能源转型的重要时期,各国核电发展态势如何?

发电技术团 2023-04-03
4983 字丨阅读本文需 12 分钟

当前全球都处在能源转型的重要时期,核电作为清洁基荷能源的属性得到重视。 美国、法国、日本、俄罗斯等曾经在历史上暂缓核电建设甚至退核的国家,均开始重启核电建设,并制定实施一系列关于核能发展的战略、措施和行动,纷纷提出更加积极的发展目标。

一、核电行业综述

1、行业定义

核电是指一种靠原子核内蕴藏的能量,大规模生产电力的新型行业,核电属于可再生能源,在轻原子核的融合和重原子核的分裂都能释放出能量,分别称为核聚变能和核裂变能,核电产业也与核电站的系统涉及、设备制造、施工建设和调试营运领域等有关。

2、产业链

从产业链方面来看,核电行业产业链上游为核燃料、锻铸件、核电设备和辅助设备系统等;中游为各类核电站,其中包含气冷堆型核电站、轻水堆型核电站、重水堆型核电站、快中子增殖型核电站和改进型气冷堆型核电站等;产业链下游为核电运维、工业用电、商业用电和居民用电等应用领域。

二、全球及中国核电行业发展现状分析

1、专利技术

近几年全球核电行业专利技术申请数量呈现增长的态势,截止到2021年末,全球核电行业专利申请数量达到17970项左右,同比增长10.2%,同期行业专利授权数量约为8330项,同比增长5.8%,测算授权比重为46.4%,较上年同期同比下降1.9个百分点。

2、在运机组

根据北京研精毕智信息咨询有限公司发布的行业分析数据显示,2021年全球在运核电机组数量达到430台以上,与2020年同期相比减少了4台,同比下降0.9%,同年全球核电总装机容量为4亿千瓦左右,与上年末相比减少0.02亿千瓦,同比下降0.5%,从国家分布情况来看,全球新增核电在运机组主要集中在中国、印度和巴基斯坦等国家。

3、核电发电量占比

在全球核电发电量方面,2021年全球各国电力结构中核电占比超过10%的国家数量超过20个,其次是超过25%和50%的国家分别达到12个和5个,从具体国家来看,其中法国、乌克兰和韩国三个国家的核电发电量占比位列全球前三,俄罗斯和美国紧随其后,相比之下中国的核电发电量占比较低,仅为5%左右。

4、市场规模

随着全球各国不断降低对化石燃料的依赖度,将会有效地带动全球核电装机容量增长,对稳定全球能源结构有着至关重要的作用,根据北京研精毕智信息咨询调研统计,2020年全球核电行业市场规模达到2565亿元左右,同比增长11.6%,2021年全球市场规模增长至3000亿元以上,同比增长17%,预计2025年全球核电行业市场规模将有望突破4500亿元。

三、各国核电发展规划分析

目前全球核电装机 393GW,规模排名前五的国家分别为美国(95GW)、法国 (61GW)、中国(57GW)、日本(32GW)、俄罗斯(28GW),德国(4GW)作为 曾经的核电大国目前正处于全面退核状态,印度(7GW)随着国际贸易环境改善占比有望逐渐提高。

中国核电行业处于加速成长期

中国的核电行业处于加速成长期,核电是未来的基础能源和终极能源。去年,中国能源局核准了10台核电机组,今后每年将核准10台左右。核电站的建设周期是5~6年,因此,5年后(2027年),中国核电行业将迎来并网发电潮。核电站盈利能力的确定性很高,这意味着,每一座核电站从被核准之日起,就提高了相应核电上市公司的估值,即“核准就是赚到”。

中国的核电行业处于技术更新迭代的关键时期,一是以华龙一号为代表的第三代核电站开始大规模建设,安全性大为提高;二是小型堆、快堆、高温气冷堆、钍基熔盐堆等3.5代、4代核电技术进入示范建设阶段,今年,小型堆玲珑一号将建成交付;三是革命性核电技术--可控核聚变处于技术突破过程中,据中国核电董事长卢总介绍,中国的可控核聚变(人造太阳)技术距离成功只剩下一层窗户纸。

可控核聚变完全无污染,无放射性物质产生,可以大规模建设使用,是人类最理想的能源。

美国:核电安全与技术创新是未来重点

美国是世界上最大的核电生产国,占全球核电发电量的 30%以上。2022 年底美 国在运核电机组规模 94.7GW,同比减少 0.8%,在建 2.4GW。2021 年核电发电量 7780 亿 kWh,同步下降 1.5%,占总发电量比例 19%,同比基本持平,占清洁能源 发电量比例 55%。 1967-1990 年是美国核电装机快速增长时期,90 年代至今装机规模基本保持稳 定。1977-2013 年间没有新机组开工,但得益于 1977 年前核准的 47 个待建项目, 此期间核电装机仍在快速增长。

纵观美国核电产业的发展历程,整体呈现出稳定与波动并行、技术与市场并重的 特点。

核电发电量占比稳定。在美国发电结构中,1990年以来核电一直维持在20% 左右水平。天然气发电成本相对较低,21 世纪页岩气革命再度夯实天然气 成本优势,天然气发电比例快速增长。近年来天然气价格波动明显,以及电 源清洁型的重视程度提升,光伏风电成本的快速下降,其占比逐渐提升。

