公用事業(yè)：大國(guó)碳中和之四代核電-解決核能利用痛點(diǎn)向“終極能源”過(guò)渡

請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容證券研究報(bào)告|2025年01月09日大國(guó)碳中和之四代核電大國(guó)碳中和之四代核電優(yōu)于大市解決核能利用痛點(diǎn)，向“終極能源”過(guò)渡在建機(jī)組規(guī)模保持世界第一。目前我國(guó)核電發(fā)展以三代核電為主，受限于三代核電技術(shù)特性，在發(fā)展空間、應(yīng)用場(chǎng)景等方面面臨挑戰(zhàn)。而四代核電是核依靠系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)和材料特性，不依賴(lài)外部保護(hù)裝置，在正常工作和潛在異可充分利用天然鈾中占比99.3%的鈾-238作為反應(yīng)原料，可以讓天然鈾的利用率從目前不到1%，提高到60%以上，大幅延長(zhǎng)鈾資源使用年限，緩解天然鈾一次供給不足的問(wèn)題。四代堆中的釷基熔鹽堆則可以改用釷作為燃料，我期的乏燃料，目前對(duì)乏燃料的主流處理方式仍是掩埋和儲(chǔ)存，無(wú)法完全解決乏燃料問(wèn)題且成本高昂?？於丫哂墟幼兡芰?，是處理乏燃料的重要手段?？於鸭瓤梢岳脡核阎惺Ｓ嗟亩押筲櫟仍剡M(jìn)行發(fā)電，還可以通過(guò)嬗變消耗如何增加核電廠址？——四代堆結(jié)合小堆或可成為內(nèi)陸核電放開(kāi)的重要契機(jī)。四代核電的固有安全性使核電擴(kuò)散性風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，冷卻水需求也可減少，也不存在極端情況需要引入大量外部冷卻水淹沒(méi)反應(yīng)堆的準(zhǔn)備。部分四代堆具有小型化自然循環(huán)設(shè)計(jì)，適用聚焦偏遠(yuǎn)地區(qū)供電，降低了廠址條件的率較低的一個(gè)重要因素是蒸汽參數(shù)較低導(dǎo)致能量損失大。從能量效率的角度來(lái)看，直接使用熱能是更理想的能量利用方式，發(fā)電只是核能利用的其中一種形式。四代堆依靠較高的運(yùn)行參數(shù)可以進(jìn)行供汽、制氫、制氨等綜合利用，拓展核能綜合利用方式。投資建議：核電發(fā)展加快，在電力系統(tǒng)中的作用凸顯，成長(zhǎng)空間和確定性較高。我國(guó)核電運(yùn)營(yíng)牌照具有稀缺性，建議關(guān)注目前唯二核電運(yùn)營(yíng)上市公司中國(guó)核電和中國(guó)廣核，及籌劃資產(chǎn)重組，注入國(guó)家電投集團(tuán)旗下核電資產(chǎn)的電投產(chǎn)融。建議關(guān)注四代核電相關(guān)裝備制造商。重點(diǎn)公司盈利預(yù)測(cè)及投資評(píng)級(jí)公司公司投資收盤(pán)價(jià)總市值 EPSPE代碼名稱(chēng)評(píng)級(jí)（元億元）2023A2024E2023A2024E601985.SH中國(guó)核電優(yōu)于大市9.9818850.560.5913.316.9003816.SZ中國(guó)廣核優(yōu)于大市3.7618990.210.2314.616.3000958.SZ電投產(chǎn)融優(yōu)于大市5.943200.240.2516.723.8資料來(lái)源：Wind、國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所預(yù)測(cè)資料來(lái)源：Wind、國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所整理《公用環(huán)保2025年1月投資策略-2024年全國(guó)碳市場(chǎng)配額交易及清繳工作順利結(jié)束，《加快工業(yè)領(lǐng)域清潔低碳?xì)鋺?yīng)用實(shí)施方案》發(fā)布》——2025-01-06《公用環(huán)保202412第5期-廣東省2025電力市場(chǎng)年度交易結(jié)果出爐，華電國(guó)際擬71.67億元收購(gòu)多項(xiàng)火電資產(chǎn)》——2024-12-30《公用事業(yè)與環(huán)保行業(yè)2025年投資策略-關(guān)注成本下行的火電、燃?xì)饧胺烙壿嫷乃?、核電；同時(shí)關(guān)注資產(chǎn)整合標(biāo)的》——2024-12-27《公用環(huán)保202412第4期-1-11月全社會(huì)用電量同比+7.1%，11月工業(yè)及混合油（UCO）出口量創(chuàng)歷史新高》——2024-12-22《公用環(huán)保202412第3期-多省開(kāi)展2025年電力市場(chǎng)交易工作，長(zhǎng)江電力發(fā)布2024年中期分紅規(guī)劃》——2024-12-16請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容2證券研究報(bào)告 我國(guó)核準(zhǔn)機(jī)組數(shù)量創(chuàng)歷史新高，核電成長(zhǎng)確定性高 5核能發(fā)展仍面臨多重挑戰(zhàn) 7 如何提高反應(yīng)堆的安全性？——四代堆固有安全性 如何解決燃料問(wèn)題？——快堆、釷基熔鹽堆 如何解決乏燃料問(wèn)題？——快堆嬗變 如何增加核電廠址？——四代堆結(jié)合小堆或可成為內(nèi)陸核電放開(kāi)的重要契機(jī) 20如何增加核電的利用場(chǎng)景？——四代堆提高運(yùn)行參數(shù) 22 快堆：鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆 27熱堆：（超）高溫氣冷堆、超臨界水堆、熔鹽堆 33投資建議 請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容3證券研究報(bào)告圖1：我國(guó)歷年核電裝機(jī)容量變化情況（MW） 5圖2：我國(guó)運(yùn)行核電機(jī)組數(shù)量變化情況（臺(tái)） 5圖3：各國(guó)核電裝機(jī)容量及核電發(fā)電量在全國(guó)發(fā)電量中的占比 圖4：全國(guó)在運(yùn)和在建核電站情況 圖5：“華龍一號(hào)”能動(dòng)與非能動(dòng)安全系統(tǒng)原理圖 圖6：全球天然鈾產(chǎn)量和核電需求（單位：tU） 圖7：STEPS情境下各種電源發(fā)電量（單位：TWh） 8圖8：天然鈾長(zhǎng)協(xié)（紅）和現(xiàn)貨（藍(lán)）價(jià)格（單位：$/lbU3O8） 9圖9：全球勘探支出及美國(guó)核電業(yè)主進(jìn)口天然鈾價(jià)格 9圖10：核燃料循環(huán)及乏燃料處理的兩種方式 9 圖13：核電站選址流程圖 圖16：華能石島灣高溫氣冷堆核電站 圖17：多普勒效應(yīng)原理和示意圖 圖18：高溫氣冷堆耐高溫全陶瓷包覆顆粒燃料球示意圖 圖19：快堆燃料轉(zhuǎn)換示意圖 圖20：裂變產(chǎn)生的中子數(shù)與入射中子能量的變化曲線 圖21：釷鈾燃料循環(huán)原理示意圖 圖22：乏燃料處理路線 20圖23：美國(guó)核電場(chǎng)址分布情況 22圖24：2025-2060年終端能源需求電能與氫能占比 23圖25：2019-2024年中國(guó)氫氣產(chǎn)量產(chǎn)量（萬(wàn)噸） 24圖26：不同制氫方式及占比 24圖27：熱化學(xué)硫碘循環(huán)水分解原理 24圖28：核能制氫不同工藝的成本范圍 25圖29：合成氨在中國(guó)不同產(chǎn)業(yè)中的用量及預(yù)測(cè) 26圖30：2019-2024年中國(guó)氫氣產(chǎn)量產(chǎn)量（萬(wàn)噸） 26圖31：中國(guó)合成氨行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模，2019-2027E 26圖32：綠氫制綠氨工藝流程圖 27圖33：鈉冷快堆系統(tǒng)示意圖 28圖34：池式（左）和回路式（右）鈉冷快堆結(jié)構(gòu)示意圖 30圖35：鉛冷快堆系統(tǒng)示意圖 30圖36：Brest-OD-300（上）、ELFR（左下）和SSTAR（右下）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31圖37：鉛基反應(yīng)堆在核能中利用的建議路線圖 32請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容4證券研究報(bào)告圖38：氣冷快堆示意圖 33圖39：二氧化碳?xì)饫淇於褏⒖荚O(shè)計(jì)示意圖 33圖40：石島灣高溫氣冷堆示范工程全貌 34圖41：高溫氣冷堆模塊示意圖 35圖42：高溫氣冷堆TRISO球形燃料元件 35圖43：高溫氣冷堆加料示意圖 35圖44：高溫氣冷堆燃料元件循環(huán)利用 35圖45：超高溫氣冷堆系統(tǒng)示意圖 36圖46：水的相圖 36圖47：超臨界水堆系統(tǒng)示意圖 37圖48：中國(guó)CSR1000壓力容器式超臨界水堆堆芯示意圖 37圖49：加拿大壓力管式超臨界水堆堆芯示意圖 37圖50：我國(guó)CSR1000燃料組件示意圖 38圖51：熔鹽堆系統(tǒng)示意圖 39圖52：全閉式釷鈾燃料循環(huán) 39圖53：熔鹽堆不同概念及主要參與者 40圖54：MSFR(左)和MOSART(右)示意圖 40表1：全國(guó)在運(yùn)和在建核電站情況 表2：GIF第四代核電技術(shù)六種主流設(shè)計(jì)特征 15表3：各種能源形式對(duì)比 23表4：冷卻劑物性表 28表5：國(guó)外快堆發(fā)展情況 29表6：燃料物性表 32請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容5證券研究報(bào)告核能發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存我國(guó)核準(zhǔn)機(jī)組數(shù)量創(chuàng)歷史新高，核電成長(zhǎng)確定性高核電是建設(shè)新能源體系的重要組成部分，我國(guó)大力支持核電發(fā)展。核能是低碳能源，全生命周期碳排放僅約12克/千瓦時(shí)，同時(shí)具有裝機(jī)容量大，運(yùn)行穩(wěn)定可靠、換料周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，具備較強(qiáng)的頻率和電壓調(diào)節(jié)能力，能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供充足的電力保障。在高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的“雙高”電力系統(tǒng)中，核電具有保障電力供應(yīng)、支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、促進(jìn)新能源消納和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)等方面具有重要作用1。