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澳门官方娱乐场推荐平台中国核电细分设备技术国产化竞争格局发展分析[图]

澳门官方娱乐场推荐平台09月19日 13:39:34字号:T|T

? ? 核电主设备技术壁垒高、建设周期长、投入大,市场主要被东方电气、上海电气、哈电集团和中国一重等大型国企垄断。在大型铸锻件和关键零部件等细分行业,凭借雄厚的研发实力、有效的激励机制和灵活经营,优秀民营企业积极参与,成功进驻部分主设备制造领域,譬如生产主管道的台海核电、蒸汽发生器用U型管的久立特材、核级蝶阀及球阀的江苏神通、控制棒驱动机构的浙富控股等。

? ? 一、压力容器

? ? 反应堆容器(反应堆压力壳)是指安置核反应堆的密闭容器,承受反应堆的巨大运行压力。容器内部主要包含由核燃料元件等组成的放射性活性区以及高温高压的反应堆冷却剂。压力容器是冷却剂的主要压力边界,也是防止放射性裂变产物逸出的第二道屏障。它是核电站无法更换的关键主设备之一,承担着极其重要的安全屏障作用。

? ? AP1000压力容器示意图

数据来源:公开资料整理

? ? 重型锻件质量标准严苛。以AP1000为例,压力容器由13个大锻件组焊而成,包含整体顶盖、上筒体、下筒体、过渡段、底封头、4个进口接管、2个出口接管以及2个直接安注接管。AP1000反应堆压力容器的上封头和顶盖法兰为一体化锻造,其难度在于大尺寸锻件生产。

? ? 堆芯区锻件断裂韧性需要满足堆芯60年设计寿命的严苛要求。中国一重自主研发了我国首台完全拥有自主知识产权的百万千瓦级核反应堆压力容器制造技术,掌握了二代加和三代核电大型铸锻件和设备制造技术。公司为中核集团提供了包括巴基斯坦恰希玛、福建福清、浙江秦山等核电站的反应堆压力容器;与中广核集团的合作始于2006年的红沿河1号机组,先后为其提供了多台百万千瓦级反应堆压力容器。中国一重在核反应堆压力容器制造领域占有绝对优势,实现了自主化和批量化的先进制造。

? ? 国内压力容器市场竞争格局

公司
应用核电站
中国一重
漳州1/2#、海阳3/4#、三门2#、福清1/2/3/4/5/6#、秦山二期4#、防城港3/4#、阳江1/2/3/4#、
方家山1/2#、宁德3/4#、红沿河1#、彭泽1/2#、桃花江、巴基斯坦恰希玛
上海电气
红沿河5/6#、三门3/4#、海阳2#、华能石岛湾1#、秦山三期1/2#、宁德2#、昌江1/2/3/4#
东方电气
廉江1#、台山2#、岭澳3/4#、宁德1#、红沿河2/3/4#、防城港1/2#
法玛通(法国)
大亚湾1/2#、岭澳1/2#
斗山重工(韩国)
三门1#、海阳1#、秦山二期3#

数据来源:公开资料整理

? ? 二、主管道

? ? 核岛一回路主管道是连接反应堆一次冷却剂系统主要设备的管道,由直管段、弯头和主管道上的接管组成。反应堆至蒸汽发生器之间的管道称为热段,蒸汽发生器至主泵之间的称为过渡段,主泵至反应堆之间的称为冷段。主管道是包容反应堆冷却剂重要的压力边界,属于核安全一级、抗震I类设备。主管道的制造难度高:1)高压高辐射工作环境对管件性能提出高要求;2)三代机组要求将结构复杂的主管道一体化铸造,以减少焊缝处的管道腐蚀,相对于二代加的分段铸造,制造难度再上台阶。

? ? 三代核电站主管道示意图

数据来源:公开资料整理

? ? 目前国内的核电主管道供应商主要有台海核电、二重重装、渤船重工、吉林中意、东方电气、三洲核能等。其中,台海核电已经取得了二代主管道生产所需的全部制造许可和三代主管道及泵阀铸件的制造许可,先后研发二代加主管道奥氏体铸钢材料、三代主管道RCC-M,掌握了三代主管道全流程制造技术,涵盖华龙一号、AP1000、CAP1400等国内主流技术路线。

