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智慧核电市场分析及研究方向
一、前言
中国作为最大能源消费国,能源供给制约较多,能源技术有待提高,能源结构有待改善。在全球能源转型的驱使下,中国在推动能源技术创新、发展绿色能源、实现能源发展可持续性方面肩负重任。
中国能源结构是一种长期以煤炭为主体的一次能源结构,生态环境损害问题突出,与中国可持续发展战略相悖,需要改变以火电为基荷电场在能源结构中的地位,而核电发展是推动中国未来能源结构转型的重要举措。核能与太阳能、水能、风能、氢能、地热能、生物能(沼气)等能源类似,属于低碳环保的清洁能源,与传统化石能源相比,核能发电并不会面临资源日趋枯竭、环境污染的风险。相比之下,水电的开发过度依赖特定的自然条件,且会对水域流通有所影响,从中长期看水电资源开发程度有限;风电和光伏发电受自然条件制约出现间歇性和较大电量波动性,难以承担稳定的供电基础负荷。因此,核能作为是一种安全、清洁、可靠的能源,核电的发展自然而然成为中国应对发展低碳能源经济的一个理性选择。近年来中国核电发电量逐年增加,年中国核电发电量达亿千瓦时,较年增加了亿千瓦时,同比增长18.20%,年1-11月中国核电发电量已完成亿千瓦时。
伴随我国核电工业的大发展,核电装备制造业“与核共舞”,不断攀登新高峰,涌现许多领先于全球的创新产品。未来中国将成为全世界最大的核电市场,核电设备自主化也将带动核电信息化、国产化进程,同时“减人化、少人化”已是各国各行业发展的趋势,核电行业的发展也是如此。因此核电建设与运营如何与时俱进,如何利用互联网+、工业4.0,建成智慧核电成为业界热门话题。
二、智慧核电-未来核电的发展趋势
国家能源局、国家发改委相继于年1月13日和1月17日在能源领域发布了《能源技术创新“十三五”规划》和《能源发展“十三五”规划》。其中,国家能源应用技术研究及示范项目“智慧核电运营系统研究及示范项目”建设内容纳入了《能源技术创新“十三五”规划》(以下简称《规划》)。
《规划》在核电领域涉及模块化小型堆示范工程、核电厂延寿关键技术示范应用、新一代先进核燃料技术研究、核电站运行维护技术研究等多个领域。《规划》指出“核电站运行维护技术研究”,其研究目标是面向第三代、第四代、小型堆等核电技术,以保障核反应堆安全、经济、高效运行为目标,实现核电站在役检查及关键设备的在线检修与更换等技术研究。研究内容是通过智能辐射防护监控、智能巡检、智能设备管理等技术研究,构建核电智慧运营基础架构;研究先进无损检测新方法、高精定量在役检测技术;研制核电站智能检修机器人,开展仿真技术、运行支持技术研究,开发人因数据采集与分析系统,开展核电智慧运营关键技术研究;开展辐射剂量监测定位技术、自动抄表技术等智能巡检技术研究;开展设备全生命周期资产管理技术等智能设备管理研究。
“智慧核电运营系统研究及示范项目”在当前核电运营经验、技术和管理体系基础上,通过核电高危区域运行智能探测机器人系统、核电维修期间智能辐射防护监控系统、便携式智能核电运行巡检闪测系统、管道异物探查与清理机器人系统、核电6D临境式智能管控系统研究、核电多基地智能业绩管控系统、智能核电战略备件3D系统研究等七个课题,深度结合核电发展需求和运营技术现状,进一步探索和建立智慧核电运营系统,研发适应核电环境的智能核电机器人及智能系统,并进行示范应用。提高核电运营技术水平,提升国内核电厂运营的可靠性和安全性,达到国际一流水平。
国家能源局领导指出,“智慧核电运营系统研究及示范项目”的启动正是响应了党和国务院构建“能源互联网”的要求,对中广核自身的提升以及我国核电事业的发展有着重要的意义。此次纳入《规划》,再次表明核电站作为最为复杂的工业系统之一,其运营管理技术水平对于提高核电站安全水平和发电能力有着至关重要的影响。智慧核电运营是核电先进运营技术的发展趋势。
中国是一个能源消费大国,依照目前的能源利用技术,可再生能源的发展无法短时间实现很大的能源结构改变,而核电作为已经成熟的清洁能源,其高效性、经济性的特点是快速实现中国能源优化、可持续性发展的首选。未来中国核电发展的技术特征主要是可持续性、安全性、智慧化。
可持续性发展是指核电发展以市场需求为导向,探索核能多元化应用,更好地推进核领域和军民协调融合发展,带动其它工业、农业、生物医药、食品安全、资源勘探、公共安全等领域的持续性发展。
安全性是指未来核电发展不断改进安全性,全面提升运行安全性,保障市场竞争安全等,并提升核电经济性;
智慧化是指核电发展强化科技创新水平,实现核工业智慧化管理和运营,主要涉及数据采集技术研究、大数据存储技术研究、人工智能算法与大数据计算研究、大数据管控研究、应用服务研究、施工项目管理、核电调试管理、核电运营管理、决策支持、数据安全等。
智慧核电是未来核电的发展趋势,其目的是保障核电站安全、经济、高效的运营,将核电建设和运营的全过程数据化集中管理,整合各方数据资源,实现实体核电站与数字化核电站在状态、模型、参数的动态同步、虚实互动和协同演化,将核电站实际系统流程、生产运营等可视化管理,降低核电系统局部状态的不确定性,实现核电系统的智能辐射防护监控、智能巡检、智能设备管理,数据存储等智能管控,打造一个数字化管理大平台,还包括先进无损检测新方法、高精定量在役检测技术等关键技术和应用的研究。核电领域的智能化应用,将有助于提高核电系统及设备的安全性、可靠性,提高核电站管理效率和经济性,减少人员辐照剂量,为核电站严重事故处理和退役创造更好的技术条件。同时,通过物联网,互联网将核电与中国其它能源进行深度融合,进一步扩展能源开发应用空间,对能源结构调整,资源利用和经济增长都有积极的作用。
三、智慧核电趋势下的产品应用
