新三板核电产业链:核电重启,迎接千亿市场

安福双 2022-02-16

核电核燃料新能源

5227 字丨阅读本文需 17 分钟

2021年《政府工作报告》中重点提出:“扎实做好碳达峰、碳中和各项工作。制定2030年前碳排放达峰行动方案。优化产业结构和能源结构。推动煤炭清洁高效利用,大力发展新能源,在确保安全的前提下积极有序发展核电。”这是近四年来政府工作报告中首次使用“积极”的字眼提及核电。

核电,就是利用铀核裂变所释放出的热能进行发电的电能生产方式。

具体原理就是在核裂变过程中,中子撞击铀原子核发生受控的链式反映,产生热能生成蒸汽,从而推动汽轮机运转产生电力。

在发电原理上与传统的燃煤、燃气等火电站类似,都是利用燃料生成的高温蒸汽推动汽轮机运转产生电力。

但是在蒸汽供应系统上又有本质上的区别,火电站主要利用化石燃料释放的化学能将水变成蒸汽,核电站则是利用核燃料在核裂变过程中释放的辐射能将水变成蒸汽。

而且为防止在核裂变过程中产生的核辐射扩散,核裂变必须要在核反应堆中进行,这也是与传统火电站的不同之处。

而核电作为基荷电源,是未来唯一有望大规模替代火电的发电形式之一。(基荷电源是指能够提供连续、可靠电力供应的主力电源,如煤电、核电等都适合作为基荷电源。)

与火电、风电以及光伏等能源相比,在燃料成本上,核电燃料成本占比相对较低,且受能源价格波动影响相对较小;不受季节和气候等因素影响,除短暂的换料大修外,能以额定功率长期稳定运行;在碳排放量上远优于火电,仅次于风电和水电。

而且核电在利用小时数上也远高于其他电源,发电效率较高。

据中电联披露的数据,近五年我国核电平均利用小时数基本稳定保持在7000小时以上,大幅领先于火电和国内其他清洁能源发电利用小时。(发电机组利用小时数等于全年发电量除以机组核定的铭牌出力。比如,某10万千瓦装机容量机组全年发电1亿千瓦时,机组年利用小时=10000万千瓦时/10万千瓦。)

在全球气候变暖、不可再生的化石能源不断消耗的背景下,全球能源消费结构正在向低碳化转型。而核能作为低碳清洁能源,不仅环保还兼具经济可靠和高效性,未来将是各国能源转型的主流方向之一。

但是近年来有多个经合组织国家调整核能领域的发展计划,德国、比利时、瑞士和西班牙等国家计划逐步淘汰核电;韩国、瑞典、法国等国家则打算降低核电比例;受低成本天然气和可再生资源竞争的影响,美国一些小型、低效核电站也提前关闭。

而根据俄罗斯科学院能源研究所,到2035年,发展中国家核电发电量将超过经合组织国家,为全球核电增长贡献最多的增量。其中,中国将是实现最大的核电增长的国家。

发达国家核电发展放缓主要有三方面原因:一、发达国家的新增用电需求低于高速发展中国家;二、燃气蒸汽联合发动机的普及和风电、光伏等可再生能源发电成本的降低使核电的成本优势减小;三、三次大型核电事故加深了人们对于核能安全隐患的担忧,发达国家需要通过关闭核电站安抚民众反核情绪。

比如我国就在2011年福岛核泄漏事件之后,经历了核电审批暂停和2016-2018年为期三年的核电零核准。

但在2019年我国再次重启核电审批,一次性批复了中核集团漳州核电一期项目1号、2号机组,及中国广核集团惠州太平岭核电一期项目1号、2号机组共四台机组,这预示着我国核电审批将进入常态化。

我国之所以重启核电,除了核电拥有比其他能源更明显的优势以外,还与我国能源战略有关。一方面我国的迅速发展受限于传统化石燃料资源,而核能未来能够满足我国对大量电力的需求。另一方面要优化国内能源结构、实现碳中和,需要构建多能互补、清洁可持续的能源供应体系。

同时也是缓解沿海地区缺电问题高效经济的解决途径,因为我国沿海地区受限于资源和低碳发展要求,难以新增煤电、燃气机组,存在电量供应缺口,而远程输电效率较低、成本高。因此,核电的使用可以有效缓解沿海地区发电不足的问题。

据中国核能行业协会统计,截至2021年12月31日,我国运行核电机组共53台(不含台湾地区)。2021年1-12月全国累计发电量为81121.8亿千瓦时,运行核电机组累计发电量为4071.41亿千瓦时,占全国累计发电量的5.02%,比2020年同期上升了11.17%;累计上网电量为3820.84亿千瓦时,比2020年同期上升了11.44%。(上网电量即发电厂向供电企业出售的电量)

截至目前我国已经成为世界上少数几个拥有相对完整的核工业体系国家之一,但与发达国家相比,我国核电发电量占比仅在5%左右,低于世界10%的平均水平,未来我国的核电市场有较大的发展空间。

