2021年中国核电设备行业概览：探析核电发展现状与安全性.pdf

1 2021 LeadLeo 2021年中国核电设备行业概览：探析 核电发展现状与安全性 2021 China Nuclear Power Equipment Industry Overview 2021年中国原子力発電機器産業概要 报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均 系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外 ）。未经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制 、再造、传播、出版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述 约定的行为发生，头豹研究院保留采取法律措施，追究相关人员责任 的权利。头豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹 ”的商号、商标，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构， 也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。 报告主要作者：彭昕 2021/05 概览标签：清洁能源、碳中和、核能2021 LeadLeo 行业峰会策划、奖项评选、行业 白皮书等服务 头豹研究院简介 头豹是国内领先的原创行企研究内容平台和新型企业服务提供商。围绕“协助企业加速资本价值的挖掘、提升、传播”这一核心目标，头豹打 造了一系列产品及解决方案，包括：数据库服务、行企研报服务、微估值及微尽调自动化产品、财务顾问服务、PR及IR服务，以及其他企业 为基础，利用大数据、区块链和人工智能等技术，围绕产业焦点、热点问题，基于丰富案例和海量数据，通过开放合作的增长咨询服务 等 头豹致力于以优质商业资源共享研究平台，汇集各界智慧，推动产业健康、有序、可持续发展 300+ 50万+ 合作专家 2万+ 注册机构用户 公司目标客户群体 覆盖率高，PE/VC、 投行覆盖率达80% 资深分析师 和研究员 5,000+ 细分行业 深入研究 原创内容 100万+ 行研数据元素 企业服务 为企业提供定制化报告服务、管理 咨询、战略调整等服务 提供行业分析师外派驻场服务，平台数据库、 报告库及内部研究团队提供技术支持服务 地方产业规划，园区企业孵化服务 云研究院服务 行业排名、展会宣传 园区规划、产业规划 四大核心服务2021 LeadLeo 1、头豹科技创新网()：PC端阅读全行业、千本研报 2、头豹小程序：微信小程序搜索“头豹”、手机扫上方二维码阅读研报 图说 表说 专家说 数说 3、行业精英交流分享群：邀请制，请添加右下侧头豹研究院分析师微信 详情咨询 研报阅读渠道 扫一扫 实名认证行业专家身份中国政府定期出台相关政策规范核电站运行与核电设备品质把控，以保障核电安 全。同时第四代核电技术的发展也推动核电设备安全性能的提升，第四代反应堆 结构得到优化。研究人员在极限条件下对反应堆进行安全性测试，反应堆依靠负 反馈机制降低功率，达到自主停堆，并未发生任何危险。 中国对于核电建设监管力度趋严，同时核电设计技术持续迭代， 带动行业良性扩容，实现安全性与稳定性的双提升 01 核电设备市场以国企为主导，而民营企业活跃于部分细分领域。原因为核级设备 备护城河深：核级设备相比普通设备，技术门槛相对较高；获取核级设备设计制 造资质难度高；核电设备供货周期长，且回款时间多为2-3年，对企业现金流造成 较大压力，阻碍中小企业资金流良性循环运转。 中国核电设备市场格局呈现以国企为主导，民企在细分领域活跃 的局面 02 中国核电设备自主化目标已基本完成，例如华龙一号自主化程度达85%。中国已拥 有核电设备的自主知识产权，这意味着中国核电设备发展方向将由自主化向国际 化转变。中国核电设备在经济上具有比较优势，出口造价仅为同类机组的60%左右， 已经具备了参与国际商业市场竞争的实力。中国可依托“一带一路”与沿线国家建 立紧密合作关系。 中国核电设备行业将呈现国际化趋势，由于中国核电技术的先进 性及“一带一路”的建设，中国核电设备“走出去”步伐不断加快 03 中国核电产业重启开始，核电 安全性引人担忧？ 