2015年中国核电关键新技术及从技术路线看中国核电行业中的投资方向（图）

    根据调整后的《核电发展中长期发展规划（2012-2020）》，我国到2020年，在运核电规模将达到5800万千瓦，在建规模达3000万千瓦。要达到这个目标，我国核电建设规模从现在起至2020年，每年需要建设5-6台百万级核电机组，我国核电建设将进入稳定、安全、高效的发展期。

    一、核能发电基本认识

   1、核能发电基本概念

    核能发电（英文：nuclear electric power generation）是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。核能发电时存在大量放射性物质，需要特殊的防护设施。核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。构成核能发电成本的因素很多，包括基建投资费用、安全防护费用、核燃料费用，以及核电站退役处理费用。

核能发电

资料来源：公开资料整理

    2、核能发电基本原理

    核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料（核燃料）进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除 去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。

    压水式反应堆核电站主要是由核蒸汽供应系统和汽轮发电机系统组成。

    （1）反应堆堆芯内进行核裂变并稳定地释放热能。由于采用稳压器提高系统内的水压，一回路的水受热后不会沸腾。这些高压水随之将堆芯内产生的热能带走。

    （2）带热能的高压水经蒸汽发生器内数以千计的传热管，将热能传到管外二回路系统的水内。二回路系统与一回路系统是完全分隔的。

    （3）二回路水随即受热沸腾，变成蒸汽，然后推动汽轮发电机组产生电力。

    （4）蒸汽自汽轮机排出，被三回路的海水冷却后，再循环至蒸汽发生器加热。

核能发电原理

资料来源：公开资料整理

    二、2015年中国核电的技术状况

    产业信息网发布的《2015-2020年中国核电行业竞争格局分析与投资风险预测报告》显示，核能发电技术经历了四代发展历程，第一代主要是50年代苏联美国的原型堆，第二代是60年代后期的商用堆，堆型比较多，压水堆，沸水堆，重水堆，石墨堆等，第三代主要是美国的AP1000和法国的EPR以及ABWR等，与二代堆相比，安全性更高，第四代目前还多在研究试验阶段，主要有高温气冷堆，超临界水堆，气冷快堆，铅冷快堆，钠冷快堆，熔盐堆等。

    1、中国采用的技术

    2015年中国进入核电重启的关键之年，以华龙一号、AP1000和CAP1400为代表的三代核电技术将引领中国未来核电规模化发展的主流。

    我国核电发展起步晚于世界先进核电国家，一开始就选择了技术先进且成熟的压水堆机组，并且不断进行技术改进，安全可靠性是有保障的。

    核电起步阶段就考虑了前二次严重事故的经验与教训，属于二代改进型，安全性高于福岛。党中央、国务院明确了我国核电发展的技术路线，决定走引进消化吸收再创新的道路，高起点上发展核电技术，引进目前世界上最先进的第三代核电AP1000技术，并要求以此为平台形成具有自主知识产权的核电技术CAP1400，形成CAP系列化。

    国家核电通过第三代核电自主化依托项目工程建设，以及AP1000技术的引进、消化、吸收和再创新，坚定不移地推动以压水堆重大专项示范工程（CAP1400）建成投产为标志的三代核电自主化发展“三步走”战略：

    第一步，外方为主，我方全面参与，建成自主化依托项目4台AP1000机组，基本形成AP1000三代核电沿海厂址标准设计；

    第二步，我方为主，外方支持，形成AP1000标准设计，完全具备在沿海和内陆建设AP1000核电机组的能力；

    第三步，实现压水堆重大专项全面自主创新，形成CAP1400标准设计，建成CAP1400重大专项示范工程及进行规模化建设，开展CAP1700的预研工作。

    压水堆重大专项示范工程的代号为CAP1400，其中：“C”为“中国”英文单词的首个字母，“A”、“P”分别是“先进”和“非能动”英文单词的首个字母，CAP1400含义为中国装机容量为140万千瓦的先进非能动核电技术。