3.1智慧管理-5G+智慧核电安全平台
随着中国经济的快速发展,核电在我国能源结构中发挥越来越重要的作用。而核电的安全保障,则是难以绕过的重要环节。由于核能所特有的辐射安全问题,打造智慧且安全的核电站是整个行业应对新时代核电高效发展的必经之路。作为新一代信息通信技术,5G凭借其大带宽、低时延、广覆盖、超可靠等特点,成为支撑智慧核电发展的关键使能技术。
通过5G技术赋能核电厂安全高效运行的智慧平台,全面支撑核应急、自然灾害应急、反恐安防、生产安全、智能大修、设备数字孪生、机器人等应用场景的智能化提升。提升核电应急安全、厂址安全、运行安全、人员安全,为我国核电产业可持续发展奠定坚实基础。
图1:5G+智慧核电安全平台
主要应用场景
(一)5G+核电厂智慧安全生产
图2:5G厂区实时监控
日常生产安全是核安全保障的重要组成部分。5G赋能智慧生产安全系统,基于低时延、大带宽特性实现对作业人员和工作区域的智能监控管理。一是利用电子围栏、危险区域告警等方式,提高人员安全意识,也能及时发现问题并做出响应和调整,减少安全生产事故。二是结合无人机、RFID信号源及定点视频,发挥5G低时延、大带宽特点,实现全景监控,并通过人工智能技术进行安全生产智能管理,实现火焰、滴水识别及人员特殊状况监控、PPE异常预警等功能。
(二)5G+VR灾害应急训练
图3:水淹灾害场景模拟
基于5G的低时延、大带宽,打造了灾害应急模拟演练系统。通过5G+VR,结合先进仿真可视化技术,对灾害进程进行仿真推演,让操作员身临其境地处于不同灾害条件下,实现全要素、全场景、全实时演练,提升核电厂应急人员对突发灾害事件响应的科学决策能力。
(三)5G+AR远程大修专家支持
图4:5G+AR远程专家指导
大修期间会对运行期间发生故障的设备进行检修,利用5G+AR等技术,可快速地获取制造商、设计院、技术支持机构等单位专家的支持,专家也能全面实时地获取现场设备状态信息。对于诸如新冠疫情等特殊情况,5G+AR远程支持更是必不可少。
(四)5G赋能设备数字孪生
打造核电厂设备5G数字孪生模型,可以结合数据模拟物理实体的运行状态。一是利用5G低时延的特性,进行设备状态数据实时传输,构建结合设备物理模型和数字模型构建高保真虚拟镜像,提升设备的运行状态识别精度,提高关键设备运行状态监测的全面性、及时性和准确性;二是通过5G+大数据分析和5G+AI算法对设备运行状况进行实时分析,实现设备故障的早期预警、故障预测、优化设备维修策略;从而提高设备智能监测、故障诊断、健康评价和寿命预测的水平。
(五)5G赋能智慧检修
借助数字工作包设备(如移动便携PAD设备),检修人员可以利用5G大带宽特性,实时获取大修节点工作包信息及人员资质等前置信息(三维电厂数据建模、备品备件等资料、工作包计划等数据),并在工作包执行中实时采集存储传输过程数据,大幅提升检修效率,缩短大修工期。
通过5G+VR/AR、5G+大数据、5G+人工智能等先进技术,实现核电设计、建造、运营乃至退役全周期分散生产要素的全链接,对保障核电安全运行,乃至整个国家能源安全都具有十分重要的意义。
3.2智慧管理-核电智能装备及机器人
目前,我国研究开发的核电智能装备及机器人专注解决一些特定环节的工作,还处于智能阶段,尚未达到智慧阶段。中广核集团已提出打造“智慧核电”,这类似于制造业的“黑灯工厂”“灯塔工厂”,运营、维修等完全交由机器人来完成,这要求核电站从设计阶段就要将智能装备及机器人考虑进去。
“十四五”期间,主要围绕3方面展开布局。一是围绕“核安全”设备与系统开展持续的研发攻关,尤其是针对主设备的应急修复类机器人开发,必须提前做好该类技术的储备。二是做好机器人的环境适应与自主服役。核电站内设备多,管道多,通道狭窄,机器人对于环境的适应性和自主作业很重要,还要有更高的可靠性。三是更加智慧,核电建设作为一项庞大的系统工程,要将智能装备及机器人的作业与核电站的设计、设备和系统的设计结合起来,届时机器人将不再局限于执行点上的工作,而是更加全面和系统的工作。
故结合各种不同应用场景,以下产品能够在智慧核电中发挥突出作用。
1、管道机器人:核岛管道内壁焊缝打磨、除尘与监测。管道机器人是一种可沿多管径管道内部操控行走,携带一种或多种施工与检测模块,在工作人员的遥控操作和计算机自动控制下,进行一些列管道作业的机、电、仪一体化系统。
2、监火机器人:核岛施工作业火灾隐患的监测和预防。应用于核电站建设过程中对动火作业的安全监控及报警响应。针对不同作业场景可快速更换安装方式(固定、移动)并选择作业模式,运用Lora技术通过手环远距离传送报警信息。
在核岛安装等施工现场,存在大量的焊接、打磨、切割等动火作业,在动火作业过程中经常伴随阴燃、作业火星引燃易燃物等现象,如果不及时处理,极易引发火灾,对现场人员的生命财产安全造成巨大威胁,并对施工现场造成不可估量的损失。该机器人以热成像技术为核心,配备热成像双目摄像机,可对监控场景和物体的表面温度进行实时监控,并将所拍摄的图像转换成温度与预置的温度区间进行数据比对,通过对比结果进行危险预警判断,根据不同的危险预警等级,监测端可通过LoRa向智能手环发出报警信号,以达到提醒作业人员和安全管理员的目的。
3、安装机器人:核岛施工支架助力安装搬运和精确定位。
4、巡检机器人:核电站内代替或者协助工作人员进行巡逻安防。目前核电主要采用传统的人工巡检方式,即利用看、听、闻等感知手段,对设备运行状态进行查验和记录,此种方式存在着人力成本高、巡检手段单一、巡检数据主观性强、受天气影响大、数据管理分散等问题,逐渐无法满足准确、实时、高频率的电力设备巡检需求,同时随着国民经济的快速发展以及生产技术的不断进步和劳动力成本的不断上升,使用机械、自动化技术代替人力成为巡检管理的必然趋势。