在中国政府提出碳中和目标，并计划大力发展清洁能源 后，核电因其碳排放量低，发电成本低，发电利用率高 的特性重新走进大众视野。自2011年福岛核电站事故发 生后，中国政府对于核电站建设一直持保守态度，核电 增速较慢，2020年核电发电量为3,662.4亿千瓦时，发 电量占比仅为4.9%。意味着核电在未来将有较大增长空 间。但公众对于福岛核电站核泄漏事故仍心有余悸，核 电安全性问题是制约核电发展的重要因素。中国政府已 制定严格的核电站运行规范保证核电安全性，且核电技 术已发展至第四代，安全性已大幅提升。 摘要5 2021 LeadLeo 名词解释 - 09 核电设备行业概述 核电站定义与分类 - 11 核电设备介绍 - 12 中国核电设备产业链分析 中国核电设备产业链图谱 - 14 产业链上游分析 - 15 产业链中游分析 - 17 产业链下游运营情况 - 19 中国核电设备市场规模 - 20 核电设备安全性分析 七级核事故解析 - 22 中国核电设备安全性分析 - 24 中国核电设备行业驱动因素 - 25 中国核电设备行业政策分析 - 26 中国核电设备行业发展趋势 - 28 中国核电设备行业竞争格局 - 29 中国核电设备行业上市企业介绍 中国一重 - 31 东方电气 - 33 中核集团 - 35 方法论 - 37 法律声明 - 38 目录 CONTENTS6 2021 LeadLeo Terms - 09 Nuclear Equipment Industry Overview Definition and Classification Nuclear Power Plant - 11 Introduction of Nuclear Power Equipment - 12 China Nuclear Power Equipment Industry Chain Analysis Industrial Chain Pattern of China Nuclear Power Equipment - 14 Upstream Analysis of Industrial Chain - 15 Midstream Analysis of Industrial Chain - 17 Downstream Analysis of Industrial Chain - 19 Market Scale of Nuclear Power Equipment - 20 Nuclear Power Equipment Safety Analysis - 22 Driving factors of China Nuclear Power Equipment Industry - 25 Policy Analysis of China Nuclear Power Equipment Industry - 26 Development Trend Analysis of China Nuclear Power Equipment Industry - 28 Competition of China Nuclear Power Equipment Industry - 29 Recommendation of Listed Companies in China Nuclear Power Equipment - 31 Methodology - 37 Legal Statement - 38 目录 CONTENTS7 2021 LeadLeo 图表1：核电站定义与分类 - 11 图表2：第四代核电技术推广 - 12 图表3：中国核电设备产业链图谱 - 14 图表4：2019年核燃料成本结构图 - 15 图表5：中国铀矿资源对外依存情况，2011年-2017年 - 15 图表6：核燃料循环过程 - 16 图表7：中国新增乏燃料规模估计，2013年-2019年 - 16 图表8：2019年核电站投资成本结构 - 17 图表9：2019年核电设备投资成本结构 - 17 图表10：核岛组成部件投资占比 - 17 图表11：2019年常规岛设备成本结构 - 18 图表12：2018年核岛设备毛利率对比 - 18 图表13：2019年核电设备毛利率对比 - 18 图表14：中国核电装机容量省份排行，2020年 - 19 图表15：2021年中国核电站分布图 - 19 图表16：中国核电设备市场规模，2016-2025年预测 - 20 图表17：切尔诺贝利事故解析图 - 22 图表18：福岛核电站事故图解 - 23 