热门赛道丨核能,双碳道路的必然选择

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行业定义

核能(nuclear power,也称原子能)是利用可控核反应来获取能量,进而产生动力、热量和电能,其包括核裂变、核衰变和核聚变。产生核电的工厂被称作核电站,将核能转化为电能的装置包括反应堆和汽轮发电机。核能在反应堆中被转化为热能,热能将水变为蒸汽推动汽轮发电机组发电。而核电是最清洁、最安全、最高效、占地面积最小的能源形式之一,在应对全球气候变化、推动能源绿色转型和保障能源安全方面具有卓越的优势与不可替代的作用。

近年来,核电在全球能源市场的份额持续回升。根据国际原子能机构动力堆信息系统的数据,截至2024年1月,全球可运行的核电反应堆为413座,总净装机容量达到371510兆瓦(MWe),核电占全球总发电量的比重约为10%。

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2012-2021年全国商运核电机组装机规模情况 来源:中国核能发展报告(2022)

自1951年12月美国实验增殖堆1号(EBR1)首次实现核能发电以来,核电站技术方案大致可以分为四代。第一代核电站是原型堆,主要目的是通过试验示范来验证核电在工程实施上的可行性;第二代核电站的目标是实现商业化、标准化、系列化和批量化,以提高经济性;第三代核电站各国有不同的技术方案,代表性技术包括美国的AP1000、法国的EPR和中国的华龙一号。第四代核能系统概念(不同于核电技术或先进反应堆)由美国在20世纪90年代末提出,随后美、法、日、英等国家组建了“第四代核能系统国际论坛(GIF)”。GIF的总体目标是到2030年左右推出能够解决核能经济性、安全性、废物处理和防止核扩散问题的第四代核能系统(Gen-IV)。

第四代核电技术逐步接近实用化,我国相关技术走在世界前列。第四代核电与第三代方案以及概念完全不同,它不是第三代技术的延伸,而是一种根本性和革命性的变化。第四代核反应堆是目前正在研发的下一代反应堆,在反应堆概念和燃料循环方面具有重大创新,其主要特征包括高安全可靠性、废物产生量小、更好的经济性、多用途功能和防止核扩散能力。经过共同努力,GIF在2002年从130多种概念设计中遴选出了六种最有开发前景的第四代核能技术:气冷快堆(GFR)、铅冷快堆(LFR)、熔盐反应堆(MSR)、钠冷快堆(SFR)、超临界水冷堆(SCWR)和超高温气冷堆(VHTR)。

中国大力发展核电的主要原因是核电技术相较于其他能源具有显著优势。核能发电不仅环保,还具备经济可靠性和高效性。作为一种低碳清洁能源,核电能够减少温室气体排放。核电的发展受到全球电力需求的不断增长、环保意识的提升以及化石燃料价格和供应波动的驱动。特别是对于那些经济快速发展但化石燃料资源有限的国家,如中国,核能是具有全球竞争力的重要能源选择之一。与煤炭或天然气发电站相比,核电利用裂变反应作为热源,形成闭合回路,不排放二氧化硫和氮氧化物,间接排放的二氧化碳量也极少,因此不会污染空气。

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来源:中国核能行业协会

此外,与其他可再生能源相比,核能发电更加稳定。核电站不易受天气、季节或其他环境因素的影响,具有较大容量和低成本发电的特点,能够满足大量电力需求。核电站还可以按照设计容量运行很长时间。根据欧洲核能协会的统计数据,1,000克标准煤、矿物油和铀分别可以产生约8千瓦时、12千瓦时和24兆瓦时的电力,显示出核电发电的高效性。

核电在我国能源供应体系中占据重要地位,也是新能源的关键组成部分。核电产业链分为上游、中游和下游,上游涉及核电设备、核燃料和核材料的供应;中游包括核电站的建设和运营;下游主要包括发电、维修和后处理市场。在整个产业链中,核岛和常规岛设备是实现核电国产化的核心。

睿兽分析整理核能相关公司近年的融资情况,相比于未上市公司目前我国核能产业的上市公司数量较多,一级市场融资事件数量总体较少,其中2019年事件数达到历年最高。

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相关企业


Neo Fusion

聚变新能(安徽)有限公司成立于2023年5月,是一家核聚变技术研发商,专注于新能源服务领域,主要从事核聚变技术研发业务,致力于将可控核聚变用于全球商业用途。

目前,该公司公开披露信息较少。根据其招聘信息,聚变新能是中国科学院合肥物质院等离子体物理研究所(下称合肥等离子体所)磁约束核聚变领域的唯一成果转化平台,合肥等离子体所是公司的独家技术转让及授权方和唯一技术股东方。

根据环评信息公示,聚变新能正在建设紧凑型聚变能实验装置(BEST) 。BEST装置将在第一代EAST装置基础上,首次演示聚变能发电,并将率先建成世界首个紧凑型聚变能实验装置。

在融资方面,2023年5月,聚变新能完成了15亿元的天使轮融资,投资方包括皖能电力、蔚来汽车、蔚来资本和合肥产投集团;今年5月,该公司又获得了来自安徽国控集团、皖能电力、中石油昆仑资本、合肥产投集团和中国科学院合肥物质院的A轮融资,融资金额未披露。

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能量奇点

能量奇点能源科技(上海)有限公司创立于2021年,聚焦于有商业发电潜力的高磁场、高参数、紧凑型高温超导托卡马克装置及其运行控制软件系统研发,为未来商业聚变发电堆提供高性价比、高可靠性的核心组件和服务。

