电力设备与新能源行业研究：AI数据中心发展驱动核电复兴，模块化小堆迎来新机遇

投资逻辑 AI数据中心驱动用能需求，激活核电“第二春”。能源清洁化和俄乌战争带来了全球能源格局的变化，全球核电再次迎来了发展大周期。政策方面，美英法等多国联合出台《三倍核能宣言》，将使2050年核能装机容量增至2020年的三倍，美国两党也均持积极态度，奠定核电长期发展的重要地位。国际原子能机构（IAEA）已经连续第四年上调全球核电增长预期，预计到2050年全球核电装机量将增长1.5倍，达到9.5亿千瓦。产业发展方面，AI数据中心将成为全球电力需求加速增长的关键驱动力之一。AI需要庞大的算力支撑，新模型耗电量激增了6-10倍，预计到2030年，不包括加密货币在内的全球数据中心电力需求将增长160%。当前电力供需处于紧平衡状态，为解决数据中心电力供应紧缺问题，科技巨头开启“核电站+数据中心”的供能合作模式，微软、OpenAI、谷歌、亚马逊等都与核电公司签署购电或合作协议，为自有数据中心园区供电。从合作的具体内容看，小型模块化核反应堆（SMR）是大势所趋。 小型核电经济性、灵活性更高，适用于AI数据中心。SMR发电功率在300兆瓦以下，技术路线大多基于成熟商业化的第二代和第三代轻水反应堆或更安全可靠的第四代反应堆进行开发设计，其特点满足数据中心长期电源稳定和高质量要求。从规模看，小堆功率通常低于300兆瓦，当前大多开发的堆型功率在数十兆瓦左右，与一个大型数据中心或超算集群的功耗相当；从可行性看，SMR建设周期更短、造价更可控，并且相较于大型核电站，小型模块化更灵活，可分期匹配数据中心的投产。具体看：（1）建设周期更可控：目标建设时间为3到5年，相较大型压水堆的10年大幅缩短；（2）成本控制更优：SMR建设资本成本在2000~6000美元/千瓦（平均5233美元/千瓦），度电发电成本（LCOE）在80.6~89.6美元/兆瓦时；传统大型压水堆在4000~9000美元/千瓦（平均5859美元/千瓦），LCOE在86.4美元/兆瓦时。对比天然气发电，SMR在碳税和补贴下发电经济性的相对优势也将显现；（3）安全性和灵活性更佳。大堆的辐射应急计划区范围在10公里，而小堆只有500米左右，部署能力(如选址限制较少)和产品多样性(热电联产)更强。 美国推动SMR建设积极性强，国内技术部署领先。全球共有80多个小型模块堆设计和概念，但处于可行阶段的主要集中在欧美、俄罗斯和中国。乐观情况下，NEA预计到2050年SMR装机容量将达到375GW，在核能装机容量中占比超50%。SMR从获得认证（2-4年）到建设（5-7年）完成落地运行需7-10年，预计2030年起项目开始逐步示范落地。 美国推动SMR积极性强，政策+技术领先。美国由于电力系统是由多个区域电网构成，数据中心需电下非常适合发展SMR。同时，政府出台了IRA法案以及针对SMR的专项资金补贴，由能源部通过政府资助项目支持小堆研发。 美国SMR核电产业链重点关注原材料及加工核燃料、SMR设计与研发环节（相关公司及产业链梳理详见正文）。 中国SMR技术部署领先全球，重点关注国产设备机会。我国自研的“玲龙一号”设备国产化率达90%以上，是全球首个通过IAEA官方审查的三代轻水SMR，也是全球首个陆上商用SMR，将于2026年正式发电。随着头部科技厂商的资本开支浪潮逐步由海外扩散到国内，国内的数据中心市场迎来新一轮成长周期，为供电设备带来了爆发式需求，将带动国内小型核电站发展，重点关注SMR国产设备机会（相关公司及产业链梳理详见正文）。 投资建议与估值 能源结构转型加速，AI数据中心的电力需求增长为核电复苏提供新支撑，SMR基于经济性、灵活性更高等优势，适用于数据中心，将迎来新机遇。核电的装机和新技术的发展将带动中游核设备与材料产业链、上游核燃料供应链的复兴，率先布局抢占赛道是关键，重点关注国内SMR小堆产业链以及国产设备机会（完整标的详见正文）。 