根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》以及中国核能行业协会发布的《中国核能发展报告(2021)》,预计到2025年,国内在运核电装机达到7,000万千瓦,在建核电装机达到5,000万千瓦;到2030年,核电在运装机容量达1.2亿千瓦,约是目前的2.3倍,核电发电量约占全国发电量的8%;到2035年,我国核电在运和在建装机容量将达到2亿千瓦左右,发电量约占全国发电量的10%左右。

按照每年6-8台的核准节奏,以单台投资约200亿的成本测算,带来每年约1600亿元的市场空间。

根据中国电力报预计,在“一带一路”上及其周边有多个国家已经在计划发展核电,到2030年新建机组预计将达到107台。如果我国能够获得“一带一路”沿线30%的市场份额,预计直接产生6000亿产值。可见,未来的十几年将会是核电发展的黄金时期。

而在核电运营市场空间上,根据中电联预测数据,中国核电发电量将从2020年的3662亿kwh增加至2025年的5189亿kwh。按照核电上网标杆电价0.43元/kwh进行预测,中国核电运营市场规模将在2025年达到2231亿元,未来五年复合增长率为7.2%。

目前我国核电的整体技术水平处于第二代改进型向第三代核电技术过渡阶段,国际上主流的也是第三代技术。

2017年我国在引进美国西屋公司AP1000的基础上,自主研发了CAP1400三代核电非能动机组,与AP1000相比机组效率提高了20%,进一步降低了堆芯熔化概率,提高了抗击大型商运飞机撞击能力,同时优化了放射性废物处理系统。

基于CAP1400机组的石岛湾1#、2#机组分别于2019年4月及2020年6月拿到FCD核准,机组关键设备国产化率已超过85%,已成为我国真正具有自主知识产权和独立出口权的三代核电技术。

另一条技术路线“华龙一号”是中核ACP1000(吸收美国AP1000技术)与中广核ACPR1000+(吸收法国M310)机组技术融合的结果,该机组反应堆压力容器、蒸汽发生器、堆内构件等核心装备都已实现国产化,综合国产化率达到88%,首堆示范工程福清5#机组2015年投入建设,2021年1月正式投入商运。

随着CAP1400示范项目的核准落地以及“华龙一号”后续项目的加快推进,CAP1400和华龙一号双技术路线的齐头并进意味着我国三代技术逐步成熟落地,这将带动核电产业链设备厂商的订单释放,核电行业迎来复苏。

同时我国也在积极发展第四代核电技术。第四代核电技术一般指2030年之前可以投放市场的新一代核能系统,新型机组在可持续性、安全性和可靠性以及经济性上将有重大突破。

而新式反应堆有很多设计方案和方向,其中具备商用化潜力的包括3种热中子反应堆与3种快中子反应堆,目前我国在高温气冷堆和钍基熔盐堆两路线投入资源相对较多,相关试验、示范项目进展较快。

位于中国甘肃武威的世界首个第四代核能技术的钍基熔盐堆,已于2021年9月底启动试运行。根据《自然》杂志,该核反应堆功率为2兆瓦,能为约1000住户提供电能。如果测试结果较好,中国将在2030年前建造一个为10万居民提供电力的373兆瓦的同类反应堆。

这是全球首台商业化的第四代核能发电技术,与三代技术相比,摆脱了之前铀和钚元素为燃料的核能发电模式,改用以放射性极低的钍元素为核燃料。

这种钍基熔岩堆安全系数高,热转换效率高,节省水资源,环境兼容性大,核污染只有铀和钚核反应堆的1‰,钍矿资源量大易开采等优势。

我国的钍资源储量丰富,仅次于世界第一位的印度,有助力我国打破核燃料进口依赖格局。未来中国有望将这项技术实现商业化,甚至成为该项技术的出口国。

核电产业链的上游为铀矿开采加工精炼、铀转化浓缩和核燃料组件制造,也是核燃料循环的前端。

刚开采的铀矿石并不能直接作为核燃料,需要先经过精炼制成八氧化三铀(U3O8),然后以六氟化铀(UF6)为供料,将U3O8进行还原、氢氟化和氟化转变为UF6,然后再将UF6中的铀235含量浓缩至3%左右才能直接使用。

而核燃料成本是核电发电企业的主要成本之一,占总成本的比例约22%左右。

核燃料物资在各国都受到严格管制,国内也只有获得许可的企业才能采购,上游行业拥有天然的行业牌照优势。

而国内大部分铀资源品味低且埋藏深,开采成本较高,所以铀矿资源70%以上都来源于进口。目前在新三板还没有核电产业上游相关公司。

中游为核电设备制造环节,主要包括核岛设备、常规岛设备和辅助设备。

其中核岛设备成本占比最高,达到58%,包括反应堆压力容器、主管道及热交换器和蒸汽发生器为核岛三大主要部件。这些是我国核电国产化的核心,垄断程度高、技术壁垒高,且毛利率也较高,属于行业内的高端产品。