核電產(chǎn)業(yè)是我國(guó)支持發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，在確保安全的前提下，積極有序推動(dòng)沿海核電項(xiàng)目建設(shè)，保持平穩(wěn)建設(shè)節(jié)奏，合理布局新增沿海核電項(xiàng)目。開(kāi)展核能綜合利用示范，積極推動(dòng)高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動(dòng)堆等先進(jìn)堆型示范工程，推動(dòng)核能在清潔供暖、工業(yè)供熱、海水淡化等領(lǐng)域的綜合利用。切實(shí)做好核電廠址資源保護(hù)。我國(guó)核電行業(yè)發(fā)展全球領(lǐng)先，但核電發(fā)電量占比較低。截至2025年1月6日，我國(guó)商運(yùn)核電機(jī)組數(shù)量達(dá)到58臺(tái)，總裝機(jī)6096.7萬(wàn)千瓦（含國(guó)和一號(hào)示范工程1號(hào)機(jī)組和漳州核電1號(hào)機(jī)組位列全球第三；在運(yùn)和在建核電總量約1.13億千瓦，規(guī)模升至世界第一，其中在建機(jī)組規(guī)模保持世界第一；在建及已核準(zhǔn)未開(kāi)工機(jī)組合計(jì)46臺(tái)，累計(jì)裝機(jī)容量5547萬(wàn)千瓦。但我國(guó)核電發(fā)電量在全國(guó)發(fā)電量中的占比較低，2023年僅占4.86%，低于世界平均水平（近10%2）。資料來(lái)源：中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)《全國(guó)核電運(yùn)行情況》，國(guó)信證券資料來(lái)源：中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)《全國(guó)核電運(yùn)行情況》，國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容6證券研究報(bào)告61267224642242222232242444請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容7證券研究報(bào)告624221246第二核電廠和秦山第三核電廠；2：包括嶺資料來(lái)源：國(guó)家核安全局，國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所整理核能發(fā)展仍面臨多重挑戰(zhàn)安全性是核能發(fā)展首要考慮因素。2011年福島核事故后，全球核能發(fā)展放緩乃至停滯，部分國(guó)家啟動(dòng)退核，關(guān)停國(guó)內(nèi)全部核電站。由于核事故的巨大危害性，安全性是核能行業(yè)發(fā)展的第一原則，安全和質(zhì)量是核電發(fā)展的“生命線”。目前先進(jìn)三代核電設(shè)計(jì)需要采用能動(dòng)和非能動(dòng)安全系統(tǒng)來(lái)保證核電運(yùn)行的安全性，華龍一號(hào)設(shè)計(jì)就包括了輔助給水系統(tǒng)和非能動(dòng)二次側(cè)余熱導(dǎo)出系統(tǒng)、安噴系統(tǒng)和非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)、能動(dòng)和非能動(dòng)的堆腔注水系統(tǒng)、能動(dòng)和非能動(dòng)的安注系統(tǒng)等4套安全系統(tǒng)3。華龍一號(hào)的安全設(shè)計(jì)保證72小時(shí)內(nèi)不需要外部干預(yù)，依靠請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容8證券研究報(bào)告重力、溫度、密度差等非能動(dòng)手段可以導(dǎo)出堆芯熱量，保證機(jī)組安全，發(fā)生事故的概率降低到百萬(wàn)年分之一。全球天然鈾產(chǎn)能有限，存在供給缺口。根據(jù)WNA的數(shù)據(jù)，2022年全球U3O8供應(yīng)量58201噸，相當(dāng)于49355tU，占公用事業(yè)全年需求量的74%，剩余部分則由二次供給補(bǔ)充。根據(jù)WNA統(tǒng)計(jì)，截至2021年，全球生產(chǎn)成本在130$/kgU（約50$/lbU3O8）以下的合理確定資源和推斷資源合計(jì)607.85萬(wàn)tU；而每GW核電裝機(jī)每年約消耗150-200tU，首次燃料裝載則需要300-450tU。以全球核電裝機(jī)400GW測(cè)算，以上鈾資源約可使用100年。而隨著全球核能復(fù)蘇，新建核電逐漸投產(chǎn)，全球鈾礦需求將持續(xù)提高，供給缺口可能擴(kuò)大，鈾資源可用年限進(jìn)一步縮短，導(dǎo)致全球天然鈾市場(chǎng)價(jià)格明顯提高；另一方面，受福島核事故影響，2011年后全球核電發(fā)展放緩、停滯甚至倒退，鈾資源企業(yè)減少了鈾礦勘探、開(kāi)采開(kāi)支，新礦山儲(chǔ)備較少，而新礦山從前期勘探、審批到建成投產(chǎn)周期一般在10年以上，近年新增鈾礦產(chǎn)能主要是原有礦山的復(fù)產(chǎn)和增產(chǎn)。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容9證券研究報(bào)告資料來(lái)源：WNA,Cameco,UxC,TradeTech，國(guó)乏燃料處理尚未成熟。目前全球投入商業(yè)運(yùn)行的二三代核電均為熱堆，熱堆運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含有強(qiáng)放射性、長(zhǎng)半衰期的乏燃料，通常含有1.0%的鈾-235，0.6%的可裂變钚（钚總量約1%3%的裂變產(chǎn)物和次要的錒系元素，以及95%的鈾-238。乏燃料取出后卸載到緊鄰反應(yīng)堆的儲(chǔ)存池中或進(jìn)行干法貯存，以屏蔽輻射并釋放余熱，這一過(guò)程可能持續(xù)數(shù)月乃至數(shù)年，然后可以轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存，但最終需要回收處理再利用（閉式燃料循環(huán)或直接進(jìn)行永久儲(chǔ)存（一次通過(guò)式燃料循環(huán)）。目前對(duì)于乏燃料的主流處理方式仍是掩埋和儲(chǔ)存，無(wú)法完全解決乏燃料問(wèn)題且需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，成本高昂，而乏燃料的后處理和回收再利用目前仍未完全成熟。按百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組一年約產(chǎn)生20-25噸乏燃料測(cè)算，目前我國(guó)核電每年產(chǎn)生1200-1500噸乏燃料。據(jù)估計(jì)，到2030年我國(guó)累計(jì)乏燃料將達(dá)到約23500噸，離堆運(yùn)輸?shù)男枨髮⑦_(dá)到15000噸4。目前我國(guó)乏燃料處理能力僅有2010年在甘肅蘭州建成的四〇四中試工程，以及以中試廠為基礎(chǔ)建設(shè)的200噸/年乏燃料后處理示范工程。中核集團(tuán)和法國(guó)阿?，m集團(tuán)合作的中法合作核循環(huán)項(xiàng)目選址曾計(jì)劃選址連云港，模仿法國(guó)阿格核循環(huán)廠模式建設(shè)核循環(huán)廠，設(shè)計(jì)年處理乏燃料能力800噸，一期貯存能力3000噸，但由于當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)核能安全和環(huán)境影響的擔(dān)憂(yōu)，連云港市政府決定暫停了核循環(huán)項(xiàng)目的前期選址工作。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容10證券研究報(bào)告資料來(lái)源：環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心《核燃料循環(huán)》，國(guó)信證核電廠址要求嚴(yán)格，條件優(yōu)秀的廠址有限，內(nèi)陸核電尚未放開(kāi)。出于對(duì)核電運(yùn)行安全性的考慮，核電站選址條件苛刻，需要確保核電站不受到自然災(zāi)害或外部人為因素等的影響，即使發(fā)生事故時(shí)，也能夠有效降低對(duì)周?chē)h(huán)境以及居民生產(chǎn)生活的影響。國(guó)家能源局要求核電廠址滿(mǎn)足以下6個(gè)條件：l核電廠址盡量選擇人口密度相對(duì)較低，離大城市較遠(yuǎn)的地點(diǎn)。半徑5千米范圍不宜有1萬(wàn)人以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)；10千米范圍內(nèi)不宜有10萬(wàn)人以上城鎮(zhèn)，40千米范圍內(nèi)不宜有100萬(wàn)人以上的大城市。l核電廠水源應(yīng)該滿(mǎn)足裝機(jī)容量取水要求（內(nèi)陸核電廠采用淡水循環(huán)冷卻，取水量不超過(guò)每百萬(wàn)千瓦1.2立方米/秒；沿海核電廠，取水量不超過(guò)每百萬(wàn)千瓦0.05立方米/秒）。l核電廠址附近范圍內(nèi)不應(yīng)存在能動(dòng)斷層，廠址不受火山活動(dòng)及其他嚴(yán)重地震、地質(zhì)災(zāi)害的威脅，地基地質(zhì)條件好。l核電廠的交通運(yùn)輸應(yīng)便捷，設(shè)置進(jìn)廠道路、應(yīng)急和施工道路。廠址應(yīng)具備可行的建造大件運(yùn)輸通道或大件碼頭條件。l核電廠廠址盡量選擇距離電力負(fù)荷中心較近區(qū)域，且電網(wǎng)可靠性高、廠外電源應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。l核電廠址可提供廠區(qū)0.146平方米/千瓦的用地和廠外施工臨時(shí)用地，廠址場(chǎng)地標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位5。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容11證券研究報(bào)告簡(jiǎn)而言之，核電選址需要考慮的要素包括：充足水源、穩(wěn)定地質(zhì)結(jié)構(gòu)和氣象等條件、適宜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和無(wú)潛在危險(xiǎn)源。目前我國(guó)在建及在運(yùn)核電站均為沿海核電，可供選擇的廠址有限；內(nèi)陸核電目前尚未放開(kāi)，主要原因是核電冷卻取水和安全等問(wèn)題。而全球在運(yùn)核電中，內(nèi)陸核電占總裝機(jī)的2/3以上，并且在技術(shù)和實(shí)踐上都已驗(yàn)證成熟，只要在選址階段對(duì)關(guān)鍵難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行深入分析研究，并采取適當(dāng)?shù)墓芾泶胧┖图夹g(shù)措施，內(nèi)陸廠址能夠滿(mǎn)足有關(guān)法規(guī)和建廠條件的要求。