核能行业进入了新的发展阶段

近年来，核能作为一种清洁、可再生的能源形式备受关注，并被许多国家视为应对气候变化和能源供应挑战的重要选择。它不仅能够满足日益增长的能源需求，还能减少化石燃料的使用和碳排放。在全球范围，包括我国在内的许多国家已经开始大力投资并推动核电项目的建设。

随着核电技术的不断进步，核能行业也进入了新的发展阶段。新的反应堆设计、核燃料循环与处理技术等创新技术的出现为核能行业带来了更高的安全性、效率和可持续性。这些创新技术的应用将进一步推动核能行业向前发展。

核电是一种清洁能源。核裂变和核聚变均会产生大量的能量，目前的核电站是利用铀核裂变所释放出的热能进行发电。在核裂变过程中，中子撞击铀原子核，发生受控的链式反应，产生热能，生成蒸汽，从而推动汽轮机运转，产生电力。相较于传统化石燃料发电站，核电站排放量低，不会产生温室气体和大气污染物，在世界范围内被广泛应用。

核反应堆是装配核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置，是核电站的核心。反应堆冷却剂将热量由核反应堆堆芯转移至发电机及外部环境。中子慢化剂会降低快中子的速度，生成可维持核链式反应的热中子。

目前各商用核电堆型的区别主要在于反应堆使用冷却剂和中子慢化剂的不同。按照冷却剂的不同可分为轻水堆、重水堆、气冷堆等，按照中子慢化剂的有无，可分为热中子堆、快中子堆。

目前世界上核电站主要采用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆、石墨水冷堆以及快中子增殖堆等，但比较广泛使用的是压水堆，压水堆以普通水作冷却剂和慢化剂，是目前世界上最普遍的商用堆型。

以压水堆为例，压水堆核电站主要由核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统组成。核反应堆中装有核燃料，核燃料裂变过程中放出热能，由流经反应堆的水带出反应堆，送往蒸汽发生器。一回路系统由核反应堆、主泵、稳压器、蒸汽发生器和连接管道、阀门及其他辅助设备组成。高压冷却水由主泵送入反应堆，吸收核燃料裂变放出的热能后，达到高温的水流入蒸汽发生器，通过蒸汽发生器将热能传递给在管外的二回路给水，使给水变成蒸汽。二回路系统是将蒸汽的热能转化成电能的装置，由汽轮机、发电机、冷凝器、二回路循环泵等设备组成。二回路给水吸收了一回路的热量后变成蒸汽，然后进入汽轮机做功，带动发电机发电；做功后的乏汽排入凝汽器内凝结成水，然后由凝结器内凝结成水，然后送入加热器，加热后重新返回蒸汽发生器，构成二回路的密闭循环。

我国社会用电量逐年增加。2012-2021年我国社会总用电量持续增长，期间CAGR为5.9%。2021年，用电量增速创近十年新高，同比增速达到10.6%。2021年11月，近200个国家在《联合国气候变化框架公约》第二十六次缔约方大会（COP26）上共同签署了《格拉斯哥气候公约》，就2030年将全球的温室气体排放减少45%达成共识，并承诺逐步减少煤炭使用，减少对化石燃料的补贴。核电有助于增强电网运行的稳定性，推动风电、光伏等新能源的部署。

2021年，火电、水电、风电、光伏、核电装机结构占比分别为54.6%、16.5%、13.82%、12.9%、2.2%，较2012年，火电发电占比显著降低16.9个百分点，其中光伏和风电占比显著增加12.6和8.5个百分点。除供电外，核能还可用于区域供暖、工业供热、海水淡化、制氢、合成燃料等，有助于推进电力以外难以减排行业的脱碳。

基荷是电力系统稳定运行的保障，任何一个国家的电力系统中都需要基荷电源，这对电源系统的稳定、电力调峰、调度都是必要的。由于电力需求是不稳定的，且目前还无法大量储存大量电力，相同容量间接性的电力来源无法替代发电厂。尽管我国光伏、风电装机量快速增长，但对发电量贡献较为有限。2022年，光伏、风电装机容量分别占我国电力装机容量中的15.3%、14.3%；但实际贡献发电量仅为5%、9%。由于风电、光伏发电均有较强的不稳定性，当地电网无法消纳，大量地区存在“弃风弃光”现象。

