“双碳”目标驱动核能未来可期.docx
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1、1 .核能原理及开展概况核电原理概述1.1.1. 核裂变链式反响核反响有四种方式:核裂变、核聚变、粒子轰击和核衰变,其中核裂变链式反响为 核能发电原理。质量较大的原子(如铀、牡、杯)的原子核在吸收一个中子后会分 裂为多个质量较小原子核、同时放出二至三个中子和巨大能量,而新产生的中子引 起新的原子核裂变,裂变反响连续不断地进行下去,同时不断产生新能量,这个过 程就是核链式核裂变反响。核裂变链式反响即为核能发电的能量来源。图1:核裂变原理红沿河核电,核电站组成核能发电的本质是核能一一热能一一机械能一一电能的能量转换。为了实现这一转 换,核电站由核岛和常规岛两局部组成。核岛局部包括反响堆装置和一回路
2、系统,主要作用为进行核裂变反响和产生蒸汽。 水作为冷却剂在反响堆中吸收核裂变产生的热能,成为高温高压的水,然后沿管道 进入蒸汽发生器的U型管内,将热量传给U型管外侧的汽轮机工质(水),使其 变为饱和蒸汽。被冷却后的冷却剂再由主泵打回到反响堆内重新加热,如此循环往 复,形成一个封闭的吸热和放热的循环过程,这个循环回路称为一回路系统。常规岛局部包括汽轮发电机系统和二回路系统,主要作用为利用蒸汽推动汽轮机组 发电。汽轮机工质(水)在蒸汽发生器中被加热成蒸汽后进入汽轮机(图中所示高 压缸和低压缸)膨胀作功,将蒸汽焰降放出的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。 汽轮机转子与发电机转子两轴刚性相连,因此汽轮
3、机直接带动发电机发电,把机械 能转换为电能。作完功后的蒸汽(乏汽)被排入冷凝器,由循环冷却水(如海水)电站 并 网成功中国核能开展报告(2019),百度百科,中国核能行业协会,1.4. 中国核电开展现状中国大陆地区在运机组54台,在建机组21台。截至2022年7月,我国所有在运 的核电机组共54台,装机容量约52150兆瓦,在建核电机组共21台,总装机容量 约23511兆瓦。其中,21台在建机组中有10台采用的是华龙一号。目前国内在运 及在建核电机组均位于沿海地区。图4 : 20132022/07全国核电在运及在建机组数图5 : 2013.2022/07全国核电在运及在建装机容量)1世界核协会
4、,Heilon|iangXmjiangInner MongoliaUaoningGansuNingxia)一Bohai ShipyardHongyanhe-Haixing ShidaowanQinghaiShaanxi HenanJrHaiyangTianwan加温 / PengzeSichuanZhejiangJShanghaiM*Qinshan-FangjiashanSanmenTaohuajiang/JiangxiA Hunan Guizhou Ji I )YunnanGuangxi Operating Under construction - PlannedBailongFangche
5、nggang - YangjiangChangjiang -一一 ZhangzhouHuizhou .z_.、 Lufeng (Shanwei)世界核协会,图6 : 2022.07全国核电站分布情况Nuclear Power Plants in ChinaXudabao/XudapuXianmng (Dafan)Source: World Nudear AssociationTaishanDaya Bay-Lmgao世界核协会,2.双碳目标助推核电开展,行业市场空间广阔2.1. 核电低碳高效优势显著,渗透率有待进一步提升核电是一种低碳、高效的清洁能源。核电可明显减少温室气体排放。核电的二氧化碳
6、排放量为12g/kWh,和风能的排放量接近,远远低于传统能源的二氧化碳排放量。核电的利用效率也是所有发电设备中最高的。2018-2021年中国核电年均利用小时 均在7000小时以上,而各种发电设备的年均利用小时的平均值不超过4000小时,显著低于核电的利用效率。在几种清洁能源中,相较于风电、太阳能,核电发电不 受季节、环境的影响,可以全年发电;相较于水电,虽然核电的本钱略高,但对地 理位置不存在要求,综合来看,核电是优质的清洁能源。图7:各种发电方式二氧化碳排放量比照图8 : 2018-2021年各种发电设备年均利用小时数wind,wind,世界核协会,图9 :度电本钱比照(元/kWh )0.