根據(jù)中核集團(tuán)相關(guān)報(bào)道，我國(guó)初步勘查選擇的核電站廠址容量可支撐未來(lái)4億千瓦裝機(jī)，核電站廠址資源主要分布在我國(guó)東部沿海和中部?jī)?nèi)陸地區(qū)，主要包括遼寧、吉林、河北、浙江、安徽、河南、福建、江蘇、浙江、山東、湖北、湖南、江西、四川、重慶、廣東、廣西、甘肅、黑龍江、云南等省份6。按照核電發(fā)展規(guī)劃測(cè)算，考慮內(nèi)陸核電的情況下，當(dāng)前儲(chǔ)備選址足以保證2060年前的核電發(fā)展。中核集團(tuán)《有核電站的地方通常地震概率較低是真的嗎？核電站選址需請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容12證券研究報(bào)告核能利用場(chǎng)景有限，能量轉(zhuǎn)換效率較低。同樣出于安全性考慮，核電站一回路壓力較低，對(duì)應(yīng)飽和溫度也較低，同時(shí)設(shè)置一定的安全邊界，再加上傳熱效率問(wèn)題，二回路主蒸汽溫度更低，因此能量轉(zhuǎn)換效率也較低，通常顯著低于超超臨界火電機(jī)組。同時(shí)，低參數(shù)蒸汽也較難應(yīng)用于供熱供汽、制氫等用途，因此目前核電主要用途仍是發(fā)電。目前，海陽(yáng)、紅沿河等核電站有供暖應(yīng)用，田灣核電建成“和氣一號(hào)”后成為我國(guó)首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項(xiàng)目。除以上核能綜合利用方式外，部分堆型還可用于生產(chǎn)同位素，但目前我國(guó)在運(yùn)核電中僅秦山三核的兩座CANDU6重水堆具備此能力。聚焦核能利用痛點(diǎn)，迭代核能新技術(shù)目前的核電受限于前述短板，尚不具備成為“終極能源”的條件，而可控核聚變距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地仍有較大差距，因此四代核電尤其是快堆成為核能發(fā)展下一階段的目標(biāo)和可控核聚變最終實(shí)現(xiàn)之前的替代方案。我國(guó)于1983年提出“熱堆-快堆-聚變堆”的核能利用三步走戰(zhàn)略計(jì)劃，解決核能可持續(xù)發(fā)展和核燃料長(zhǎng)期安全有效供應(yīng)的問(wèn)題。目前我國(guó)熱堆發(fā)展已逐步成熟，自主三代壓水堆核電“華龍一號(hào)”已建成投產(chǎn)并保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，“國(guó)和一號(hào)”首堆工程已首次并網(wǎng)發(fā)電，多用途模塊化小堆“玲龍一號(hào)”預(yù)計(jì)2026年建成投產(chǎn)，自主研發(fā)的世界首座具有第四代核電特征的高溫氣冷堆核電站投運(yùn)?？於殉蔀楫?dāng)前核能發(fā)展聚焦點(diǎn)。我國(guó)快堆采用“實(shí)驗(yàn)堆-示范堆-商用堆”三步走發(fā)展戰(zhàn)略。我國(guó)于2010年建成第一座鈉冷快堆中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR），2014年底實(shí)現(xiàn)了100%功率運(yùn)行72小時(shí)的工程設(shè)計(jì)目標(biāo)。CEFR熱功率65MW，實(shí)驗(yàn)發(fā)電功率20MW，首爐燃料使用UO2，采用堆本體池式結(jié)構(gòu)和一回路鈉、二回路鈉和三回路水進(jìn)行傳熱，并首次設(shè)立非能動(dòng)余熱事故排出系統(tǒng)。2017年，霞浦600MW示范快堆工程開(kāi)工，采用中核集團(tuán)自主研發(fā)的CFR600型池式鈉冷快中子反應(yīng)堆，是我國(guó)首個(gè)快堆核電示范工程。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容13證券研究報(bào)告2024年8月27日，在國(guó)務(wù)院國(guó)資委指導(dǎo)下，中核集團(tuán)在中國(guó)原子能科學(xué)研究院舉辦一體化閉式循環(huán)快堆核能系統(tǒng)創(chuàng)新聯(lián)合體成立大會(huì)。會(huì)上提出，中核集團(tuán)將積極推動(dòng)將一體化快堆納入國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)，計(jì)劃于2035年左右，建成一體化快堆首個(gè)示范工程，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化示范。一體化快堆指在同一廠址建設(shè)鈉冷快堆、干法處理廠、燃料制造廠和廢物處理設(shè)施，同時(shí)具備發(fā)電、增殖、嬗變?nèi)齻€(gè)功能，實(shí)現(xiàn)高效閉式燃料循環(huán)利用。在國(guó)際上，核能利用戰(zhàn)略與我國(guó)三步走戰(zhàn)略略有差異，將裂變核電技術(shù)根據(jù)發(fā)展階段、反應(yīng)堆特點(diǎn)、技術(shù)目標(biāo)、本征安全性等劃分為1-4代核電，其中快堆屬于四代核電，但四代同時(shí)包含部分熱堆設(shè)計(jì)。1-4代核電發(fā)展歷程和主要特征如下：一代核電：始于20世紀(jì)50年代，基于軍用核能技術(shù)開(kāi)發(fā)建造，蘇、英、美分別于1954年、1956年和1957年建成實(shí)驗(yàn)性和原型核電站，主要驗(yàn)證了核能發(fā)電的技術(shù)可行性。目前一代核電已退出使用。二代核電：在一代核電的基礎(chǔ)上，對(duì)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的機(jī)型實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、批量化建設(shè)，陸續(xù)建成電功率30萬(wàn)千瓦以上的壓水堆、重水堆和沸水堆等核電機(jī)組。20世紀(jì)70年代石油漲價(jià)引發(fā)的能源危機(jī)推動(dòng)了二代核電的發(fā)展，使其驗(yàn)證了經(jīng)濟(jì)性可以與火電、水電競(jìng)爭(zhēng)，目前全球商業(yè)運(yùn)營(yíng)的400多座核電站大部分在此階段建成，屬于二代或二代改進(jìn)型（二代+）核電技術(shù)。這一代的核電機(jī)組類(lèi)型主要由美國(guó)設(shè)計(jì)的壓水堆核電機(jī)型（PWR，System80）和沸水堆核電機(jī)型（BWR）、法國(guó)設(shè)計(jì)的壓水堆核電機(jī)型（P4、M310)、俄羅斯設(shè)計(jì)的輕水堆核電機(jī)型（VVER），以及加拿大設(shè)計(jì)的重水堆核電機(jī)型（CANDU）等。三代核電：由于世界核電先后發(fā)生美國(guó)三哩島、蘇聯(lián)切爾諾貝利和日本福島三起嚴(yán)重核事故，全球?qū)穗姲踩闹匾曔M(jìn)一步提升，基于二代核能系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在美國(guó)核電用戶(hù)要求（URD）或歐洲核電用戶(hù)要求（EUR）開(kāi)發(fā)了三代核電技術(shù)，主要特征包括：功率更大（1000-1500MW），壽命更長(zhǎng)（由40年延長(zhǎng)至60年建設(shè)周期更短（48-52個(gè)月經(jīng)濟(jì)性更好（批量化建設(shè)后大幅降低造價(jià)安全性更高；世界核能協(xié)會(huì)要求，第三代核電在事故發(fā)生時(shí)即使不依賴(lài)人為操作請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容14證券研究報(bào)告或外界系統(tǒng)的干預(yù)，而依靠重力、自然循環(huán)等自然規(guī)律也能實(shí)現(xiàn)一定的保護(hù)作用，避免出現(xiàn)堆芯熔毀事故。三代核電設(shè)計(jì)主要包括美國(guó)AP1000和ABWR、歐洲EPR、俄羅斯VVER-1200、韓國(guó)APR-1400以及我國(guó)的華龍一號(hào)、國(guó)和一號(hào)和自主改進(jìn)的CAP1400等。其中AP1000、EPR、華龍一號(hào)和國(guó)和一號(hào)首堆均在我國(guó)投產(chǎn)，我國(guó)也引入了VVER-1200并建成投產(chǎn)。四代核電：2000年1月，在美國(guó)能源部的倡議下，美國(guó)、英國(guó)、瑞士、南非、日本、法國(guó)、加拿大、巴西、韓國(guó)和阿根廷等十個(gè)有意發(fā)展核能利用的國(guó)家，聯(lián)合組成“第四代國(guó)際核能論壇”(GIF)，并于2001年7月簽署了合約，約定共同合作研究開(kāi)發(fā)第四代核能系統(tǒng)，并在技術(shù)路線圖中提出了6種四代核電的設(shè)計(jì)概念。四代核電的設(shè)計(jì)理念主要包括大幅減少核廢料、更充分利用鈾資源、降低核電站建造和運(yùn)營(yíng)成本，以及更好控制核擴(kuò)散，即保證核技術(shù)的和平利用等。目前全球首座具有第四代核電特征的核電站是我國(guó)華能石島灣高溫氣冷堆示范工程，于2023年12月6日正式投入商業(yè)運(yùn)行。四代核電是核能發(fā)展的重要方向。第四代核能系統(tǒng)的目標(biāo)是更好的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)性、安全性和可靠性，要求燃料利用率高、廢物產(chǎn)生量小，是全球核能發(fā)展的重要方向7。GIF于2002年發(fā)布技術(shù)路線圖，提出國(guó)際接受的6種堆型，包括氣冷快堆（超）高溫氣冷堆（V/HTR）和熔鹽堆（MSR）三種熱中子堆。特別地，鈉冷快堆因在工程技術(shù)上最成熟而被稱(chēng)為第四代核能系統(tǒng)的首選堆型，而熱堆中的部分堆型也有快堆設(shè)計(jì)。本文主要針對(duì)目前關(guān)注度較高的鈉冷快堆、高溫氣冷堆和釷基熔鹽堆三種堆型，鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水堆和其他形式的熔鹽堆僅做簡(jiǎn)要介紹。關(guān)于各種四代核電的技術(shù)特征請(qǐng)見(jiàn)本文附錄。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容15證券研究報(bào)告類(lèi)型冷卻劑溫度(℃)壓力燃料應(yīng)用場(chǎng)景鈉冷快堆快堆鈉500-550低U-238/MOX發(fā)電、增殖、嬗變鉛冷快堆快堆鉛/鉛鉍合金480-570低U-238+發(fā)電、核潛艇動(dòng)力氣冷快堆快堆氦850高U-238+發(fā)電、制氫熔鹽堆快堆熱堆氟化物鹽氟化物鹽700-800750-1000低UFUO發(fā)電、制氫制氫（超）高溫氣冷堆熱堆氦900-1000高UO制氫、供熱、發(fā)電超臨界水堆熱堆/快堆水510-625超高UO發(fā)電**：2003年第四代核能系統(tǒng)路線圖中將超高溫氣冷堆列為種候選技術(shù)之如何提高反應(yīng)堆的安全性？