据悉,能量奇点团队成员来自斯坦福、普林斯顿、北大、清华、中科院、上海交大等顶级院校及国际突出聚变能源科研院所,拥有一流的研发能力、工程能力、创造力和专业经验,涵盖高温超导、等离子体物理、人工智能等多领域。

目前,能量奇点独立研发的洪荒7高温超导托卡马克装置正在按计划加工建造,预计于今年第三季度开始总装,年底建成运行。与此同时,能量奇点已开始研发适用于下一代强磁场托卡马克装置的核心部件——经天磁体。洪荒70、奇门系统和经天磁体将奠定能量奇点下一代有商业发电潜力的强磁场先进托卡马克装置洪荒200的基础。

2023年4月,能量奇点完成近4亿元Pre-A轮融资,投资方包括明照资本、米哈游、云和方圆资本与黑门投资。本轮融资的资金将主要用于经天磁体和奇门系统研发。

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星环聚能

陕西星环聚能科技有限公司成立于2021年,其核心成员全部毕业于清华大学工程物理系,拥有超过20年积累的可控聚变研究整体经验,是国内系统性从事聚变能研发的知名团队之一。创始团队在高温超导球形托卡马克的基础上,创新性提出了多冲程重复运行、等离子体电流自有磁场重联加热等为特点的紧凑型重复重联聚变堆方案,预期可在相对紧凑的尺寸内实现高效、稳定、经济的聚变能输出。

星环聚能采用的磁重联加热的球形托卡马克方案,可减少繁冗的加热和电流驱动设备,显著降低聚变堆复杂度,并提高氚增殖率,是一种在未来能源市场具有明显成本优势的聚变能技术路线。日前,公司已在其与清华大学共同建设的第一台聚变装置SUNIST-2上验证磁重联加热方案,并初步观察到磁重联加热等离子体的显著效果。

目前,星环聚能正在设计新一代聚变验证装置CTRFR-1,该装置将通过高温超导磁体约束等离子体,并通过磁重联加热等离子体到1亿度,使其达到聚变条件,完整验证星环聚能的聚变方案。预计到2027年,公司将开始建设商业示范装置,并且有可能在2030年前后展示基于自身独特方案的商业化聚变电力输出。

2024年3月,星环聚能宣布完成数亿元人民币Pre-A轮融资。本轮融资由上海知识产权基金领投,华成创投跟投,老股东中科创星、和玉资本持续跟投,资金将主要用于星环聚能新一代聚变验证装置的设计、研发和建造。其于2022年6月获得顺为资本、中科创星、昆仑资本、远镜创投、和玉资本、红杉种子基金、险峰长青、九合创投、联想之星、英诺创投、元禾原点以及华方资本等多家机构共同投资的数亿元人民币天使轮融资,用于可控聚变能开发。

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热点讯息


2024年6月,可控核聚变迈出坚实一步,我国“人造太阳”全球首次放电成功

6月19日,全球首台全高温超导托卡马克装置在上海建成运行,这一装置的运行标志着我国在全球范围内率先完成了高温超导托卡马克的工程可行性验证。日前,位于上海的聚变能源商业公司能量奇点宣布,由能量奇点设计、研发和建造的洪荒70装置成功实现等离子体放电。这是全球首台全高温超导托卡马克装置,也是全球首台由商业公司研发建设的超导托卡马克装置。


2023年12月,清华牵头研发的全球首座模块式高温气冷堆核电站商运投产

12月6日记者从国家能源局和中国华能获悉,华能石岛湾高温气冷堆核电站完成168小时连续运行考验,正式投入商业运行。这是我国具有完全自主知识产权的国家重大科技专项标志性成果,也是全球首座第四代核电站,标志着我国在第四代核电技术领域达到世界突出水平。华能山东石岛湾核电站集聚了设计研发、工程建设、设备制造、生产运营等产业链上下游500余家单位,先后攻克多项世界级关键技术,设备国产化率超90%。


2023年8月,核电审批年内首开闸,国常会核准6台新机组拉动千亿级投资

多方获悉,此次获得核准的项目分别为山东石岛湾核电厂扩建一期工程项目1、2号机组,福建宁德核电项目5、6号机组及辽宁徐大堡核电项目1、2号机组,总计6台机组。大致估算,上述获批的新机组总投资近1200亿元。


2022年3月,年发电量近200亿度 “华龙一号”示范工程全面建成投运

3月25日,我国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组——中核集团福清核电6号机组今日正式具备商运条件。至此,“华龙一号”示范工程全面建成投运。据介绍,“华龙一号”示范工程包括福清核电5、6号两台机组。该示范工程全面建成后,两台机组年发电能力近200亿度,相当于每年减少标准煤消耗624万吨、减少二氧化碳排放1632万吨,相当于植树造林1.4亿棵,可以优化我国能源结构,推动绿色低碳发展、助力实现碳达峰、碳中和目标。


2021年12月,中国引领:“全球首堆”石岛湾高温气冷堆并网发电

12月20日上午,华能集团、中核集团与清华大学宣布,国家科技重大专项石岛湾高温气冷堆核电站示范工程1号反应堆首次并网成功,发出第一度电。这是全球首座具有第四代先进核能系统特征的球床模块式高温气冷堆,由中国自主设计、建造、调试和运营。从开工建设到并网发电,高温气冷堆历经“十年磨一剑”。

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