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定制报告服务:核电用特种管材性能要求提高、市场需求增长-中金企信


 

1)核电用特种管材市场分析:

①核电管材性能要求高,工艺难度大:目前世界上核电站采用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆、石墨水冷堆、高温气冷堆以及快中子增殖堆等,但比较广泛使用的是压水堆。压水堆以普通水作为冷却剂和慢化剂,其主要由核岛、常规岛以及其他辅助系统组成。其中核岛是实现裂变能转化为热能及机械能的部分,核心为一回路系统;常规岛是实现机械能转化为电能的部分,核心为二回路系统。

核反应堆长期处于高温、高压、强辐射、强腐蚀、潮湿的工作环境,核电用管材的安全性和稳定性对反应堆的安全稳定运行至关重要,因此,核反应堆对材料的力学性能、辐射稳定性、相容性、热导率有较高的要求。

部分核电部件对材料要求分析

 

核电用管制造工艺流程复杂。核电用管需在荒管的基础上经过润滑、冷轧、冷拔、去油、热处理、压直、矫直、切管、酸洗、检验等工序处理成为另一种规格的中间品,然后在变形量允许范围内多次重复以上工序,钢管中间品经过多道加工变形工艺,最终变为成品管。核电用管材的生产难度主要还存在于要求在制造过程中达到极高的精度标准,并通过严格的质量控制来确保产品不存在任何可能危害核电站安全和效率的微小缺陷。在焊接环节,需要在严格控制的条件下操作,以确保焊缝的完美,因为任何缺陷都可能对核电站的整体性能产生负面影响。管材的热处理过程也非常关键,尤其是对于钛合金等高性能材料,需要非常精细的工艺控制来提升其机械性能并保持材料稳定性,同时防止性能下降或其他损伤。在某些情况下,为了增强管材的耐腐蚀性和耐磨损性,还需要进行特殊的表面处理或涂层工艺,这进一步增加了生产的技术难度和工艺复杂性。

②核电用管材主要为镍基合金、不锈钢和低合金钢材质:根据北京科技大学新金属材料国家重点实验室发布的研究报告《核电用钢的研究现状及发展趋势》,核电站机组一回路和二回路涉及的钢制材料包含普通钢、低合金钢、不锈钢、合金钢等材料,除核燃料包壳、控制棒驱动机构和蒸汽发生器传热管等部件采用锆合金和镍基合金外,其余设备均采用钢铁材料。核岛中,蒸汽发生器传热管作为防止放射性裂变产物外泄的关键部件,主要采用690合金,因其在高温高压和介质腐蚀环境下表现优异;核岛其他关键管道,如一回路主管道和非能动余热排出热交换器管,分别选用316LN奥氏体不锈钢和TP304L、690合金,以满足耐高温、耐高压和耐腐蚀的要求;反应堆压力容器的密封设计采用718合金无缝管,以保证设备的完整性与安全性。常规岛中,高压给水加热器和凝汽器用钛焊管和TP439铁素体不锈钢,因其耐腐蚀性和机械性能突出,被广泛应用于海水冷却系统中。

核电站用管材主要规格和牌号分析

 

③核电用管国产化进程加速:我国的核电建设起步较晚,核电站设计及设备制造一直依赖国外技术,核电用管材料采用国外标准和国外牌号钢种。近几年随着核电建设的加速发展,钢管制造企业生产装备水平的不断提高,我国核电用管国产化进程不断加速。

目前,我国第三代核电AP1000等一回路主管道采用整体锻造成形的316LN奧氏体不锈钢,具有强度高、塑韧性好等特点,国内厂家基本掌握了大型钢锭冶炼、大型不锈钢材料整体锻造、管段整体加工成形等关键技术并实现了国产化。反应堆压力容器密封设计上,简体与顶盖之间用双通道金属O形环密封,第三代核电技术中,O形密封环主要采用718合金无缝管,存在较高的技术壁垒,此前主要由美国垄断,存在产品供货周期长,价格昂贵等特点,制约着我国核电安全发展。2014年国内企业成功开发了密封环用718合金无缝管,突破国外技术垄断,2015年底应用于国内300MW反应堆压力容器。核电蒸发器是实现一、二回路热量交换的核心设备,采用U形管将一、二回路循环水隔离,满足换热的同时屏蔽一回路中带辐射循环水进入二回路。蒸汽发生器U形管质量是保证蒸汽发生器安全、可靠运行的关键,对表面质量、尺寸控制、热处理制度、组织控制等要求高,存在较高的技术壁垒,长期由国外厂家控制。2013年8月,国家核电技术在上海举行重大专项示范工程核电站蒸发器用690U型管国产化总结会议和样品评审会。的690U型管样品通过评审,标志着我国第三代核电关键部件国产化取得重大突破。目前核电站蒸发器用690U型管的生产厂家主要是法国瓦卢瑞克、日本住友金属、瑞典合瑞迈,和国内的宝银特材()和久立特材。

④核电行业回暖拉动对特种管材需求增长:

A、核电可作为基荷能源,助力能源绿色转型:在全球“双碳”背景下,核能作为一种低碳的清洁能源,相比光伏、风能、氢能等其他可再生能源,兼具高密度、清洁、低碳、长期稳定运行等优势,可作为能够连续、可靠地供应电力的基荷能源。

