2019年中國核電細分設備技術國產化競爭格局發展分析[圖]

    核電主設備技術壁壘高、建設周期長、投入大，市場主要被東方電氣、上海電氣、哈電集團和中國一重等大型國企壟斷。在大型鑄鍛件和關鍵零部件等細分行業，憑借雄厚的研發實力、有效的激勵機制和靈活經營，優秀民營企業積極參與，成功進駐部分主設備制造領域，譬如生產主管道的臺海核電、蒸汽發生器用U型管的久立特材、核級蝶閥及球閥的江蘇神通、控制棒驅動機構的浙富控股等。

    一、壓力容器

    反應堆容器（反應堆壓力殼）是指安置核反應堆的密閉容器,承受反應堆的巨大運行壓力。容器內部主要包含由核燃料元件等組成的放射性活性區以及高溫高壓的反應堆冷卻劑。壓力容器是冷卻劑的主要壓力邊界，也是防止放射性裂變產物逸出的第二道屏障。它是核電站無法更換的關鍵主設備之一，承擔著極其重要的安全屏障作用。

    AP1000壓力容器示意圖

數據來源：公開資料整理

    重型鍛件質量標準嚴苛。以AP1000為例，壓力容器由13個大鍛件組焊而成，包含整體頂蓋、上筒體、下筒體、過渡段、底封頭、4個進口接管、2個出口接管以及2個直接安注接管。AP1000反應堆壓力容器的上封頭和頂蓋法蘭為一體化鍛造，其難度在于大尺寸鍛件生產。

    堆芯區鍛件斷裂韌性需要滿足堆芯60年設計壽命的嚴苛要求。中國一重自主研發了我國首臺完全擁有自主知識產權的百萬千瓦級核反應堆壓力容器制造技術，掌握了二代加和三代核電大型鑄鍛件和設備制造技術。公司為中核集團提供了包括巴基斯坦恰希瑪、福建福清、浙江秦山等核電站的反應堆壓力容器；與中廣核集團的合作始于2006年的紅沿河1號機組，先后為其提供了多臺百萬千瓦級反應堆壓力容器。中國一重在核反應堆壓力容器制造領域占有絕對優勢，實現了自主化和批量化的先進制造。

    國內壓力容器市場競爭格局

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    二、主管道

    核島一回路主管道是連接反應堆一次冷卻劑系統主要設備的管道，由直管段、彎頭和主管道上的接管組成。反應堆至蒸汽發生器之間的管道稱為熱段，蒸汽發生器至主泵之間的稱為過渡段，主泵至反應堆之間的稱為冷段。主管道是包容反應堆冷卻劑重要的壓力邊界，屬于核安全一級、抗震I類設備。主管道的制造難度高：1）高壓高輻射工作環境對管件性能提出高要求；2）三代機組要求將結構復雜的主管道一體化鑄造，以減少焊縫處的管道腐蝕，相對于二代加的分段鑄造，制造難度再上臺階。

    三代核電站主管道示意圖

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    目前國內的核電主管道供應商主要有臺海核電、二重重裝、渤船重工、吉林中意、東方電氣、三洲核能等。其中，臺海核電已經取得了二代主管道生產所需的全部制造許可和三代主管道及泵閥鑄件的制造許可，先后研發二代加主管道奧氏體鑄鋼材料、三代主管道RCC-M，掌握了三代主管道全流程制造技術，涵蓋華龍一號、AP1000、CAP1400等國內主流技術路線。

國內主管道市場競爭情況

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    三、蒸汽發生器

    核電站的內部通常包含一回路系統和二回路系統，核燃料在反應堆內發生裂變而產生大量熱能，高溫高壓的一回路冷卻水把熱能帶出反應堆，并在蒸汽發生器內把熱量傳給二回路的水，使它們變成蒸汽推動汽輪機帶動發電機發電。其中，蒸汽發生器與核島一回路中的壓力容器相連，通過其中的U型管將熱量傳遞給二回路。因此，具有放射性的一回路液體被蒸汽發生器隔離，使得二回路蒸汽不帶放射性，構成了一道防護屏障。

    蒸汽發生器在核電機組中的作用

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    U型管是蒸汽發生器中的核心部件，兼具傳熱和隔離的作用，對其技術要求極高：1）結構上為提高傳熱效率，要求U型管外徑較窄（17.48mm）、管壁較薄（1.01mm）；2）惡劣工況對抗壓、抗震、抗輻射能力提出高要求；3）穩定工作60年。

    U型管經歷了四個階段的技術迭代，目前Inconel690憑借高強度、高抗腐蝕、易加工成為主流選擇。U型管的技術門檻極高，基本被法國的Valinox、日本的Sumitomo和瑞典的Sandrik三家公司壟斷。

蒸汽發生器UU型管技術路線20世紀50-60年代

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    目前寶銀特鋼與久立特材已經獲得了核Ⅰ級熱交換器傳熱管生產資質，實現了Inconel690U型管的國產化。寶銀特鋼與中國核動力研究設計院聯合，久立特材與上海核工程研究設計院攜手，分別對接蒸汽發生器廠商東方電氣與上海電氣，簽訂了三代核電示范工程的U型管供貨合同。

    四、閥門

    核電閥門是核電站建設中使用數量較多的介質輸送控制設備，它連接核電站眾多系統，發揮著截止、調節、導流、防逆流、穩壓和分流等作用。一座設計兩臺100萬千瓦機組的核電站需要各類閥門3萬臺，數量占比較大的包括截止閥、隔膜閥、閥、止回閥和蝶閥等。

    AP1000各類核島閥門數量占比

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    CPR1000各類核島閥門數量占比

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    核電閥門的工作環境復雜，不僅要考慮介質中雜質的污染、環境溫度、濕度、放射性、電壓波動等因素，還要保證其在正常、異常、應急和事故四種工況下均能正常工作。由于閥門用量大、分布面廣且技術要求高，每年核電閥門檢修費用約占總檢修費用的50%以上。

    核島和常規島中許多重要的核級、非核級閥門，如先導式安全閥、主蒸氣隔離閥、調節閥等的技術和市場均被發達國家的知名企業壟斷，價格十分昂貴。以福清核電站為例，使用的進口閥門數量是國產閥門的約1/30，但總價是國產閥門的1.4倍；核Ⅰ級進口閥門數量是核Ⅰ級國產閥門數量的2/5，但總價接近后者的3.6倍。

    福清核電站進口/國產、核Ⅰ級/非核Ⅰ級閥門均價對比

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    我國的核級閥門研發始于20世紀60年代，目前已達到70%-80%的國產化程度。目前國內企業已能夠自主生產所有非核級閥門和核Ⅲ級閥門、大部分核Ⅱ級閥門以及少量核Ⅰ級閥門。

    核電閥門國產化程度趨勢

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    目前核Ⅰ級閥門主要來自進口，主要供貨商有法國萬納托、美國泰科、加拿大維蘭等。國外生產商掌握完備、先進的研發、設計、生產和檢測維修等一系列技術，能夠為核電站提供配套服務。而國內具備核級閥門生產資質的企業中，僅有中核蘇閥、上海良工、大連大高、上海閥門廠、應流股份等少數企業能生產核Ⅰ級閥門，且與外商相比產品較單一。

    國內企業生產的核Ⅰ級閥門

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    核Ⅱ、Ⅲ級閥門國產化程度較高，細分領域內涌現出一批掌握核心技術、具備規模生產能力的優質企業：1）江蘇神通：占據國內在建核電項目的核級蝶閥、球閥超過90%的市場份額，基本覆蓋國內所有核電建設項目；2）大連大高：為紅沿河一期、海陽3、4號機組和石島灣示范工程等提供止回閥、截止閥和爆破閥等，可生產的閥門類型達20大類、500多個型號；3）紐威股份：與中廣核合作，承接陽江、防城港、臺山核電站的閘閥、截止閥和止回閥訂單，技術背景雄厚。

