核工装备深度汇报（二）：四代核电愈行愈近，乏燃料后处理投资额有望提升

核工装备深度汇报（二）四代核电愈行愈近，乏燃料后处理投资额有望提升 2 0 2 4.9.2 4 分析师：陈鼎如执业证书编号：S0740521080001Email：chendr01@zts.com.cn 分析师：殷通执业证书编号：S0740524040001Email：yintong@zts.com.cn 核心观点 ◆四代核电愈行愈近，钠冷快堆、高温气冷堆更加成熟 ➢四代核电概念于2000年提出。在三代核电的基础上，出于更好地解决核能发展中的可持续性（铀资源利用与废物管理）、安全与可靠性、经济性、防扩散与实体保护等问题，美国于2000年发起“第四代核能系统国际论坛（GIF）”，提出钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水堆、超高温气冷堆和熔盐堆等六种堆型。行波堆和加速器驱动的次临界系统（ADS）也可以满足第四代堆的要求。 ➢我国高温气冷堆和钠冷快堆更加成熟，熔盐堆也在有序推进中； •高温气冷堆：高温气冷堆固有安全性高，可用于高温产氢或给化工厂区供工业汽。中国在高温气冷堆技术上世界领先。2023年12月6日，华能石岛湾高温气冷堆示范工程正式投入商业运行，目前中国或已规划CX项目、江苏绿能、XX绿能三个厂址；2024年8月19日，国常会核准江苏徐圩一期项目，厂址包含一台高温气冷堆，江苏徐圩一期项目也是世界上第一个压水堆-高温气冷堆耦合的核电厂。 •钠冷快堆：核能“三步走”战略承上启下环节。中国是世界上第8个拥有钠冷快堆技术的国家。2017年在福建霞浦开建示范快堆A计划于2023年完工。 •熔盐堆：熔盐堆是以熔盐作为冷却剂的反应堆。2020年1月13日，位于甘肃省武威市的2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆获得国家核安全局颁发的建造许可证，2023年6月7日，获得国家核安全局颁发的运行许可证。 ◆闭式循环是我国国策，后处理投资额有望随核电机组批复加速而提升 ➢核电站建设加速有望带来乏燃料后处理方向的投资额提升。根据测算，预计2030年乏燃料产生量将达到2749吨，累计量将达到24856吨，同时我国乏燃料处理能力与国际相比差距较大。2035年前我国需要新建3-4个800t/年处理能力的乏燃料处理厂方能达到平衡。 ➢我国铀矿石产能与高速发展的核电事业不匹配，仅靠一次资源无法解决供需缺口。根据测算，2040年供需缺口最大可达37998吨/年。根据经合组织核能署研究，后处理方案比“一次通过”更加经济。 ➢后处理发展还可能带来核燃料厂与核燃料运输、储运容器方面的需求提升。 投资建议 ◆投资主线1——四代核电：四代核电作为先进核能方向，中国在钠冷快堆和高温气冷堆较为成熟，在钍基熔盐堆领域具备优势。建议关注： ➢高温气冷堆：主氦风机：佳电股份；金属堆芯支承：海陆重工；热气导管：科新机电； ➢钠冷快堆：燃料组件管材：久立特材； ◆投资主线2——后处理：核电站建设加速有望带来乏燃料后处理方向的投资额提升。根据测算，预计2025年我国年乏燃料产生量约为1525吨，累计量达14963吨；2030年乏燃料产生量将达到2749吨，累计量将达到24856吨。2035年前我国需要新建3-4个800t/年处理能力的乏燃料处理厂方能达到平衡。我国乏燃料处理能力与国际相比差距较大。法国拥有1700t/a的乏燃料后处理能力，而我国乏燃料处理能力较弱，据《“十四五”规划和2035远景目标纲要》，至25年运行装机容量70GW，届时中国核电装机容量有望超过法国，后处理需求迫切。 ➢建议关注：景业智能、航天晨光、航天智装 ◆投资主线3——运输贮存容器：运输容器主要用来运输核燃料，根据运送燃料种类的不同，储运容器可分为六氟化铀运输容器、新燃料运输容器、乏燃料运输容器。产品价值量与制造难度呈正比，从价值量看，乏燃料运输容器>新燃料运输容器>六氟化铀运输容器。随着投运核电项目逐年增加，核燃料运输需求将随之增长。 ➢建议关注：科新机电、兰石重装、日月股份 风险提示：政策变化的风险、建设进度不及预期风险、研报使用的信息更新不及时的风险、行业规模测算偏差风险。 01. 