——四代堆固有安全性三代核電雖然采取了多種措施提高安全性，但仍然需要外部安全系統(tǒng)和措施來(lái)保障安全性。四代核電與三代核電相比，一個(gè)重要的特征就是四代堆具有一定的本征安全性（固有安全性），即依靠系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)和材料特性，不依賴(lài)外部保護(hù)裝置，在正常工作和潛在異常情況下均能保持安全的特性。四代核電即使遇到地震、海嘯等重大自然災(zāi)害，四代核電站也不會(huì)發(fā)生堆芯的嚴(yán)重?fù)p壞，并確保不會(huì)產(chǎn)生放射性廠外釋放，也無(wú)需廠外應(yīng)急。換言之，四代核電是“從物理定律出發(fā)就可以理解的、在任何情況下堆芯都不會(huì)熔化的反應(yīng)堆，不是概率安全的，而是確定安全，是固有安全的反應(yīng)堆”8。通俗但有失精確地概括，四代核電的固有安全性主要針對(duì)堆芯熔毀的預(yù)防，主要是通過(guò)各種“負(fù)反饋”設(shè)計(jì)，即事故發(fā)生，機(jī)組失控，功率飛升->堆芯溫度上升->燃料、冷卻劑的物性或核性質(zhì)隨溫度上升而變化->抑制核反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行->機(jī)組功率得到控制。而相比于三代壓水堆，四代堆的六種堆型容許溫度更高，尤其是熔鹽堆和超高溫氣冷堆，負(fù)反饋能力更強(qiáng)。此外，四代堆通常還具有反應(yīng)堆余熱的緩沖和自然導(dǎo)出的功能。多普勒效應(yīng)是核電固有安全性的重要機(jī)制。核燃料具有多普勒效應(yīng)，當(dāng)堆芯溫度升高時(shí)，原子核的熱運(yùn)動(dòng)加劇，燃料中的鈾-238、冷卻劑以及熱堆的慢化劑吸收中子的能力增強(qiáng)，導(dǎo)致參與裂變反應(yīng)的中子減少，從而抑制裂變反應(yīng)失控。溫度越高多普勒效應(yīng)越強(qiáng)，因此四代核電的固有安全性更高。此外，溫度上升也會(huì)導(dǎo)致燃料膨脹，中子泄露增加，以及冷卻劑的空泡效應(yīng)，進(jìn)一步減少參與裂變反應(yīng)的中子數(shù)量，從而抑制核反應(yīng)的繼續(xù)發(fā)生。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容16證券研究報(bào)告高溫氣冷堆燃料顆粒包覆層形成負(fù)反應(yīng)性控制。以我國(guó)高溫氣冷堆為例，采用全陶瓷包覆燃料元件，由外致密熱解碳層、碳化硅層、內(nèi)致密熱解碳層、疏松熱解碳層和二氧化鈾燃料核心構(gòu)成，復(fù)合包覆層組成微球型壓力容器，能夠在不高于1650攝氏度的溫度下，阻止放射性裂變產(chǎn)物的釋放。直徑外厘米的燃料球外包覆層的基體是石墨粉，也是反應(yīng)堆的慢化劑，石墨粉中分散著12000個(gè)四層全陶瓷材料包覆的直徑0.9毫米的燃料顆粒。當(dāng)反應(yīng)堆溫度上升時(shí)，石墨的中子慢化能力會(huì)有所下降，從而抑制反應(yīng)進(jìn)行。四代堆非能動(dòng)停堆技術(shù)形成反應(yīng)堆安全最后防線。四代核能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包含一些非能動(dòng)的停堆技術(shù)，比如當(dāng)堆芯溫度過(guò)高時(shí)，控制棒會(huì)因?yàn)槭軣崤蛎浕蛑亓ψ饔貌迦攵研荆兄沽炎兎磻?yīng)，防止堆芯熔毀；熔鹽堆設(shè)計(jì)了應(yīng)急排鹽系統(tǒng)，反應(yīng)皿設(shè)有凍結(jié)塞，當(dāng)反應(yīng)堆的堆芯超過(guò)預(yù)設(shè)溫度時(shí)，凍結(jié)塞熔化，熔鹽會(huì)泄入應(yīng)急儲(chǔ)罐，由于熔鹽堆中的熔鹽既是冷卻劑也是燃料，核反應(yīng)會(huì)自動(dòng)停止，熔鹽冷卻凝請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容17證券研究報(bào)告固后也不會(huì)泄露放射性。不施加外界干預(yù)的條件下，四代堆停堆后可快速導(dǎo)出堆芯余熱。對(duì)于鈉冷快堆、鉛冷快堆和熔鹽堆，其冷卻劑導(dǎo)熱能力強(qiáng)，且沸點(diǎn)較高，冷卻劑不易形成空泡，均質(zhì)性較好，可快速導(dǎo)出堆芯余熱，同時(shí)由于這些冷卻劑密度較高，單位體積可容納熱量更多，在事故第一時(shí)間可形成熱阱，避免堆芯溫度快速上升；而對(duì)于氣冷堆，由于氣體冷卻劑的熱慣性較小，受熱膨脹明顯，在堆芯溫度上升時(shí)可以加強(qiáng)對(duì)流，帶走熱量，其中高溫氣冷堆設(shè)計(jì)了非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)，在失去強(qiáng)迫冷卻的情況下，僅依靠熱傳導(dǎo)、熱輻射和冷卻劑的自然對(duì)流就可以導(dǎo)出余熱，保證任何情況下堆芯溫度均不超過(guò)限值，保證燃料顆粒包覆層不損毀，組織放射性裂變產(chǎn)物釋放。如何解決燃料問(wèn)題？——快堆、釷基熔鹽堆目前三代核電主流堆型為壓水堆，屬于熱堆范疇，其反應(yīng)主要原料為鈾-235，而鈾-235在自然界天然鈾中的比重僅為0.7%左右?？於褎t可充分利用天然鈾中占比99.3%的鈾-238作為反應(yīng)原料，可以讓天然鈾的利用率從目前不到1%，提高到60%以上，大幅延長(zhǎng)鈾資源使用年限，緩解天然鈾一次供給不足的問(wèn)題。四代堆中的釷基熔鹽堆則可以改用釷作為燃料。熱堆裂變過(guò)程凈消耗鈾-235。在熱堆中，鈾-235吸收一個(gè)熱中子后迅速裂變，產(chǎn)生氪-92和鋇-141兩個(gè)原子，同時(shí)釋放2-3個(gè)快中子。而鈾-235對(duì)快中子的裂變截面較小，裂變概率較低，因此必須利用慢化劑（中子減速劑）將快中子減速成熱中子來(lái)維持鈾-235的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，常見(jiàn)的慢化劑包括輕水堆的水以及重水堆的重水等。同時(shí)，熱堆中的慢化劑同時(shí)也是換熱介質(zhì)，將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量傳遞給二回路介質(zhì)（輕水堆、重水堆）或直接（沸水堆）對(duì)外做功?？於巡捎免欘腥剂涎h(huán)，利用天然鈾中熱堆無(wú)法燃燒的鈾-238發(fā)電?？於褎t利用鈾-238可以吸收快中子的特性，將熱堆無(wú)法利用的鈾-238轉(zhuǎn)化成鈾-239，再通過(guò)β衰變經(jīng)由镎-239轉(zhuǎn)化成容易發(fā)生裂變的钚-239，钚-239裂變釋放2-3個(gè)快中子，部分中子用于繼續(xù)和U-238反應(yīng)增殖钚-239，部分中子與钚-239反應(yīng)從而維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)并釋放能量。因?yàn)榭於巡恍枰瘎?，因此需要中子吸收截面小的其他流?dòng)介質(zhì)進(jìn)行換熱。根據(jù)換熱介質(zhì)的不同，目前主流快堆設(shè)計(jì)包括鈉冷快堆、氣冷快堆和鉛冷快堆三種。資料來(lái)源：中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng)《鈉冷快堆及其安全特性》，國(guó)轉(zhuǎn)換比是指反應(yīng)堆內(nèi)反應(yīng)堆內(nèi)通過(guò)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的易裂變同位素核數(shù)與消耗的易裂變同位素核數(shù)之比，一般壓水堆的轉(zhuǎn)換比為0.5-0.6，壓重水堆和高溫氣冷堆可達(dá)請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容18證券研究報(bào)告到0.8，而快堆則可達(dá)到1.0以上，鈉冷快堆理論模型轉(zhuǎn)換比可達(dá)1.8。因此裂變過(guò)程中轉(zhuǎn)換生成的燃料不僅能夠自持，還能有所盈余，供其他反應(yīng)堆使用，因此快堆也被稱(chēng)為增殖反應(yīng)堆，快堆的轉(zhuǎn)換比也被成為增殖比。1000MW以上的大型商用鈉冷快堆采用鈾钚氧化物燃料運(yùn)行時(shí)，增殖比可達(dá)1.3，如果換用鈾钚金屬燃料，增殖比可達(dá)到1.582，倍增時(shí)間短至6.2年7。快堆可解決鈾資源短缺問(wèn)題。熱堆只能利用天然鈾中豐度僅有0.7%的鈾-235發(fā)電，核燃料組件需要將鈾富集到3%-5%。而快堆則可以利用豐度為99.3%的鈾-238發(fā)電，因此對(duì)天然鈾的需求大幅下降，一般認(rèn)為可以將天然鈾的利用效率提高60倍。根據(jù)WNA統(tǒng)計(jì)，截至2021年全球開(kāi)采成本低于130$/kgU的已探明確認(rèn)鈾資源量和推測(cè)鈾資源量為607.85萬(wàn)tU，即使按照當(dāng)前全球核電天然鈾需求約7-8萬(wàn)tU/年推測(cè)，鈾資源可用時(shí)間也不足一百年，無(wú)法支撐核電持續(xù)增長(zhǎng)；若改用快堆，鈾資源可用時(shí)間則可達(dá)到數(shù)千年。釷基堆采用釷鈾燃料循環(huán)路線，規(guī)避天然鈾資源問(wèn)題。迄今發(fā)現(xiàn)的有商業(yè)價(jià)值的易裂變核素包括鈾-235、钚-239和鈾-233。其中，鈾-235是自然界唯一天然存在的易裂變核素，钚-239需較難裂變的鈾-238吸收中子后轉(zhuǎn)換而來(lái)，而鈾-233則需較難裂變的釷-232吸收中子后轉(zhuǎn)換而來(lái)，所以鈾-238和釷-232也稱(chēng)可轉(zhuǎn)換核素。天然釷中含有釷-232，可通過(guò)釷鈾燃料循環(huán)成為釷基核燃料，釷原子在中子轟擊并經(jīng)兩次β衰變后轉(zhuǎn)變成鈾-233，鈾-233受到中子轟擊后發(fā)生裂變，產(chǎn)生2-3個(gè)中子，這些中子繼續(xù)轟擊釷-232增殖可裂變的鈾-233或轟擊鈾-233維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。相比于鈾钚燃料循環(huán)，釷-232對(duì)熱中子的反應(yīng)截面更高，釷鈾燃料循環(huán)在熱中子堆中也可以實(shí)現(xiàn)自持和緩慢增殖，但鈾-233對(duì)快中子的反應(yīng)截面較弱，釷鈾燃料循環(huán)在快中子堆中適合增殖和嬗變。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容19證券研究報(bào)告資料來(lái)源：徐洪杰等《釷基熔鹽堆和核能綜合利用》，國(guó)相比于鈾钚燃料循環(huán)，釷鈾燃料循環(huán)具有明顯優(yōu)勢(shì)。