风险提示 技术选择与示范堆建设问题、审查许可框架风险、核电核准持续性不及预期、新技术突破不及预期。 一、AI数据中心驱动用能需求，激活核电“第二春” 1.1能源结构调整加速，全球核电再迎大发展 全球能源格局变化，核电再次迈入发展大周期。1970-1980年代，伴随石油危机带来的核电开发大周期。过去十年，核电容量一直处于稳定水平；自2013年初以来，新增了69.8吉瓦的核电容量并入电网。 从2020年起，能源清洁化和俄乌战争带来了全球能源格局的变化，全球核电再次迎来了发展大周期。全球核电发电量从2022年的2544TWh上升到2023年的2602TWh，提供了全球9%的电力，在清洁能源中仅次于水电。截至2023年12月底，全球在运核电容量为371.5吉瓦，由31个国家的413座反应堆提供。目前有15个国家的64座反应堆正在建设中，而加纳、波兰和菲律宾等20个新加入的国家正处于制定政策的不同阶段，以便建造其第一座核电站。 图表1：随着全球能源格局变化全球核电装机量有望再次迈入发展大周期 国际原子能机构（IAEA）动力堆信息系统显示，当前全球共有在运核反应堆420座，总装机容量374827MWe，在建核反应堆56座，容量58595MWe。 图表2：全球在建核电反应堆容量达58.6GWe 美英法等多国联合出台《三倍核能宣言》，加速推动核电建设。2023年，COP28联合国气候变化大会上，美国、法国、英国等二十余国提出《三倍核能宣言》，表示将使2050年核能装机容量增至2020年的三倍目标，这是联合国气候大会历史上，首次通过发展核能的联合宣言。2024年11月COP29会议上，支持该宣言的国家总数增加了6个，达到了31个。同时美国政府发布了一份《安全和负责任扩张美核能：部署目标和行动框架》，计划到2050年部署200吉瓦核电容量，至少是美国2020年核能装机容量的三倍。 图表3：美国COP29发布本土核电发展路线图 美国两党均持积极态度，奠定核电长期发展的重要地位。 （1）特朗普1.0任期：维护美国全球核技术优势地位，遏制中国自主设计堆型发展。 特朗普政府提出了一系列方针、政策和框架，核能新政主要体现在《核能创新与现代化法案》、《先进核能技术法案》、《先进堆开发与部署愿景和战略》和《美国国家安全战略》等若干关键政策文件，对核电态度较为积极，意图通过重振美国核能，确保美国在全球核技术优势地位，尤其对先进核电技术提出支持。 （2）拜登政府任期：颁布IRA法案补贴核电，拉拢核能发展盟友，加大出口管制。 IRA法案对各类清洁能源进行补贴。如IRA就为现有核电站设立了生产税收抵免，从2024-2032年，公用事业公司现有核电厂发电可获得15美元/兆瓦时的税收抵免。 2023年第28届联合国气候变化大会（COP28）上，美国、法国、英国等二十余国首次联合发布《三倍核能宣言》，提出使2050年核能装机容量增至2020年的三倍目标。 2024年11月，COP29会议上拜登再提三倍核电落地框架，并提出美国本土2050年核电装机规划新增200吉瓦计划。 2023年8月，美国核管理委员会（NRC）发文进一步收紧出口：要求出口商在出口特殊核材料和原材料时，必须获得特定许可证。与此同时，某些发电机、容器和软件，在出口到中国时，也需要获得美国商务部的特定许可证。 （3）特朗普2024年竞选：特朗普表态为“释放包括核能在内的所有能源生产”、“加速新核电机组”。对于核电表态积极，主要从产出效率角度对新能源项目、尤其是美国的海上风电项目提出质疑。 图表4：美国两党对核能均积极推广发展 我国核电“三步走”，以核电新技术突破带动核工业发展。为解决核能发展“两大问题”——资源可持续和环境友好性，解决铀资源、厂址资源保障问题、解决乏燃料后处理问题、解决核废物处理处置影响最小化问题；同时在核工业各类应用上取得突破，我国自20世纪80年代便提出了核能发展“三步走”战略（热堆、快堆、聚变堆）。