    2、 AP1000主要特点

    AP1000是一种先进的“非能动型 压水堆 核电技术”。用铀制成的核燃料在 “ 反应堆”的 设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压下的水把 热能带出，在 蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。采用这一原理的核电技术就是压水堆核电技术。
核心技术有，核岛筏基 大体积混凝土一次性整体浇注技术、核岛钢制安全壳底封头成套技术、模块设计和 制造技术、主管道制造技术、核岛主设备大型锻件制造技术。

    主要特点

    （1）AP1000最大的特点就是设计简练，易于操作，而且充分利用了诸多“非能动的安全体系”，比如 重力理论、自然循环、聚合反应等，比传统的压水堆安全体系要简单有效得多。

    （2）进一步提高了核电站的安全性，同时也能显著降低核电机组建设以及长期运营的成本。

    （3）AP1000在建设过程中，可利用模块化技术，多头并进实施建设，极大地缩短了核电机组建设工期。AP1000从开工建设到加载原料开始发电，最快只需要36个月，建设成本方面的节约优势明显。

    3、 CAP1400设计的主要考虑

    CAP1400是在AP1000引进、消化和吸收的基础上，通过自主创新，形成的具有自主知识产权的大型先进非能动压水堆核电型号。
跟AP1000相比，CAP1400重新设计了反应堆和所有主设备，堆芯采用193盒高性能燃料组件，并且自主设计可抗击大型商用飞机恶意撞击的钢板混凝土（SC）结构屏蔽厂房。汽轮机发电机系统和辅助系统、钢安全壳等关键设备也得以重新设计。进一步增强核电站抗击地震、外部水淹等极端自然灾害的设防，非能动安全系统具备72小时后的补给能力。

    CAP1400具备成熟性、先进性、安全性和经济性，其安全性和经济性均好于AP1000。根据工程建设反馈和科研研究成果，CAP1400将持续完善和优化，保持先进性和竞争性。 CAP1400开发工作同时也推动了推动并代表了先进的制造装备技术和试验技术的进步，促进了国家核能产业和装备水平的提升。CAP1400突破了知识产权和合同限制，并具有较强的市场竞争力，已经具备了走出国门的条件。

    4、CAP1400关键设备研制与生产情况

    通过国家重大专项，进行设备开发与材料的研制，展开了大量的研发试验与EQ试验，将大范围地提高设备设计与分析能力、设备国产化能力，将有力推进设备国产化与核电强国的进程： （1）主设备：RPV、SG等的大型锻件、制造工艺 （2）不同等级的各种泵阀 （3）不同等级的CV （4）混凝土与结构构筑物 （5）I&C与电气设备 （6）燃料 （7）多等级爆破阀 （8）各种焊材 （9）U型管、各种板材及材料等
经过近七年的培育，三代核电设备合格供应商体系基本形成，完全能够支撑AP/CAP核电批量化发展； （1）已有百家中国企业获得合格供应商资格； （2）产品覆盖机械、电气设备，材料和部件，设计和建安服务等； （3）设计分析和试验验证等技术内涵大幅提升。

