核电行业研究报告:政策、历史、短中长视角分

  发布时间: 2022年06月24日 12:23:54   作者: 广丰能源网

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(报告出品方/作者:华创证券,庞天一)

一、核电行业基础知识

(一)核能发电理论概要

1、核能发电原理

将原子核裂变所释放的核能转变为电能的系统和设备称之为核电站,核能发电的过程本 质上是能量转换的过程,原子核裂变过程中核能转化为热能,生成蒸汽,热能转化为机 械能推动汽轮机运转,最终机械能转化为电能产生电力。

商用核电反应堆根据反应堆冷却剂/慢化剂和中子能分类。按照冷却剂/慢化剂的不同,反 应堆一般可分为轻水堆(包括压水堆和沸水堆等)、重水堆及气冷堆。按照所用的中子能量, 反应堆一般可分为慢(热)中子堆或快中子堆。

核电行业研究报告:政策、历史、短中长视角分

压水堆核电站主要由原子核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统和设备组 成。

一回路系统是将裂变能转化为水蒸汽的热能装置。原子核反应堆内产生的核能,使堆芯 发热温度升高,高温高压的冷却水在主循环泵驱动下,流进反应堆堆芯,将堆芯中的热 量带至蒸汽发生器。蒸汽发生器再把热量传递给二回路循环系统中的给水,使给水加热 变成高压蒸汽,放热后的冷却水又重新流回堆芯。这样不断地循环往复,构成一个密闭 的循环回路。

二回路中蒸汽发生器的给水吸收了一回路传来的热量变成高压蒸汽,然后推动汽轮机, 带动发电机发电。作功后的废气在冷凝器内冷却而凝结成水,再由给水泵送入加热器加 热后重新返回蒸汽发生器,再变成高压蒸汽推动汽轮发电机作功发电,这样构成了第二 个密闭循环回路。

综上所述,压水堆核电站将核能转变为电能是分四步,(1)反应堆—将核能转变为水的 热能;(2)蒸汽发生器—将一回路高温高压水中的热量传递给二回路的水,使其变成饱 和蒸汽;(3)汽轮机—将饱和蒸汽的热能转变为汽轮机转子高速旋转的机械能;(4)发 电机—将汽轮机传来的机械能转变为电能。

核电行业研究报告:政策、历史、短中长视角分

2、核能发电利弊分析

基于我国现阶段能源战略为能源可持续发展推动经济社会可持续发展,而当前我国能源 太依赖于煤炭等化石燃料,因此核电作为清洁能源之一得到了大力发展,其主要优势有:

(1)绿色环保污染低。作为清洁能源的核电,其碳排放量低,并且不会直接排放二氧化 硫、氮氧化物或是温室气体污染空气。不仅相比于传统的火电,较其他清洁能源而言温 室气体排放量也更低。

(2)发电成本低且稳定。核电成本主要来源于前期建造投入,燃料费用占比较低。核能 发电以少量的核子燃料便可产生巨大的能量,低浓缩铀 1 吨具有的能量相当于燃烧 5 万 吨重油产生的能量。因此核能发电成本低且比较稳定,受国际经济形势动荡影响较小。

(3)发电稳定且利用率高。相比其他可再生能源发电方式,例如水电、风电、太阳能发 电,核电能源输出更加稳定,不易受气候天气季节的影响,使用频率、利用小时数更高。

(4)存储运输方便。核燃料能量密度大,所以燃料所占体积小,更加易于运输存储。

(5)核燃料资源丰富。全球核燃料供应充足,核燃料有铀、钍等等,地球上可供开采的 核燃料资源可提供的能量是矿石资源的十多万倍。

核电行业研究报告:政策、历史、短中长视角分

不可否认,核能发电现阶段还存在一定的劣势,未来行业发展要致力于克服这些缺点。主要表现为:

(1)核电热效率低。核能发电过程复杂,涉及到多种能量的转换因此能量的损失大,在 水蒸汽冷凝过程中带走的热量大约占总热量的 3/4,核电站的热效率仅为 30%-35%。

(2)热污染。核电站排放的水蒸气中含有大量的废热,这部分热量进入地表水使得水温 升高,不仅使水体恶化,还会影响海洋生物的生存。

(3)安全顾虑大。即使各个国家采取各种技术措施来保证核安全,但是一旦发生意外不 受控制(如日本 2011 年福岛核事故)将会造成不可逆转的伤害。公众对于核泄漏核辐射 的恐惧也使得核能发电一直备受争议。

(4)核废料处理难度大。使用过的核废料具有极强的辐射,如果不正确处理核废料将会 对人体、生物都会造成毁灭性的危害,而核废料的处理对技术和成本的要求都很高。

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