7、500.450.400.350.300.250.200.150.100.05201820192020核电水电火电中国核电、长江电力、华能国际公司公告,核电渗透率仍存在提升空间。我国核电发电量占总发电量的比重由2013年的2.1%升至2021年的5.0%,虽然呈现逐年增加的趋势,但占比仍低于火电、水电、风电 的占比,且显著低于许多兴旺国家和开展中国家的水平,核电行业的渗透率有望进步提升。图11 : 2021年各种类型电源发电量占比图10 : 2013-2021年核电发电量占比变化2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021核电发电量占比()核电 .风电
8、 .水电 火电.太阳能wind,wind,wind,图12 : 2021年我国核电发电量占比与其他国家/地区比照世界核协会,“双碳”目标引领,多项核电政策陆续落地双碳背景促进能源体系转型。最近20年,全球变暖、冰川融化、海平面上升、雾霾等一系列极端天气现象说明温室效应带来的气候变化正严重影响着人类的生 存环境。2016年正式实施的巴黎协定提出要将全球平均气温较前工业化时期的 上升幅度控制在2以内。在此背景下,2020年9月22日,国家主席习近平在第七 十五届联合国大会上宣布,中国力争2030年前二氧化碳排放到达峰值,努力争取 2060年前实现碳中和目标。“双碳”战略倡导绿色、环保、低碳的生活方
9、式,有利 于引导绿色技术创新,加快推进产业结构和能源结构调整。核电开展迎来新的政策机遇期。2021年政府工作报告中明确提出“在确保平安 的前提下积极有序开展核电这是近十年来首次用“积极” 一词来表述核电。中共中央国务院关于准确全面贯彻新开展理念做好碳达峰碳中和工作意见中,再次 提及“积极平安有序开展核电”和“积极稳妥推进核电余热供暖”。此后涉及核电 领域的一系列政策相继发布。表3 : 2021年以来核电政策统计时间政策内容优化产业结构和能源结构。推动煤炭清洁高效利用2021 /3/52021年国务院政府工作报告八国民经济和社会开展第十四个五年2021/3/13规划和2035年远景目标纲要中共中
10、央国务院关于完整准确全面2021/10/24贯彻新开展理念做好碳达峰碳中和工力开展新能源,在确保平安的前提下积极有序开展电。“十四五”时期我国将建成华龙一号、国和一号、气冷堆示范工程,积极有序推进沿海三代核电建设电运行装机容量到达7000万千瓦。积极开展非化石能源。实施可再生能源替代行动, 开展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等作的意见极平安有序开展核电,积极稳妥推进核电余热供暖田友-辛工皿心”“左斗辿斗也一 合理确定核电站布局和开发时序,在确保平安的前2021/10/24国务院关于印发2030年刖碳达峰行f七妥钻、田左有序开展核电,保持平稳建设节奏。加快关键技术动力案的通知攻关,培育高
11、端核电装备制造产业集群。2021/11/29“十四五”能源领域科技创新规划三代大型压水堆装备自主化水平进一步提升,建立 化型号和型号谱系。小型模块化反响堆、(超)高 冷堆、熔盐堆、海洋核动力平台等先进核能系统研 示范有序推进。乏燃料后处理、核电站延寿等技术取得阶段性突破。2022/1/29在确保平安的前提下,积极有序推动沿海核电工程设,保持平稳建设节奏,合理布局新增沿海核电项, 七 ,开展核能综合利用示范,积极推动高温气冷堆、快“十四五”现代能源体系规划模块化小型堆、海上浮动堆等先进堆型示范工程,2022/3/172022年能源工作指导意见核能在清洁供暖、工业供热、海水淡化等领域的综用。有序推
