核能应用系列报告（1）：首个海上浮动核电站将开建，打开小型堆成长空间.pdf
<p>research.stocke 1/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 Table_main 行业研究类 模 板 专题 电力设备 与 新能源行业 报告日期： 2016 年 9 月 18 日 首个 海上浮动核电站 将开建，打开 小型堆 成长空间 核能应用系列 报告 （ 1） 行业公司研究电力设备与新能源行业 ： 郑丹丹 执业证书编号： S1230515060001 高志鹏（联系人） ： 021-80108040 021-80108040 ： zhengdandanstocke gaozhipengstocke table_invest 行业 评级 电力设备 与 新能源 看好 Table_relate 相关报告 1京闽甘电改方案获批，新能源汽车碳配额交易将试行（电力设备与新能源行业 9 月报） 2016.09.08 2电改系列专题报告 3：广东售电市场8 月竞价电量创新高 2016.08.24 3 20160812-钴行业跟踪报告 4：资源巨头嘉能可发布半年报，钴产量同比增长27% 2016.08.13 4 20160813-碳酸锂行业分析报告：国内外碳酸锂供需预测及 2016年敏感性分析 2016.08.13 5电改又进一步 2016.08.08 table_research 报告撰写人： 郑丹丹 数据支持人： 高志鹏 报告导读 国内首座海上浮动核电站 大概率 将于近期 开建 。海上浮动核电站是小型反应堆与船舶的有机结合体，具有海水淡化、热电联产等功能，适合海上钻井平台及独立海岛使用，应用前景广阔。 投资要点 海上浮动核电站 ， 技术源于小型堆 海上浮动核电站，是小型反应堆与船舶的有机结合体。 国际原子能机构（ IAEA）将额定功率小于 300MW 的机组定义为小型反应堆 ，目前国际上主流的小型反应堆依然采用压水堆的技术路线 。 在我国， 中核集团和中广核集团都开发 了 小型堆技术，主力堆型分别为 ACP100 和 ACPR50S， 二者均于 2015 年年底被纳入国家发改委能源创新“十三五”规划。 小型堆相较于大型堆，采用了简化回路、精简不必要设备、非能动余热排出方式等多项措施 ， 提升了反应堆的固有安全性。 海陆应用皆具灵活性，市场前景广阔 海上浮动核电站可潜于海平面以下，陆上小型 核反应堆可使用空气循环冷却塔冷却，减少对于水源依赖， 海陆应用皆具灵活性 。 目前 海上石油钻井平台用电 用热 需求大，燃油 供电供热 成本过高，替代需求强烈，短期内是带动海上浮动核电站 需求的主要驱动因素。 按照目前国内三大海上油田储量以及石油钻井平台动力需求，如果全部使用核动力替代柴油动力， 并 考虑小型堆在支持偏远海岛建设、进行极地航道开拓等领域具有较强优势，我们预计 ，未来 近 10年（ 至 2025 年 底） 小型堆总需求将 达到 30 座左右，对应 产业链投资额 1500-1800亿元。 投资建议 我们建议从以下三个维度关注海上浮动核电站相关投资机会与对应标的：1）具有小型反应堆设备制造能力的相关标的，如：浙富控股、上海电气； 2）能够直接参与海上浮动核电站设计与总装的标的，如：中国动力、中国重工； 3）具有新型反应堆设计和建设能力的相关标的，如：中国核建 。 风险提示 海上 浮动核电站 建设或不达预期；陆地小型堆建设或不达预期；新兴能源技术诞生导致技术替代。 证券研究报告 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 2/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 正文目录 1. 海上浮动核电站，技术源于小型堆 . 4 1.1. 中国将建首个海上浮动核电站 . 4 1.2. 海上浮动核电站是小型堆与船舶的有机结合体 . 4 1.3. 小型堆 原理与传统压水堆相同，但亦有所区别 . 5 1.4. 供电同时亦可用于海水淡化，更加适合苛刻环境应用 . 7 2. 小型堆海陆应用皆具灵活性，市场前景广阔 . 8 2.1. 海陆空间皆广阔，市场应用可期 . 8 2.1.1. 海上钻井平台、海岛建设和新航道开拓，为浮动核电站应用提供新市场 . 8 2.1.2. 区域供热与工业供汽，拓展小型堆陆上应用空间 . 11 2.2. 海陆应用皆具灵活性 . 12 3. 相关标的 . 13 3.1. 设备制造相关标的 . 13 3.1.1. 浙富控股（ 002266） . 13 3.1.2. 上海电气（ 601727） . 14 3.2. 参与海上浮动核 电站设计与总装标的 . 