图表19：华龙一号非能动安全壳热量导出系统 - 24 图表20：各类发电能源碳排放量比较 - 25 图表21：中国全社会用电需求量，2013-2020年 - 25 图表22：2020年中国清洁能源发电成本对比 - 25 图表23：中国核电设备行业相关政策，2018年-2021年 - 26 图表目录 List of Figures and Tables8 2021 LeadLeo 图表24：中国核电设备国际化 - 28 图表25：第四代核电技术推广 - 28 图表26：中国核电设备市场主要参与者 - 29 图表27：中国一重核电设备营业收入与毛利率，2013年-2020年 - 31 图表28：“3+2”科技创新管理模式组织机构图 - 32 图表29：中国东方电气核电业务营收比例，2017-2020 - 33 图表30：东方电气核电产业集群 - 34 图表31：中核集团旗下中国核电营业收入，2016年-2020年 - 35 图表32：中核集团乏燃料业务进展 - 35 图表33：中核集团核能产业图 - 35 图表目录 List of Figures and Tables9 2021 LeadLeo 压水堆：加压水慢化冷却反应堆，以加压的、未发生沸腾的轻水作为慢化剂和冷却剂的反应堆。 反应堆：维持可控自持链式核裂变反应，以实现核能利用的装置。 冷却剂：将反应堆堆芯核燃料裂变释放出来的能量带出反应堆的介质，保持燃料温度在一定的区间。 慢化剂：中子减速剂，为使核裂变反应得以有效地进行，一种被加入反应堆内用来减慢中子运动速度的物质。 BOP：Balance Of Plant，维持核电站平稳运行的辅助设备。 乏燃料：经受过辐射照射、使用过的燃料。 国际核安全和辐射事件等级：国际原子能机构和联合国经济合作与发展署的核能源机构根据核泄漏事件的严重性制定的等级表，其中，1级至3级 为事件，4级至7级为事故。 钚产品：从乏燃料中提取出的钚，可用于快堆燃料。 RBMK反应堆：石墨慢化沸水反应堆，属于第二代核反应堆，是最早使用的一种反应堆。 空泡系数：用以估计核反应堆核连锁反应使用的中子慢化剂和冷却剂对蒸气气泡所产生影响的数字。 PRS换热器：非能动余热排出系统换热器。 PCS换热器：非能动安全壳热量导出系统换热器。 名词解释2021 LeadLeo 10 2021年 中国核电设备行业 概览 1 核电设备概述 核电站根据反应堆形式主要分为压水堆、沸水堆、重水堆及快堆核电站 核电设备分为核岛、常规岛、辅助系统三部分 2 产业链分析 3 安全性分析、驱动因素、政策分析 4 发展趋势、竞争格局 5 企业推荐11 2021 LeadLeo 来源：环境、头豹研究院编辑整理 核电设备行业概述核电站定义与分类 核电站根据反应堆形式主要分为压水堆、沸水堆、重水堆及快堆核电站，其中压水堆核电站的应用最为 广泛，未来则是以效率与安全性更高的快堆核电站为发展趋势 构成设备 反应堆、蒸汽发 生器、汽轮机、 发电机、辅助系 统设备 压水堆 核电站 沸水堆 核电站 重水 堆 核电站 核电站 反应堆、汽轮机、 发电机、辅助系 统设备 反应堆、蒸汽发 生器、汽轮机、 发电机、辅助系 统设备 特征 反应堆形式分类 沸水堆核电站在中国的 应用范围较小，以福岛 核电站爆炸事故为先例， 沸水堆核电站维修过于 复杂，已不在核电站建 设考虑范围之内。 考虑到安全性与经济性 中国正在运行的核电站 中70%为压水堆核电站， 压水堆核电站为近期发 展方向。 随着核技术的进步，未 来发展趋势为快堆核电 站，快堆核电站可实现 核裂变材料增殖具有可 持续发展的特性，更利 于能源利用。 核电站定义与分类 核电站是通过适当的装置将核能转变成电能的设施，第三代核电站根据反应堆形式可分为轻水堆、重水堆及快中子堆核电站，其中轻水堆根据轻水形态又可分为压水堆与沸 水堆。 