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    核电重启,安全性引人担忧?

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    核电重启,安全性引人担忧?

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    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年中国核电设备行业概览:探析核电发展现状与安全性

    头豹研究院

    ·

    能源环境

    发布时间

    2021-5-31 00:00

    全文字数:3607字,精读时间:7分钟

    本文援引于报告《2021年中国核电设备行业概览:探析核电发展现状与安全性》,首发于头豹科技创新网(www.leadleo.com)。

     

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    中国政府十年首提“积极发展”核电,碳中和需求下核电将高速发展

    中国政府在2020年9月和12月提出2030年碳达峰、2060年碳中和的目标,并在2021年3月提出在确保安全的前提下积极有序发展核电,这是中国政府在2011年后首次用“积极”一词形容核电的发展,意味着“十四五”期间将迎来核电的复苏。

     


     

     

    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

    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。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。

     

     

    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

     

    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。

     

    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。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。


     

    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

     

    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。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。


     

    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。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

     

    核电设备是核电产业链中最为关键的一环,其中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。核岛设备技术壁垒高,且市场参与者较少,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,竞争相对激烈,因此毛利率水平相对较低。


     

    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。


     

    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

     

    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。


     

    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

     

    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。东京电力对于断电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

     

    中国对核电设备制造过程进行严格监管,制造过程的每一步骤均进行严格审查,以确保核电设备的安全性。同时,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。

     

     

    中国核电装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将持续稳定增长

     

    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,而不涉及核电装备价格的降低。在未来三年,核电装备所占核电投资的比例将会上升。核岛装备制造工艺短期内不变,且难以产生规模效应,因此核岛装备价格将维持不变。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。

     

    深度见解:核电即将重启,“走出去”进程同步加快

     

    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。

     

    中国核电装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,这意味着中国核电装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。

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