前 言


　　2024年1月，工业和信息化部等七部门联合印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，确定了包括未来能源在内的六大未来产业。未来能源明确聚焦核能、核聚变、氢能、生物质能等重点领域。全球核能复兴，多个国家将核能发展作为能源战略的重要组成部分，抢占第四代核能技术发展先机。全球及中国核能发展现状如何，第四代核能技术发展现状如何？


　　一、概念内涵


　　（一）核电反应堆


　　核能发电是指利用铀核裂变所释放出的热能进行发电。在核裂变过程中，中子撞击铀原子核，发生受控的链式反应，产生热能，生成蒸汽，从而推动汽轮机运转，产生电力。核电站的核心装置是核反应堆，我国使用最广泛的堆型是压水堆。


　　图 1 核反应堆主要堆型 （资料：天风证券，中大咨询整理）


　　（二）核能主要优势


　　碳排放低。核能发电过程中几乎不产生温室气体，碳排放量极低，全生命周期温室气体（碳氧化物）排放量为 12 克/千瓦时，远低于煤电（820）、气电（490），还低于同属清洁能源的光伏发电（48）和水电（24）。


　　稳定性好。核能发电站利用核裂变反应释放的能量产生电力的过程，相对稳定且连续，不易受到天气、地区等外部因素的干扰，我国近10年核电平均利用小时数在7000-7900小时之间，近5年保持在7300小时以上，核电发电站的利用小时数远高于火电（4466）、水电（3133）等其他能源类型。


　　能量密度高、体积小。核燃料能量密度远远高于化石燃料，且燃料占地面积小，运输与储存方便。1克铀完全裂变时产生的能量相当于2500吨标准煤。一座100万千瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，仅需一航次飞机就可完成运送。


　　（三）第四代核能


　　自上世纪50年代以来，核能发电技术发展经过多轮发展，各国不断研发和推广更加安全、高效、环保的核电技术，第三代核电技术是目前技术成熟度最高的先进核电技术，正在全球开展大规模商业部署。目前全球正在探索第四代核能技术，第四代核能技术由美国在本世纪初提出，规划到2030年左右进入商业化应用阶段。


　　第四代核能技术对核能利用的经济性和安全性提出了更高的要求。不仅需要其电力生产成本低于每度电3美分，初投资小于每千瓦发电装机容量1000美元，建设期小于3年；同时，其堆芯融化概率低于10-6/堆年，在事故条件下无放射性场外释放，无需场外应急，人因容错性能高，内在的和外部的防止核扩散能力强，核废物量要最小。


　　表 1 第一代至第四代核能技术特点及代表堆型 （数据：公开资料，天风证券，信达证券，中大咨询整理）


　　二、发展现状


　　（一）核能发展现状


　　（1）全球核能发展情况


　　截至2023年底，全球核电在运机组413台，总装机容量37,151万千瓦，分布在全球31个国家地区，核电发电量25,980亿千瓦时，同比增长2.1%，全球平均各国核电发电量在总发电量中的占比9.2%。中国核电运行机组55总装机容量5,703万千瓦，发电量4,065亿千瓦时，在总发电量中占比4.9%，占比位列第25位，低于全球平均水平，未来增长空间大。


　　图 2 主要国家核能发电量及占总发电量比例 （数据：IAEA，中大咨询整理）


　　（2）全球铀资源分布


　　根据国际原子能机构（IAEA）数据，截至2021年1月1日，全球待查明资源（即预计资源和推测资源之和）为736.55万吨铀，非常规资源总量近3,900万吨铀。非常规资源是指铀含量极低、仅将铀作为少量副产品生产的资源（如磷酸盐、黑色页岩、有色金属矿石、碳酸盐岩和褐煤）及其他潜在（如海水）。


　　全球铀资源分布不均，共55个国家有查明可开采铀资源，其中澳大利亚、哈萨克斯坦和加拿大的资源量位列前三，占全球资源量的一半，前十的国家约占全球资源量的88%。中国铀资源24.47万吨，位列全球第9位，约占全球资源量的3.3%。因此，我国每年80%以上的铀资源依赖进口。