为此,智能机器人为核心,整合机器人技术、非接触检测技术、多传感器融合技术、模式识别技术、导航定位技术等,打造巡检机器人,可实现对核电站的全方位、全自主智能巡检和监控。
巡检机器人的应用,可有效降低巡检人员的工作强度,降低核电站的运维成本,提高正常巡检作业和管理工作的自动化及智能化水平。
5、测绘无人机:应用核电站建设工地测绘和进展监控。
6、爬壁机器人:应用核电站运行过程中定期高耸混凝土裂缝检测。采用专利吸附设备和智能控制,具有高可靠性。可适应弧形墙壁、瓷砖壁面、水泥粉刷壁面等多种表面。
7、耐辐射应急机器人
核电现场的耐核辐射机器人有很多不同的功能,主要分为三类:一类负责摄像,将现场的情况实时传输,“直播”到操作人员手中。一类负责水下任务执行,打捞水下异物。还有一类“特种作业”机器人,比如切割、打磨现场机械零件。
核电站通常每运行18个月会停堆大修,很多环境人进不去,如核反应堆水池、乏燃料水池以及许多设备旁。但机器人可以代替人进去完成相应任务。没有好的耐辐射技术,机器人进入强辐射区也很快会停止工作。年的福岛核泄漏事故中,很多机器人就因不能耐强辐射而很快瘫痪。
高耐辐射技术正是光电所的核心技术之一。在核电站中,光电所研制的机器人可以承受65℃的高温,抵御每小时个西弗(Sv)的核辐射。其携带的相机等传感器,甚至可以抵御每小时00个西弗(Sv)的核辐射。高耐辐射技术不是简单的选择耐辐射材料,更多的是通过合理规划机器人各功能区的布局,分布设计电路,并将传感器主被动加固等方式来达到整体耐辐射,是一项综合技术。
3.3智慧建设-建筑机器人
机器人技术进入建筑业领域是技术及时代发展的必然,由此将催生建筑业的一次革命归结起来,建筑机器人的提出背景及意义体现在以下几个方面。
第一,建筑机器人是营建效率急需提升的必由之路。在现在的建筑施工中,虽然已有大量机械设备参与,但更多的工序还是有赖于手工作业,导致建造周期绵长,少则数月,多至数年。而采用机器人技术,可使建造效率大获提升。以欧美的标准民居为例,传统人工作业的平均建造周期约为6~9个月,但若采用最新的机器人3D打印技术,建造周期可大幅缩短至卜2天。这意味着遭遇地震、恐怖袭击、石流等灾难后,可以快速完成居所重建,保障居民的基本生存条件,这在以往是无法想象的。
第二,建筑机器人是保障施工人员安全、提升工作品喷的必然选择。建筑业是公认的高危行业.伤亡率仅硎于矿山与交通事故之后。例如在美国,建筑业每年造成约4O万人的死伤,已成为严重的社会问题。另外,建筑施工人员的工怍条件极差,繁重的操作,充斥着泥浆、粉尘、噪声、震动等工作环境,极大地危害着从业人员的身心健康,导致职业病高发。若要将建筑工人从中解脱出来,就现有技术发展水平来看,机器人技术或是破解这一难题最佳,也可能是唯一的途径。
第三,建筑机器人是人力资源目益短缺的必然选择。随着社会老龄化趋势的不断加速,青壮年劳动力的供给将目益紧缺。加之建筑业所具有的“危、繁、脏、重”属性,若未来建筑业不能成功去除这些不利标签,“重塑”自我形象,势必无法吸弓1年轻劳动力进人这一行业。以澳大利亚为例,年该国泥瓦匠的平均年龄已达55岁,若短期内无法吸引更多的年轻人加入,5~10年之内该国便面临无工可用的尴尬局面。
第四,建筑机器人是构建节约型社会的时代诉求。建筑业属于资源需求极为密集的行业,而传统的手工作业方式又流于粗放,建材使用不能精确控制,导致营建过程的材料浪费极为巨大。据美国有关部门测算,一栋普通民居建造过程的材料浪费率高达40%。此外,老旧建筑的拆除目前还未形成资源化回收的观念,除钢筋等少数金属材料外,其他材料均被作为建筑垃圾填埋,这种资源浪费的规模难以估量。事实上,若采用建筑机器人代替人工施工,通过合理规划和精细化作业,可大幅减少原材料浪费,甚至实现零浪费;利用机器入技术也可以实施老旧建筑材料的回收再利用。这些无形之中将会降低建筑成本,也符合构建节约型社会的时代价值要求。
第五,建筑机器人是实现人与自然和谐发展的有效途径。传统建筑施工均为“侵入式”开发,先开挖破坏原有植被,这一方式对于自然环境的破坏性很大。另一方面,建筑施工期间产生的固体垃圾、废水、有毒有害物化学物质也会对环境产生很大危害。此外,水泥、钢材、玻璃等原材料的生产,对于环境的污染也很大。在倡导环保的时代大背景下,如何实现更具环境友好性的营建开发、减少垃圾及废物排放、提高原材料的利用率,均是时代对于建筑业革新的迫切要求。而以建筑机器人为代表的未来数字化营建技术,有望彻底重塑建筑业的面貌,实现真正的绿色环保、无污染的营建。
建筑机器人作为一个具有极大发展潜力的新兴技术,有望实现“更安全、更高效、更绿色、更智能”的信息化营建,整个建筑业或借机完成跨越式发展。建筑业在我国属于支柱产业,20l5年其总产值达l8.08万亿元,占~IjGDP近27%的份额,从业者近万,这一庞大的内需市场为我国建筑机器人的发展壮大提供强有力的保障。在十三五规划中,明确支持将大力发展机器人技术,这一方针对建筑机器人的开发应用产生极为深远的影响。十数年来,我国在工业机器人、特种机器人以及机器人通用技术方面已经积累了较多的经验,并储备了大量人才,加之国家大力倡导创新的利好局势,建筑机器人未来在我
国必将取得长足的发展。
以下是各类建筑机器人的分类
1、腻子涂覆打磨机器人
2、混凝土打磨拆除机器人
3、混凝土布料整抹平平台
4、智能钢筋施工生产线
5、焊接工作站
3.4智慧建设-智慧工地
智慧工地是智慧地球理念在工程领域的行业具现,是一种崭新的工程全生命周期管理理念。