15 3.2.1. 中国动力（ 600482） . 15 3.2.2. 中国重工（ 601989） . 15 3.3. 新型反应堆设计和建设相关标的 . 15 3.3.1. 中国核建（ 601611） . 15 风险提示 . 15 致谢 . 15 图表目录 图 1：中广核 ACPR50S 概念图 . 4 图 2：海上浮动核电站建成效果图 . 4 图 3： ACP100 反应堆工作原理 . 5 图 4： SMART 反应堆主系统采用一体化布臵方式 . 6 图 5： KLT-40S 紧凑化回路设计 . 6 图 6： ACP100 应用于海水淡化的工作流程示意 . 7 图 7： 小型核反应堆主 要应用领域 . 8 图 8： 中国海洋油气资源储量统计（截至 2015 年底） . 9 图 9： 北极“东北航道”与“西北航道”路线图 . 10 图 10： 小型堆应用于城市区域供热的工作原理示意 . 11 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 3/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 11： 美国核电站分布 . 12 图 12：华都公司股权结构图 . 13 图 13： ACP100 控制棒驱动机构销爪组件 . 14 图 14： ML-B 控制棒驱动机构密封组件 . 14 表 1：国际主流的小型反应堆 . 5 表 2： ACP100 安全性方面所具有的技术特点 . 6 表 3：海上浮动核电站与柴油发电机组发电成本对比 . 9 表 4：俄罗斯在 运核电机组供热数据（截至 2011 年底，不完全统计） . 11 表 5：大连深蓝部分核电项目供货业绩（不完全统计） . 14 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 4/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 1. 海上浮动核电站，技术源于小型堆 1.1. 中国将建首个海上浮动核电站 据 媒体近期报道 ，中国首艘海上浮动核电站将在中船重工旗下渤船重工进行总装制造 。 目前中船重工集团与国内两大核电巨头中核集团、中广核集团均签订合作协议， 中核集团的 ACP100S 与 中广核集团的 ACPR50S 将成为该海上浮动核电站项目考虑采用的候选堆型 ， 二者均于 2015 年年底被纳入国家发改委能源创新“十三五”规划 。 其中， ACP100S 是此前于 2011 年国家能源局批复“ 多用途模块式小型压水堆 ACP100”国家高新技术产业项目的海上应用版，其主要特点与 ACP100 相似，具有 一体化布臵、模块化设计、高安全性、建设周期短、厂址适应性强、环境友好、用途广泛等优点 。 另 据中广核集团 和中核集团 官网报道， 2016 年 9 月 5-8 日 IAEA 在北京举办了主题为“用于近期部署的小型模块堆技术评估技术会议”的年度全球小型堆技术评审会议 ，国内两大核电巨头分别携 ACPR50S 和 ACP100 参会 。 截至目前，中核集团 的 ACP100 与 中广核 集团的 ACPR50S 均被 纳入 国际原子能机构（ IAEA） 全球小型堆发展路线图 ， 而中核集团的 ACP100 此 前 于 2016 年 4 月 22 日通过 IAEA 通用反应堆安全审查 ， 至此中核集团与中广核集团的小型反应堆技术均获得了国际核电领域权威机构 IAEA 的肯定。 图 1 为 中广核 ACPR50S 为海上浮动式小型堆， 能够 用于海上浮动核电站的总装 ，其建成效果如图 2 所示 。 图 1： 中广核 ACPR50S 概念图 图 2： 海上浮动核电站建成效果图 资料来源： 中广核官网， 浙商证券研究所 资料来源： 中广核官网， 浙商证券研究所 我们认为 ， 随着国内两大主流小型堆技术路线获得国际社会肯定，我国海上浮动核电站千亿元级市场空间可期。 1.2. 海上浮动核电站是小型堆与船舶的有机结合体 海上浮动核电站 是小型 反应堆 与船舶的有机结合体 。国际原子能机构（ IAEA）将额定功率小于 300MW 的机组定义为小型反应堆， 300MW-600MW 的机组定义为中型反应堆而将 600MW 以上的反应堆定义为大型反应堆，按照这一分类标准，小型反应堆的历史则可以追溯到人类首次实现临界链式核反应。近年来受降低总体造价以及为远离大型电网的偏远地区供电的愿景驱使，国际社会又重新燃起了对小型反应堆的兴趣。