    5、主设备核岛的关键设备

    核电主设备包括：主泵，反应堆压力容器，蒸汽发生器，堆内构件&控制棒驱动机构，主管道，稳压器，钢制安全壳，堆芯补水箱9 大设备，AP1000 堆型还包括爆破阀。

    九大设备的作用如下： （1）主泵：被称为核电站心脏。反应堆压力容器中的高温高压水，在蒸汽发生器内通过热交换传给二回路中的水和蒸汽，通过主泵重新进入反应堆压力容器。 （2）反应堆压力容器：核反应堆在压力容器中反应； （3）蒸汽发生器：一二回路的枢纽，将反应堆产生的热量传递给二回路，产生蒸汽，从而驱动汽轮发电机发电； （4）堆内构件&控制棒驱动机构：堆内构件功能是支撑定位核燃料组件。控制棒驱动机构是反应堆动作部件，通过控制棒组件在堆芯上下抽插，实现反应堆启动，功率调节等；（5）主管道：被称为核电站主动脉。连接反应堆压力容器，主泵和蒸汽发生器； （6）稳压器：主要功能是控制核岛中水的压力变化，提供超压和低压保护； （7）堆芯补水箱：主要作用是储存冷却水源； （8）爆破阀：AP1000 核电站安全关键设备，当发生严重事故时，爆破阀迅速打开，冷却剂将系统热量排出从而保护核电站安全； 从供应链的情况，核电主设备的供应链都比较短，上游供应链主要是锻件，铸件生产企业，特种管材生产企业。 （9）其他核岛设备：泵阀等多种设备 其他核电设备种类较多。应用在核岛中的其他核岛设备包括用在反应堆中装卸燃料的装卸料机，环形吊车；用在核岛安全系统中的核级电缆，核安全级柴油发电机组，安注水箱，安全级阀门等。 :

核电主设备供应链及相关公司

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    三、核电产业链基本分析

    1、上游产业——核燃料呈现寡头垄断 上游产业是指核燃料和原材料生产。核燃料主要是指铀矿，原材料是指耐高温、耐腐蚀、耐磨的各种材料。铀矿资源分布不均。世界铀矿主要集中在澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大和南非，中国铀矿探明储量居世界第10 位之后。原材料包括锆的化合物及其合金、核级钠、核石墨，由于技术门槛较高，生产这些原材料的公司较少。

    （1）核燃料

    铀矿主产区的铀矿都被几家大型矿产公司垄断，这些公司控制着铀矿的开采、提炼、出口，掌握着定价权。中国的铀矿储量不丰富，核燃料进口依赖性较强。国内的核电公司正努力对外兼并或与外国铀矿公司合作，获得稳定的核燃料来源。如中广核铀业发展公司收购了澳大利亚铀矿出口商能源金属公司（EnergyMetals）70%的股份，中核海外铀业控股有限公司间接获得加拿大WesternProspector 公司的控股权。

    （2）原材料——技术门槛高，我国从事核电企业数量较少

    原材料包括锆的化合物及其合金、核级钠、核石墨。其中氧化锆具有惊人的抗腐蚀性能，极高的熔点，超高的硬度和强度等特性，在核反应堆中被广泛用做涂层材料；锆合金在300～400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面（锆为0.18 靶恩），对核燃料有良好的相容性，多用作水冷核反应堆的堆芯结构材料（燃料包壳、压力管、支架和孔道管）；核级钠具有高于多数金属的比热和良好的导热性能，能够适应反应堆的特殊条件，是快中子反应堆的必需冷却剂；核石墨是高温气冷堆的慢化、反射和结构材料。目前我国从事核电原材料的企业较少，具有较大生产规模的几家企业都在沪深两市上市。如生产锆制品的升华拜克（600226）、东方锆业（002167）；生产核级钠的兰太实业（600328）；生产核石墨的方大炭素（600516）和中钢吉炭（000928）。

涉及原材料生产的上市公司

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    2、中游产业——核心技术由美欧掌握 中游产业主要是指核反应堆制造、核电核心设备制造（不含核反应堆）及核电辅助设备制造。

    （1）核反应堆

    核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能—热能转换的装置，是核电厂的心脏，核裂变链式反应在其中进行。核反应堆目前处于第三代技术和第四代技术过渡阶段，但无论哪个阶段，核反应堆技术主要由美国（西屋AP1000 系列核反应堆20）、法国（阿海珐公司EPR系列核反应堆21）、俄罗斯（VVER1000 系列核反应堆）等国掌握，我国通过引进、消化、吸收、创新，也逐渐掌握相关技术，并研制出具有自主知识产权的CNP系列和CPR1000核反应堆22。

    （2）核电核心设备（不含核反应堆）制造

    核电的核心设备包括核岛设备和常规岛设备等。一般来说，核岛设备约占设备投资的45%，常规岛设备占比为30%，另外辅助设备占比约为25%。因此，根据2009～2020 年设备投资约为4000 亿元计算，预计在此期间，核岛设备市场容量约为1800 亿元，常规岛设备市场容量约为1200 亿元，而其他辅助设备市场容量约为1000 亿元。我国生产核岛设备、常规岛设备的企业大多也都在深沪和香港上市如东方电气（600875）、上海电气（601727）、哈尔滨电气（HK1133）。