快堆核电站 反应堆、蒸汽发 生器、汽轮机、 发电机、辅助系 统设备 描述 优/劣势 使轻水处于高压下达成液 相状态以获得高热能转换 效率；以轻水为慢化剂和 冷却剂 以沸水堆为热源，在反应 堆压力容器内直接产生蒸 汽动力堆；以沸腾轻水为 慢化剂和冷却剂 结构紧凑 建设周期短 安全性较高 代表核电站 建造费用低 辐射防护和废物处理 复杂 资源利用率高 实现核裂变材料增殖 技术要求高 可实现不停堆换料 基础投资比重大 堆芯体积大 日本福岛核电站 中国秦山三期核电 站、加拿大布鲁斯 核电站 中国霞浦快堆核电 站、俄罗斯别洛亚 尔斯克核电站 中国大亚湾核电站、 中国田湾核电站 以重水堆为热源，利用天 然铀作燃料；以重水作慢 化剂，重水 轻水做冷却剂 由快中子引起链式裂变反 应所释放出来的热能转换 为电能；冷却剂为液态金 属或氦气，无慢化剂12 2021 LeadLeo 核电设备行业概述核电设备介绍 核电设备分为核岛、常规岛、辅助系统三部分，其中核岛为整个核电站的核心，负责将核能转换为热能， 常规岛利用蒸汽发电，辅助系统则是保障核电站平稳运行 通用核电设备工作原理图 描述 核岛 常规岛 来源：头豹研究院编辑整理 压力容器 堆芯燃料 控制棒 汽轮机 发电机 泠凝器 冷却器 河水、海水 或冷却塔 蒸汽 冷水 蒸汽 核电设备分为核岛、常规岛、BOP（其他辅助设备）。 核岛是整个核电站的核心，负责将核能转化为热能，是 核电站中工艺最复杂、投入成本最高的部分。常规岛利 用蒸汽推动汽轮机带动发动机发电。辅助系统（BOP） 主要包括数字化控制系统、暖通系统、空冷设备与装卸 料机，用于保障核电站平稳运行。 核岛中的核心部分为反应堆，反应堆由堆芯燃料、控制 棒及冷却剂组成。堆芯裂变产生中子与能量，控制棒则 用于调节反应堆功率，控制棒主要由硼组成，可吸收反 应堆中产生的中子，通过调节控制棒在堆芯燃料中的插 入程度来调节功率。为防止反应内热量过高，使用轻水 或重水作为冷却剂降低反应堆内温度。沸水堆核电站的 核岛结构与压水堆、重水堆不同。如图所示，沸水堆核 电站冷却轻水直接在压力容器内形成蒸汽，压水堆与重 水堆还需添加稳压器与蒸发器形成二回路。 常规岛由汽轮机、发电机与冷却系统组成。冷却剂将反 应堆中的热量转换为蒸汽输送至常规岛，蒸汽带动汽轮 机转动产生机械能，机械能转递至发电机后转变为电能。 蒸汽带动汽轮机后，输送至冷凝器进行液化形成新的冷 却剂。 安全壳2021 LeadLeo 13 2021年 中国核电设备行业 概览 1 核电设备概述 上游核燃料受中国铀矿产能不足与中国乏燃料后处理技术落后制约 中游自主化进程取得较大进步 下游运营情况及市场规模分析 2 产业链分析 3 安全性分析、驱动因素、政策分析 4 发展趋势、竞争格局 5 企业推荐14 2021 LeadLeo 中国核电设备产业链图谱 来源：银河证券、头豹研究院编辑整理 中国核电设备产业链产业链图谱 核电设备产业链上游为生产所需原材料，中游为核岛设备、常规岛设备及辅助设备三类核电设备，下游 则是核电站运营，核电站运营处于三家国企垄断的情况 上游 中游 下游 核燃料及循环 核燃料由二氧化 铀组成，核燃料 制造需经历铀矿 开采、提取、精 制、转化、浓缩、 燃料元件制造等 步骤。其中天然 铀的成本占比最 高，达49% 碳素及金属 核岛设备 常规岛设备 辅助设备 核电站运营 49% 33% 17% 1% 天然铀 铀转化及浓缩 燃料组件加工 其他 2019年核燃料成本结构图 核石墨是高温气冷堆所需的慢化剂，核石墨 相比轻水与重水所产生的污染更小，未来市 场空间大；硼是控制棒的主要材料，用于吸 收中子；为防止辐射外泄，燃料棒采用锆包 裹外壳 核岛设备是承担热核反应的主要部分， 技术含量最高，对安全设计的要求也最 高。且核岛设备制造是核电国产化的核 心，垄断程度高，技术壁垒高，市场以 国企为主导 58% 22% 20% 核岛 常规岛 辅助系统 2019年核电设备投资成本分布 常规岛设备同时应用于其他发电类型， 技术壁垒相比核岛低，部分民营企业也 可进入市场，因此毛利率低于核岛设备 2019年核岛常规岛毛利率对比 辅助设备民营企业参与度高，市场化程度高。同时，数字化开始在辅助 设备领域推广，数字化仪控系统与数字化报警系统提高核电辅助设备的 附加值，并推动核电设备安全性提升 35% 10% 核岛 常规岛 1,614 911 871 549 448 250 217 130 广东 浙江 福建 江苏 辽宁 山东 广西 海南 核电站建设是一项技术复杂度高、综合管 理能力要求高、资金耗费巨大的长周期大 型工程，且核电行业存在较强的行政壁垒， 故参与核电行业竞争的都是大型能源央企。 核电站主要以中广核、中核集团、国家电 投三家为主。其中中广核与中核集团属第 一梯队，在运机组中各占40 %与 47 % 中国现有核电站均分布于沿海地区，内陆 暂未开建。