国内主管道市场竞争情况

公司
应用核电站
台海核电
福清5#、昌江1/2/3/4#、宁德5/6#、徐大堡1#、漳州1/2#、田湾5/6/7/8#、阳江1/2/3/4#、方家山1/2#、宁德1/2/3/4/5/6#、
防城港1/2/3#、巴基斯坦卡拉奇2#
三洲核能
岭澳1/2/3/4#、福清1/2/3/4#、红沿河1/2/3/4#
渤船重工
三门1#、三门2#(分包给台海核电)、海阳2#(分包给台海核电)、徐大堡2#(分包给台海核电)
吉林中意
陆丰2#(分包给台海核电)、石岛湾2#(分包给台海核电)
二重重装
福清6#,海阳1/3#,陆丰1#,廉江1#、石岛湾1#
二重重装
大亚湾1/2#、秦山一期1#、秦山二期1/2/3/4#、秦山三期1/2#、田湾1/2/3/4#

数据来源:公开资料整理

? ? 三、蒸汽发生器

? ? 核电站的内部通常包含一回路系统和二回路系统,核燃料在反应堆内发生裂变而产生大量热能,高温高压的一回路冷却水把热能带出反应堆,并在蒸汽发生器内把热量传给二回路的水,使它们变成蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。其中,蒸汽发生器与核岛一回路中的压力容器相连,通过其中的U型管将热量传递给二回路。因此,具有放射性的一回路液体被蒸汽发生器隔离,使得二回路蒸汽不带放射性,构成了一道防护屏障。

? ? 蒸汽发生器在核电机组中的作用

数据来源:公开资料整理

? ? U型管是蒸汽发生器中的核心部件,兼具传热和隔离的作用,对其技术要求极高:1)结构上为提高传热效率,要求U型管外径较窄(17.48mm)、管壁较薄(1.01mm);2)恶劣工况对抗压、抗震、抗辐射能力提出高要求;3)稳定工作60年。

? ? U型管经历了四个阶段的技术迭代,目前Inconel690凭借高强度、高抗腐蚀、易加工成为主流选择。U型管的技术门槛极高,基本被法国的Valinox、日本的Sumitomo和瑞典的Sandrik三家公司垄断。

蒸汽发生器UU型管技术路线20世纪50-60年代

20世纪50-60年代
20世纪70年代
西欧国家1972年起
20世纪80年代
18-8型铬镍不锈钢
Inconel600镍基合金
Incoloy800合金
Inconel690镍基合金
抗氯离子腐蚀性差
抗苛性碱腐蚀性差
抗蒸发器介质腐蚀性差
抗腐蚀、高强度

数据来源:公开资料整理

? ? 目前宝银特钢与久立特材已经获得了核Ⅰ级热交换器传热管生产资质,实现了Inconel690U型管的国产化。宝银特钢与中国核动力研究设计院联合,久立特材与上海核工程研究设计院携手,分别对接蒸汽发生器厂商东方电气与上海电气,签订了三代核电示范工程的U型管供货合同。

? ? 四、阀门

? ? 核电阀门是核电站建设中使用数量较多的介质输送控制设备,它连接核电站众多系统,发挥着截止、调节、导流、防逆流、稳压和分流等作用。一座设计两台100万千瓦机组的核电站需要各类阀门3万台,数量占比较大的包括截止阀、隔膜阀、阀、止回阀和蝶阀等。

? ? AP1000各类核岛阀门数量占比

数据来源:公开资料整理

? ? CPR1000各类核岛阀门数量占比

数据来源:公开资料整理

? ? 核电阀门的工作环境复杂,不仅要考虑介质中杂质的污染、环境温度、湿度、放射性、电压波动等因素,还要保证其在正常、异常、应急和事故四种工况下均能正常工作。由于阀门用量大、分布面广且技术要求高,每年核电阀门检修费用约占总检修费用的50%以上。

? ? 核岛和常规岛中许多重要的核级、非核级阀门,如先导式安全阀、主蒸气隔离阀、调节阀等的技术和市场均被发达国家的知名企业垄断,价格十分昂贵。以福清核电站为例,使用的进口阀门数量是国产阀门的约1/30,但总价是国产阀门的1.4倍;核Ⅰ级进口阀门数量是核Ⅰ级国产阀门数量的2/5,但总价接近后者的3.6倍。