智慧工地是指运用信息化手段,通过三维设计平台对工程项目进行精确设计和施工模拟,围绕施工过程管理,建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈,并将此数据在虚拟现实环境下与物联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析,提供过程趋势预测及专家预案,实现工程施工可视化智能管理,以提高工程管理信息化水平,从而逐步实现绿色建造和生态建造。
智慧工地将更多人工智能、传感技术、虚拟现实等高科技技术植入到建筑、机械、人员穿戴设施、场地进出关口等各类物体中,并且被普遍互联,形成“物联网”,再与“互联网”整合在一起,实现工程管理干系人与工程施工现场的整合。智慧工地的核心是以一种“更智慧”的方法来改进工程各干系组织和岗位人员相互交互的方式,以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。
运用BIM、云计算、大数据、物联网、智能设备、GIS、GPS、VR等信息化技术,建立信息智能采集、管理高效协同、数据科学分析、过程智慧预测的施工现场立体化信息网络。实现智慧管理,提高工程管理信息化水平,逐步实现绿色和生态建造。
智慧工地的基础数据主要通过智能穿戴设备、识别设备、传输设备收集,包含感知人员的动作行为,设备运行状态,根据预设情况,及时通过广播系统预警。逐步建成满足核电工程现场全周期人力资源、车辆数据、单位工时的大数据管理平台,实现项目前后台,多项目支撑的时空大数据管理平台,确保异地指挥中心能够查看项目工地现场信息,为工地智能化管理赋能。
3.5智慧退役-核退役机器人
核设施的退役已成为世界性的问题,研究核设施退役相关技术与方法是当前智慧核电中一项重要的课题。核退役主要包括两个不同而又相互联系的过程,即去污与拆除。去污是去除表面松散或较坚固的放射性沉积物的清洗过程。已研究出利用化学、物理、电化学和超声工艺清洗受沾污材料的各种方法。所选择的方法将随污染性质和程度、表面类型和被去污材料的形状不同而改变。拆除是拆除所有带放射性的设备和材料。在进行拆除时,可以事先去污,也可以不去污,视污染情况而定。
在大多数情况下,拆除采用切割、解体和爆破等方法。有些部件不能清洗,只能切割成碎块运往处置场。堆内构件是在水下拆除的,反应堆容器可借助遥控机械手操纵等离子割炬或电弧锯拆下来。如反应堆容器体积不太大或距永久储存库较近,也可采用整体运输。对混凝土生物屏蔽常利用受控爆破,再加上遥控辅助设备,使其逐层剥除,直至拆毁整个结构。
因此强辐射环境中的作业机器人,在核退役工作中有着重要作用:(1)在核退役中对于不能用化学去污或其它去污方法达到允许人接近的环境条件下作业,必须使用机器人;(2)使用机器人进行拆除工作;(3)使用机器人操纵装置、探测设备、搬运和拆卸;(4)核退役机器人能够部分或者全部取代在危险环境中人类的工作,减少或避免了工作人员的辐射时间,大大提高了工作的安全性;(5)在核退役工作中使用机器人,可以加快核退役的进程,缩短核退役的时间,为环境恢复、区域安全赢得宝贵的时间。
四、综述
在当今互联网+、工业4.0、中国制造、两化深度融合的国家战略和大背景,各大核电站结合目前自身建设和管理现状,以及信息化建设现状,都在积极探索最佳符合国家和企业需要的智慧核电站建设思路。在此大背景下,需结合自身产品和发展规划,并整合公司的优势资源,在核管理、核建设、核退役等方向中,确定目标,努力在智慧核电领域占据优势地位
附1、国内外核电行业企业概况
中国核电业从起步发展到今天,市场竞争尤为激烈,未来中国核电在国际核电市场竞争中,核心竞争力依然是技术创新。
(一)国际核电标杆企业
1.AREVA
AREVA(阿海珐)集团是一家法国核工业公司,目前已成为拥有资产亿欧元的知名跨国企业。作为全球强企业,AREVA在核能源建设领域全球首屈一指。其主要业务是包括核燃料采矿、核燃料提炼和销售、核反应堆制造、废料回收(拥有回收核废料再加工销售的核心技术),此外该公司还生产用于飞机、电脑和手机等产品的电器连接器。其遍布全球40多个国家的生产设施,以及在多个国家的销售网络,为客户提供可靠的无二氧化碳气体排放的发电及输配电解决方案。作为核能工业的世界领导者,AREVA集团是该领域内唯一一家能够从事全部相关工业生产过程的公司。
阿海珐集团是世界排名第一的核能企业,它对中国核能发展作出了很多贡献。集团已经向大亚湾核电站、岭澳核电站以及其他一些大型核电站提供了核岛技术(包括各种产品和管理技术)。
年,阿海珐集团收购了阿尔斯通输配电(ALSTOMTD)业务并在集团旗下创建了一家新公司——阿海珐输配电(AREVATD),该公司接手了原阿尔斯通输配电的所有产品和服务。阿海珐输配电是世界三大输配电公司之一。目前,阿海珐输配电中国已经成立了1个与清华大学合作的研究中心,在全国有6家合资公司,1家独资企业,5个代表处。
2、AtomicEnergyofCanadaLimited
加拿大原子能公司(AECL)是领先的核技术公司,为四大陆核电业主提供服务。AECL正式成立于年,是世界上三大核电商用堆之一的CAUDU型重水堆的原创设计者和供应商。AECL有多名员工,主要提供CANDU核电产品相关的专家服务,包括研发支持、工程设计、建造管理、乏燃料管理、电站的延寿更新以及退役服务等。AECL还管理和营运位于安大略省的乔克河国家实验室,开展科研活动,生产医用和其他用途的同位素、存贮和管理核废物,进行核设施的退役管理。