12、进水电核电重大工程建设。建成投运福清6红沿河6号、防城港3号和高温气冷堆示范工程等关于促进新时代新能源高质量开展 2022/5/14实施方案的通知关于促进新时代新能源高质量开展 2022/5/14实施方案的通知机组,在确保平安的前提下,积极有序推动新的沿电工程核准建设。稳妥推进新能源参与电力市场交易。支持新能源项用户开展直接交易,鼓励签订长期购售电协议,电业应采取有效措施确保协议执行O中国政府网,推进核能综合利用,翻开新成长空间随着“双碳”战略的推进和核能技术的不断开展,“核电+”将成为一种核能应用的 新开展模式。核能将不仅仅扮演提供电力的角色,在核能制氢、区域供热、海水淡 化等多种非电综合利
13、用领域都将发挥功能,这些领域将成为核能行业的新蓝海。核能制氢技术成熟,综合优势明显。核能制氢主要有传统电解水制氢、高温蒸汽电 解制氢和高温热化学循环工艺制氢3类。电解水制氢的效率仅有30%左右,并不适 用于规模化制氢。高温热化学循环制氢和高温蒸汽电解制氢比普通电解耗能更少、 效率更高,需要用到高温气冷堆。而高温气冷堆目前在我国已有较好的研发基础, 适合大规模制氢。相较于其他新能源制氢方式,核能高温气冷堆制氢的本钱是20元 /kg,处于较低水平;相较于传统化石能源制氢方式,核能高温气冷堆制氢的本钱虽 然略高,但碳排放强度在1 kgCO2/kgH以下,低于化石能源制氢的碳排放强度10kgCO2/k
14、gHo综合来看,核能制氢优势明显。初级能源次级能源图13 :核能制氢技术路线图14 :不同制氢方式本钱比照(元/kg )中国高温气冷堆制氢开展战略研究,清华大学,核能供热可显著提升环境质量。我国大局部地区冬季受到雾霾困扰,而北方地区取暖 使用能源以燃煤为主,燃煤排放物是导致雾霾严重的重要原因。核能供热不会产生二 氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘、灰渣等排放物,仅会产微量的放射性物质。 以功率为400MWt的热源为例,核能供热将产生0.005毫希/人年的放射性物质, 远低于燃煤锅炉产生的0.013毫希/人年的放射性物质。表4 :功率为400MWt的不同热源环保效益比拟中核战略规划研究总院,热源类
15、型二氧化碳 (吨/年)二氧化硫 (吨/年)氮氧化物 (吨/年)烟尘(吨/ 年)灰渣(吨/ 年)放射性(毫希/人年)燃煤锅炉640000500016005000500000.013燃气锅炉204600-80731核供热堆000000.005政策加持,核能供热面临重大机遇。2016年,国家开展改革委和国家能源局联合发布 的能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)指出,到2050年,核能供热具备规 模建设条件。此后,一系列支持核能供热的政策相继出台,核能供热的步伐加快。 城市建筑集中供暖面积的持续增加,也为核能供热提供了良好的用户环境。2013年, 我国城市建筑集中供暖面积为57亿平方米,2
16、021年,这一数值升至99亿平方米, 年均复合增长率达8%。根据中核战略规划研究总院的预测,2030年我国城市建筑 集中供暖面积将到达150亿平方米,假设增长面积的10%的面积由核能来供热,核能供 热面积将到达5.2亿平方米。表5:核能供暖相关政策时间会议/文件内容2016年5月能源技术革命重点创新行动路线图到2050年,核能供热具备规模建设条件.人工口一人推进北方地区冬季清洁取暖,尽可能利用清2016年12月中央财经领导小组会议源,加快提高清洁供暖比重。2017年10月十九大报告推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、高效的能源体系。2017年12月北方区冬季清洁暖规划(2017-2021)
17、核能、地热、太阳能等能源是清洁供暖的形式。2018年2月2018年2月2018年能源工作指导意见北方地区核能供暖五年行动方案2021年10月2030年前碳达峰行动方案积极研究推动北方地区核能供暖试点工作 将核能供暖示范工程列为重点工程予以推 积极推动严寒、寒冷地区清洁取暖,积极开展核能供热示范。充分发挥可再生能源供暖作用,持续推进地区清洁取暖,,做好清洁取暖专项监管2022年3月2022年能源工作指导意见中国核科技信息与经济研究院,中国政府网,图15 : 2013-2030年我国城市集中供热面积及预测中核战略规划研究总院,2.2. 电力市场化逐步推进,交易规模持续扩大核电市场化改革持续推进。2