? ? 福清核电站进口/国产、核Ⅰ级/非核Ⅰ级阀门均价对比

数据来源:公开资料整理

? ? 我国的核级阀门研发始于20世纪60年代,目前已达到70%-80%的国产化程度。目前国内企业已能够自主生产所有非核级阀门和核Ⅲ级阀门、大部分核Ⅱ级阀门以及少量核Ⅰ级阀门。

? ? 核电阀门国产化程度趋势

数据来源:公开资料整理

? ? 目前核Ⅰ级阀门主要来自进口,主要供货商有法国万纳托、美国泰科、加拿大维兰等。国外生产商掌握完备、先进的研发、设计、生产和检测维修等一系列技术,能够为核电站提供配套服务。而国内具备核级阀门生产资质的企业中,仅有中核苏阀、上海良工、大连大高、上海阀门厂、应流股份等少数企业能生产核Ⅰ级阀门,且与外商相比产品较单一。

? ? 国内企业生产的核Ⅰ级阀门

公司
产品
中核苏阀
高CV值止回阀、升降式止回阀、比例喷雾阀、爆破阀、快速启闭电动闸阀
上海良工
升降式止回阀、对夹式止回阀、电动截止阀、平行式双闸板闸阀、锻件波纹截止阀
上海阀门厂
定压差升降式止回阀、低压差开启止回阀、ACP1000稳压器安全阀
大连大高
旋启式与升降式止回阀、截止阀:大口径电动闸阀、ADS自动降压阀、主给水止回阀(样机研制中)
应流股份
研制出国内首台CAP1400核Ⅰ级不锈钢爆破阀阀体,具备国际领先水准

数据来源:公开资料整理

? ? 核Ⅱ、Ⅲ级阀门国产化程度较高,细分领域内涌现出一批掌握核心技术、具备规模生产能力的优质企业:1)江苏神通:占据国内在建核电项目的核级蝶阀、球阀超过90%的市场份额,基本覆盖国内所有核电建设项目;2)大连大高:为红沿河一期、海阳3、4号机组和石岛湾示范工程等提供止回阀、截止阀和爆破阀等,可生产的阀门类型达20大类、500多个型号;3)纽威股份:与中广核合作,承接阳江、防城港、台山核电站的闸阀、截止阀和止回阀订单,技术背景雄厚。

? ? 五、主泵

? ? 在一回路系统中,主泵用于驱动冷却剂在反应堆冷却剂系统内循环流动,连续不断地把堆芯中产生的热量传递给蒸汽发生器二回路给水。主泵是核电运转控制水循环的关键,也是核岛主设备里唯一转动的设备,设计难度最大、周期最长的一级设备。因此,主泵就像是核岛的“心脏”,至关重要。目前存在轴封泵和屏蔽泵两种主流技术路线,难度集中在水力设计和长期运行稳定性的考核。

? ? 以往核电主泵一直被国外垄断,目前世界上具有设计制造核主泵能力的厂商主要有美国西屋/EMD、日本三菱、法国法玛通/热蒙、德国KSB、奥地利Andritz、俄罗斯ASE/乌克兰SUMY和美国Flowserve。

? ? 通过不懈努力,核电主泵正在逐步实现国产化。2005年,东方电气集团和法国阿海珐集团合资成立东方阿海珐核泵有限公司,引入法国100D轴封式主泵,用于国内CPR项目;2008年,沈鼓集团、哈电集团引入AP1000屏蔽泵技术,主要用于国内AP、CAP项目;2008年6月,上海电气集团与德国KSB成立合资公司。目前我国已经拥有M310主泵的自主知识产权。

? ? 国内主泵市场竞争情况

公司
应用核电站
哈电动装
福清1/2/3/4/6#、方家山1/2#、石岛湾1/2#、陆丰1/2#、三门3/4#、海阳3/4#
东方阿海珐
阳江1/2#、宁德1/2/3/4#、红沿河1/2/3/4#、防城港1/2/3/4#、岭澳3/4#
SEC--KSB
田湾1/2/3/4#、昌江1/2#
热蒙(法国)
大亚湾1/2#、岭澳1/2#
三菱(日本)
秦山二期1/2/3/4#
EMD(美国)
三门1/2#、海阳1/2#