四代核电愈行愈近，钠冷快堆、高温气冷堆更加成熟 目录CONTENTS 闭式循环是我国国策，后处理投资额有望随核电机组批复加速而提升 相关标的及风险提示03. 专 业 ｜ 领 先 ｜ 深 度 ｜ 诚 信中 泰 证 券 研 究 所 CCONTE四代核电愈行愈近，钠冷快堆、高温气冷堆更加成熟 四代核电自2000年开启研究 ◼三代核电技术是指满足美国《先进轻水堆用户要求》和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》的反应堆堆型。上世纪90年代，为解决三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故的负面影响，世界核电界集中力量对严重事故的预防和后果缓解进行了研究和攻关，美国和欧洲先后出台《先进轻水堆用户要求》文件和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》，进一步明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。第三代核电机型主要有AP1000、EPR、ABWR、APR1400、AES2006、ESBWR、CAP1400、华龙一号。 ◼四代核电有六种候选堆型。美国于2000年发起“第四代核能系统国际论坛（GIF）”，希望能更好地解决核能发展中的可持续性（铀资源利用与废物管理）、安全与可靠性、经济性、防扩散与实体保护等问题。第四代核能系统最显著的特点是强调固有安全性，是解决核能可持续发展问题的关键环节。GIF提出六种堆型，包括钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水堆、超高温气冷堆和熔盐堆。行波堆和加速器驱动的次临界系统（ADS）也可以满足第四代堆的要求。 GIF提出六种候选堆型 ◼三代核电技术是指满足美国《先进轻水堆用户要求》和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》的反应堆堆型。上世纪90年代，为解决三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故的负面影响，世界核电界集中力量对严重事故的预防和后果缓解进行了研究和攻关，美国和欧洲先后出台《先进轻水堆用户要求》文件和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》，进一步明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。 ◼四代核电有六种候选堆型。美国于2000年发起“第四代核能系统国际论坛（GIF）”，希望能更好地解决核能发展中的可持续性（铀资源利用与废物管理）、安全与可靠性、经济性、防扩散与实体保护等问题。第四代核能系统最显著的特点是强调固有安全性，是解决核能可持续发展问题的关键环节。GIF提出六种堆型，包括钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水堆、超高温气冷堆和熔盐堆。行波堆和加速器驱动的次临界系统（ADS）也可以满足第四代堆的要求。GIF项目六种候选堆型 我国钠冷快堆最先有望投入商用，高温气冷堆或在规划三个厂址 ◼四代核电有六类最有前景的核系统，其中两类为气体（氦）冷却反应堆，另两类是液态金属（钠、铅合金）冷却堆，还有一类超临界水冷堆，最后一类是熔盐冷却堆。我国已建成钠冷快中子实验堆（CEFR），正在建设2个600MWe（CFR600）钠冷快中子示范核电站。其中，使用MOX燃料的先进钠冷快堆在本世纪投入商用的可能性最大。高温气冷堆能够进行核能制氢。清华大学于20世纪70年代中期开始研发高温气冷堆，HTR-10高温气冷堆实验堆于20世纪90年代建成。作为国家科技重大专项的200MWHTR-PM示范核电站已投入商运。 ◼中国高温气冷堆或在规划三个厂址。根据佳电股份2023年12月14日在投资者互动平台表示，公司主氦风机是第四代核能系统安全特性的高温气冷堆核心设备，氦气压缩机系统是公司向系统集成商转型的又一成功案例，将进一步保证高温气冷堆关键核心设备的自主可控。可以预见我国或已规划CX项目、江苏绿能、XX绿能三个厂址。 