　　图 3 全球已查明铀资源量前十国家（万吨） （数据：IAEA，中大咨询整理）


　　（3）中国核能发展情况


　　从现有装机规模及发电量来看，中国核电装机容量及发电量全球排名靠前，但核电发电量占全国总发电量的比例低于全球平均水平。中国核电装机容量及发电量均保持稳定增长趋势，近五年平均增速在6%-7%之间。


　　图 4 中国核电装机容量及发电量情况 （数据：国家能源局，中大咨询整理）


　　从未来预测来看，中国原子能科学研究院的李萍等人在《“碳中和”目标下中国核电发展》（2023年）中分保守情景、“碳中和”情景以及强化低碳情景，对我国中长期核电装机容量规模进行预测，预计到2030年，三种情境下分别达到0.9亿千瓦、1.4亿千瓦、2.29亿千瓦；到2050年，三种情境下分别达到1.7亿千瓦、3.5亿千瓦、6.9亿千瓦。


　　从布局及企业来看，中国的核电站主要分布在东部沿海省份，从已核准的核电站来看，在建核电站呈现往内陆地区建设的趋势，主要分布在辽宁、吉林、安徽、河南、四川以及重庆等。中国目前核电形成双寡头的竞争格局，绝大部分核电项目由中核及中广核集团运营，共占全国核电装机规模的95.2%，其余部分由国家电投集团和华能集团等运营。


　　（二）第四代核能发展现状


　　作为未来核能发展的重要方向，第四代核电技术目前总体上处于研发设计阶段，商业化应用仍处在早期。2000年，美国、英国和法国等10个国家就研发四代堆达成国际合作框架，创立“第四代核能系统国际论坛(GIF)”。2002年底，GIF发布了技术路线图，提出了六种满足新一代核能标准的反应堆类型，旨在进一步提高核电的安全性、经济性和废物处理能力。


　　中国在高温反应堆、熔盐堆方面的第四代核能发展处于世界前列。目前，超临界水冷堆和气冷快堆还处于概念设计阶段；钠冷快堆是国内外建造和运行经验最多的堆型；铅冷快堆方面，俄罗斯研究处于领先地位；高温气冷堆方面，中国华能石岛湾高温气冷堆示范电站投入商运，是全球首座高温气冷堆商业示范电站；熔盐堆方面，中国钍基熔盐实验堆已建成，并取得运行许可证。


　　表 2 第四代核能主要反应堆类型及发展现状


　　（数据：公开资料，中大咨询整理）


　　表 2 第四代核能主要反应堆类型及发展现状 （数据：公开资料，中大咨询整理）


　　三、未来发展方向


　　在全球能源危机下，世界主要国家均将核能视为重要的战略能源，全球核能发展步伐日益加快。美国大力发展核能制氢，2023年联手法国、英国等20余国联合发布《三倍核能宣言》，未来三年与日本、加拿大、法国和英国调动至少42亿美元用于加强铀浓缩和转化产能建设，并助力小堆全球部署。法国立法取消了核电发展限制，俄罗斯计划到2045年建成29台新核电机组，英国、日本、韩国等也相继出台相关计划大力提高核电占比。


　　中国核能坚持三步走“热堆——快堆——聚变堆”发展战略，“十四五”规划到2025年，核电运行装机容量达到7000万千瓦左右。随着核电进入稳速发展期，核电设备等相关行业迎来发展机遇，中高端核电阀门国产替代进程将加快；核燃料后处理亟待突破，后处理能力建设和关键设备自主可控发展空间广阔。


　　在中大咨询近期推出的未来产业分析告的上一篇《未来产业 | 第四大能源！未来能源生物质能如何促进能源转型》一文中，我们介绍了生物质能在发热、清洁供电等方面的作用以及其应用前景。本篇文章则聚焦于核能，揭开有关第四代核能的技术开发和资源分布与利用的神秘面纱。接下来的文章我们还将为大家介绍海洋能，关注中大咨询，我们一起了解新产能，探索新产业！


本文标题：未来产业 - 一文带你了解全球核能及第四代核能技术最新发展情况！