釷-232到鈾-233的轉(zhuǎn)換效率高，中子經(jīng)濟(jì)性好，在熱堆中也能實(shí)現(xiàn)增殖；釷原子序數(shù)較低，形成超鈾元素需要的中子數(shù)更多，因此產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命次錒系核素較少，放射性毒性相對(duì)較低；釷鈾燃料循環(huán)中會(huì)伴生短壽命強(qiáng)γ輻射的鈾232，易于監(jiān)測(cè)，在防止核擴(kuò)散上有一定優(yōu)勢(shì)；釷和氧化釷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐輻照、耐高溫、熱導(dǎo)性高、熱膨脹系數(shù)小、產(chǎn)生的裂變氣體較少，釷基反應(yīng)堆允許更高的運(yùn)行溫度和更深的燃耗。同時(shí)，釷基核燃料還具有不易用于制造核武器等特點(diǎn)，是更理想的民用核燃料，不過(guò)WNA也指出，美國(guó)曾在1955年引爆一個(gè)钚-233裝置，但爆炸當(dāng)量低于預(yù)期，IAEA將鈾-233與HEU（高濃縮鈾）歸為同類(lèi)。釷資源含量相對(duì)充足，我國(guó)“貧鈾富釷”。釷元素在自然界中以單一同位素釷-232形式存在，在大多數(shù)巖石和土壤中都有少量分布，土壤中平均釷含量約為百萬(wàn)分之六，地球上釷資源總儲(chǔ)量是鈾資源的3-4倍。釷常見(jiàn)的來(lái)源主要為稀土磷礦獨(dú)居石和釷礦，其中獨(dú)居石平均含有6-7%的磷酸釷，全球獨(dú)居石資源量約1600萬(wàn)噸。根據(jù)OECD、NEA和IAEA的《鈾（2016）：資源、生產(chǎn)和需求》，全球開(kāi)采成本低于80$/kgTh的合理保證和可推斷釷資源量約635.5萬(wàn)噸，其中我國(guó)釷資源約占10萬(wàn)噸，印度釷資源量84.6萬(wàn)噸位列第一。需要說(shuō)明的是，釷資源沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也不是主要的勘探目標(biāo)，在資源量的含義上與鈾資源并不同意，且該統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并不能確定亞洲國(guó)家實(shí)際情況，一些數(shù)據(jù)是對(duì)獨(dú)居石的假設(shè)和替代數(shù)據(jù)，尤其提出中國(guó)的實(shí)際產(chǎn)量不詳。包鋼股份曾表示，僅白云鄂博礦中土資源儲(chǔ)量折合氧化釷（ThO2）就有22萬(wàn)噸，約合19萬(wàn)噸釷-232。相比于鈾礦資源，我國(guó)可稱(chēng)得上“貧鈾富釷”，據(jù)觀研報(bào)告《中國(guó)釷行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)研究與未來(lái)投資分析報(bào)告（2022-2029年）》統(tǒng)計(jì)，我國(guó)釷資源儲(chǔ)量約為30萬(wàn)噸，廣泛分布在23個(gè)省市和地區(qū)。據(jù)中科院上海應(yīng)物所《小型模塊化釷基熔鹽堆研究設(shè)施環(huán)境影響報(bào)告書(shū)（選址階段）》，我國(guó)已查明的釷工業(yè)儲(chǔ)量約為28萬(wàn)噸，僅次于34萬(wàn)噸的印度。如何解決乏燃料問(wèn)題？——快堆嬗變嬗變是解決乏燃料的重要手段。核嬗變指通過(guò)核反應(yīng)將一種元素轉(zhuǎn)化成另一種元素或?qū)⒁环N化學(xué)元素的某種同位素轉(zhuǎn)化成另一種同位素的過(guò)程。壓水堆會(huì)產(chǎn)生含有強(qiáng)放射性、長(zhǎng)半衰期的乏燃料，目前對(duì)乏燃料的主流處理方式仍是掩埋和儲(chǔ)存，無(wú)法完全解決乏燃料問(wèn)題且成本高昂。部分國(guó)家啟動(dòng)了核嬗變研究，如加速器驅(qū)動(dòng)先進(jìn)核能系統(tǒng)（ADANES），用加速器產(chǎn)生的高能粒子轟擊核廢料，使質(zhì)量數(shù)較大的超鈾元素分裂?？於丫哂墟幼兡芰?，是處理乏燃料的重要手段?？於鸭瓤梢岳脡核阎惺Ｓ嗟亩押筲櫟仍剡M(jìn)行發(fā)電，還可以通過(guò)嬗變消耗掉乏燃料中的長(zhǎng)壽命錒系元素，使請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容20證券研究報(bào)告其對(duì)環(huán)境的影響時(shí)間縮短300倍，廢物量也減少1-2個(gè)數(shù)量級(jí)9。同時(shí)壓水堆乏燃料經(jīng)后處理后也可轉(zhuǎn)化為快堆所需的MOX燃料組件，用于快堆的首爐裝料。資料來(lái)源：中科院物理所《關(guān)于核循環(huán)，這些基本知識(shí)你需要了解》，快堆和熱堆組合發(fā)展，可形成二元閉式燃料循環(huán)系統(tǒng)?？於芽梢蕴幚韷核训姆θ剂希瑫r(shí)快堆的首堆裝料需要壓水堆提供钚元素，因此熱堆和快堆需要組合發(fā)展，中國(guó)科學(xué)院院士葉國(guó)安預(yù)測(cè)，到2065年，我國(guó)熱堆核電站裝機(jī)約1.97億千瓦，快堆核電站裝機(jī)約2.07億千瓦10，快堆裝機(jī)快速增長(zhǎng)初期需要壓水堆提供首爐燃料，后期則可通過(guò)已有快堆增殖滿(mǎn)足首爐燃料需求。另一方面，快堆和熱堆可以組合形成二元閉式燃料循環(huán)系統(tǒng)。閉式燃料循環(huán)指的是鈾在反應(yīng)堆中燃燒后，將乏燃料進(jìn)行后處理產(chǎn)生可利用的鈾钚混合氧化物（MOX）重新利用。目前，對(duì)于閉式燃料循環(huán)在成熟壓水堆的基礎(chǔ)上發(fā)展和在快堆上直接實(shí)施仍存在一定分歧。由于钚作為熱堆燃料會(huì)產(chǎn)生更多錒系元素，熱堆循環(huán)次數(shù)越多對(duì)后處理的屏蔽要求越高，一般進(jìn)行2-3次再循環(huán)就不宜繼續(xù)，只能在一定程度上提高對(duì)鈾資源的利用率。而快堆循環(huán)受限于快堆仍未發(fā)展到商業(yè)化水平，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性成熟度也落后于熱堆，因此目前世界上一些國(guó)家投入實(shí)施的閉式燃料循環(huán)仍是熱堆循環(huán)。在此基礎(chǔ)上，快堆可以建在熱堆后端，形成二元閉式燃料循環(huán)系統(tǒng)，兼具經(jīng)濟(jì)性、钚自持和廢物最小化的優(yōu)勢(shì)。如何增加核電廠址？——四代堆結(jié)合小堆或可成為內(nèi)陸核電放開(kāi)的重要契機(jī)我國(guó)曾在21世紀(jì)初規(guī)劃多座內(nèi)陸核電?！逗穗娭虚L(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2005-2020年）》請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容21證券研究報(bào)告中有對(duì)于內(nèi)陸核電項(xiàng)目明確的表述，規(guī)劃指出，湖北、江西、湖南、吉林、安徽、河南、重慶、四川、甘肅等內(nèi)陸省(區(qū)、市)不同程度地開(kāi)展了核電廠址前期工作，這些廠址要根據(jù)核電廠址的要求、依照核電發(fā)展規(guī)劃，嚴(yán)格復(fù)核審定，按照核電發(fā)展的要求陸續(xù)開(kāi)展工作。2008年2月，國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)江西彭澤項(xiàng)目、湖南桃花江項(xiàng)目和湖北大畈項(xiàng)目開(kāi)展前期工作。相關(guān)資料顯示，到2010年中，我國(guó)完成初步可行性研究報(bào)告審查的核電項(xiàng)目共43個(gè)，其中內(nèi)陸廠址31個(gè)，還有20余座核電站規(guī)劃處在“廠址普選”階段11。2011年后內(nèi)陸核電進(jìn)度暫停。2011年3月福島核事故發(fā)生后，全球核電發(fā)展停滯，我國(guó)群眾對(duì)核電抵制情緒高漲，2012年10月24日，國(guó)務(wù)院召開(kāi)常務(wù)會(huì)議明確指出，“十二五”時(shí)期不安排內(nèi)陸核電項(xiàng)目，系首次明確暫停內(nèi)陸核電項(xiàng)目，2008年批準(zhǔn)開(kāi)展前期工作的三個(gè)內(nèi)陸核電項(xiàng)目全部暫停。國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所研究員王亦楠撰文指出，在內(nèi)陸建設(shè)核電站，必須“萬(wàn)無(wú)一失”“絕對(duì)可靠”9。四代核電或成為內(nèi)陸核電放開(kāi)的重要契機(jī)。在內(nèi)陸核電發(fā)展倍受爭(zhēng)議的階段，中核集團(tuán)公司科技委常委張祿慶提出，等到先進(jìn)核電技術(shù)的安全性能得到運(yùn)行實(shí)踐的檢驗(yàn)和進(jìn)一步完善，甚至有固有安全特色的第四代核能系統(tǒng)成熟后，再來(lái)從長(zhǎng)計(jì)議內(nèi)陸核電的建設(shè)問(wèn)題更加妥當(dāng)、更可持續(xù)。由此可見(jiàn)四代堆成為內(nèi)陸核電放開(kāi)的重要契機(jī)的觀點(diǎn)早已有之。沿海核電主要具有擴(kuò)散性和冷卻水優(yōu)勢(shì)。根據(jù)《核輻射防護(hù)手冊(cè)》，核電站選址必須考慮公眾和環(huán)境免受放射性事故釋放所引起的過(guò)量輻射影響，同時(shí)要考慮到突發(fā)的自然事件或人為事件對(duì)核電站的影響。因此，核電站一般選擇濱海、濱河等人口密度低，易隔離的地區(qū)建設(shè)。另外，核電站在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大熱量，需要大量的水進(jìn)行冷卻。靠近海邊建設(shè)除了能夠?yàn)楹穗娬咎峁┐罅康暮ＫM(jìn)行冷卻外，還由于海洋具有很大的稀釋能力，同樣的核泄露，放射性物質(zhì)泄露到大?；蚝＿叄ㄟ^(guò)洋流等海水運(yùn)動(dòng)的模式，核泄露物質(zhì)相對(duì)比較容易被稀釋?zhuān)：?huì)逐漸減小或者消失。此外，靠海建設(shè)還可以解決大件設(shè)備運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。因此核電站必須建在靠近海邊或者大型湖泊周?chē)?。四代核電的固有安全性使核電擴(kuò)散性風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，冷卻水需求也可減少。四代堆大幅提高了核電的安全性，使放射性擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低，且因?yàn)閹缀鯖](méi)有堆芯熔毀風(fēng)險(xiǎn)，不存在極端情況需要引入大量外部冷卻水淹沒(méi)反應(yīng)堆的準(zhǔn)備。目前三代核電發(fā)電系統(tǒng)與火電并無(wú)原理區(qū)別，但目前火電汽輪機(jī)可采用水冷和空冷的冷卻方式，而核電目前主要采用水冷，空冷仍在討論范疇，主要原因是核電為了保證安全性，一回路壓力較低，導(dǎo)致汽輪機(jī)所用蒸汽參數(shù)較低，使用空冷的情況下能量損耗過(guò)大，且空冷需建造冷卻塔，將進(jìn)一步提高核電的投資強(qiáng)度。