    五、主泵

    在一回路系統中，主泵用于驅動冷卻劑在反應堆冷卻劑系統內循環流動，連續不斷地把堆芯中產生的熱量傳遞給蒸汽發生器二回路給水。主泵是核電運轉控制水循環的關鍵，也是核島主設備里唯一轉動的設備，設計難度最大、周期最長的一級設備。因此，主泵就像是核島的“心臟”，至關重要。目前存在軸封泵和屏蔽泵兩種主流技術路線，難度集中在水力設計和長期運行穩定性的考核。

    以往核電主泵一直被國外壟斷，目前世界上具有設計制造核主泵能力的廠商主要有美國西屋/EMD、日本三菱、法國法瑪通/熱蒙、德國KSB、奧地利Andritz、俄羅斯ASE/烏克蘭SUMY和美國Flowserve。

    通過不懈努力，核電主泵正在逐步實現國產化。2005年，東方電氣集團和法國阿海琺集團合資成立東方阿海琺核泵有限公司，引入法國100D軸封式主泵，用于國內CPR項目；2008年，沈鼓集團、哈電集團引入AP1000屏蔽泵技術，主要用于國內AP、CAP項目；2008年6月，上海電氣集團與德國KSB成立合資公司。目前我國已經擁有M310主泵的自主知識產權。

    國內主泵市場競爭情況

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    六、堆內構件

    反應堆核心設備，承擔重要功能：1）精確定位和支承核燃料組件，正確引導反應堆控制棒進行核反應啟動、停止和功率調整；2）為反應堆溫度測量、中子通量測量提供正確通道，建立反應堆合理的水流通道；3）有效屏蔽堆芯內迸發出來的中子和γ射線對外界材料的輻照損傷，極大地延長了壓力容器的使用壽命。

    堆內構件具有零件種類數量多、結構形式復雜、尺寸精度要求高、焊接變形控制難度大等特點，是集精密加工、精密焊接、精密裝配、精密檢測于一體的大型復雜設備。“華龍一號”堆內構件高度達11.03米，最大直徑4.18米，重約160噸，由236類、13487個零件組成。

    根據調查數據顯示，“華龍一號”堆內構件滿足國內和國際最先進的核電法規標準，具備完整自主知識產權。2017年東方電氣一舉中標四臺“華龍一號”核電機組堆內構件項目。2018年上海電氣完成了全球首臺“華龍一號”福清5號和海外首臺卡拉奇2號的堆內構件交付工作，進一步鞏固了該領域的技術領先地位。
國內核電站堆內構件市場競爭格局

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    七、控制棒驅動機構

    直接影響反應堆正常運行及安全性能。控制棒驅動機構是堆芯組件的關鍵元件，位于反應堆壓力容器頂蓋內，與控制棒組件連接，通過以一定次序對三個電磁線圈通電，實現控制棒組件的插入和提升，從而控制堆芯平均溫度，以達到反應堆安全啟動，調節反應堆功率和停堆的目的。

    精密性高，穩定性強。控制棒驅動機構承擔著反應堆的啟動、功率調節、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能。由于其運行工況惡劣性、機械配合運行的精密性和機電配合的復雜性，之前僅有美國、法國等少數幾個國家掌握設計與制造關鍵技術。

    2001年，中國核動力院針對秦山二期核電站設計出ML-A型控制棒驅動機構。隨后，可應用于二代加的ML-B型問世，但所使用的驅動桿、鉤爪組件等18種1362個零件仍需進口。2015年，中廣核掌握了適用于12英尺和14英尺燃料組件的控制棒驅動機構的關鍵技術，實現了該設備在百萬千瓦機組的完全自主化和國產化。

    上海電氣進入市場較早，為大部分二代堆型供貨，并聯合上海核工院率先實現AP1000控制棒驅動機構的制造。東方電氣自2007年開始著手研發，2012年與中廣核合作為紅沿河一期等供貨。浙富控股進入市場較晚，其ML-B型三代壓水堆核電控制棒驅動機構擁有發明專利。

控制棒驅動機構制造商與設計院合作模式

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    相關報告：智研咨詢發布的《2020-2026年中國核電設備行業市場運行潛力及競爭格局預測報告》 

本文采編：CY337

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