CAUDU是AECL的招牌产品。CANDU产品目前主要包括运行性能名列世界前茅的成熟机组CANDU6及其最新增强版EC6和三代加先进设计ACR-0.作为安全、经济、可靠和低铀耗的电力生产方式,CANDU反应堆在国际核电界中声誉卓着,深得赞扬。目前全球共有48座在役、在建或者延寿的CANDU型重水堆核电站。AECL凭借坚实的成功基础和丰富的项目经验,已经开发设计了新一代产品ACR-0,即万千瓦级的三代加先进CANDU反应堆。它是成熟CANDU设计的渐进发展与优化,同时集成应用了一系列经过优选的设计革新和先进技术,以强化安全性、易运行性、机组性能和经济性。ACR-0传承CANDU技术优势特点:水平式燃料通道,不停堆换料,燃料设计简单、便于操作且易于加工制造,低压重水慢化剂及充水的反应堆腔室—固有非能动的堆芯冷却能力,两套相互独立且非能动的快速安全停堆系统。ACR-0机组设计运行寿期为60年,年平均容量因子高于95%。
AECL和CANDU团队合作伙伴,加上以CANDU工业组织(OCI)为代表的供应链体系的大力支持,在过去30多年中我们不断承建了许多核电项目,拥有丰富的项目建造管理经验,形成了比其他核电供应商更强大的项目交付核心能力。在过去十年中,我们负责为全球各地业主设计、供货和建造的连续六个CANDU核电站项目全部按时或者提前并按预算建成投产,CANDU团队创造的优异业绩记录是行业中首屈一指的。
3、WestinghouseElectricCorporation
西屋电气公司(WestinghouseElectricCorporation)又译威斯汀豪斯公司。年1月8日,由G.威斯汀豪斯在美国宾夕法尼亚州创立。总部设在宾夕法尼亚州匹兹堡市。西屋电气公司在世界26个国家和地区设有家工厂,其主要业务领域涉及发电设备、输变电设备、用电设备和电控制设备、电子产品等门类共多种产品。其中,以发电设备、输变电设备尤具特色,从公司成立以来,一直享有世界声誉。西屋电气公司主要由七大系统组成:广播系统、电子系统、环境保护系统、金融服务系统、工业系统、办公用品系统以及电力系统。由于受客观环境的影响,各部门的成绩也参差不齐。
其中,核电领域属于西屋电气下属的电力系统,西屋的电力生产系统在多年的历史中一直是其最重要的企业,该公司在全世界的电力销售占该公司全部销售额的20%。电力系统还为世界各国的发电厂提供电厂设计服务和电力生产设备,但由于受整体经济环境的影响,电力系统在年的利润额却呈下降趋势。该系统下属的发电部还制造和销售蒸汽与内燃涡轮发电机,还负责向美国能源部计划建造的超级超导对撞机提供偶因子磁体。该系统下属的能源部主要经营核电方面的产品和服务,提供核燃料和其它燃料以及发电控制系统,而且可以帮助厂家开发“新一代”核反应堆,能达到“被动安全”,即不受操作人员差错影响的安全措施,而且所用部件比常规核电厂要少,造价也低。西屋电气的AP0反应堆技术是目前世界上最先进的核电设施,而且建设投资成本低,建造的周期也是最短的。
西屋公司所有这些领先地位,主要来源于西屋公司对研究与开发的高度重视,西屋的“科学技术中心”不断推出各种新技术,使公司新技术专利数量处于领先地位;而西屋的“生产率和质量中心”的研究成果使公司的经营管理部门提高了工作效率和产品质量。
4、俄罗斯国家核电公司Rosatom
俄罗斯核电公司可以为世界核电厂提供百分之四十的铀燃料。俄罗斯在世界市场上的核燃料生产量占有百分之十七的份额。这就意味着,全世界每5个在运行的反应堆中就有一个在使用俄罗斯生产的燃料。
俄罗斯目前同时在世界各地建设12个核电设施,其中7个在国内,5个在国外。在这批在建的核电厂里,拥有排名世界第一大的建设中的核电厂。俄罗斯在世界各地有许多不同的核电建设项目,世界各地的核电消费者都知道我们的核燃料循环技术和产品。Rosatom是世界上唯一一家拥有整个燃料循环(从开采铀、处理核燃料)技术的公司,公司在世界核电市场上有强大的竞争力。
(二)国内核电标杆企业
1、中国核工业集团公司
企业概况
中国核工业集团公司(以下简称中核集团公司)是年7月1日经国务院批准在原中国核工业总公司的基础上组建起来的,是中央直接管理的特大型中央企业,也是国资委直接监管的特大型国有独资企业。现有多家企事业单位和科研设计院所,20名两院院士,主要承担核电、核动力、核材料、核燃料、乏燃料和放射性废物处理与处置、铀矿勘查采冶、核仪器设备、同位素、核技术应用等核能及相关领域的科研开发、建设与生产经营,对外经济合作和进出口业务。
经过50年的发展,中核集团公司建立了中国独有的完整的核科技工业体系;是目前中国大陆所有投运和在建核电站的主要投资方,最大的业主;是核电发展的技术开发主体、国内唯一的核设计供应商和核燃料供应商;是最重要的核电运行技术服务商,承担着核电站运行和安全技术保障的重要任务。
经营范围
核燃料、核材料、铀产品以及相关核产品的生产、专营;核军用产品、核电、同位素、核仪器设备的生产、销售;核设施建设、经营;乏燃料和放射性废物的处理处置;铀矿勘查、开采、冶炼;核能、核技术及相关领域的科研、开发、技术转让、技术服务;国有资产的投资、经营管理;自有房屋租赁,自营和代理各类商品及技术的进出口业务(国家限定公司经营或禁止进出口的商品及技术除外);经营进料加工和“三来一补”业务;经营对销贸易和转口贸易;承包境外核工业工程及境内国际招标工程;上述境外工程所需的设备、材料出口;对外派遣实施上述境外工程所需的劳务人员。
产业情况
中核集团主要有三大产业核电、核燃料循环以及核科学技术研究,且均发展态势良好。
核燃料循环:中国建立了一个完备的核燃料循环工业体系。它包括铀矿勘查、铀矿开采与铀的提取、铀同位素分离、核燃料元件制造、乏燃料后处理等,以及相应的科学研究、工业设计、建筑安装、仪器设备制造、安全防护与环境保护、三废处理与处置的机构和设施。
核科学技术研究:中国核工业集团公司拥有完整的核科学技术研究体系,具有多学科、综合性强的优势,研究领域包括:铀矿地质、铀矿采冶、同位素分离、核燃料组件、乏燃料后处理、三废治理、核物理、受控核聚变、核化学化工、反应堆、核电站、同位素、核技术应用、辐射防护、放射医学、加速器、核探测技术和仪器设备,以及有机化学、化学分析、稀有元素化工等。