近20年时间，均将采用热堆路线、以年核准8~10台的节奏有序安全发展核电，快堆建设计划集中在本世纪中期。 图表5：国内核电“三步走”战略 IAEA连续第四年上调全球核电增长的预期，乐观情况下装机量将增长1.5倍。根据IAEA最新预测，在乐观情景下，到2050年，全球核电装机容量将从目前的3.7亿千瓦增加约1.5倍，达到9.5亿千瓦；在悲观情景下，装机容量将增加40%，达到5.14亿千瓦。与2023年的预测相比，乐观预测上调了约6.7%，悲观预测上调了12.2%。此外，全球关注的小型模块化反应堆（SMR）预计到2050年，在乐观预测情景下将占新增装机容量的24%，在悲观预测情景下则占6%。 图表6：2050年全球核能装机乐观情景下，将从目前的3.7亿千瓦增加约1.5倍，达到9.5亿千瓦（GW） 图表7：全球核能装机乐观情景下，核电发电量达到7666TWh（TWh） 1.2 AI数据中心“激活”核电再发展，美国科技巨头下场推动 高速发展的AI需要庞大的算力支撑，新模型耗电量激增6-10倍。2023年数据中心的耗电量达到500TWh，相当于全球能耗的2%。随着人工智能工作负载、GPU工作负载和高性能计算（HPC）的增加，配备GPU、具备AI算力的服务器需电将达到40-60kW/机架，而目前为10-14kW，大幅提高了数据中心的整体功耗。 图表8：算力中心中IT设备能耗高达67% 图表9：ChatGPT搜索消耗的电量大约是传统谷歌搜索的6-10倍 全球未来五年AI数据中心电力需求将高涨160%，电网电力供应能力及稳定性受到挑战。 以美国为例，在过去的十年里，美国的电力需求平均增长率为0%。但随着AI和非AI数据需求的增长，以及能效提升的实质性放缓，电力需求将开始急剧加速，其建设速度远超电网规划的常规节奏，现有的电网基础设施难以快速适应这种爆发式增长，导致电力供应紧张，电压稳定性受到挑战。虽然数据中心多集中在大城市附近以利用更大电网和光纤网络解决延迟问题，但也给本已脆弱的城市电网增添巨大压力。 AI数据中心将成为全球和美国电力需求加速增长的关键驱动力之一。在AI算力需求快速增长下，预计数据中心电力需求占比将从全球总电力需求的1%-2%上升至3%-4%，带来约650太瓦时的电耗增加。其中，数据中心在美国的总电力需求占比中上升幅度更大，将从3%上升至8%，并带来额外500亿美元的资本支出。 根据高盛报告，预计到2030年，中性预测下，不包括加密货币在内的全球数据中心电力需求将增长160%。并且AI数据中心的增长将使全球/美国年电力需求增长率平均增加约30/90个基点。 图表10：美国数据中心电力需求预计到2030年将比2020年增加两倍以上 图表11：全球数据中心电力需求预计到2030年增长160%（中性预测） 图表12：美国电力需求增长将由AI数据中心再次带动 图表13：2024-2030年，数据中心/人工智能的增长将使美国年电力需求增长率平均增加约80个基点 中国算力规模全球第二、仅次于美国。我们测算算力增长驱动数据中心（IDC）用电增长，至2025年占全社会用电量比重将接近2.5%。 根据中国信息通信研究院的数据，2023年我国新增算力约28%，单机架算力提升算力增速略快于机架数增速。假设2024/2025年算力增速扩至32%/35%，在运机架总量预计从2023年的810万架增至1281万架（2.5kW标准机架口径）。假设2024/2025年国内全社会用电增速设为7%/5.7%，对应2025年IDC用电占比将继续提升至2.3%。 66%上架率水平下，IDC年利用小时数接近7600h，与核电全年发电小时数高度匹配（考虑平均18个月的换料大修周期）。 图表14：预计国内算力增长驱动数据中心用电增长约27% AI数据中心运行导致碳排放激增，需寻求绿色能源。据斯坦福大学的《2022年人工智能指数报告》显示，OpenAI的GPT-3模型在训练期间释放了502公吨碳，是目前大模型中有据可查耗能最严重的，它的碳排放量是Gopher