核电发电平稳,其平均利用小时数遥遥领先,远超火电、水电等其他能源。2024年核电平均利用小时数高达7,683h,约为风电的3.61倍、火电的1.75倍、光伏的6.34倍、水电的2.29倍,近四年均保持在7,500h以上。与风电、光伏相比,核能发电不受季节、环境等自然状况影响,供电没有随机性、间歇性和波动性等问题,优势显著;与水电相比,核电在选址的地域限制相对较小,三代核电多建设于沿海地域,未来随着四代核电技术落地,选址空间更大,供电持续性上也更具优势。因此,核电可依托其高度稳定性和可靠性作为基荷能源运行,与水电、火电形成互补效应。

IAEA报告表明,核能发电每生产一度电只需要排放5.7克碳,同等发电水平下核电碳排最少,比光伏、风电更加环保,环保性优于同类清洁能源风、光电。作为一种优质的清洁能源,核电在全球电力结构中占有重要地位。《2024年世界核能产业状态报告》显示,2023年全球核电发电量增加2.2%,在全球电力结构中的占比达9.1%。我国电力结构正逐步优化,核电发电量占总发电量比例虽小幅度波动,但整体呈上升趋势,从2013年的2.11%上升至2023年的4.86%。尽管火电仍占主导地位,但能源绿色转型已成趋势,核电对于保障能源安全、清洁减碳具有不可替代作用。

B、核电新技术蓬勃发展,具备新质生产力特征:核能是最近一次全球生产力革命的重要标志性技术之一,也是现代能源工业体系的重要支柱能源和技术集大成者,其具有的科技含量高、能量密度高和出力稳定性高等特点与新质生产力“高科技、高效能、高质量”特征高度匹配。自1957年世界第一座商用核电站希平港(Shippingport)投用以来,经过半个多世纪的发展,正在运行的核电机组包括沸水堆(BWR)、压水堆(PWR)、重水堆(PHWR)、快堆(BWR)、高温气冷堆(GCR)等堆型,核电技术呈现出多样化、安全性持续提升的特征。

当前,三代技术是全球核电建设的主流技术,全球核电技术处于“坐三望四”阶段。我国作为核电领域的后进入者,通过引进吸收与自主研发,目前已完全掌握三代、四代核电技术,达到世界核电领先水平。我国以“华龙一号”和CAP1400为第三代核电站代表,成为继美国、法国、俄罗斯等核电强国后又一个拥有独立自主三代核电技术的国家。第四代核电技术是当前国际核能领域研发的前沿技术,与第三代相比具有更高安全性、经济性以及在核燃料利用方面的可持续性。当前,我国在四代堆高温气冷堆技术上取得了显著成就。全球首座投入商业运行的第四代核电站-石岛湾高温气冷堆示范工程,自去年12月投产以来发电量已超过6.5亿度,标志着我国在第四代核电技术研发和应用领域达到世界领先水平,这也是我国在核能技术方面领先世界的创举。

C、发展核电是我国重要的能源战略,核电投资建设投资持续增长:政策大力支持核电产业的建设与发展。“双碳”目标下,核电发展受到政策高度重视,我国十四五规划、《“十四五”现代能源体系规划》《2030年前碳达峰行动方案》等文件提出,积极安全有序发展核电,在确保安全的前提下,积极有序推动沿海核电项目建设,保持平稳建设节奏,合理布局新增沿海核电项目,切实做好核电厂址资源保护。在核电安全运行方面,2018年5月国家发展改革委、国家能源局、生态环境部和国家国防科工局联合发布《关于进一步加强核电运行安全管理的指导意见》、2019年9月国务院新闻办公室发布《中国的核安全》白皮书。2024年8月11日,中共中央、国务院印发《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》,提出加快西北风电光伏、西南水电、海上风电、沿海核电等清洁能源基地建设。并且对于核电建设要求的表述扩充为:“积极安全有序发展核电,保持合理布局和平稳建设节奏”。政策的明确落地对核电长期发展奠定了坚实的基础,行业有望持续高速发展。

2023年,我国核电建设投资完成额达到949亿元,增速保持较高水平为40.18%,预计未来增势有望维持。我国拥有核电运营资质的四家企业:中核集团、中国广核、国电投集团、华能集团,2023年中核集团市占率达43%,其次中广核占31%。

D、核电核准机组维持高位,装机规模持续增长,带动相关配套管材市场规模增长:2019年开始,我国开始恢复核电核准,核准项目的数量保持上升趋势。2019年,福建漳州和广东太平岭核电项目核准开工,标志着三年“零核准”后国内新建核电已重启,而自主三代核电“华龙一号”也进入了批量化建设阶段。2022年,全国核准核电项目机组达10台;2023年,全国核准核电机组数量10台,2024年,全国核准核电机组数量11台,创近十年新高。

随着核电机组审批加速及投资建设的加快,我国核电装机规模呈增长趋势。根据中金企信发布《2026-2032年核电用特种管材行业市场监测及投资环境评估预测报告-中金企信发布》显示,截至2024年12月31日,我国运行核电机组57台(不含中国台湾地区),装机容量达59GW。根据中金企信数据2025年我国核电在运装机7,000万千瓦左右;到2030年,核电在运装机容量达到1.2亿千瓦,核电发电量约占全国发电量的8%;到2035年我国核电发电量占比将达到全部发电量的10%左右。未来,我国核电装机仍有较大增长空间。根据《核电站用管的生产及发展前景》,单个100万千瓦压水堆核电机组平均对应的管材用量约为1,255吨,其中核岛用管材219吨(含蒸发器U形管200吨),常规岛756吨,辅助设备280吨。2025-2030年我国将新增5,000万千瓦核电装机容量,据此测算,未来5年核电机组用管材将超过6万吨。

 

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