核电:中国核电经过二十余年的发展,已有秦山、大亚湾两座核电站安全稳定运行26堆年的经验,秦山二期1号机组、岭澳核电站1号机组已于年上半年投入商业运行,并成功地向巴基斯坦出口了一座核电站。现在,秦山二期2号机组、秦山三期、江苏田湾和广东岭澳2号机组正在建设中。通过自主建设和中外合作建设两种模式的实践,中国核电已经积累了丰富的设计、建造、运行和管理经验,可以说,基本具备了百万千瓦级核电站的设计能力和大型核电设备的制造能力。
多年来,依靠雄厚的科技力量和完善的实验设施,科研院所完成了大量的重要核科学技术和高科技研究任务,在和平利用核科技和民品生产中取得了很大的进展,如核电工程、受控核聚变实验、高通量反应堆、微型反应堆、强流脉冲电子束加速器、钕玻璃激光器等,得到国际原子能机构和许多国家的重视和欢迎。
公司成员单位
中核集团公司拥有完整的核科技工业体系,由所属的工业企业、公司、科研设计院所和事业单位组成。主要承担核动力、核材料、核电、核燃料、乏燃料和放射性废物的处理与处置、铀矿勘查采冶、核仪器设备、同位素、核技术应用等核能及相关领域的科研开发、建设与生产经营,对外经济合作和进出口业务。与世界40多个国家和地区有科技经济往来。属下公司有:
秦山核电公司、核电秦山联营有限公司、秦山第三核电有限公司、江苏核电有限公司、核工业第二研究设计院、上海核工程研究设计院、中国核电工程公司、福建福清核电有限公司、中国原子能科学研究院、中国核动力研究设计院、中国辐射防护研究院、核工业理化工程研究院、核工业北京地质研究院、核工业北京化工冶金研究院、核工业西南物理研究院、中国核科学技术信息与经济研究院、核动力运行研究所、核工业第八研究所、核工业标准化研究所、核工业计算机应用研究所、核工业大连应用技术研究所、核工业无损检测中心。
公司发展前景
截至年末,由中核集团控股投入运行的核电机组达到11台,总装机容量万千瓦,其中秦山、田湾核电基地7台机组全年共发电.8亿千瓦时,创历史最高水平,其间未发生非计划性停堆。
从年开始中核集团公司经济状况从亏损补贴进入到良性循环,结束了连续十几年行业性亏损的历史,年实现销售收入亿元。一系列改革中中核集团公司的工作重心从调整结构、精干主业转移到战略谋划、创新发展。经过一系列的改革调整,全系统职工总数精干到10万人左右。中核集团作为我国核电建设的投资、经营和建设主体,具有广阔的发展前景。其总体发展思路是以保军为重点,以发展核电、核燃料和核应用技术三大支柱产业为核心。其改革发展战略目标是:到年,经济(较年)翻三番,实现技术和管理两个跨越,成为国家战略核威慑力量和核能发展的中坚,建成军民结合、技术领先、管理规范、效益突出、具有国际竞争力的一流特大型企业集团。
2、中国广东核电集团公司
企业概况
中国广东核电集团有限公司年9月注册成立,注册资本亿元人民币,是由核心企业――中国广东核电集团有限公司和20多家主要成员公司组成的国家特大型企业集团。
中国广东核电集团在成功建设大亚湾核电站的基础上,通过将已投产核电站产生的效益作为资本金投入开发新的核电项目,形成了“以核养核,滚动发展”的良性循环机制;以从法国引进的百万千瓦核电机组为基础、结合多项重大技术改进形成了具有自主品牌的中国改进型压水堆核电技术方案――CPR0;培养了一支专业化的核电站运营管理、工程管理和技术研发队伍;建立了与国际接轨的核电生产运行、工程建设、科技研发和人才培养体系,在核电站运行、维修、技术支持、安全监督、质量管理等方面达到了世界先进水平。
经营范围
中国广东核电集团有限公司是我国唯一以核电为主业、由国务院国有资产监督管理委员会监管的中央企业。
产业情况
中广核集团现拥有大亚湾核电站和岭澳核电站一期近万千瓦的在运行核电机组。岭澳核电站二期、辽宁红沿河核电站、阳江核电站、福建宁德核电站和台山核电站等超过万千瓦核电机组已经开工建设或开展前期工作。在发展风电、水电等清洁能源领域取得积极进展,吉林大岗子、内蒙古灰腾梁、河北察北、甘肃瓜州、广东台山等约65万千瓦的风电机组正在建设和部分并网发电。截至年12月底,大亚湾核电站、岭澳核电站一期累计实现上网电量超过亿千瓦时,中广核集团拥有总资产约亿元人民币,净资产约亿元人民币,与成立时的净资产32.4亿人民币相比增长到近9倍,有效地实现了国有资产的保值增值。
核心企业
中国广东核电集团由核心企业-中国广东核电集团有限公司和20多家主要成员公司组成,企业名称:
大亚湾核电运营管理有限责任公司、中广核工程有限公司、广东核电合营有限公司、岭澳核电有限公司、岭东核电有限公司、阳江核电有限公司、辽宁红沿河核电有限公司、福建宁德核电有限公司、广东核电投资有限公司、深圳市能之汇有限公司、中广核能源开发有限责任公司、大亚湾核电财务有限责任公司、苏州热工研究院有限公司、深圳中广核工程设计有限公司、中广核铀业发展有限公司、北京广利核系统工程有限公司、广东大亚湾核电服务(集团)有限公司、广东核电实业开发有限公司、银河创新技术发展有限公司、中广核电进出口有限公司、中广核国际有限公司、广东大亚湾核电环保有限公司
发展前景
近年来,我国作出了“积极推进核电建设”的决策,为主动适应国家核电发展新形势要求,中国广东核电集团修订了集团战略规划,明确战略定位为“以核电为主的清洁能源集团,为社会提供安全、环保、经济的电力”。在确保已运行机组安全生产、在建工程建设稳步推进的同时,中国广东核电集团坚持专业化和自主化发展,不断推进组织管理体系创新,加快核心能力、经营管理水平与发展平台的全面提升,先后成立了国内首家专业化的核电运营管理、工程管理、工程设计和公用技术研究机构;完善了以核电学院为龙头的专业化核电人才培养体系;加强了与核电产业链上下游企业的企业联盟,在技术、人才、资金和管理等方面具备了面向全国、跨地区、多基地同时开工建设和运营管理多个核电站的能力。中国广东核电集团在新的历史时期,按照国家的统一部署,通过建设三代EPR核电项目和参与AP0项目建设,进入了高起点引进、消化、吸收三代核电技术的新阶段。
