高温气冷堆领航，碳中和下核电大有可为？-格隆汇

在两碳大背景下，核电为电力部门脱碳重要一环。我国核电发展近期取得重要进展，9月12日高温气冷堆核电站示范工程首次实现临界，这是示范工程继今年完成双堆冷试、双堆热试、首次装料后取得的又一重大进展。本周我们就我国核电发展情况，以及高温气冷堆发展情况进行梳理展望。

核心观点

▍核电：优质基荷能源，碳中和重要一环

我国近五年核电稳健发展：装机容量方面，截至2020年末我国核电装机容量达4989万千瓦，同比增加2.4%，占总装机比例2.3%，近五年复合增速12.9%。发电量方面，2020年全年实现发电量3662亿千瓦时，同比增加5.0%，占总发电量比例4.9%，近五年复合增速16.7%。2020年中国是世界上核能发电量排名第二的国家，我国核能发电量占世界比重13.6%，反应堆数51个。截至2021年6月，我国在建、拟建核反应堆达55个。

相较风光而言，核电稳定性强、发电效率领先。数据上看，核电月度发电量占比最高与最低月份差异不超过2个百分点；2020年我国核电平均利用小时达7453小时，较火电领先超3000小时，较风电、光伏领先超5000小时。此外，相较传统能源，核电低碳排契合碳中和大方向。核电作为新能源的一员，与其他不可再生能源相比，排放的等效温室气体比煤电燃料小两个数量级。两碳背景下，电力部门深度脱碳是关键，核电依托其较强的减排属性，有望成为重要一环。

▍高温气冷堆：四代技术候选堆型，安全性、经济性突出

根据慢化剂和冷却剂的不同，核电站可被划分为不同堆型，如压水堆、沸水堆、重水堆和高温气冷堆等。目前我国高温气冷堆技术目前已进入商业化推广阶段，且商用规模世界领先。2004年，清华大学与中国华能集团、中国核工业建设集团共同签订协议，组建公司运营20万千瓦高温气冷堆商用示范核电站，高温气冷堆跨入商用阶段。2021年9月12日，石岛湾高温气冷堆核电站示范工程1号反应堆首次达到临界状态，机组正式开启带核功率运行，标志着全球首座四代核电石岛湾高温气冷堆临界。

除发电以外，制氢为高温气冷堆热工艺的重要应用。核能制氢与传统的甲烷蒸汽重整和水电解方法制氢相比，更加清洁、经济、和高效。具体来看，有多种反应堆都可以与制氢系统相耦合，但效率与温度密切相关。美国桑迪亚国家实验室评估认为，各种堆型中只有氦气冷却的高温气冷堆可以提供足够高的温度来耦合驱动制氢体系。从技术衔接角度看，高温气冷堆为最适合制氢的堆型。与此同时，将高温气冷堆用于核能制氢，不但可以与常规工业设备有机结合，与制氢工艺要求相匹配，还能够大大提高制氢效率，满足大规模制氢需求。一台60万千瓦高温气冷堆机组可满足180万吨钢对氢气、电力及部分氧气的能量需求，每年可减排约300万吨二氧化碳，减少能源消费约100万吨标准煤。

目前，我国高温堆制氢关键技术研究已取得良好进展，处世界领先地位。9月18日，高温气冷堆碳中和制氢产业技术联盟在清华大学成立。高温气冷堆制氢有望接力两碳大背景，步入发展快车道。

▍投资建议

核电将成为“碳中和”大背景下的重要一环，其中高温气冷堆热效率领先，且安全性、经济性突出，未来有望在发电、制氢领域得到广泛应用。具体标的方面，核电运营建议关注【中国广核】【中国核电】，设备建议关注【中国核建】【江苏神通】等，四代高温气冷堆相关建议关注【佳电股份】【海陆重工】【科新机电】等。

▍风险提示：项目建设不及预期；政策支持不及预期；安全运行不及预期

正文

1. 高温气冷堆领航，碳中和下核电大有可为

1.1. 核电：优质基荷能源，碳中和重要一环

1.1.1. 简介：中国为核电大国，近五年装机CAGR达13%

我国近五年核电装机增长节奏较快，带动发电占比稳步提升。装机容量方面，截至2020年末我国核电装机容量达4989万千瓦，同比增加2.4%，占总装机比例2.3%，近五年复合增速12.9%。发电量方面，2020年全年实现发电量3662亿千瓦时，同比增加5.0%，占总发电量比例4.9%，近五年复合增速16.7%。