且各省份核电站装机容量与其 经济发展程度相关 2020年中国核电装机容量省份排行 单位：万千瓦15 2021 LeadLeo 2019年核燃料成本结构图 中国铀矿资源对外依存情况，2012年-2018年 来源：世界核能协会、中核集团、头豹研究院编辑整理 中国核电设备产业链上游分析 核燃料的主要成本来自于铀，而中国正面临铀矿资源短缺，高度依赖资源进口的情况，中国政府正通过 技术升级与海外收购的方式解决对外依存度过高问题 49% 33% 17% 1% 天然铀 铀转化及浓缩 燃料组件加工 其他 核燃料棒最核心的材料是燃料芯块，由二氧化铀组成，是裂变反应产生热 量的主要原料。二氧化铀由天然铀提炼而成，铀矿需经过勘探开采、水冶、 铀转化与铀浓缩等过程，最终送往核燃料加工厂制造出核燃料元件。在核 燃料成本结构中，天然铀所占比例最高，达到49%。 中国从事铀矿开采和进出口的企业须获得政府许可，仅中核集团及中广核 有资格从事该类业务。由于核燃料元件研制具有高技术难度与国家安全意 义，中国核燃料制造由中核集团旗下的中核北方核燃料元件有限公司和中 核建中燃料元件有限公司垄断，核燃料元件企业议价能力极强。 单位：吨 77.4% 78.2% 76.0% 80.2% 83.7% 85.9% 85.7% 68% 72% 76% 80% 84% 88% 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 需求量 进口量 对外依存度 中国铀矿资源大部分属于非常规铀，品位低、埋藏深，且开采成本昂贵， 因此中国铀资源产量较低，无法满足自身核电发展需求，供需不平衡的情 况下，只能依靠进口。中国铀矿资源对外依存度高，2017年中国铀矿资源 对外依存度高达85.9%，远超50%的国际警戒线。 核原料受制于国际市场将会制约中国核电行业的发展，因此中国政府着手 采取以下方法解决铀资源依存度过高的问题。一是利用新技术寻找铀矿床； 二是与铀矿资源丰富的国家建立合作项目；三是投资收购海外铀矿；四是 大力发展第四代核电技术，减少铀资源需求量16 2021 LeadLeo 核燃料循环过程 中国新增乏燃料规模估计，2013年-2020年 来源：Wind、国元证券、头豹研究院编辑整理 中国核电设备产业链上游分析 核燃料循环可提高铀资源利用率，但中国乏燃料后处理技术不够成熟，主要解决方式仍是离堆贮存，且 离堆贮存能力已趋于饱和，乏燃料处理将成为制约中国核电发展的因素 核燃料在堆内经中子轰击发生核反应，经一定时间后，核燃料铀含量降低， 无法继续维持核反应，从堆内卸出。卸出的燃料被称为乏燃料，乏燃料中 含有大量的放射性元素，具有强烈的放射性，需要经过严格的处理程序以 保证安全性。 从核电站中卸出的乏燃料中含95%的铀（铀-235和铀-238）和1%的钚，经过 后处理，铀-235可重新制成燃料。核燃料循环可将铀资源利用率提高30%。 但中国后处理技术不够成熟，且操作成本高，加工一吨乏燃料至少要生成 45吨高放废液，150吨中等放射性废液，2,000吨低放射性废液。截止至 2021年，乏燃料的主要解决方式仍是离堆贮存。 核电站产生的乏燃料与核电站设备容量相关，大约每100万千瓦的核电设备 容量乏燃料的年产量为21吨。据估计，2020年中国乏燃料产生量已达 1,071.6吨，而乏燃料后处理能力仅为50吨，无法满足处理需求。且根据中 国核电发展规划，到2030年，每年将产生乏燃料近2,000吨，累积乏燃料约 24,000吨，离堆贮存需求达15,000吨。截止至2021年，中国仍未形成后处理 工业能力，且离堆贮存能力也趋于饱和。 乏燃料处理将成为制约中国核电发展的重要因素。乏燃料后处理厂建设成 本高且建设周期长，平均建设周期为10年，因此短期内乏燃料处理需求难 以满足。 铀矿开采 浓缩铀 乏燃料 钚产品 冷却后的乏 燃料 反应堆 深地质长期 储存 高放废物 前处理 转 化 转化 核反应 贮存池 后处理 玻璃化 1,485.0 2,031.8 2,644.0 3,364.4 3,581.9 4,465.9 4,875.5 5,103.0 311.9 426.7 555.2 706.5 752.2 937.9 1,023.9 1,071.6 0 200 400 600 800 1,000 1,200 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 核电设备容量 产生乏燃料数量 单位：万千瓦 单位：吨17 2021 LeadLeo 核电设备 核岛设备概况 来源：银河证券、北极星电力网、头豹研究院编辑整理 中国核电设备产业链中游分析 核电设备是核电站投资建设中成本占比最高的一环，且核电自主化程度主要取决于核电设备自主化程度。 