而四代核電一回路溫度高，可獲得高參數(shù)蒸汽，提高冷卻效率，并使空冷具備可行性。鉛冷快堆等四代堆具有小型化設(shè)計(jì)，聚焦偏遠(yuǎn)地區(qū)供電。鉛冷快堆概念設(shè)計(jì)之初即包含三種不同規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中基于美國(guó)小型鉛冷快堆（SSTAR）的小型可運(yùn)輸系統(tǒng)的小型自然循環(huán)堆的主要使用場(chǎng)景就是偏遠(yuǎn)山區(qū)、海上平臺(tái)或孤島等場(chǎng)景的長(zhǎng)期發(fā)電，設(shè)計(jì)壽命中無(wú)需換料。此外高溫氣冷堆HTR-PM（石島灣項(xiàng)目）和HTR-PM600（江蘇徐圩項(xiàng)目）均為小型模塊化設(shè)計(jì)，單個(gè)反應(yīng)堆模塊電功率約為10萬(wàn)千瓦。小型模塊化反應(yīng)堆降低了核電對(duì)廠址條件的要求，同時(shí)因?yàn)樾《驯旧砉β室?guī)模較小，運(yùn)行參數(shù)也較低，安全性有望取得提高。需要說(shuō)明的是商業(yè)化小堆全系統(tǒng)全壽命的安全性目前尚未得到驗(yàn)證，行業(yè)內(nèi)有一定分歧。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容22證券研究報(bào)告“煤改核”是核電廠址擴(kuò)容的一個(gè)重要方向。根據(jù)美國(guó)能源部《核電和煤電廠址新增核電裝機(jī)容量評(píng)估報(bào)告》，美國(guó)在31個(gè)洲的54座在運(yùn)和11座近年退役的核電廠主要分布在中東部區(qū)域，沿海、五大湖沿岸和內(nèi)陸均有分布，其中41座在運(yùn)和已退役核電廠廠址可新建60GW大型輕水堆；如果將有可能新建600MWe小型堆和先進(jìn)堆的廠址包括在內(nèi)，則可達(dá)95GWe；在煤電廠址附近建設(shè)核電廠還可新增128-174GW核電。四代堆相比于三代壓水堆，其蒸汽參數(shù)更高，汽水回路條件與火電更接近，也更適于推進(jìn)“煤改核”進(jìn)程。資料來(lái)源：美國(guó)能源部，世界核新聞網(wǎng)，中國(guó)能源研究會(huì)核能專(zhuān)委會(huì)，如何增加核電的利用場(chǎng)景？——四代堆提高運(yùn)行參數(shù)核能供熱供汽是綜合利用的重要方式。核電運(yùn)行能量利用效率較低的一個(gè)重要因素是汽-水循環(huán)推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電過(guò)程中，因?yàn)檎羝麉?shù)較低導(dǎo)致?效率低，能量損失大。因此，提高核能利用效率的一個(gè)直接方式就是轉(zhuǎn)向供熱供汽綜合利用，從能量效率的角度來(lái)看，直接使用熱能是更理想的能量利用方式，發(fā)電只是核能利用的其中一種形式。一方面，熱電聯(lián)產(chǎn)在提高能量利用效率之外可以提高核電的盈利能力；另一方面，核電可為化工基地供熱供熱供汽，拓展核能利用場(chǎng)景，降低核電選址對(duì)電網(wǎng)條件的要求。四代堆蒸汽參數(shù)高，更適于供熱供汽。為了防止放射性泄露，核電往往采用多回路設(shè)計(jì)，二、三回路可利用的蒸汽的溫度和壓力均受到一回路出口溫度的限制。目前三代壓水堆為了保證安全，一回路壓力控制較低，一回路理論溫度上限不超過(guò)330℃,再加上運(yùn)行過(guò)程中還要維持一定的安全邊界，及換熱過(guò)程中的溫度損失，可對(duì)外輸出的蒸汽溫度更低，遠(yuǎn)不及超超臨界火電600℃以上的供汽能力，也達(dá)不到很多化工反應(yīng)要求的溫度。因此三代核電供熱相對(duì)簡(jiǎn)單，而工業(yè)供汽需要一定的改造，如田灣核電“和氣一號(hào)”項(xiàng)目。而四代核電一回路溫度較高，可輸出蒸汽的參數(shù)也相應(yīng)提高，從而帶來(lái)了更廣泛的供汽應(yīng)用。核能制氫/氨拓展二次能源形式，拓展核能應(yīng)用。核能屬于一次能源，目前主要通過(guò)轉(zhuǎn)化為二次能源的電能來(lái)利用，而在燃料動(dòng)力領(lǐng)域無(wú)法小型化和民用化，但核能可以通過(guò)制氫、制氨轉(zhuǎn)化為燃料，拓展核能需求。氫、氨均具有清潔燃料屬性，有望替代化石燃料成為新的終端能源，還是需求廣泛且不可替代的重要化工原料，請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容23證券研究報(bào)告具有應(yīng)用前景開(kāi)闊，有望拓展核能應(yīng)用。氫能氨能煤炭石油天然氣新能源電力熱值（能量密度）成本單位熱值成本143MJ/kg6.7-13.4元/kg（煤制氫）18.6-24.6元/kg（PEM電解水制氫）46.9-93.7元/GJ（煤制氫）130-172元/GJ（PEM電解水制氫）18.6MJ/kg2.0-3.1元/kg（灰氨）2.3-3.6元/kg（綠氨）107.5-193.5元/GJ29.3MJ/kg（標(biāo)煤）23.1MJ/kg(5500大卡）0.8元/kg（鄭商所動(dòng)力煤期貨）34.6元/GJ42.7MJ/kg（0號(hào)柴7.15元/升（0號(hào)柴油）167.436MJ/m3約50MJ/kg4.5元/kg（LNG出廠價(jià)格指數(shù)）903.6MJ/kWh0.1-0.2元/kWh27.7-83.3元/GJ資料來(lái)源：Wind、國(guó)家電投集團(tuán)氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心《氫能百問(wèn)》，中國(guó)電力出版社，2022年第一源制氨合成綠氨經(jīng)濟(jì)性分析》、汽車(chē)之家、上海本地寶、國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所整理注：綠氫、綠氨和本，且假定制取氫、氨的電價(jià)為0.1-0.2元/kWh，煤除此之外，核能利用還具有海水淡化、醫(yī)用同位素生產(chǎn)等目前三代核電即可實(shí)現(xiàn)的綜合利用形式，在此不再贅述。1、核能熱解制氫目前，國(guó)內(nèi)終端能源需求以煤炭、石油等化石能源為主，隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)低碳化轉(zhuǎn)型推進(jìn)，未來(lái)低碳的電力和氫能將逐步成為終端能源需求的主要能源品種。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委能源所發(fā)布的《中國(guó)能源轉(zhuǎn)型展望2024—執(zhí)行摘要》預(yù)測(cè)，未來(lái)終端能源將主要以電能和氫能為主，氫能占終端能源需求的比重將從目前的約等于0%增至2040年的2%左右，到2060年則進(jìn)一步提升至12%-14%左右，氫能逐步成為國(guó)內(nèi)終端能源需求的第二大能源品種。資料來(lái)源：國(guó)家發(fā)改委能源所《中國(guó)能源轉(zhuǎn)型展望-執(zhí)行摘要》，國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所整理注：BCNS表?yè)?jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院統(tǒng)計(jì)，2023年我國(guó)氫氣產(chǎn)量約為3500萬(wàn)噸，占全球氫氣總產(chǎn)量的三分之一以上，穩(wěn)坐全球第一大產(chǎn)氫國(guó)的寶座。從制氫結(jié)構(gòu)來(lái)看，目前以化石能源制氫為主，2022年煤制氫產(chǎn)量達(dá)到1985萬(wàn)噸，占比56%；其次為天然氣制氫，占比21%。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，到2050年，若要實(shí)現(xiàn)凈零排放，全球?qū)錃獾男枨罅繉⑦_(dá)到6.6億噸，其中中國(guó)約為1.95億噸，占比近30%。從增速請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容24證券研究報(bào)告氫氣的低成本制備、規(guī)?；a(chǎn)成為發(fā)展氫能的首要問(wèn)題。氫能作為一種高效、清潔的能源載體在未來(lái)可以和可再生能源結(jié)合構(gòu)成完整的能源系統(tǒng)，環(huán)境污染和化石能源危機(jī)進(jìn)一步提高了未來(lái)氫能系統(tǒng)的關(guān)注程度。目前主流的制氫方法包括化石能源制氫、電解水制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、生物質(zhì)制氫等技術(shù)，但在碳排放、效率、成本等方面各有不足，化石燃料重整、氣化制氫產(chǎn)生的灰氫不滿(mǎn)足綠色性的要求，只能作為氫能的短期解決方案；電解水制氫能量利用效率低，目前綜合成本也相對(duì)較高；光解水制氫距離實(shí)用仍有較遠(yuǎn)距離。核能+熱解制氫成為氫能制備的未來(lái)解決方案之一。目前核能制氫方案主要是通過(guò)超高溫氣冷堆與高溫蒸汽電解（HTSE）、蒸汽甲烷重整（SMR）以及碘硫循環(huán)（SI）三種工藝耦合實(shí)現(xiàn)。與其他方法相比，熱化學(xué)硫碘循環(huán)分解水制氫是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本、高效率的一種制氫技術(shù)，也是國(guó)際上工人最具應(yīng)用前景的催化熱分解方案。硫碘循環(huán)制氫可與多種熱源進(jìn)行耦合，如太陽(yáng)能、核能和工業(yè)余熱等。多種不同能源的適應(yīng)特性，使其具有廣泛而全面的推廣特性，可適用于不同地區(qū)不同氣候。此外，在產(chǎn)氫過(guò)程中不存在溫室氣體和有害氣體的排放問(wèn)題，滿(mǎn)足國(guó)家節(jié)能減排的要求。而核能作為未來(lái)的“終極能源”形式，在碳排放、能量密度等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，將核能與熱解制氫結(jié)合起來(lái)也有利于提高核能的利用效率。但碘硫熱解循環(huán)需要850℃以上的高溫，目前三代堆尚無(wú)法達(dá)到要求溫度，而四代堆中的超高溫氣冷堆等堆型設(shè)計(jì)則可以實(shí)現(xiàn)。資料來(lái)源：王智化等.熱化學(xué)硫碘循環(huán)水分解制氫研究進(jìn)展[J].潔凈煤技術(shù)，國(guó)請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容25證券研究報(bào)告IAEA主要國(guó)家對(duì)核能制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的協(xié)同研究，評(píng)估了潛在核能制氫方案的各種技術(shù)可能和經(jīng)濟(jì)性。