2020年中国是世界上核能发电量排名第二的国家，我国核能发电量占世界比重13.6%，反应堆数51个。截至2021年6月，我国在建、拟建核反应堆达55个。

1.1.2. 特点：强稳定、高效率、低碳排

相较风电光伏，核电稳定性强、发电效率领先。核电具备其他电种难以企及的稳定性：与水电相比，核电不存在枯水期问题；与煤电相比，核电燃料较少受到交通状况的影响；与风、光、生物质等可再生能源发电相比，核电没有间歇性、间断性等问题。我们从发电量月度波动来看，月度发电量占比最高与最低月份差异不超过2个百分点。与此同时，核电发电效率遥遥领先，2020年我国核电平均利用小时达7453小时，较火电领先超3000小时，较风电、光伏领先超5000小时。

相较传统能源，核电低碳排契合碳中和大方向。核电作为新能源的一员，与其他不可再生能源相比，排放的等效温室气体比煤电燃料小两个数量级。从数据上看，与同等容量的燃煤电站相比, 大亚湾电站每年可减少排放二氧化碳1350万吨、二氧化硫10万吨、氮氧化物6万吨, 烟尘1.8万吨, 灰渣90万吨。

1.1.3. 展望：电力脱碳重要一环，政策表述更为积极

两碳背景下，电力部门深度脱碳是关键。2020年以来，我国碳减排布署工作加速推进，以实现2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。据IEA机构发布的2018数据，我国能源消费产生的二氧化碳排放量中，电力与热力部门碳排放占比高达51%，电力部门深度脱碳是实现碳中和的重要途径。目前我国电源结构仍以煤电为主，2020年煤炭发电占比达61%。提高清洁能源发电占比，从而进一步降低煤电发电的占比，是电力部门实现能源减排的核心。

《政府工作报告》中核电表述更为积极，核电发展有望提速。2021年我国《政府工作报告》中明确提出，“在确保安全的前提下积极有序发展核电”，较2012和2017年“安全高效发展核电”以及2015年“安全发展核电”的表述更为积极。同时，《中国核能发展与展望(2021)》中提及，“十四五”期间《原子能法》《放射法废物管理法》《核损害赔偿法》《核电管理条例》等一批核能领域法律法规有望出台。在两碳背景下，叠加配套政策的持续完善，核电发展速度有望进一步提升。

1.2. 高温气冷堆：四代技术候选堆型，安全性、经济性突出

在核电站的核反应过程中，用来触发核燃料链式反应的中子的速度一般需要慢化，此过程需要慢化剂；用于反应的核燃料需要冷却和传热做功，此过程需要冷却剂。根据慢化剂和冷却剂的不同，核电站可被划分为不同堆型，如压水堆（PWR）、沸水堆（BWR）、重水堆（PHWR）和高温气冷堆（HTGR）等等。

1.2.1. 简介：四代候选堆型，处快速创新阶段

高温气冷堆是一种安全高效的核反应堆，被列入未来第四代核能系统技术的六个候选堆型。该类型的反应堆使用耐高温的石墨作为慢化剂，使用化学惰性和热工性能良好的氦气作为冷却剂，采用陶瓷型包覆颗粒燃料元件，是国际核能界公认的具有良好安全特性、较高的经济性和广泛的应用性的堆型。

具体来看，在高温气冷堆电站中，铀燃料被做成小颗粒，每个颗粒外包覆一层低密度碳、两层高密度碳和一层碳化硅，形成直径小于1毫米的包覆颗粒。包覆颗粒均匀弥散在石墨慢化材料中，制造成直径为6厘米的球形燃料元件。发生核反应时，包覆层可以将包覆颗粒中产生的裂变产物充分地阻留在颗粒内，利用核燃料的“非能动”有效保证了核反应的安全性和清洁性。

我国高温气冷堆技术研究历经跟踪、跨越和自主创新三个阶段，目前已进入商业化推广阶段，且模块式高温气冷堆核电站在商用规模上处于世界领先地位。2004年，清华大学与中国华能集团、中国核工业建设集团共同签订协议，共同组建公司运营20万千瓦高温气冷堆商用示范核电站，高温气冷堆跨入商用阶段。

石岛湾项目已达到临界状态，我国核电高温气冷堆发展进入新阶段。2006年，山东石岛湾20万千瓦级高温气冷堆核电站示范工程（HTR-PM）列入国家科技重大专项，并于2012年12月正式动工。2021年8月14日20时30分，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程汽轮机非核蒸汽冲转转速达到预期值，标志着非核蒸汽冲转试验获成功。2021年9月12日9时35分，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程1号反应堆首次达到临界状态，机组正式开启带核功率运行，标志着全球首座四代核电石岛湾高温气冷堆临界。

1.2.2.特点：热效率领先、安全性较高、经济性突出

特征一：热效率领先。高温气冷堆慢化、冷却特殊性强，带动热效率领先。相较其他热中子堆，高温气冷堆的慢化剂和冷却剂具有较大特殊性。在这种技术特征下，高温气冷堆系统一回路出口温度可达741℃，热功率3000MV，热效率38.7%，热效率位列热中子堆之首。