其中核岛设备由于其技术特性，在整个核电设备中的占比最高 50% 40% 10% 设备 基建 其他 58% 22% 20% 核岛 常规岛 辅助系统 核电设备在核电站建设中所占成本最高，其比例高达50%，原因为核电设备 是核电产业链中最为关键的一环，且核电自主化程度主要取决于核电设备 自主化程度。 核电设备中核岛成本占比最高，达到58%，因为核岛工艺复杂，且安全性要 求极高，核岛中的关键部件由于制造工艺要求高，制造所需资产均由国企 垄断。常规岛与辅助系统在2015年中国政府开启核二级、核三级设备市场 化后，价格明显下降，成本占比也相应下降。 23% 20% 17% 12% 8% 6% 4% 3% 3% 2% 2% 压力容器 主管道及热交换器 蒸汽发生器 核级阀门 冷却主泵 堆内结构 控制棒驱动 核燃料传送 核级线缆 稳压器 安注箱和硼注箱 核岛组成部件精细多样，其中反应堆压力容器、主管道及热交换器和蒸汽 发生器为核岛三大主要部件。压力容器成本占比最高，达到23%，原因是压 力容器是防止放射性裂变产物逸出的第二道屏障，承担着极其重要的安全 屏障作用，故而压力容器质量标准十分严苛，制造成本也较高。 核级阀门在核岛中使用量大，但成本占比逐渐降低，2019年仅占12%，其成 本的下降得益于核级阀门国产化程度的提高，国产核级阀门价格仅为进口 核级阀门的11.5%，截止至2021年，阀门国产化程度已达到80%。 2019年核电站投资成本结构 2019年核电设备投资成本结构 2019年核岛组成部件投资占比18 2021 LeadLeo 常规岛设备成本结构，2019年 核电设备毛利率对比 来源：银河证券、头豹研究院编辑整理 中国核电设备产业链中游分析 核岛设备平均毛利率高达35%，远高于常规岛设备，原因为核岛设备技术壁垒更高，市场参与者少，市 场以国企为主导 常规岛主要由管道系统及冷凝器、汽轮机、发电机、汽水分离再热器组成。 管道系统及冷凝器是保证核电站安全运行的重要设备，管道、泵及冷凝器 组成的冷凝系统用于为反应堆降温并输送反应堆内热能，并维持反应堆温 度平衡，因此技术要求较高，成本占比更高。 常规岛设备供应范围较广。火电、水电等其他类型发电站发电原理与核电 类似，均是由机械能带动发电机转换为电能，常规岛设备除供应于核电外， 同时还供应火电、水电等其他发电类型。因此，除部分核心设备外，其余 设备的成本相对较低。 45% 35% 10% 核岛关键零部件 核岛设备 常规岛设备 60% 48% 38% 33% 29% 28% 15% 主管道 堆内构件 主泵 阀门 蒸汽发生器用U型管 压力容器 控制棒驱动机构 核岛设备技术壁垒高，且市场参与者较少，主要以国企为主导，民企仅参 与部分部件的制造，因此核岛设备毛利率普遍较高，核心设备的平均毛利 率达40%以上。 大部分常规岛设备无特殊的技术要求，技术壁垒较低，市场参与者较核岛 设备市场多，竞争相对激烈，因此毛利率水平较低，平均毛利率仅为10%。 2018年核岛设备毛利率对比 2019年核电设备毛利率对比19 2021 LeadLeo 中国核电站分布图，2021年 中国核电装机容量省份排行，2020年 来源：国家地理测绘局、Wind、头豹研究院编辑整理 中国核电设备产业链下游现状 中国核电站均分布于沿海地区，原因为沿海地区电力需求大和沿海地区更利于核电站废水排放处理，但 随着内陆地区经济体崛起，核电站将呈现内迁趋势 中国核电站均分布于沿海地区，从电力需求角度看，沿海地区相比内陆地 区经济更为发达，电力需求量也更大。广东和浙江核电装机容量更大与当 地经济发展程度高相关。 从选址角度出发，核电站需要大量冷却水源，海水作为冷却水的成本远低 于使用内陆淡水作为冷却水。同时核电站废水排放也是需要重要考虑的因 素，沿海地区可直接使用海水进行稀释，而内陆地区的江河湖泊大多是居 民的饮用水源，并广泛用于农业灌溉等用途，内陆居民对排放物的安全性 更加敏感，并有一定抵触心理。但随着内陆经济体崛起，其电力需求量随 之增加，核电站将呈内迁趋势。 海阳核电厂 红沿河核电厂 石岛湾核电厂 田湾核电厂 秦山核电厂 秦山第二核电厂 秦山第三核电厂 方家山核电厂 三门核电厂 宁德核电厂 福清核电厂 漳州核电厂 太平岭核电厂 大亚湾核电站 岭澳核电站 台山核电站 阳江核电站 昌江核电站 防城港核电站 截止至2021年5月， 中国现有核电站均分 布于沿海地区，且主 要集中在东南沿海， 广东、浙江、福建三 个省份在运及在建核 电机组数量较多，皆 超过10台。 