数据来源:公开资料整理

? ? 六、堆内构件

? ? 反应堆核心设备,承担重要功能:1)精确定位和支承核燃料组件,正确引导反应堆控制棒进行核反应启动、停止和功率调整;2)为反应堆温度测量、中子通量测量提供正确通道,建立反应堆合理的水流通道;3)有效屏蔽堆芯内迸发出来的中子和γ射线对外界材料的辐照损伤,极大地延长了压力容器的使用寿命。

? ? 堆内构件具有零件种类数量多、结构形式复杂、尺寸精度要求高、焊接变形控制难度大等特点,是集精密加工、精密焊接、精密装配、精密检测于一体的大型复杂设备。“华龙一号”堆内构件高度达11.03米,最大直径4.18米,重约160吨,由236类、13487个零件组成。

? ? 根据调查数据显示,“华龙一号”堆内构件满足国内和国际最先进的核电法规标准,具备完整自主知识产权。2017年东方电气一举中标四台“华龙一号”核电机组堆内构件项目。2018年上海电气完成了全球首台“华龙一号”福清5号和海外首台卡拉奇2号的堆内构件交付工作,进一步巩固了该领域的技术领先地位。
国内核电站堆内构件市场竞争格局

公司
应用核电站
上海电气
防城港3/4#、三门2/3/4#、海阳2/3/4#、福清1/2/3/4/5/6#、田湾5/6/7/8#、岭澳2/3/4#、阳江1/2/3/4#、
秦山一期1#、秦山二期1/2/3/4#、方家山1/2#、宁德1/2/3/4#、红沿河1/2/3/4/5/6#、台山2#、华能石岛
湾1#、方家山1/2#、昌江1/2#
东方电气
陆丰1/2#、昌江3/4#、漳州1/2#、宁德6#、防城港1/2#
法玛通(法国)
大亚湾1/2#、岭澳1#、台山1#
西屋(美国)
海阳1#
斗山重工(韩国)
三门1#
AECL(加拿大)
秦山三期1/2#

数据来源:公开资料整理

? ? 七、控制棒驱动机构

? ? 直接影响反应堆正常运行及安全性能。控制棒驱动机构是堆芯组件的关键元件,位于反应堆压力容器顶盖内,与控制棒组件连接,通过以一定次序对三个电磁线圈通电,实现控制棒组件的插入和提升,从而控制堆芯平均温度,以达到反应堆安全启动,调节反应堆功率和停堆的目的。

? ? 精密性高,稳定性强。控制棒驱动机构承担着反应堆的启动、功率调节、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能。由于其运行工况恶劣性、机械配合运行的精密性和机电配合的复杂性,之前仅有美国、法国等少数几个国家掌握设计与制造关键技术。

? ? 2001年,中国核动力院针对秦山二期核电站设计出ML-A型控制棒驱动机构。随后,可应用于二代加的ML-B型问世,但所使用的驱动杆、钩爪组件等18种1362个零件仍需进口。2015年,中广核掌握了适用于12英尺和14英尺燃料组件的控制棒驱动机构的关键技术,实现了该设备在百万千瓦机组的完全自主化和国产化。

? ? 上海电气进入市场较早,为大部分二代堆型供货,并联合上海核工院率先实现AP1000控制棒驱动机构的制造。东方电气自2007年开始着手研发,2012年与中广核合作为红沿河一期等供货。浙富控股进入市场较晚,其ML-B型三代压水堆核电控制棒驱动机构拥有发明专利。

控制棒驱动机构制造商与设计院合作模式

制造厂商
隶属上市公司
合作设计院
竞争优势
供货领域
开始合作时间
上海第一
机床厂
上海电气
上海核工院
进入市场早,具备了四十多年核电控
制棒驱动机构制造经验,供货领域广
二代、二代加、三代、四
上世纪起
东方汽轮
机公司
东方电气
中科华核技术研究院
(隶属中广核集团)
核岛设备综合实力强,CPR1000控制
棒驱动机构处于国内领先水平
二代加CPR1000
2012年
四川华都
浙富控股
中国核动力设计研究
“华龙一号”控制棒驱动机构专利
二代加CNP600/1000、三
代ACP1000、“华龙一号”
2008年

数据来源:公开资料整理

? ? 相关报告:智研咨询发布的《2020-2026年中国核电设备行业市场运行潜力及竞争格局预测报告》?

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