目前， 除我国之外，美国、俄罗斯、韩国等国家也在进行小堆的研发 ，而在建造使用方面，以沙特为首的中东国家表现出对于建造小型堆浓厚的兴趣，沙特在 2015 年与韩国就两台 SMART 反应堆的引进达成协议，并签订谅解备忘录。 小型堆技术路线众多， 海上浮动核电站仍以压水堆为主 。从目前全球小型反应堆发展的情况来看，其采用 的技术路线也非常之多，大的技术路线包括压水堆、沸水堆、高温气冷堆、快中子堆、熔盐堆等，基本涵盖了目前核反应堆的主流技术路线。目前涉足海上浮动核电站建设的国家仅有 中国和俄罗斯 ，所采用的技术路线均为压水堆，如果考虑 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 5/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 以往核潜艇以及核动力航母的情况，压水堆几乎垄断了已建成的海上核动力装臵。目前国际主流的小型反应堆堆型 如表 1 所示 。 表 1：国际主流的小型反应堆 名称 反应堆类型 功率 设计机构 ACP100 压水堆 100MWe 中核集团 ACPR50S 压水堆 50 MWe 中广核集团 Nuscale 压水堆 45MWe 美国纽斯凯尔电力公司 （ Nuscale Power） SMART 压水堆 90 MWe 韩国原子能研究所 KLT-40S 压水堆 35 MWe 俄罗斯联邦机械制造试验设计局 （ OKBM） CAREM 压水堆 27 MWe 阿根廷国家原子能委员会 NP-300 压水堆 100-300 MWe 法国的原子能技术公司 HTR-PM 高温气冷堆 105 MWe 清华大学 PBMR 高温气冷堆 165 MWe 南非国家电力公司（ Eskom） HTTR 高温气冷堆 30MWt 日本原子能研究所 SVBR 铅铋快堆 100MWe 俄罗斯国家原子能集团（ Rosatom） 4S 钠冷快堆 10MWe 东芝公司 &日本中央电力研究所（ CRIEPI） STAR 铅冷快堆 400MWt 阿贡国家实验室 资料来源： 中核集团中原对外 工程 公司官网 ， 浙商证券研究所 1.3. 小型堆原理与传统压水堆相同，但亦有所区别 海上浮动核电站的工作原理与传统压水堆相同。目前全球在运、在建以及处于设计当中的海上核动力装臵，包括海上浮动核电站、核潜艇以及核动力航母，均采用了传统压水 堆的技术路线，这使得海上浮动核电站的工作原理和陆上压水堆相同。 图 3 为 ACP100 反应堆的工作原理示意 。 图 3： ACP100 反应堆 工作原理 资料来源：中核集团官方微信 平台 、 浙商证券研究所 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 6/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 海上浮动核电站和传统压水堆的 工作原理相似，但系统设计存在不同。反应堆系统的安全性是核能利用史上一个亘古不变的主题，对于小型堆亦是如此。小型堆在追求安全性的过程当中采用了一系列特殊设计，这使得小型堆在具体的设计方案上与传统大型堆显现出很多不同。其中最为主要的改变在于采用非能动专设安全系统以及对反应堆主要设备系统进行简化和重新布臵，这当中对于反应堆设备的简化与重新布臵显得尤为独特。 先以中核集团的 ACP100 为例，根据 中国核工业报 援引 中核集团 ACP100 科研专项总设计师宋丹戎 的介绍，ACP100 的特点之一是反应堆 的 一体化布臵， 其 将堆内 核心设备 ， 压力容器、蒸汽发生器、主泵、稳压器等 集成为一体， 这样就使得 ACP100 反应堆系统当中不在需要主管道，这意味着 ACP100 将不会发生主管道大 LOCA 事故，提高了反应堆的固有安全性，与 ACP100 采用相同设计理念的反应堆还有韩国的 SMART 反应堆。 与 ACP100 不同， 俄罗斯的 KLT-40S 反应堆则采用了另外一种紧凑化回路的设计思路，该反应堆目前已经装配在全球首台海上浮动核电站“罗蒙诺索夫院士号”上。紧凑化回路设计方案中主管道仍然存在，但其长度却大大减少，使得主管道大 LOCA 事故的发生概率大大降低，是 目前主流的核潜艇以及核动力航母所采用的设计方案。 SMART 和KLT-40S 的 设计方案 分别如图 4、图 5 所示 。 图 4： SMART 反应堆主系统采用一体化布置方式 图 5： KLT-40S 紧凑化回路设计 资料来源： 中原对外工程公司官网， 浙商证券研究所 资料来源： 中原对外工程公司官网， 浙商证券研究所 小型堆相对于大型堆在设计方面存在多项改进使其 固有安全性能 超过大型堆。除了上述提到的对于系统管道的简化，小型堆还在压力容器设计、冷却剂余热排出设计以及堆芯材料选择等多个方面进行优化，以提升小型堆得固有安全性能。表 2 为 ACP100 安全性方面所具有的技术特点。 表 2： ACP100 安全性方面所具有的技术特点 技术特点 可达到 的 安全性目的 取消主冷却剂系统管道 消除大破口事故（ LOCA）的发生 压力容器底部无开口 冷却剂丧失情况下，堆芯仍能在一段时间内处于淹没状态 乏燃料池布置在地面标高以下 保证极端情况下，不出现乏燃料裸露情况 核岛全部埋于地下 避免外部事件冲击 主冷却剂系统采用自然循环原理 停堆时产生的衰变余热可通过非能动方式排出； 反应堆亦可以采用自然循环模式运行 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 7/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 单位装机容量对应压力容器尺寸更大，从而降低堆芯内中子注量率 降低运行期间裂变中子和射线对压力容器材料的辐照脆化效应 采用改进的耐高温燃料和结构材料 增加反应堆安全裕量，使堆芯在无保护的瞬态超负荷过程中不受损坏 减少不必要的阀门和管道 降低能动设备故障引发事故概率 采用先进的自动化控制系统 降低人因引发事故概率 资料来源： 中国发展小型堆核能系统的可行性研究 （中核集团官方微信平台），浙商证券研究所 1.4. 供电同时亦可用于海水淡化，更加适合苛刻环境应用 小型堆除了能够用来发电外，还具有海水淡化、工业供汽以及城市区域供热等多种用途，这些应用虽然形式不同，但原理都是对核反应堆产生余热的再利用，从目前应用情况来看，技术已经非常成熟。大型核反应堆余热利用的主要方式为海水淡化，国际上大型反应堆加装海水淡化装臵已经较为常见， 国内红沿河核电、海阳核电以及待建的徐大堡核电都已经或准备加装海水淡化装臵。 图 6 为 中核 ACP100 用于海水淡化 的主要工作原理。 就偏远岛屿而言，海水淡化功能配合海上浮动核电站的应用，极具前景。 淡水和电力是制约偏远岛屿开发的两大难题 ，目前国内偏远岛屿供电主要采用了光伏 +柴油发电机的配臵满足电力供给，在人口数量不多以及商业化开发程度较低的情况下，基本能够满足需求，但随着海岛商业化开发进程的提速，偏远海岛对于电力的需求将随着未来的商业化开发呈现爆发式增长。淡水供给相对电力供给问题更加突出，海岛井水由于偏咸、苦涩、杂质多，一般无法直接用于饮用，海岛饮用淡水仅能通过天然雨水的积累获取一小部分，其余淡水需求缺口需要全部通过外部 输送满足，遇到极端天气情况，外部淡水供给极有可能丧失。 图 6： ACP100 应用于 海水淡化 的 工作流程 示意 资料来源： 中核集团官方微信 平台 ，浙商证券研究所 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 8/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2. 小型堆海陆应用皆具灵活性，市场前景广阔 2.1. 海陆空间皆广阔，市场应用可期 小型反应堆下游应用 可分为 海上与陆地两大分支 。 其中 海上浮动 核电站 主要用于海上石油钻井平台供电 、 海岛建设以及极地航道开辟 ；陆上小型堆主要用于偏远地区供电、供热 、供汽 使用 ， 如图 7 所示。 图 7： 小型 核 反应堆主要应用领域 资料来源： 浙商证券研究所 根据中核集团从事小型堆相关研究的学者 宋丹戎 等 在核未来 (Nuclear Fucture)（ 2016 年 第 4 期 ） 发表的论文 Small is beautiful: ACP100 small modular reactor research and development in China（后文简称“ S 文”）， ACP100 单台机组的造价在 100 亿元左右，考虑海上建设机组土建施工 成本或 略微降低，我们预计 ， 小型堆应用 商业化后， 单台机组的总建造成本 将逐步下降， 可以控制 在 60 亿元 以内 。 从目前下游应用的体量以及前景来看，我们认为， 海上石油钻井平台供电是短期 该细分市场 最大的爆发点。 未来近 10 年（至 2025 年底），我们预计，国内将建成约 25 台海上浮动核电站，以用于替代目前的柴油供电；在其他应用领域将建成 5 台左右。由此测算，未来 近 10 年 的 相关产业链投资将达到 1500 亿元 -1800 亿元。 考虑 到 国际社会对于小型反应堆的兴趣越来越浓厚，未来发展潜力很大，小型反应堆的发展或将促进国内核电产业进一步“走出去”。 2.1.1. 海上钻井平台、海岛建设和新航道开拓，为浮动核电站应用提供新市场 海上钻井平台 海上石油钻井平台用电需求大，燃油成本过高，替代需求强烈，短期内是带动海上浮动核电站需求的主要驱动因素。 