1,614 911 871 549 448 250 217 130 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 广东 浙江 福建 江苏 辽宁 山东 广西 海南 单位：万千瓦 头豹洞察20 2021 LeadLeo 来源：中国核能行业协会、头豹研究院编辑整理 中国2020年核电装机容量已达5,102.7万千瓦。 到2025年，预计中国核电在运装机达7,000万千 瓦，在建3,000万千瓦。考虑到核电行业存在回 款时间慢的问题，此处仅用建成机组容量计算市 场规模。 据专家称，核电站单位造价在1.1-1.8万元/千瓦 之间。中国核电建设正面临降成本挑战，核电单 位造价成本降低主要通过改进施工方法，而不涉 及核电设备价格的降低。在未来三年，核电设备 所占核电投资的比例将会上升。 核岛设备制造工艺短期内不变，且难以产生规模 效应，因此核岛设备价格将维持不变。常规岛与 辅助系统价格在2015年中国政府宣布核二级与核 三级市场化后已有短期调整，售价与毛利率明显 降低，在2018年-2020年期间价格基本维持稳定， 未来预计有3%左右的小跌幅。 核电设备市场份额可通过计算核电站建设投资额， 和核电设备在核电建设中所占成本比例得出。 中国核电设备市场规模，2016-2025年预测 描述 单位：人民币亿元 1,560.5 1,609.5 1,942.1 2,078.3 2,145.7 2,281.1 2,377.5 2,545.4 2,652.9 2,791.9 591.9 610.5 736.6 788.3 813.9 865.2 901.8 927.6 966.7 1,017.4 538.1 555.0 669.7 716.6 739.9 786.6 819.8 841.3 876.8 922.7 2016 2017 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 核岛 常规岛 辅助系统 CAGR：6.58% CAGR：3.77% 中国核电设备行业市场规模 中国核电设备市场规模将随着中国核电产业重启而扩大，中国核电设备市场规模预计在2025年达到4,732 亿元，未来五年的复合增长率为3.77% e146b95db7e2021 LeadLeo 21 2021年 中国核电设备行业 概览 1 核电设备概述 2 产业链分析 3 安全性分析、驱动因素、政策分析 4 发展趋势、竞争格局 5 企业推荐 两次七级核事故主要由人为因素导致，中国建立严格运行体系规范核电安全性 碳中和目标与用电需求的增长驱动核电产业发展22 2021 LeadLeo 切尔诺贝利事故解析图 描述 来源：头豹研究院编辑整理 核电设备安全性探析切尔诺贝利事故分析 切尔诺贝利事故原因主要为人为操作失误与核电站自身设计缺陷，第三代核电站设计中已完全避免切尔 诺贝利核电站的缺陷 蒸汽分离器 水 泵 燃料棒 石墨减速剂 控制棒 按计划降低功率 按计划继续 降低功率， 原计划实验 在白天进行， 但因区域用 电需求高， 功率需维持 在5 0 %，试 验时间改为 凌晨 3,200 MWt 1,600MWt 试验计 划功率 工作人员操作 失误，功率下 降程度过多， 仅有30MWt， 几乎停堆，出 现反应堆毒化 功率上升速度过慢， 为继续试验，操作 员关闭自动控制系 统，抽出大部分控 制棒，反应堆内控 制棒数量仅剩6根 功率速上升至 32,000MWt ， 操作员按下紧 急停堆键后发 生爆炸 切尔诺贝利核电站事故发生原因为人为 操作失误和核电站自身设计缺陷。在功 率急速下降至30MWt后，反应堆内部出 现大量氙气，氙气和水大量吸收中子， 使得短时间内反应堆功率难以上升，为 了尽快达到试验所需的功率，操作员关 闭自动控制系统，并几乎将所有控制棒 抽出。此时堆芯达到瞬发临界，功率急 速上升并突破额定功率，反应堆温度过 高导致蒸汽爆炸，爆炸后石墨与空气接 触产生氢气，发生二次爆炸。 核电站设计的缺陷有两点。RBMK控制棒 前段由石墨组成，当其完全离开堆芯， 再下降插入堆芯时会先使反应堆功率有 一个小幅的上升，之后才会正常的使功 率下降。所以紧急停堆按钮并未停堆而 是加速反应堆功率上升；同时切尔诺贝 利使用正空泡系数，随着堆芯内蒸汽所 占的空间上升（沸腾加剧）裂变反应也 随之变快（反应堆功率上升）。 RBMK反应堆 事故经过23 2021 LeadLeo 福岛核电站事故图解 描述 来源：中国科学技术大学、头豹研究院编辑整理 核电设备安全性探析福岛核电站事故分析 福岛核电站延误最佳抢修时间，导致压力容器内温度过高，燃料棒融化。燃料棒外层包裹的锆与水接触 后产生氢气引发爆炸 压力容器 堆芯燃料 汽轮机 发电机 泠凝器 冷却器 蒸汽 蒸汽 蒸汽 日本福岛海啸发生后，工作人员立即将控制棒插入堆芯材 料中使其停堆，但冷凝系统仍需要继续保持运转，因为停 堆后堆芯仍有余热，且堆芯燃料会产生衰变继续释放热量， 堆芯需要几天时间才可彻底冷却。但福岛核电站的外网被 摧毁，冷凝系统失去供电无法工作，核电运作系统处于不 平衡状态。当没有发动机驱动水泵使水反复冷凝循环，压 力容器中热量将持续上升，最终使得堆芯燃料融化。堆芯 燃料外层用锆包裹，燃料温度过高后锆流入水中并产生氧 化反应释放出氢气，氢气聚集后引发爆炸。爆炸发生后， 工作人员才开始向反应堆注入海水冷却堆芯。 日本福岛核电站事故中，地震与海啸仅为导火索，人为因 素为主要原因。东京电力对于外网断网后准备的应急措施 不够充足，在电池维持冷凝系统运作8小时后，未及时提 供发电机供电，且在反应堆内温度过高后，出于成本原因 考虑未及时向反应堆内注入海水降温，将普通事故拖延为 七级核事故。 中国对于核电站运营制定出严格的管理办法，对核电站人 员进行安全培训，对事故及时响应，避免因人为因素造成 重大核事故。 海水 冷却 氢气24 2021 LeadLeo 中国核电安全措施 华龙一号非能动安全壳热量导出系统 来源：核动力工程、装备运用与研究、头豹研究院编辑整理 中国核电设备安全性分析中国核电设备安全性措施 中国设立严格的核电安全要求并进行全程监管，以保证核电的安全性。同时进行技术创新，用于应对事 故发生后冷凝系统断电问题，避免核事故发生 水箱应急补水 导热水箱 PRS换热器 分离器 直流电动阀 直流电动阀 PCS换热器 中国自主设计非能动导热系统以应对核电站事故威胁。事故后安全壳内温 度不断上升，换热水箱温度随之升高，当水箱温度达到沸点时，产生的蒸 汽通过导热水箱排放到安全壳外大气。这意味着即使在外网断电的情况下， 仍可进行热量导出操作，避免日本福岛核电站同等事故的发生。 需完成核电厂功率 运行、停堆状态下、 内部和外部事件的 二级概率安全分析， 包括泛燃料贮存池 等设施； 需提供严重堆芯损 坏的概率评价和需 要厂外早期响应的 大量放射性释放的 风险评价 对核电站内部件进行安全分级， 各部件的设计、建造、维修需使 其质量和可靠与分级相适应； 各部件设计中需进行特定安全考 虑，保证在相应事故工况下具备 设计要求的可用性和可达性 每堆的年发生严重堆芯损坏时 间概率低于10 -6 ； 每堆的年发生大量放射性物质 释放事件的概率低于10 -7 安全壳系统需按 设计基准事故中 的泄漏率不超过 规定的最大值的 要求进行设计； 需通过弹塑性 分析保证安全壳 的应力和变形符 合弹塑性准则， 压力边界不会产 生破裂 仪表需能在正常运行、预计运行事件、 设计基准事故和严重事故下对核电站 变量与系统进行全程检测； 安全仪表控制系统需具有拟执行功能， 可自动生成安全操作无需操作员干预 中国关于核电安全 监管措施及要求 安全目标 安全分析 安全功能与 安全分级 安全壳设计 堆芯安全设计 确保有能力使处于运行状态和设计基准事故下 的反应堆安全停堆，保证及时在反应堆堆芯处 于最大反应性情况下仍能保持停堆状态； 优先选用成熟或经验证的燃料原件，新开发原 料需经测试； 保证反应堆堆芯与燃料组件有适当安全裕量 仪表控制系 统设计25 2021 LeadLeo 各类发电能源碳排放量比较 用电需求增加拉动核电建设 来源：兴业证券、北极星电力网、Wind、头豹研究院编辑整理 中国核电设备行业驱动因素碳中和与用电需求推动核电建设 碳中和目标的提出使核电重新回归大众视野，核电碳排放量远低于化石能源，且发电成本相比其余新能 源低，核电将呈现增长趋势 中国经济发展带动社会用电需求的增长，同时随着新能源汽车的推广与充 电桩的大范围建设，未来社会用电需求将大幅增长，可能出现供电紧张问 题。因此，新建发电站以应对庞大的用电需求是中国政府亟待解决的问题。 核电的发电成本相比光伏、风电、生物质等清洁能源更低，且核能发电的 利用率高达80%，在未来用电需求大幅增加的情况下核电将成为中国政府的 优先选择。 “十三五”期间，受福岛核事故影响，中国核电开工进度缓慢，仅开工10台机 组，较“十二五”大幅度下降。但中国政府在2020年9月和12月提出203