优势二：安全性较高。高温气冷堆是国际核能界公认的一种具有良好安全特性的堆型。主要原因一方面是其堆芯具有良好的热稳定性，不易融化；另一方面是包覆颗粒材料能够避免大量放射性物质的释放。

优势三：经济性优异。高温气冷堆的经济性，主要体现在其系统简易化构造带来的低成本以及经过改良后较高的发电效率。从下表可以看出，高温气冷堆的系统比起压水堆有着明显的简化，主要体现在核反应的反应性控制系统、压力调节系统、应急系统和安全壳四个方面的简化。

1.2.3.展望：应用前景广阔，制氢为重要场景

除发电以外，高温气冷堆的热工艺应用广泛。发电为高温气冷堆最常规应用，除此之外，高温气冷堆的热工艺还可用于制氢、海水淡化、居民区供热等等。由于厂区的规模和建造特点，高温气冷堆的核电机组还可以代替中小火电厂，在化解落后产能的方面有所贡献。

应用一：核能制氢高效、清洁，两碳背景下大有可为。传统制氢方法存在污染严重、碳排放量大、效率低等问题。目前，核能制氢技术越来越成为重要的制氢选择，核能制氢与传统的甲烷蒸汽重整和水电解方法制氢相比，更加清洁、经济、和高效。与此同时，将高温气冷堆用于核能制氢，不但可以与常规工业设备有机结合，与制氢工艺要求相匹配，还能够大大提高制氢效率，满足大规模制氢需求。

工艺匹配度高，高温气冷堆为最适合制氢堆型。有多种反应堆都可以与制氢系统相耦合来制氢，但制氢的效率与温度密切相关。提高制氢效率需要的是合适的高温，因此，核能制氢需要反应堆的最高输出温度能够与制氢工艺所需要的温度相匹配。美国桑迪亚国家实验室评估认为，各种堆型中只有氦气冷却的高温气冷堆可以提供足够高的温度来耦合驱动制氢体系。因此，从技术衔接角度看，高温气冷堆为最适合制氢的堆型。根据氢能汇数据，一台60万千瓦高温气冷堆机组可满足180万吨钢对氢气、电力及部分氧气的能量需求，每年可减排约300万吨二氧化碳，减少能源消费约100万吨标准煤。

目前，我国在国家科技重大专项“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”支持下，高温堆制氢关键技术研究已取得良好进展，处于世界领先地位。9月18日，为推动高温气冷堆制氢技术和产业发展，攻克关键核心技术问题，打造世界一流产学研用结合的新型协同攻关联合体，助力“碳达峰、碳中和”国家战略目标实现，高温气冷堆碳中和制氢产业技术联盟在清华大学成立。

应用二：原址替代火电。高温气冷堆替代火电特别是在原址替代火电方面具有众多优势，高温气冷堆发电不会对周围环境造成不利影响，也不会制约周边城市规划和产业发展；高温气冷堆的蒸汽参数与燃煤电厂基本一致，可利用原厂址一些共有设施，有利于火电厂址资源综合利用、国有资产保值增值；对于缓解环境保护、节能减排与经济发展、社会稳定之间的矛盾具有重要的意义。

高温气冷堆核电机组满足国际现在及未来最严格的核安全标准，满足事故条件下对厂址周边最严格的放射性剂量限制标准，在技术上不需要厂外应急。因此，为满足日趋严格的环境保护要求，可以在一部分面临退役的火电厂址上建设高温气冷堆核电机组，充分利用原有火电汽轮机和冷却塔等基础设施和设备。

1.3. 投资建议

根据《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》：“十四五”时期我国将建成华龙一号、国和一号、高温气冷堆示范工程；积极有序推进沿海三代核电建设；核电运行装机容量达到7000万千瓦。我国核电发展将成为“碳中和”大背景下的重要一环。对于高温气冷堆而言，热效率领先，且安全性、经济性突出，未来有望在制氢领域得到广泛应用，近期高温气冷堆碳中和制氢产业技术联盟已在清华大学成立，未来高温气冷堆制氢或将大有可为。

具体标的方面，核电运营标的建议关注【中国广核】、【中国核电】，设备标的建议关注【中国核建】、【江苏神通】等，四代高温气冷堆相关标的建议关注【佳电股份】、【科新机电】、【海陆重工】等。

2. 环保公用投资组合

3. 重点公司外资持股变化

截至2021年9月24日，剔除限售股解禁影响后，长江电力、华能水电、国投电力、川投能源和华测检测外资持股比例分别为6.37%、0.54%、1.58%、2.81%和21.26%。较年初（1月2日）分别变化+0.92、+0.19、-0.60、-0.46和-1.72个百分点，较上周分别变化+0.19、-0.02、-0.02、-0.05和-0.03个百分点。