我国绝大部分核电站都位于东南沿海地区,而核燃料制造厂则坐落于西北部地区。远途运输加之核燃料的特殊属性,其安全性显得尤为重要。核燃料组件作为反应堆中提供能量的部件,主要包括 2 种:1)将天然六氟化铀富集或直接加工成的核燃料组件;2)通过后处理乏燃料加工成的 MOX 新燃料。
核燃料组件运输容器是实现组件从元件制造厂到反应堆安全转移的关键设备。以 ANT-12A 型新燃料运输容器为例,从结构上看,主要由上壳体、下壳体、浮床、门组件构成,两组内容物水平且平行放置于门组件内腔。上下壳体为双层结构,内隙填充纳米孔符合绝热毡作为隔热材料,上壳体两端均装有轻木材料的端部减震器;浮床两侧设有橡胶减震器,门组件内腔设有陶瓷硅化橡胶隔热材料,铝基碳化硼中子吸收材料。
国际上主要核电大国核能产业发展较早,在新燃料运输方面经验丰富,且部分容器在国际上应用广泛。相比而言,美国核燃料组件运输容器设计,在力学、临界安全等方面的考虑更充分,而俄罗斯的运输容器结构相对简单,没有进行临界安全、减震等方面设计。但总体上,国外核燃料组件运输容器装载兼容性和系列化程度较高。
当前,我国引进了一部分国外进口核燃料组件运输容器,主要来自于法国、美国、俄罗斯等国家,一般进口容器均适配于国外反应堆燃料组件,如 VVER-1000 堆燃料组件运输容器由俄罗斯设计,M310 堆燃料组件运输容器由法国设计等。就国内新燃料运输容器设计和制造而言,我国国内从事新燃料组件运输容器制造的企业主要有南通中集能源装备有限公司、上海阿波罗机械股份有限公司、四川科新机电股份有限公司、大连宝原核设备有限公司、西安核设备有限公司,以及中国原子能科学研究院(主要用于实验快堆燃料运输容器)等。
从新燃料运输容器型号看,ANT-12A 适用于绝大多数压水堆燃料组件运输。根据生态环境部官网《ANT-12A 型新燃料运输容器设计批准书》,ANT-12A 型号容器可以用于运输 STEP-12 系列,以及我国目前绝大多数压水堆核电站主要采用的AFA 3G 系列新燃料组件。而根据中集安瑞科,首批国产的 STC-NF 1A 则用于运输国内首条 AP1000 燃料组件。
其中,南通中集能源装备有限公司(简称“南通能源”)为中集安瑞科旗下清洁能源分部重点企业。中集安瑞科核电装备主要包括两大部分,核电站装备、核燃料储运装备。2019 年国内首条 AP1000 核燃料组件生产线为三门核电站 1 号机组生产的 64 组首次换料 AP1000 燃料组件,从内蒙古包头运往三门核电站的运输装备,就是由南通中集能源装备有限公司制造的首批国产化 STC-NF1A 新燃料运输容器。
科新机电是国内过程装备重型压力容器领先企业,公司于 2018 年获得国家核安全局颁发的《民用核安全设备制造许可证》,成为为数不多的拥有核电资质的民营压力容器制造企业。目前,公司与中广核联合研制的用于核燃料组件国际运输的新燃料运输容器实现在该领域高端设备的国产化,公司已取得了核电产品 ANT-12A型新燃料运输容器项目批量化生产订单并服务于“一带一路”。
新燃料运输容器市场空间测算:
1)需求量:根据央视网报道,我国华龙一号反应堆芯由 177 组乏燃料组件组成,而百万千瓦级核电站堆芯使用的是 157 组燃料组件方案。鉴于目前我国在运 53 台机组中华龙一号较少,这里我们保守估计,仍按照百万千瓦级核电站燃料组件数量计算。则我国在运 53 台机组大约需要 8321 个燃料组件。一般,压水堆每次会更换大约三分之一的燃料组件,对应实际每年需要更换组件数量为 2774 个。根据中国核工业报、深圳立木信息咨询,一般一个乏燃料运输容器每年最多可以运输4 次,但由于气候条件、路程较远等原因,每年实际运输仅有 2 次,这里我们假设新燃料每年也运输 2 次。按照每个运输容器装 2 个组件计算,现有核电机组新燃料组件约需要 693 个运输容器。
2)价值量方面,根据我们的产业链研究,目前国产运输容器单价约为 150 万元。总体上,预计现有核电机组新燃料组件约需要 693 个运输容器。按照国产运输容器单价计算,对应市场空间约为 10.4 亿元。