容器主管道及熱交換器蒸汽發生器核級閥門冷卻主泵堆內結構控制

49、棒驅動核燃料傳送核級線纜穩壓器安注箱和硼注箱15%28%29%33%38%48%60%0%10%20%30%40%50%60%70%行業深度報告/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 15 上海電氣、中國一重、哈電集團。其原因在于，反應堆為核島中的核心部分，壓力容器承擔著極其重要的安全屏障作用， 堆內構件起到支承及定位燃料組件作用， 蒸汽發生器為一二回路的樞紐，此類設備質量標準嚴苛，制造成本也極高，且屬于重型機械，對企業的生產能力和資金實力都有較高要求，因此為國企壟斷。 主管道、核級閥門、主泵門等零部件門檻相對較低，少數民營企業可進入該領域，但仍需嚴格

50、的資質審查標準。 3.2.1 主管道 主管道的功能是連接反應堆一次冷卻劑系統主要設備的管道，由直管段、彎頭和主管道上的接管組成。反應堆至蒸汽發生器之間的管道稱為熱段，蒸汽發生器至主泵之間的稱為過渡段，主泵至反應堆之間的稱為冷段。主管道是防止核反應裂變產物外泄至安全殼的重要屏障，屬于核安全一級、抗震 I 類設備。在該領域布局的國有企業主要有中國一重、東方電氣，民營企業主要有臺海核電。 3.2.2 核級閥門 核級閥門主要是指在核電站中核島N1、 常規島CI和電站輔助設施BOP系統中使用的閥門，從安全級別上分為核安全級、級、級、非核級。核級閥門在核電設備中屬于關鍵附件，連接了核電站的 300 多個子