目前国内海上石油钻井平台电力及热力供应主要依赖于柴油提供，燃油发电的成本大致在 2 元 /kWh，而海上浮动核电站电力成本在 1 元 /kWh 左右，海上石油钻井平台运营商替代需求强烈 。 目前中海油已经中核和中广核在相关领域都签订和合作协议。我们测算的柴油发电成本与海上浮动核电站发电成本的对比 如 表 3 所示 。 其中，柴油发电成本主要取决于所消耗柴油成本，通过测算，柴油发电度电成本在 2 元 /kWh 左右。此外通过分析中国 核电 2015 年年报我们发现核电发电成本中核燃料占比一般维持在 25%-30%左右，占比并不高，这就意味着反应堆的造价成本以及运维成本对核电发电成本影响较大。 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 9/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 表 3：海上浮动核电站与柴油发电机组发电成本对比 柴油发电成本测算 * 海上浮动核电站发电成本测算 * 1 升 0#柴油理论热值（ KJ） 28,926.72 情景 乐观 中性 保守 柴油发电机转化效率 30%-40% 反应堆折旧（亿元） 1 1.5 2 1 度电热值（ KJ） 3,600 运维成本（亿元） 0.35 0.38 0.4 1 升 0#柴油理论发电量（ kWh） 2.4-3.2 人员费用（亿元） 0.35 0.38 0.4 1 升 0#柴油价格（元） 5.5-6 其他（亿元） 0.15 0.18 0.2 反应堆功率（ MWe） 125 125 125 年均可利用小时数（ h） 7,500 5,000 2,500 年发电量（亿度） 9.375 6.25 3.125 非燃料度电成本（元） 0.20 0.39 0.96 核燃料度电成本（元） 0.048 0.053 0.063 柴油发电机度电成本（元） 1.72-2.5 浮动核电站 度电成本（元） 0.25 0.44 1.02 资料来源： *公开资料， *浙商证券研究所 综合考虑，我们认为目前海上浮动核电站的造价成本存在较大的变动空间，而核燃料成本、运维成本以及人员费用相对稳定。同时考虑到，目前单个海上石油钻井平台动力需求远不及 100MWe，如果不能有效利用海上浮动核电站，可能会导致海上浮动核电站可利用小时数大幅下降。因此我们采用情景分析的方法对海上浮动核电站发电成本进行测算：乐观情形 下 ，海上浮动核电站造价成本 在 60 亿元左右， 年 利用小时数 约 7,500h，其他成本维持低位；中性情形 下 ，海上浮动核电站造价成本为 90 亿元左右， 年 利用小时数 约 5,000h； 保守 情形 下 ，海上浮动核电站造价高达 120 亿元，可利用小时数 低至 2,500h 左右 ，其他成本略有提高。通过测算， 在 保守 情形下海上浮动核电站度电成本为 1.02 元 /kWh左右，仍较柴油发电有较大优势。 中国海洋油气资源储备可支撑近 25 台左右海上浮动核电站建设。根据人民网援引中船重工 719 所专家的介绍，渤海油田现有海上石油钻井平台总装机容量为 600MW，预计到 2020 年电力总装机容量将提升到 1000MW，单渤海油田需求就将达到 10 台左右。此外，我们根据中国 海洋石油 2015 年年报披露的海洋油气资源储备情况来看，南海油气资源储备最多达到 11.88 亿桶当量，渤海油田次之为 9.72 亿桶当量，而东海油气资源最少为 1.64 亿桶当量，如图 8 所示。 基于上述分析，我们预计，未来近 10 年（至 2025 年底）海上石油钻井平台对应的浮动核电站需求约 25 台。 图 8： 中国海洋油气资源储量 统计 （截至 2015 年底） 资料来源： 中 国海洋石油 2015 年年报 ，浙商证券研究所 02004006008001,0001,2001,400渤海油田 东海油田 南海油田净探明储量：百万桶当量 table_page 电力设备新能源行业专题 research.stocke 10/16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 海岛建设 我国 偏远海岛数量众多，东海 、 南海开发亟待解决电力与淡水问题。 我国 面积达 500 平方米以上的岛屿为 6536个，总面积 72800 多平方公里 ， 其中有人居住的岛屿为 450 个。 我 国岛屿呈现小岛多、大岛少，无人岛多、有人岛少，缺水岛多、有水岛少 等 特点。 另外考虑到南海重要战略地位以及三沙市未来发展，国家已经在永兴岛、永暑</p>