目前市场参与者较少,主要以国企为主导,民企更多是参与部分部件的制造。核岛设备的供应以上海电气、东方电气、哈电集团、中国一重四大国企为主,主要承担三代核电主设备,如反应堆压力容器、稳压器、蒸汽发生器、汽轮发电机、主冷却剂泵的供应。民营企业在细分产品如阀、泵管道、风机制冷设备等方面占据了主要供应地位。

新三板上的阿波罗(832568.NQ)主要从事各类高端核电用泵的设计制造,公司客户涵盖了国内全部4家核电工程公司,包括中国核电工程有限公司、中广核工程有限公司、国核工程有限公司及中国中原对外工程有限公司。

由于核电泵类设备高端产品为非标准产品,技术要求较高,使用环境复杂,需要根据核电站工况的特定要求进行研发设计,且产品需要通过各项特殊试验验证和考核,该行业存在一定的技术门槛。

常规岛主要包括汽轮机组和二回路等辅助系统,辅助设备则包括核燃料储存系统、电厂运行控制系统、专设的安全设施和系统、放射性废物处理系统等。

由于无特殊的技术要求,技术壁垒低,市场参与者较多且竞争激烈,毛利率水平偏低。新三板上的相关企业有沧海核装(833491.NQ)、瑞纽机械(831203.NQ)、华天发展(834658.NQ)、美核电气(870550.NQ)、金润股份(838394.NQ)、博凡动力(831269.NQ)、海龙核科(NQ:832026)、村田股份(839990.NQ)等。

下游是核电站建设、运营及乏燃料处理等。核电建设周期长、投资规模大,前期工作一般需要5-10年以上,工程建设及安装调试一般需要5年左右,所以对建设公司的能力要求较高。而且由于核电行业的特殊性及核电技术的复杂性,不管是在运装机容量还是发电量行业集中度都很高,2020年核电运营市场CR2高达90%以上。

我国的核电项目大都由中国核电和中国广核两家分别或合作建设运营,主要是因为核电行业具有高行业准入门槛、高技术壁垒、高资金壁垒等投资特性。

新三板上的相关公司凯利核服(873366.NQ),佳乐股份(835262.NQ),紫竹慧(834243.NQ)等,主要为上述公司提供运营维护、设备租赁和技术支持等服务,行业门槛并不高。

燃料指在反应堆内使用过的核燃料,属于核燃料循环的后端。其中有未裂变和新生成的易裂变核素、未用完的可裂变核素、许多裂变产物和超铀元素。随着我国核电产业的发展,目前已积累了大规模的乏燃料需要处理,乏燃料后处理需求日益凸显。

乏燃料处理方式基本可分为两种,一种是“开式核燃料循环”,即直接将乏燃料冷却、包装后作为废物送入深地质层处置或长期贮存。另一种是“闭式核燃料循环处理”,即将乏燃料送入后处理厂,将铀和钚等有用物质进行分离、回收再利用,之后将废物固化后进行深地质层处置或进行分离嬗变。该技术可大幅提高铀资源的利用率,同时显著减小放射性废物体积并降低其毒性。

“闭式核燃料循环处理”是我国乏燃料处理的必经之路,对安全环保措施以及技术工艺都有着极高的要求。国际上主要有法国、英国、日本、印度等国家采用该处理方式,我国目前尚未完全实现自主研发及规模化生产。

随着我国不断累积的核电乏燃料处理刚性需求与短缺的乏燃料后处理产能之间的矛盾日益突出,该技术是中国未来核电行业急待推进发展的重要环节之一,具有广阔的产业前景。新三板上目前无此类公司。

目前新三板上13家核电产业链企业,利润规模较大的有:金润股份、紫竹慧、凯利核服、沧海核装、华天发展,近一两年有望上北交所。

金润股份主要从事防火封堵材料、防火包覆装置、非能动保护装置等被动防火材料的研发、生产、销售和消防工程的施工及维护,已经申报了北交所。

紫竹慧,塔式起重机、施工升降机等大型垂直运输设备的整体施工方案设计、租赁、安装、拆卸、维修、保养等一体化服务。之前申报了A股IPO,然后撤回了。

凯利核服,主要服务包括核电站辐射防护技术支持服务;核电站常规清洁及核清洁通用技术支持服务;核电站仓储服务及工器具检定服务;核电站工业安全监督管理服务;核电站化学环保系统运行维护服务;核电知识技能培训教务支持;核电站文档文秘总包服务等。

沧海核装,主要从事输油输气、石油化工、电力等领域金属管件的研发、设计、生产及销售,是国内高压、大口径高端管件类产品专业供应商。

华天发展是分析仪器仪表系统供应及专业技术服务,主要服务于电力(火电、核电、燃机电站)、石油化工、环保等行业,为用户提供在线分析仪表系统集成及后续运维、技术服务等全系列解决方案。公司的主要产品分为工业过程用水质分析仪器仪表系统集成、气体分析仪器仪表系统集成及其专业技术服务。

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