核电可作为基荷能源的重要补充，具备碳排放低、经济性高、稳定性强、利用率高的优势。联合国欧洲经济委员会（UNECE）日前报告，核电是全生命周期度电碳排放量（二氧化碳当量与发电量比值）最低的发电方式，核电度电碳排放不足火电碳排放的百分之一。

核电不受环境、季节等因素制约，发电具有稳定性。水力、风力、光伏发电受到环境制约，具有不稳定的特性。由于不稳定性，大量电力无法并入电网使用，需要配套大量储能系统方可提升其利用率。核电具有利用率高的优势。发电设备利用小时数是用来衡量发电设备利用率的重要指标。2021年我国核电设备利用小时数为7802小时，水电设备利用小时数为3622小时，风电设备利用小时数为2232小时，光伏设备利用小时数为1281小时。

核电具备发电成本低的优势。根据IEA2020年发布的《发电成本测算》，核电全生命周期低于其它所有发电方式。

复盘核电技术发展70余年历史，核电技术经历了四代演变。整体看，历代核电技术的更新迭代不外乎围绕安全性、经济性两个主题。全球核电技术目前处于“坐三望四”阶段，全球三代核电技术已经较为成熟，四代核电技术可能将成为大国竞争的下一重点，核电强国积极布局四代核能系统研发应用。

（1）第一代核电：20世纪50-60年代，基于军用核反应堆技术，美国、苏联、加拿大、英国等国家设计、开发、建造的首批原型堆或示范电站。当时开发了一批天然铀石墨反应堆核电站。核电机组附加安全设计少，存在安全隐患。

（2）第二代核电：20世纪70-90年代，各国对经验证的机型实施了标准化、系列化、批量化建设，至今全球仍在商运的核电厂绝大部分属于第二代或二代改进型技术，这一时期是商用核电厂大发展的时期。这一代的核电机组类型主要包括美国压水堆机型（PWR，System80）和沸水堆机型（BWR）、法国的压水堆机型（P4、M310)、俄罗斯的轻水堆核电机型（VVER），以及加拿大设计的重水堆核电机型（CANDU）等。

（3）第三代核电：三代核电派生于二代技术，其反应堆设计原理相同，但吸取了过去几十年的运行经验，进一步采用经开发验证且可行的新技术，旨在提高安全性，满足URD（美国核电用户要求）和EUR（欧洲核电用户要求）。三代核电的开发始于20世纪90年代，主要机型有美国西屋电气公司的AP1000、法国阿海珐公司EPR、美国通用电气公司的ABWR和ESBWR、日本三菱公司的APWR、韩国电力工程公司的APR1400及我国自主设计的“华龙一号”等。

（4）第四代核电技术：未来新一代先进核能系统，无论是在反应堆还是在燃料循环方面都有重大的革新和发展。第四代核能系统的发展目标是增强能源的可持续性，核电厂的经济竞争性、安全和可靠性，以及防扩散和外部侵犯能力。

相比三代核电，第四代核能系统是一种具有更好的安全性、经济竞争力、核废物量少，可有效防止核扩散的先进核能系统，现处于原型堆技术研发阶段。目前，国际上公认有六种第四代裂变核反应堆型分别为：气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆、熔盐堆、超临界水冷堆和超高温气冷堆。我国已有布局的堆型技术包括高温气冷堆、钠冷快堆、钍基熔盐堆三种堆型。

钠冷快堆：目前全世界所有钠冷快堆的累计运行年数已经超过了430堆年，技术成熟性已通过较长时间工程验证，是四代核电技术中有望率先实现规模化商用的堆型。

特点一：铀资源利用率高。可将天然铀资源利用率从目前的约1%提高至60%以上。钠冷快堆使用的是钚-239作为能源，同时在钚-239的外围再生区里放置铀-238。快中子会在钚-239发生裂变反应时产生，产生之后被外围的铀-238吸收，而随着铀-239的不断衰化就会有钚-239的不断产生，即增殖效应。特点二：具有本征安全性。金属钠在热物性上的优点在于熔点低，易于熔解使用；沸点高，不易沸腾产生钠气泡；密度低于水，节省泵功率等。此外，更重要的是，在反应堆运行情况下，钠的热导率要比水高百倍以上，从而保证堆芯和燃料不易过热。