中国在高温气冷堆技术上世界领先 ◼中国在高温气冷堆技术上世界领先。我国建设了世界第一个模块式高温气冷堆的实验堆，热功率为10MWt的清华大学10MW高温气冷堆实验堆（HTR-10），以及第一个模块式高温气冷堆的工业示范电站，即华能山东石岛湾20万千瓦级高温气冷堆核电站示范工程（HTR-PM），含两个热功率为250MWt的反应堆模块。 ◼2023年12月6日，华能石岛湾高温气冷堆核电站完成168小时连续运行考验，正式投入商业运行。这是我国具有完全自主知识产权的国家重大科技专项标志性成果，也是全球首座第四代核电站，标志着我国在第四代核电技术领域达到世界领先水平。 ◼2024年8月19日，国常会核准江苏徐圩一期项目，厂址包含一台高温气冷堆，江苏徐圩一期项目也是世界上第一个压水堆-高温气冷堆耦合的核电厂。 ◼高温气冷堆以全陶瓷包覆颗粒燃料为特征。反应堆采用石墨作为中子减速剂，氦作为冷却剂，通过自动衰变热排除能力实现了固有安全性和工艺用热应用能力。用氦作为冷却剂并用陶瓷作为堆芯结构材料，可使堆芯出口的工作温度高达1000℃，从而可以利用不产生温室气体的工艺来制氢。另外，高温堆还能提供目前由化石燃料所提供的、在其他行业所用的工艺用热。 高温气冷堆固有安全性高 ◼通过模块式反应堆设计及时导出停堆以后堆芯的余热。将百万千瓦的反应堆拆分成10个小模块，单模块独立运行。与燃煤电厂不同，核反应堆停止运行后，裂变产物还会继续衰变产生余热。如果停堆后不能及时冷却堆芯、载出余热，核燃料的外壳就有可能因为过热而熔化，酿成严重事故，如日本福岛第一核电站的事故。高温气冷堆采用小型模块式设计，单个小型模块功率密度低（约为大型压水堆核电站的1/30），停堆后产生的余热处于较低水平。发生任何意外时，即使不进行人为的能动冷却，停堆后堆芯的余热也可以通过热传导、热辐射安全散发。 ◼球形燃料可防止核泄漏。通过结构牢固、耐高温高压的全陶瓷包覆颗粒球形核燃料元件可以有效防止放射性物质泄漏。 ◼反应堆不停堆在线换料。装卸燃料球的过程不需停堆，新的燃料球从反应堆顶部填装的同时，“烧透”的燃料球会从底部卸出。提高了运行效率，大幅减少了堆内的过剩反应性。 ◼具有很大的“负温度反应性系数”：即使控制失误无法停堆，只要反应堆温度升高，它自己就会“刹车”减少核反应直至停堆，进一步支撑了固有安全。 高温气冷堆产氢 ◼高温气冷堆能够进行核能制氢。超高温气冷堆可在700℃到950℃的堆芯出口温度范围内供应核热和电力。新技术路线进一步提升反应堆出口氦气温度达1000℃，采用氦气透平循环，提高热效率；同时使核能生产延伸到为工业提供高温工艺热，包括利用核能的高温制氢，以提高制氢的效率。核能制氢就是将核反应堆与采用先进制氢工艺的制氢厂耦合,进行氢的大规模生产。 ◼与压水堆发电-常规电解制氢相比，高温气冷堆经热化学循环或高温电解制氢具有明显的成本优势。美国能源部在核氢创新计划下进行了核能制氢经济性评估，得到的氢气成本在2.94~4.40美元/kg。IAEA开发了氢经济评估程序，参与国对核能制氢成本进行了情景分析，在不同场景下得到的氢气成本在2.45~4.34美元/kg。 2MW甘肃武威钍基熔盐堆装置获得运行许可，江南造船厂发布核动力集装箱船设计方案 ◼熔盐堆是以熔盐作为冷却剂的反应堆。熔盐具有高温、低压、高化学稳定性、高热容等非常理想的反应堆热量传输特性、可建成常压、紧凑、轻量化和低成本的反应堆；熔盐堆运行只需少量的水，即使在干旱地区也能够高效发电；熔盐堆输出温度可达700℃以上，既可用于发电，也用于工业生产和高温制氢、吸收二氧化碳制甲醇等，缓解气候问题和环境污染，实现核能综合利用。 ◼2MW甘肃武威钍基熔盐堆装置获得运行许可。2020年1月13日，位于甘肃省武威市的2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆获得国家核安全局颁发的建造许可证，2023年6月7日，获得国家核安全局颁发的运行许可证。 ◼江南造船厂发布核动力集装箱船设计方案。2023年12月5日，江南造船正式发布了全球首型，也是世界最大的核动力集装箱船的设计方案，选用钍基熔盐堆。 中国是世界上第8个拥有钠冷快堆技术的国家 ◼中国是世界上第8个拥有钠冷快堆技术的国家。2000年5月，中国实验快堆（钠冷）开工，