相比質(zhì)子交換膜（PEM）水電解制氫而言，熱化學(xué)循環(huán)制氫雖然成本變動(dòng)范圍大，但下限更低，隨制氫規(guī)模擴(kuò)大和核反應(yīng)堆技術(shù)成熟，熱化學(xué)制氫成本可能進(jìn)一步降低。王智化,曾俊杰,何勇,等.熱化學(xué)硫碘循環(huán)水分解制氫研究進(jìn)展[J].潔凈煤技術(shù),2023,29(11):1-24.，國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所整理注：Cu-Cl/當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月5日，美國(guó)財(cái)務(wù)部和國(guó)稅局發(fā)布IRA法案設(shè)立的第45V節(jié)氫氣生產(chǎn)稅收抵免的最終規(guī)則，其中對(duì)使用核能生產(chǎn)的“粉氫”規(guī)則有所調(diào)整，此前擬議規(guī)則禁止現(xiàn)有核電廠參與氫氣生產(chǎn)項(xiàng)目，而新規(guī)定只要核電廠符合特定的退役風(fēng)險(xiǎn)明線指標(biāo)以及對(duì)氫投資共同依賴(lài)指標(biāo)，其所生產(chǎn)的電力將被視作增量電力，單個(gè)合格反應(yīng)堆的增量電力最高可達(dá)200MW。2、核能制氨氨具有極其重要的戰(zhàn)略資源價(jià)值，未來(lái)氨能向綠氨轉(zhuǎn)型。全球氨產(chǎn)量約每年2億噸，其中我國(guó)合成氨年產(chǎn)量約5000-6000萬(wàn)噸。氨是現(xiàn)代工業(yè)的重要原料，廢料、醫(yī)藥、塑料乃至硝基炸藥等化工產(chǎn)品都離不開(kāi)氨。在目前普遍采用的工業(yè)化合成氨生產(chǎn)中，所需的氮元素可自空氣中含量最高的氮?dú)庵苯荧@得，而氫元素的來(lái)源目前主要為化石燃料，而最終將轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾?lài)生物質(zhì)與水。同時(shí)，制氨所需的能源也將從目前的化石能源走向風(fēng)光核分布式制氨。與氫能類(lèi)似，氨能也將由灰氨轉(zhuǎn)型為藍(lán)氨、綠氨。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容26證券研究報(bào)告資料來(lái)源：畢馬威《固碳、儲(chǔ)氫、航運(yùn)燃料、摻混發(fā)電：綠氨行業(yè)概覽與展望》，國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所整理2027年合成氨市場(chǎng)規(guī)模有望突破2400億元。中國(guó)合成氨行業(yè)作為化工領(lǐng)域五大行業(yè)之一，具有較高的發(fā)展前景和消費(fèi)潛力。受合成氨下游旺盛的市場(chǎng)需求以及國(guó)產(chǎn)化制氨技術(shù)發(fā)展的積極影響，中國(guó)合成氨產(chǎn)量在近年來(lái)保持著穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)，從2018年的4587.05萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2022年的5806.02萬(wàn)噸，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為4.8%。據(jù)頭豹產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)，伴隨著合成氨行業(yè)市場(chǎng)集中度提高、產(chǎn)能置換工作完成、中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格上漲拉動(dòng)下游市場(chǎng)需求回暖等影響，預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi)中國(guó)合成氨行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模的CAGR會(huì)穩(wěn)定在5%左右的平穩(wěn)發(fā)展趨勢(shì)，在2027年會(huì)到達(dá)該行業(yè)產(chǎn)量的峰值，即7509.7萬(wàn)噸，屆時(shí)中國(guó)合成氨市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2402.9億元。國(guó)際清潔氨市場(chǎng)逐步成型。據(jù)標(biāo)普全球預(yù)計(jì)，到2050年全球氨需求將飆升至6億噸以上，主要原因是航運(yùn)和發(fā)電消費(fèi)量不斷增加。屆時(shí)，低碳氨預(yù)計(jì)將滿(mǎn)足約三分之二的需求，即4.2億噸。截至目前，首批經(jīng)認(rèn)證的低碳氨已運(yùn)往印度、日本等成熟氨市場(chǎng)，美國(guó)許多氨生產(chǎn)項(xiàng)目也宣布轉(zhuǎn)型藍(lán)氨。歐洲是目前唯一一個(gè)擁有激勵(lì)低碳氨的明確監(jiān)管框架的市場(chǎng)，隨著2026年CBAM正式實(shí)施，歐洲有望成請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容27證券研究報(bào)告為藍(lán)氨的關(guān)鍵市場(chǎng)12。氨能源是一種以氨為基礎(chǔ)的新能源，旨在用無(wú)碳化合物代替化石燃料來(lái)減少排放，是一種清潔能源。氨（NH3）的特點(diǎn)在于其可完全由可再生能源（如水、電、空氣）生產(chǎn)，在內(nèi)燃機(jī)燃燒的氨，沒(méi)有硫氧化物、二氧化碳、顆粒物的排放，氮氧化物也能通過(guò)廣泛應(yīng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理的SCR系統(tǒng)減排或移除。因此可以說(shuō)氨是一種低碳、無(wú)污染、環(huán)境友好型能源。不僅如此，價(jià)格相對(duì)低廉，低空燃比，安全性高也是氨的特點(diǎn)。除此之外，氨可作為氫能載體，儲(chǔ)存和運(yùn)輸更加方便、安全且更經(jīng)濟(jì)，重量載氫能力達(dá)17.6%，體積載氫能力大于液氫，氨應(yīng)用的安全性和儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)姆奖阈阅苡行Ы档蜌錃獾妮斶\(yùn)成本。核能制氫是實(shí)現(xiàn)綠氨的方案之一。合成氨工藝主要基于Haber-Bosch（哈伯法反應(yīng)壓力20-50MPa，反應(yīng)溫度350-550℃之間，最佳溫度約為500℃,鐵基催化劑活性最高，反應(yīng)速度最快，雖然釕基催化劑可以在相對(duì)溫和條件催化反應(yīng)，但也需要400℃左右。合成氨過(guò)程中的碳排放主要來(lái)自化石燃料制氫及維持反應(yīng)溫度消耗的燃料等方面。目前常規(guī)三代壓水堆未經(jīng)改造情況下無(wú)法達(dá)到哈伯法要求的溫度條件，而四代堆則可以滿(mǎn)足，以我國(guó)以投產(chǎn)的HTR-PM高溫氣冷堆為例，堆芯氦氣出口溫度750℃,蒸汽溫度可達(dá)566℃。同時(shí)，若在核能制氫基礎(chǔ)上延伸制氨工藝，則可實(shí)現(xiàn)合成氨全面去碳，實(shí)現(xiàn)綠氨要求。資料來(lái)源：瓜州縣商務(wù)局《綠氫、綠氨、綠色甲醇制取技術(shù)介紹》，國(guó)附錄：四代堆技術(shù)特征介紹快堆：鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆實(shí)際上，核能發(fā)展初期就已經(jīng)開(kāi)始對(duì)快堆的研究，早在1944年春就已有建造快中子增殖堆建造的可能性的討論13?？於寻l(fā)展初期建造的小型實(shí)驗(yàn)快堆主要用于驗(yàn)證各種科學(xué)概念和快中子堆的可運(yùn)行性；到了上世紀(jì)70年代，部分國(guó)家設(shè)計(jì)了一些商用快堆，加快推進(jìn)商用化，建成了一些功率規(guī)模在250MW-600MW之間的原型快堆。但快堆作為核電站的可運(yùn)行性得到驗(yàn)證后，商用的關(guān)鍵仍在于安全性和經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性，取決于設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性以及耐高燃耗的燃料和耐高溫及輻照的材料14。江蘇省化學(xué)化工學(xué)會(huì)《全球清潔氨市場(chǎng)正起步》請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容28證券研究報(bào)告鈉冷快堆是目前運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最豐富的先進(jìn)核能系統(tǒng)，也是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的堆型之一。鈉冷快堆使用液態(tài)鈉為冷卻劑，鈉具有中子吸收截面小、慢化能力弱、熔點(diǎn)低沸點(diǎn)高、導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于水、熱容較大、密度低于水、對(duì)多種鋼種腐蝕性小等優(yōu)勢(shì)。鈉還具有本征安全性，高熱導(dǎo)率保證了堆芯和燃料不易過(guò)熱，在一回路冷卻系統(tǒng)失電時(shí)也可以快速導(dǎo)出剩余發(fā)熱，在池式設(shè)計(jì)中，鈉較高的熱容還可以形成熱阱，緩沖事故過(guò)熱。鈉冷快堆通常在常壓下運(yùn)行，在系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)有一定優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)由于鈉的化學(xué)性質(zhì)更活潑，與氧氣、水均可劇烈反應(yīng)，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)措施以避免鈉泄露事故，系統(tǒng)復(fù)雜度更高。