涉及核心设备制造的上市公司

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    （3）核电辅助设备制造

    核电辅助设备包括核岛堆内构件、压力容器、核岛起重设备、核岛循环冷却装置、核级阀门、空冷设备、核电厂变压器、其他设备及材料等。此环节是国内企业进入核电壁垒最低的环节，因此我国核电辅助设备的国产化较高，大多数具有实力的企业在沪深上市，如生产核岛堆内构件的海陆重工（002255）；生产核岛起重设备的上海机电（600835）、太原重工（600169）；生产核岛循环冷却装置的的盾安环境（002011）；生产核级阀门的中核科技（000777）；生产空冷设备的企业有哈空调（600202）和上风高科（000967）；生产核电厂变压器的特变电工（600089）和天威保变（600550）等。

涉及辅助设备制造的上市公司

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    3、反应堆压力容器----中国一重

    反应堆压力容器是指安置核反应堆并承受其巨大运行压力的密闭容器，也称反应堆压力壳。核电站所用的反应堆主要有轻水堆（压水堆及沸水堆）、重水堆、气冷堆及快堆等。由于压力容器包容了反应堆的活性区和其他必要设备，其结构形式随不同堆型而异。 中国一重是我国最大的铸锻钢生产和重大技术装备制造企业，我国制造能力最强的重型机械制造企业之一。主要为钢铁、有色、电力、能源、汽车、矿山、石油、化工、交通运输等行业及国防军工提供重大成套技术装备、高新技术产品和服务，并开展相关的国际贸易，主要产品有冶金设备、重型容器、核岛设备、大型发电设备铸锻件、工矿配件、重型锻压设备、矿山设备和专项产品等八大类。公司先后取得了ASMEUU2、ASMENNPT、压力容器、民用核承压设备、70型船用曲轴锻件及英国LR、美国ABS、挪威DNV、中国CCS船级社等多项制造资质证书，通过了GB/T19001-2000及GJB9001A—2001质量体系认证，产品质量始终保持国内领先水平，部分产品质量达到国际先进水平，具有承担生产重型容器设备的技术优势。

    4、蒸汽发生器－－东方重机

    蒸汽发生器（俗称锅炉）是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。 2014年9月20日，国家科技重大专项高温气冷堆核电站的核心设备蒸汽发生器，近日完成首套螺旋盘管组件的安装，标志着我国高温气冷堆蒸汽发生器主要制造工艺瓶颈获得突破。 东方重机具有比较明显的优势，并承担主要的制造任务。 CAP1400蒸汽发生器用首批U型管亍2014年4月26日在宝银发货是三代核电设备和材料国产化工作的又一个重大突破：690合金管子内径更细、壁厚更薄、纯净度与精度更高、同质度、均匀性更好，耐腐蚀性更优，使用寿命可达60年以上。

    5、CS主泵-湿绕组泵----上海电气KSB公司
AP 1000核电站是第三代核电发展的主流堆型。主泵是其一回路诸多核心设备中的关键设备。AP 1000主泵因其使用了屏蔽泵型式而备受业界关注。AP 1000核电的技术原创方WEC(美国西屋公司)公司后续又选择了和德国KSB公司合作推行湿绕组型主泵,再次引发对AP 1000主泵选型的讨论。湿绕组型主泵是结合了火电站炉水循环泵、沸水堆循环泵技术而形成的新的主泵型式,该主泵型式已获得了美国西屋公司认可,中国也已选定了湿绕组型主泵作为压水堆重大专项示范工程的主泵备用型式 CS主泵-湿绕组泵--上海电气KSB公司产品泵已经开工，预计2016年年底交货；RCS主泵-湿绕组泵电机4月10日完成1000转/分空转试验