3、中国电力投资集团公司
企业概况
中国电力投资集团公司是按照《国务院关于印发电力体制改革方案的通知》精神,根据国务院批复的发电资产重组划分方案,于年12月29日设立的从事电源投资、开发、建设、经营和管理的大型国有企业集团,是国务院授权的投资机构和国家控股公司。公司由中央直接管理,资产与财政关系在财政部单列。集团公司注册资本金人民币120亿元。
截至年底,集团公司资产总额.31亿元,可控装机容量为MW,权益装机容量为.3MW;其中水电机组MW,占集团公司可控装机容量的24.4%;火电机组MW,占集团公司可控装机容量的72%;核电机组.8MW,占集团公司可控装机容量的3.6%。集团公司包括家成员单位,15家参股企业,职工总数为人。
经营范围
1.依法经营集团公司及其有关企业中由国家投资形成并由集团公司拥有的全部国有资产(含国有股权)。
2.从事电源的开发、投资、建设、经营和管理,组织电力(热力)生产和销售。
3.从事电能设备的成套、配套、工程建设与监理、招投标、物资经销、设备检修、科技开发以及房地产开发、物业管理、中介服务等电力相关业务。
4.根据国家有关规定,经有关部门批准,从事国内外投融资业务。
5.经国家批准,自主开展外贸流通经营、国际合作、对外工程承包和对外劳务合作等业务。
产业情况
集团公司资产分布在全国25个省、市、自治区,拥有上海电力股份有限公司、山西漳泽电力股份有限公司、重庆九龙电力股份有限公司、吉林电力股份有限公司和中电霍煤露天煤业股份公司5家A股上市公司;拥有在香港注册的中国电力国际有限公司,并通过中国电力国际有限公司拥有在香港上市的中国电力国际发展有限公司,以及致力于为香港提供电力的中港电力发展有限公司;拥有承担流域开发的黄河上游水电开发有限责任公司和五凌电力有限公司;拥有在电力设备成套服务领域中业绩突出的中国电能成套设备有限公司;拥有大型煤炭企业中电投霍林河煤电集团有限责任公司;拥有白音华煤电有限责任公司;拥有12个已建成的0MW以上的大型电厂;拥有控股的山东海阳核电项目,共同控股的辽宁红沿河核电项目和广西白龙核电项目,以及9个参股核电前期项目。
成员单位
中电投集团公司成员单位包括内部核算单位31个,全资企业5个,控股企业46个,参股企业15个,分布于全国东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝等7个区域。集中了原国家电力公司系统在核电领域的全部资产和股权。集团公司现有职工近7.7万人。
发展前景
随着电力体制改革的深化,集团公司经营受竞价上网、电价调整、竞争加剧以及关闭小火电等因素的影响,将在一定程度上降低盈利的稳定性;同时,大量新电源项目的建设和原有电源项目的扩建及技术改造需要庞大的资本支出,集团公司的财务也面临着一定的压力。但由于电力经营的特点,集团公司销售回款能力较强,使其始终保持着较好的财务流动性。考虑到我国电力产业良好的发展环境、集团公司的竞争优势及其较强的融资和资本运营能力,预计不会显着影响其财务灵活性。
集团公司对于产业发展的战略是:以电力为核心产业,稳步向相关产业延伸,积极寻求海外发展。以电力为核心产业,这是集团公司的性质定位和市场定位。把集团公司的优势集中到发展电力这一核心产业上,坚持水、火、核并重,新建与扩建、盘活与收购、国内与国外并举,优化发展火电,大力发展水电,稳步发展核电,积极发展新能源,加快老企业的技术改造,不断增强集团公司的核心竞争力。同时,发挥自身的特点和优势,审慎、适时、稳妥地进入相关领域,建立新的经济增长点。
(三)中国核电建设工程行业
迄今为止承建我国核电站建设的重要公司有中国核工业第二三建设公司、中国核工业第二二建设公司、中国核工业第五建设公司、中国核工业中原建设公司、浙江省火电建设公司,其中,前四家公司都隶属于中国核工业建设集团。核电产业属于高新技术的战略产业,它已成为当今世界衡量一个国家经济、科技、电力、工业水平的重要标志。核电建设施工也有别于普通的建设行业,不但对质量和安全等级有极高的要求,产业关联度很高,而且需经国务院审批。故新兴建设企业或未曾涉足此业务的企业想要进入行业门槛极为困难。
隶属于中国核工业建设集团的四家分公司中,以中国核工业第二三建设公司资本最雄厚,技术积累最多,而且承担了中国大陆全部核军工、核电站核岛以及大部分核科研安装工程。在核电站建设中,其他公司只能承担核岛安装以外的工程。随着市场进一步开放,该公司在核岛安装工程上的绝对垄断地位可能被紧逼其后的中核二二建设公司所打破。中核第五建设公司与中核中原建设公司的特色是对外业务,代表是巴基斯坦恰希玛核电站。浙江火电建设公司不完全属于核电建设行业,其主营业务更多是火电建设,今后不大可能进入到核电建设的核心领域。
(四)核电设备行业
核电的主要设备包括核岛设备、常规岛设备、电站辅助设备等。核岛设备主要包括核反应堆压力容器、反应堆压力壳、控制棒驱动机构、堆内构件、主泵、主管道、蒸汽发生器、硼注箱、安注箱和稳压器等。常规岛设备主要包括汽轮机、发电机、凝汽器、除氧器、主给水泵、燃料转运装置、汽水分离再热器、高低压加热器、主变压器、凝结水泵和循环水泵等。一般来说,核岛及其相关的电站配套设备与常规岛及其相关的电站配套设备的投资比重约为2∶1。由于核电原料的特殊放射性,因而对设备的要求就较火电、水电机组的设备要求高得多。通常国产核电站设备的总造价比重约为44%,进口设备所占比例则约为48%。国产设备的生产企业主要以三大电气集团为主,分别是东方电气集团、上海电气集团、哈尔滨电站设备集团。我国三大电气集团目前可以制造核岛主设备中的压力容器、蒸发器等,以及常规岛主设备中的汽轮机、发电机等,有机会获得核电站设备国内采购中金额最大的订单。