物性NaNaKHgPbPb-BiHeHOHO450℃450℃450℃450℃450℃450℃6MPa280℃6.4MPa342.16℃15MPa熔點(diǎn)/℃98-12.6-38.9327.6208.2沸點(diǎn)/℃883784356.717431638密度/(kg/m)8447591251010520101503.955610.7758.0熱容/(kJ/(kg*K)1.2720.8730.130.1470.1465.1938.955.29熱導(dǎo)率(W/m*K)71.22617.114.20.28930.4560.5777運(yùn)動(dòng)粘度/(*10m/s)3.02.40.60357.91.141.239熱脹系數(shù)/(*10/K)2.42.7725.79（6MPa）72.1資料來(lái)源：中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng)《鈉冷快堆及其安全特性》資料來(lái)源：中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng)《鈉冷快堆及其安全特性》，國(guó)請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容29證券研究報(bào)告國(guó)家快堆堆型類(lèi)別熱/電功率MW冷卻劑燃料運(yùn)行時(shí)間美國(guó)Clementine回路型實(shí)驗(yàn)堆0.025/0HgPu1946-1952EBR-I回路型實(shí)驗(yàn)堆1.2/0.2NaKU合金1951-1963LAMPRE回路型實(shí)驗(yàn)堆1.0/0Na熔融Pu1961-1965FERMI回路型實(shí)驗(yàn)堆200/66NaU合金1963-1975EBR-II池型實(shí)驗(yàn)堆62.5/20NaU合金（U,Pu,Zr）1963-1998SEFOR回路型實(shí)驗(yàn)堆20/0NaUO1969-1972FFTF回路型實(shí)驗(yàn)堆400/0Na(Pu,U)O1980-1996CRBR回路型原型堆975/380Na(Pu,U)OALMR池型商用堆840/303Na(Pu,U,Zr)(Pu,U)OSAFR池型示范堆873/350Na(Pu,U,Zr)BR-2回路型實(shí)驗(yàn)堆0.1/0NaPu1956-1957BR-5/10回路型實(shí)驗(yàn)堆5-10/0NaPu,PuO1958-2003BOR-60回路型實(shí)驗(yàn)堆60/12Na(Pu,U)O1969-俄羅斯（蘇聯(lián)）BN-350回路型原型堆700/130NaUO1972-1999BN-600池型原型堆1470/600NaUO1980-BN-800池型商用堆2000/800Na(Pu,U)O2014-BMN-170池型商用堆425/170Na(Pu,U)OBN-1600池型商用堆4200/1600Na(Pu,U)OBN-1800池型商用堆4500/1800Na(Pu,U)O法國(guó)Rapsodie回路型實(shí)驗(yàn)堆20-40/0Na(Pu,U)O1967-1983Phenix池型原型堆653/254Na(Pu,U)O1973-2010SPX-1池型示范堆3000/1242Na(Pu,U)O1985-1998EFR池型商用堆3600/1500Na(Pu,U)OKNK-II回路型實(shí)驗(yàn)堆60/21.4Na(Pu,U)O1977-1991德國(guó)SNR-300回路型原型堆770/327Na(Pu,U)O1994SNR-2回路型示范堆3420/1497Na(Pu,U)OJOYO回路型實(shí)驗(yàn)堆100-140/0Na(Pu,U)O1977-MONJU回路型原型堆714/318Na(Pu,U)O1994-DFBR雙池示范堆1600/660Na(Pu,U)OCFBR池型商用堆3250/1300Na(Pu,U)ODFR回路型實(shí)驗(yàn)堆60/15NaKU合金1959-1977英國(guó)PFR池型原型堆600/270Na(Pu,U)O1974-1994CDFR池型示范堆3800/1500Na(Pu,U)O印度FBTR回路型實(shí)驗(yàn)堆42/12.5-15Na1985-PFBR池型原型堆1250/500Na(Pu,U)O2014-韓國(guó)意大利KALIMER池型原型堆392/162Na（U,Pu,Zr）PEC回路型實(shí)驗(yàn)堆123/0Na(Pu,U)O資料來(lái)源：中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng)《鈉冷快堆及其安全特性》根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異，鈉冷快堆可分為回路式鈉冷快堆和池式鈉冷快堆?；芈肥解c堆結(jié)構(gòu)與熱堆類(lèi)似，用管路將各個(gè)獨(dú)立設(shè)備連接成回路系統(tǒng)，泵和中間熱交換器均布置在堆容器之外，避免容器尺寸過(guò)大，部署相對(duì)靈活。池式鈉堆將堆芯、一回路鈉循環(huán)泵和中間熱交換器都浸泡在鈉池內(nèi)，并在鈉一回路和汽水回路間插入鈉二回路，形成三回路系統(tǒng)，避免蒸汽發(fā)生器泄露造成放射性外泄；三回路（汽水回路）可以產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，參數(shù)可接近常規(guī)火電廠水平。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容30證券研究報(bào)告除鈉冷快堆外，快堆還有鉛冷快堆和氣冷快堆兩種設(shè)計(jì)。鉛冷快堆（鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)，LFR）指使用液態(tài)鉛或鉛鉍合金作為冷卻劑的快堆。由于鉛鉍合金密度高于鈉，在相同體積下熱阱效果優(yōu)于鈉冷卻劑，導(dǎo)熱性能遜于鈉冷卻劑但也可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆余熱的快速導(dǎo)出；此外由于鉛鉍合金化學(xué)性質(zhì)相對(duì)惰性，具有良好的γ射線屏蔽性能，在系統(tǒng)安全性和復(fù)雜度上較鈉冷快堆有一定優(yōu)勢(shì)。另一方面，由于液態(tài)鉛對(duì)合金鋼中的某些元素(如鎳、鉻)具有溶解性腐蝕能力，且熔點(diǎn)較高，密度較大，流動(dòng)性較弱，需要保持較高溫度防止冷卻劑凝固堵塞，結(jié)構(gòu)抗震也需要考慮冷卻劑的高質(zhì)量，此外鉛鉍合金（主要是鉍）在反應(yīng)堆中經(jīng)中子輻照還可能生成放射性、強(qiáng)揮發(fā)性的劇毒物釙-210，鉛冷快堆的發(fā)展仍面臨挑戰(zhàn)，應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)受限。資料來(lái)源：韓金盛,劉濱,李文強(qiáng).鉛冷快堆研究概述[J].核科學(xué)與技術(shù),請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容31證券研究報(bào)告早在20世紀(jì)50年代，鉛基材料就被應(yīng)用在核裂變反應(yīng)堆中，并且主要用于核潛艇動(dòng)力裝置，蘇聯(lián)第一艘試驗(yàn)性核潛艇645項(xiàng)目1艘核潛艇裝載兩座鉛鉍反應(yīng)堆，705項(xiàng)目7艘阿爾法級(jí)核潛艇各裝載一座鉛鉍反應(yīng)堆，得益于鉛鉍反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)靈敏，阿爾法級(jí)核潛艇具有高速和優(yōu)越的機(jī)動(dòng)性能。21世紀(jì)以來(lái)，俄羅斯積極推進(jìn)將鉛基反應(yīng)堆用于商業(yè)核電站，Brest-OD-300鉛冷快堆擬于2027年啟動(dòng)，還計(jì)劃在西伯利亞部署新一代更大型鉛冷快堆；歐洲也形成了完成的鉛基反應(yīng)堆發(fā)展路線；我國(guó)確定了以鉛鉍反應(yīng)堆作為加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（ADS）反應(yīng)堆的首選發(fā)展方向，并全面研發(fā)中國(guó)鉛基反應(yīng)堆（CLEAR首座鉛基核反應(yīng)堆零功率裝置啟明星Ⅱ號(hào)2016年月12首次實(shí)現(xiàn)臨界，首座鉛鉍合金零功率反應(yīng)堆啟明星III號(hào)于2019年10月9日實(shí)現(xiàn)臨界。GIF提供了三種鉛冷快堆參考設(shè)計(jì)，即基于歐洲鉛冷快堆（ELFR）概念的600MW大型系統(tǒng)、基于俄羅斯BREST-OD-300（300MW）的中型系統(tǒng)和基于美國(guó)小型鉛冷快堆（SSTAR）的小型可運(yùn)輸系統(tǒng)，分別代表了大型商用堆、中型示范堆和小型自然循環(huán)堆的發(fā)展方向。ELSY采用閉式燃料循環(huán)，使用天然鈾或貧化鈾作為補(bǔ)充燃料；BREST-OD-300則采用兩回路熱傳輸系統(tǒng)，堆芯外圍不設(shè)增殖區(qū)，并使用氮化物燃料PuN-UN，在密度、容納氣態(tài)裂變產(chǎn)物等方面具有性能優(yōu)勢(shì)；SSTAR則設(shè)計(jì)為可運(yùn)輸小堆，為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供電力供應(yīng)，不需要現(xiàn)場(chǎng)裝料，無(wú)需換料即可長(zhǎng)期運(yùn)行，使用超鈾元素的氮化物作為燃料。資料來(lái)源：GIF，《鉛冷快堆抗擴(kuò)散與實(shí)物保護(hù)白皮書(shū)》，國(guó)請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)聲明及其項(xiàng)下所有內(nèi)容32證券研究報(bào)告物性PuU-10%ErUOPuOUCPuCUNPuN理論密度/(g/cm)19.817.510.9711.4613.6313.4914.3214.23重金屬含量/(g/cm)19.815.759.6810.113.012.913.513.47熔點(diǎn)（K）14089131429311326652795192532203070線脹系數(shù)/(K)18.6-13.612.5導(dǎo)熱系數(shù)(W/m*K)31.88.813.612.5重金屬與燃料吸收截面比1-0.99580.99970.99970.999850.999850.93080.95606資料來(lái)源：吳宜燦等.《鉛基反應(yīng)堆研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景》，鉛基反應(yīng)堆可形成完整的核能應(yīng)用路線。鉛基反應(yīng)堆可以覆蓋裂變技術(shù)和聚變技術(shù)，在設(shè)計(jì)上可以應(yīng)用于臨界堆或次臨界堆（需要外部中子源）。鉛冷快堆在功能上包含發(fā)電、嬗變和增殖，可用于大規(guī)模生產(chǎn)氚，用作動(dòng)力裝置，也可以小型化偏遠(yuǎn)地區(qū)和小型電網(wǎng)供電。此外，由于鉛基反應(yīng)堆具有良好的中子經(jīng)濟(jì)性，還可以用于釷反應(yīng)堆。資料來(lái)源：吳宜燦等.《鉛基反應(yīng)堆研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景》目前氣冷快堆（GFR）的研究相對(duì)較少，GIF建議用氣冷快堆作為液態(tài)金屬冷卻快堆的長(zhǎng)期替代方案。氣冷快堆通常使用氦氣作為冷卻劑，堆芯出口溫度通常為800-850℃,因此對(duì)燃料的連續(xù)運(yùn)行要求較高，需要較高的功率密度才能實(shí)現(xiàn)良好的中子經(jīng)濟(jì)性。GIF的參考?xì)饫淇於言O(shè)計(jì)功率達(dá)2400MW，采用三回路設(shè)計(jì)，一回路為氦氣間接循環(huán)，二回路中氦氣-氮?dú)馔ㄟ^(guò)布雷頓循環(huán)直接驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電做功，燃