高温气冷堆：高温气冷反应堆是由普通的石墨气冷堆发展而来的反应堆，该堆型用石墨作为慢化剂，用气体氦作为冷却剂，氦气的温度高达800度左右。

特点一：高温气冷堆利用了氦气冷却、石墨减速剂的固有安全特性，可建在远离冷却水的区域。压水式和沸水式反应炉最大的危险在于若是冷却水主环路失灵，裂变产生的放射性元素仍然会继续裂变产生过多的热量，最终会把整个炉心熔化掉，因此需要大量冷却水。在控制装置都失效的状态下，球床反应堆也很难导致堆芯熔化。此设计允许高燃烧深度（接近200GWd/t）并能较好的防止裂变产物逸出。

特点二：有望与多种工业技术耦合，用于供热、制氢。反应堆温度可达800度以上，打破传统的核能技术在200度以下的限制，可大幅提高热效率，从而提高能量利用率。其高温、高效的特性使其适合用于产生热能和电能，同时其灵活性也能满足各种不同的能源需求，例如工业生产中的高温加热、燃料制氢、燃料电池等领域，目前石岛湾核电站已用于区域内核能供热。

我国核电行业具有政策驱动性强、发展时间较短的特征。由于核电建设投资金额大、建设难度大、需持牌运营的特征，国家政策对核电审批、建设的影响十分显著。复盘我国核电历史，我国第一台核电站秦山核电站于1991年投产，迄今仅有30余年历史，发展时间较欧美国家50-70年的时间相对较短。

（1）适度发展阶段（1994-2005年）：“九五”计划期间共开工4项重点核电建设工程、8台机组，经过“九五”重点工程的建设，我国具备了自主设计30万千瓦和60万千瓦压水堆核电站的能力，以及具备“以我为主、中外合作”设计建设百万千瓦级压水堆商用核电站的能力，但是不具备独立设计、制造百万千瓦级先进压水堆的能力。

（2）积极发展核电阶段（2006-2011年）：2006-2011年间，共有30台核电机组陆续投入建设。在《核电中长期发展规划2005-2020年》中，明确核电运行装机容量将由目前700万千瓦争取提高到2020年的4000万千瓦，在未来10年中，我国每年要开工建设3台以上核电机组。2006-2011年间，共有30台核电机组投入建设。

（3）核电发展停滞阶段（2011-2018年）：2011年5月11日，日本福岛核电站发生重大核安全事故。2012年10月，国家发布《核电中长期发展规划（2011-2020）》[10]明确规定至2015年，在运机组达4000万千瓦、在建机组容量2000万千瓦，2020年在运机组5800万千瓦、在建3000万千瓦的建设目标。但期间由于核安全担忧，国务院提出要对核设备、所有在建项目进行安全审查，仅田湾二期项目在2012年12月获批。

（4）核电审批重启（2019年-至今）：国家重新开启新增核电机组的审批。2019-2021年，我国新增核准核电机组数量分别为4、4、5台，2022年，国务院共核准10台核电机组项目，核准数量创10年来新高。

我国核电近年新建机组均为三代机组。截止2023年3月，我国运行核电机组55台，装机量5676万千瓦，除M310、EPR等直接海外引进的机组之外，目前在运多数机组均为中国吸收国外技术并加以研发改进，包括CNP650、CPR1000等。7月31日，国家又核准了6台机组共计750万千瓦，包括福建宁德核电项目5、6号机组，华能山东石岛湾核电厂扩建项目1、2号机组，徐大堡核电项目1、2号机组。本次宁德核电站5、6号机组、山东石岛湾1、2号机组均采用我国具有自主知识产权的三代核电技术华龙一号，所有核电站均规划在沿海地区。