美国核电发展波动主要来自经济性和安全性两方面。美国核电开工停滞时 期普遍认为天然气发电经济性更具有优势,后来 1979 年三哩岛核电站事故 又引起的公众对核电的安全质疑。2013 年核电重启后,由于政策变动导致 需要额外建设成本、电力交易市场中缺乏竞争优势等原因,至今美国共有 11.1GW 核电站提前退役。

核电发电效率提升。1980-2000 年,电站容量系数由 1980 年的 60%,提升 到 1991 年的 70%,2000 年以后基本保持在 90%以上。同时停堆换料时间 大幅缩短,由 1990 年的 107 天下降至 2000 年的 40 天,目前平均为 30-35 天。

核电产业整合,规模效益凸显。2000 年以后,由于核电规模效应逐渐显现 以及电力市场化程度提升,美国核电产业经历了整合浪潮,运营商数量由 1995 年的 45 家下降到 2020 年的 30 家,集中度显著提升。

安全监察与科技创新并重,美国对核电重视程度提高。三哩岛事故后安全性被放 到了更高的位置。美国成立核电运行研究所(INPO),建立可以定期检测每个电厂运 行表现的标准,通常每 18-24 个月进行一次检查。1990 年,针对公众对核电安全性、 经济性的疑虑,美国电力研究院制定《电力公司要求文件(utility requirement document,URD)》,对新建核电站的安全性、经济性和先进性做出明确量化要求。 2022 年 3 月,拜登政府在 2022 财年预算中拨付 18 亿美元用于发展核能,同比 增加 50%,同年 4 月拨付 60 亿元用于援助面临关停风险的核电站。美国能源部部长 格兰霍姆表示,美国非常看好先进核反应堆的前景,尤其重点发展新兴的小型模块化 反应堆技术。同年 11 月,美国能源部投入 1.5 亿美元用于生产高纯度低浓铀燃料 (HALEU),满足美国先进反应堆的核燃料需求。

法国:能源安全推动核电大规模重启

法国是世界上最大的电力净出口国,核电对其形成综合发电成本较低的优势功 不可没。2022 年底法国在运核电机组规模 61.4GW,同比持平,在建 1.6GW。2021 年法国核电发电量 3794 亿 kWh,占总发电量比例 68%,净出口 45 亿 kWh,主要出 口到英国和意大利。

法国约 70%电力来自核电,在法国能源独立之路上发挥重要作用。法国大规模 发展核电之前,大部分年份都是电力净进口状态。1974 年第一次石油危机后,法国 决定引进西屋的核电技术,重点发展核电产业,以达到保障能源安全的长期政策目的。 随着核电安全性和环境友好性引发公众质疑,以及光伏风电等可再生能源发电成本下 降,2014 年法国政府制定到 2025 年要将本国核能发电份额降至 50%的目标,后被 推迟至 2035 年实现。部分核电站开始陆续关停,核电发电比例有所下降。

法国核电立场两极转变,新政府重申核能重要性。随着欧洲能源危机扩大,2021 年 11 月,马克龙宣布法国将重启核电。2022 年 2 月,马克龙宣布了 2050 年前新建 6-14 座反应堆的计划,其中 6 座第二代欧洲压水反应堆(EPR2)为确定计划,预计新建设的反应堆将于 2035-37 年开始投运;以及另外 8 座为其他技术方向,与“法 国 2030 投资计划”相辅相成。该计划于 2021 年启动,总投资规模 300 亿欧元,旨 在推动本国重要工业领域技术创新,其中提到的十大目标里包括模块化小型核反应堆 (SMR)。同年 4 月马克龙连任,确定未来三十年法国将重点发展核电。2023 年 1 月,法国议会通过法案,正式宣布取消 2035 年将核电比例下降至 50%的目标,替换 为直到 2050 年核电比例需保持在 50%以上。

德国:退核步伐暂缓但趋势不改

在过去十年德国核电站大量退役。2022 年底德国在运核电机组规模 4.1GW,同 比持平,无在建机组。2021 年德国核电发电量 691 亿 kWh,同比增长 7.4%,占总 发电量比例 12%。德国核电出口主要销往奥地利、荷兰、波兰和捷克共和国,同时从 法国进口核电。

核事故安全问题引发民众反对态度,德国核电走出倒 U 型曲线。同样受到 1974 年能源危机影响,能源独立问题受到关注,德国大力发展核电,直到 1989 年前德国 核电装机都处于快速增长状态。1986 年切尔诺贝利事故后,德国核电发展陷入停滞, 最后一座新核电站于 1989 年投入使用。 2011 年福岛核事故后,德国走上了坚定退核的道路。到 2011 年初,德国 17 座 核电机组规模 21.5GW,占总电源装机容量的 15%,核电发电量比例接近 30%。2011 年 12 月福岛核电站事故后,德国多台核电机组关停,2011 年底核电在运规模骤降至12.1GW,2022 年底仅余 3 台机组。规模 4.1GW。受俄乌事件和北溪管道事故影响, 德国宣布暂缓核电退出计划,推迟关停原定 2022 年内退役的 3 座核电站。

日本:核电建设正在稳步恢复

日本的一次能源需求约 90%依赖进口,核电是其能源安全战略的重要组成。2022 年底日本在运核电机组规模 31.7GW,同比持平,在建 2.7GW。2021 年日本核电发 电量 708 亿 kWh,同比增长 82.7%,占总发电量比例 7%。1973-2011 年,核电作为 日本能源安全战略的重点,快速发展。

核事故后日本核电经历了短暂的滞缓阶段,在本土能源短缺背景下核电快速重 启。福岛核事故后日本核电发展暂缓,2013-15 年是日本核电发电低点,在发电结构中占比仅 1%。

2011 年日本核电发电量约占其总发电量的 30%,按照原计划 2017 年该比 例将达到 40%,2030 年达到 50%。然而福岛核事故打乱了这一规划,2011 年 12 月起日本陆续关停大量核电机组。截至 2018 年,日本核电站累计关 闭 17.1GW,此后至今没有核电站关停。

2014 年日本发布第四次能源基本计划,重新确立核电作为清洁基荷能源的 重要地位,将核电发电量占比目标调整为,通过新建和重启停运机组,使该 比例于 2030 年达到 20%以上。

2022 年 6 月,日本首相岸田文雄发布日本新“清洁能源战略”,其中提到要 最大限度地利用核能,并被列入岸田文雄的新资本主义行动计划草案,并获 得内阁会议批准。

2022 年 11 月,日本政府正式启动核能法规修订,延长在运核电站的运行寿 命,并在原址进行扩建。同年 12 月,日本核管理局批准一项新法规草案, 允许核反应堆运行寿命超过目前的 60 年期限,并计划到 2030 年重启 27 座 反应堆,将核电发电量占比提升至 22%。

俄罗斯:核电产业海内外同步稳定发展

俄罗斯正处于核电的稳步发展期,包括新技术研发以及产品出口。2022 年底俄 罗斯核电在运机组 27.7GW,同比持平,在建 2.7GW。2020 年俄罗斯核电发电量 2157 亿 kWh,占总发电量比例 20%。除本土建设外,核电产品以及服务的出口是俄罗斯的重要政策和经济目标,20 多座核电反应堆已确认或计划出口建设。

俄罗斯核电发电占比逐年稳定攀升,目前是俄罗斯发电结构中占比最高的清洁 能源。1986 年切尔诺贝利核电站事故后,俄罗斯核电发展趋缓,苏联解体后核电相 关资金短缺,直到 1990 年代开始向中国、伊朗、印度等国出口反应堆,资金紧张情 况得到缓解,俄罗斯核电产业重新回到稳定发展轨道。核电发电量占比由 1990 年的 11%,提升至 2020 年 20%。 2022 年 2 月,俄罗斯政府宣布将为新核能发展计划拨款约 1000 亿卢布(约 13 亿美元),用以建造小型核电厂、建立闭式燃料循环技术平台、研发新型核燃料等。 同年 8 月,俄罗斯国家原子能公司 Rosatom 宣布计划设计并建设一种新型高温堆, 主要目的在于扩大制氢规模,计划在 2030 年左右建成。

印度:核电之路道阻且长但方向坚定

印度核电产业具有起步早但发展较慢的特点。2022 年底印度在运核电机组 6.87GW,同比持平,在建 6.0GW。印度发展核电较早,但发展速度较为缓慢。由于 印度的武器计划,没有签署《核不扩散条约》,因此长期以来被排除在国际核电站和 核材料贸易之外,严重阻碍本土核电发展。2006 年美国与印度签订《民用核能合作 协议》,受到国际社会长期孤立的局面被打破,可以公开从美国进口核燃料并引进核 技术,核电事业进入快速发展时期。

印度油气资源短缺,能源结构以煤炭为主,机遇能源安全以及降碳减排目的,印 度将发展核电作为其重要战略部署。2020 年印度核电发电量 430 亿 kWh,占总发电 量比例 2.8%,由于近年来印度社会用电量快速增长,核电占比多年来基本保持稳定。 印度煤炭资源丰富,但品质相对较低,在可再生能源重视程度不断提高的国际大背景 下,印度将核电作为未来重点发展领域,发电量占比有望提升。

印度政府将核电行业视作重点发展目标。为了推动核电产业发展,印度政府向印 度核电公司(NPCIL)以外的国有企业开放核产业。2022 年 8 月,印度国家电力集 团(NTPC)计划新建 4 台反应堆。印度政府发布未来 10 年国内核电站数量实现双 倍增长的目标。2022 年 11 月,在第 27 届联合国气候变化大会(COP27)上发布 “印度长期低排放发展战略”(LT-LEDS),计划到 2032 年印度将核电装机规模增加 至目前的 3 倍(即 20GW 以上),可为印度提供约 3%的发电量,并将研究部署模块 化小堆的可行性。

文章来源: 国联证券,研精智库,东方财富网

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