18、013年以前,核电站的上网电价较多采用“一厂一价” 定价方式,但在该定价模式下,核电站建设超期、超预算的现象屡见不鲜。2013年 6月,国家发改委将全国核电核定的标杆电价确定为每千瓦时0.43元,但同时规定, 核电含税价格与基础的火电价格采取对标,实行“两价取低”的定价策略。核电上 网电价基本按照“四六分”的定价机制,约60%按发改委核定电价,剩余局部市场 化定价。自2020年起,煤电价格联动机制取消,定价机制由标杆上网电价改为“基 准价+上下浮动”的市场化机制,市场化交易步伐加快。2022年1月,国家开展改 进行冷却,凝结成水,然后由凝结水泵送入加热器预加热,再由给水泵将其输入蒸 汽发生器,
19、从而完成了汽轮机工质的封闭循环,此回路称为二回路。革委发布了关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见,提到要“培育多 元竞争的市场主体。有序放开发用电计划,分类推动燃气、热电联产、新能源、核 电等优先发电主体参与市场,分批次推动经营性用户全面参与市场,推动将优先发 电、优先购电计划转化为政府授权的中长期合同。”市场交易规模持续上升。中国广核的核电市场化售电量比重由2016年的3.6%升至2021年的39.2%,中国核电的核电市场化售电量比重由2016年的9%升至2021年的38.6%O核电市场化开展将增加核电产业的竞争程度推动核电企业提升自身技术 水平,降低建设本钱、燃料本钱,来保证自身的价
20、格优势。图16 : 2016-2021年核电市场化售电量比重中国核电、中广核公司公告,2.3. 2025年核电行业市场空间有望超3000亿元关键假设1 :中国核能年度开展与展望(2020)中提到,预计到2025年,我国在运核电装机到达7000万千瓦,在建核电装机到达3000万千瓦左右,假设每年新 增核电装机相同,那么每年每年新增装机容量为7338兆瓦。关键假设2 :根据气候变化研究进展的统计数据,核电站每千瓦建造本钱在1.2- 2.0万元,预计2025年乐观/保守情况下核电站每千瓦建造本钱为2.0/1.2万元。关键假设3 :以2018-2021年核电年均利用小时平均值为依据,预计2025年乐观
21、情况下核电年均利用小时以1.4%的年均增速增长,保守情况下核电年均利用小时保持 在2021年的水平。核电售价以2019-2021年的平均值为依据,预计2025年售价为 0.39元/千瓦时。基于以上假设,2025年保守/乐观情况下核电行业市场空间有望达3010/3719亿元。表6:核电行业市场空间核电站建设保守估计乐观估计2025年装机容量(运行+在建)(MW)1000001000002021年装机容量(运行+在建)(MW)70649706494年新增装机容量(MW)2935129351每年新增装机容量(MW)73387338建设本钱(元/kW)1200020000核电站建设市场空间(亿元)88
22、11468核电站运营2025年在运装机容量(MW)7000070000年均利用小时(小时)78008246发电量(亿千瓦时)54605772售价(元/千瓦时)0.390.39核电站运营市场空间(亿元)21292251核电行业市场空间(亿元)30103719中国核能年度开展与展望(2020),气候变化研究进展,3.三代技术日益成熟,四代技术快速开展3.1. CAP1400:青出于蓝而胜于蓝AP1000技术的引进为三代技术开展奠定基础。2003年初,为了应对能源总量短缺 和气候变化对生态环境产生的破坏等矛盾,加快能源基础设施建设和能源结构的调 整列入中央高层的议事日程。2004年9月,2006年1
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