    6、CAP1400爆破阀

    爆破阀是AP1000、CAP1400核电站非能动安全系统的关键设备之一，其在电厂正常运行期间可保证零泄漏，在事故情况下实现可靠开启，提供要求的流量，且不会出现误关闭。CAP1400核电爆破阀相较于AP1000爆破阀设计，创新点在于口径放大所带来的药筒驱动装置与阀门本体之间匹配的全新设计，也对自主研制提出了更高的要求。 目前爆破阀共有四种规格（200、250、350、450） 首台CAP1400核电站使用的口径最大爆破阀（DN450）原理样机由大连大高阀门股份有限公司、四川省科学城海天实业总公司和上海核工程研究设计院联合研发、设计并制造，已于2014年4月成功试爆。 由大连大高阀门股份有限公司和中核苏阀科技实业股份有限公司分别会同中国工程物理研究院化工材料研究所、陕西应用物理化学研究所针对CAP1400爆破阀进行自主研制攻关的2台工程样机，也在2014年8月份完成制造开阀试爆，预计2015年完成研制。标志着CAP1400核电站非能动安全系统这一关键设备自主化研制取得重大进展。 另外，DN350、DN200工程样机多次成功完成爆破试验。

    7、常规岛

    常规岛是核电装置中汽轮发电机组及其配套设施和它们所在厂房的总称。常规岛的主要功能是将核岛产生的蒸汽的热能转换成汽轮机的机械能，再通过发电机转变成电能。常规岛厂房主要包括汽轮机厂房、冷却水泵房和水处理厂房、变压器区构筑物、开关站、网控楼、变电站及配电所等。 常规岛通常包括一下几个部分：①汽轮发电机组、励磁系统、主蒸汽和主给水系统、凝结水系统、主给水及加热系统、电气和流体系统、辅助冷却系统、暖通空调系统、辅助配电系统、仪表和控制系统等。上述各系统的设备均安装在汽轮发电机厂房内。②输电系统至主变压器的终端，包括：发电机引线、导管及其辅助设备，主变压器，高压单元厂用变压器，发电机断路器，测量和保护系统，接地系统。常规岛的主要功能是把核蒸汽供应系统提供的热能在汽轮机中转变成机械能，再带动发电机转动而转变成电能。在事故工况下，它又是核反应堆的一个可靠冷源，从而可保证反应堆安全运行。 CAP1400的常规岛采用我国自主研发的技术，由国家核电所属单位山东电力工程咨询院有限公司总承包，国核电力规划设计研究院作为设计院，东方电气集团承担TG包主设备的研制任务。项目自2010年启动以来，各方通力配合，艰苦攻关，目前发电机定子、转子、汽轮机转轴、1.828米末级叶片、缸体等各项工作进展顺利，产品制造取得阶段性成果，并形成了大量的专利和专有技术。 CAP1400常规岛BOP关键设备 常规岛三大泵，国内多家企业开展了样机研制工作，部分企业完成试验，通过鉴定。

    四、我国核电投资机会分析

    从上述产业链的分析来看，当前我国核电产业基本特征是上游受垄断制约，核心技术缺乏，但装备制造能力提升。 核电建设包括了燃料供给商、设备供应商、电力辅业集团、发电企业核输配电企业等几个环节：一是上游环节，包括核燃料、原材料生产；二是中游环节，包括核反应堆、核电核心设备（不含核反应堆）制造及核电辅助设备制造；三是下游环节，主要包括核电站建设及运营维护。核燃料（主要是指铀矿）属于战略资源，且分布不均，所以核燃料主要由几个公司垄断，利润率高。中游的核电设备制造，由于垄断程度高，技术壁垒高，在产业链条上处于有利的地位，定价能力强，同时，在其他辅助设备领域，由于核电产品属于高端产品，毛利率也普遍较高。下游的核电企业由于政策倾向和巨大的市场需求，盈利能力也很强。 因此，投资者在二级市场中的投资方向，可侧重于中游的核电设备制造和下游的核电企业。