从技术上看,由于我国的核电产业起步较晚,目前能自主开发、制造的只是30万千瓦和60万千瓦级别的能力,万千瓦的核电机组制造技术还在研发阶段。而我国在年之前投资的核电站均为万千瓦以上,因此近期建设的机组仍需与国外优势企业合作。我国核反应堆技术的国内供应商主要是中核集团公司,核承压设备国内的供应商主要是上述的三大电气集团与中国第一重型机械集团,国外的供应商主要有法国阿海珐集团(又名阿莱瓦集团,法玛通公司的母公司)、俄罗斯核电建筑股份公司、美国西屋公司、加拿大原子能有限公司等。其中,阿海珐、西屋在第三代核反应堆的技术领域内拥有领先优势。常规岛设备的国外合作方主要是:法国阿尔斯通、美国GE、德国西门子、日本日立、三菱重工、东芝等。其中,阿尔斯通提供并安装了全球1/3以上的核电汽轮机。目前国内核电汽轮机的主要供应商是东方电气、上海电气、哈电(以哈动力为主)。
二十年前,国内建成和在建的核电机组中,近九成的核心技术及设备从国外进口。在秦山一期、大亚湾、岭澳等项目中,国内厂商只能提供辅助设备,或者只是个别主设备的分包商、合作制造商。以岭澳一期为例,核岛设备国产化率只有15%。在秦山一期、岭澳二期、秦山二期扩建等项目中,各国内厂商参与程度较深,已能成为主设备的总承包商。目前,获得《民用核承压设备制造资格许可证》的国内厂商有5家:上海锅炉厂(隶属于上海电气集团)、东方锅炉厂(隶属于东方电气集团)、哈尔滨锅炉厂(隶属于哈电集团)、中国第一重型机械集团、中国第二重型机械集团。
在“十一五”规划中,国家提出要提高电力主要设备国产化程度。因此,国内技术领先的核电主要设备生产厂商将会大大受惠。在上市公司中,受惠最大的企业主要有三家,分别是东方锅炉(主要提供核承压设备)、东方电机(主要提供汽轮机、发电机、主泵)、上电股份(参股49%上海锅炉厂)。加速发展核电对于三大集团,特别是锅炉厂来说,最大的利好就是可以降低对火电的依赖程度,随着电站建设周期性的发展,电站设备行业,特别是火电设备,将开始进入一个需求减小的时期,企业的利润将会出现下滑。而积极推进核电建设将会使得三大集团避免陷入上一个下滑周期、年那样的经营窘境。以东方锅炉、东方电机为例,预计核电项目订单金额合计约20亿-30亿元/年以上,已经超过了年两个公司的主营收入总和。
附2、年中国核电行业相关政策汇总及解读
核电是我国能源供应体系的重要分支,也是新能源的重要组成部分。根据我国国民经济“八五”计划至“十四五”规划,国家对核电行业的支持政策经历了从“适当发展”到“积极推进发展”再到“安全稳妥发展”的变化。
根据《“十四五”规划和远景目标纲要》,至年,我国核电运行装机容量达到万千瓦,对此全国各省市也陆续提出了发展目标,本文将对国家层面、地方层面核电政策的重点内容及发展目标进行深度解读。
1、政策历程图
“八五”计划至“十四五”“适当发展”到“积极推进发展”再到“安全稳妥发展”的变化。
“八五”计划(-年)至“十五”计划(-年)时期,国家层面提倡:适当、适度发展核电;从“十一五”规划开始,规划明确了将积极推进核电建设,且重点建设百万千瓦级核电站;
“十二五”至“十三五”期间,规划明确了要安全高效发展核电,并突出了沿海核电建设这一重点。
到“十四五”时期,根据《“十四五”规划和年远景目标刚要》,安全稳妥推动沿海核电建设成为“十四五”时期的重要任务。
2、国家层面政策汇总及解读
——国家层面核电行业政策汇总
自年以来,国务院、国家发改委、国家能源局等多部门都陆续印发了支持、规范核电行业的发展政策,内容涉及核电发展技术路线、核电厂建设规范、核电厂安全运行规范、上网电价政策等内容:
——核电电价政策:从“还本付息电价”至“标杆上网电价”
在核电电价方面,我国主要经历了“还本付息电价”至“标杆上网电价”变化。年6月,国家发改委发布了《关于完善核电上网电价机制有关问题的通知》,其中明确:对新建核电机组实行标杆上网电价政策;年3月,国家发改委印发《三代核电首批项目试行上网电价的通知》,明确未来3年三代核电首批项目试行上网电价。
——核电消纳政策:实行保障性消纳政策
在核电消纳方面,“十三五”以来,国家发改委、国家能源局等相关部门也陆续出台相关政策推进核电消纳工作,具体内容包括扩大核电消纳范围、实行保障性消纳政策等。
——国家层面核电行业发展目标
根据中国核能行业协会公布的数据显示,截至年末,我国运行核电机组共49台,装机容量为5.万千瓦。根据《“十四五”规划和远景目标纲要》,至万千瓦。
此外,根据中国核能行业协会发布的《中国核能年度发展与展望()》中的预测数据显示,到年,我国在运核电装机达到万千瓦,在建万千瓦;到年,在运和在建核电装机容量合计将达到2亿千瓦;核电建设有望按照每年6至8台机组稳步推进。
3、各省市层面的政策汇总及解读
——31省市核电行业政策汇总:围绕安全高效发展
目前,我国现有及规划在建的核电站均分布在沿海省份,根据《“十四五”规划纲要和远景目标纲要》,“十四五”期间,我国将安全稳妥推动沿海核电建设,暂未有内陆核电建设的相关规划。
现有或规划在建的核电站省份包括:江苏、浙江、福建、山东、辽宁、广西、广东和海南,各省份均在“十三五”、“十四五”时期发布了推动核电建设的支持性政策,政策内容均落实了“安全高效发展核电产业”的主旨:
——31省市核电行业发展目标解读
“十四五”期间,我国主要省份也提出了核电行业的发展目标。其中,浙江、福建、广东和海南均提出了至年末的核电装机规模,辽宁提出在“十四五”期间将新增核电装机万千瓦。此外,江苏、广西虽未公布装机规模目标,但也提出了核电项目的建设目标或规划: