（请关注：）我们认为，我国下一代核电技术将着眼于乏燃料处理及更大范围的出口推广，终极目标是实现可控核聚变。

0可控核聚变之商业化，余生可见乎？

开篇先聊聊与读者们的互动。2月，我们在（分析师）平台上分享了对年初所发深度报告的导读，链接如下。

（2017.2.5）

之后，我们收到了一些读者（机构投资者、行业内人士居多）的反馈。不少人不约而同地感慨：预测到2070年啊！我们能活到那时候吗？

关于对能源结构图景的预测，先解释一下我们为什么要讨论到2070年的情形吧。我们认为，在我国，氢能和核能的安全与和平利用，大有可为，《导读》里已有简述，不赘述。其中，可控核聚变的商业化应用，将极大地挑战地球人的能源观。

就在数日前的2017年6月10日，以“未来能源”为主题的2017年阿斯塔纳专项世博会正式对外开放，咱们中国馆的主题是“未来能源、绿色丝路”，并以“人造太阳”核聚变能源为核心展示元素贯穿展览。封面配图源自网络，结合相关报道，我们理解，此为本届中国馆“未来能源梦”剧场展区的效果示例。

虽然业内专家预计，2050年前后可建成核聚变能商用电厂，但我们担心实际进度或低预期，或许2070年可以实现里程碑式突破。对于生于1970年、1980年、1990年的人来说，2070年TA将年满100岁、90岁、80岁，那时都已阅尽凡尘。在给晚辈们讲的故事中，或许有中国在21世纪初迎接高速铁路的全民激动；专业上有两把刷子的话，故事里或有2015年前后的磷酸铁锂电池与三元锂电池之争往事，以及，一代代科技工作者如何开发核能，善用其道，造福人类，直至可控核聚变提供的能量用于商业发电。

小伙伴们，保养好身体，咱们都要努力活到2070年啊！

自20世纪80年代以来，我国逐步加大对核电研究与产业化的投入，并且在历经切尔诺贝利、三里岛、福岛等多起核事故之后依然保持对于核电的投入力度，在高温气冷堆、快中子反应堆、钍基熔盐堆、磁约束聚变装置等领域，我国已经走到了世界的前列。我国下一代核电技术将着眼于乏燃料处理及更大范围的出口推广，终极目标是实现可控核聚变。我们预计，如果新型核电技术能够进展顺利，我国将借此契机，在21世纪国际新型核电系统发展领域，占据一席之地，而这也将有力支撑我国核电事业的长期发展。

1高温气冷堆技术再获认可，有望成为“一带一路”出口尖兵

高温气冷堆建设顺利推进，我国有望建成全球首座模块式球床高温气冷堆商用示范核电站。华能石岛湾20万千瓦（200MW）高温气冷堆示范工程于2012年12月正式开工建设，于2014年9月7日顺利完成常规岛FCD，于2015年11月完成主变压器、辅助变压器、高压厂用变压器引入工作，于2015年12月初完成首批石墨堆内构件出厂验收。2016年10月24日，示范工程主蒸汽、主给水管道焊接异地考试顺利完成，为后续主蒸汽、主给水管道施工打下了良好基础。表41为高温气冷堆示范工程建设进度。

模块式高温气冷堆(HTGR)，简称“高温气冷堆”，采用耐高温的陶瓷型包覆颗粒燃料元件，用化学惰性和热工性能良好的氦气作为冷却剂，用耐高温的石墨作为慢化剂和堆芯结构材料，具备如下优势：

其一，具有固有的安全性。高温气冷堆的燃料外表面是耐高温、耐腐蚀的碳化硅，采取惰性气体氦气作为冷却剂，结合反应堆的巧妙设计，即使遇到类似福岛事故的海啸袭击，全厂断电，亦可保证反应堆不会熔化。

其二，发电效率高。燃料循环灵活，转换比高，铀燃料燃耗深；热效率高。

其三，未来可拓展的应用领域广泛。反应堆提供直至950℃高温工艺气体和高品质蒸汽，可用于黑色金属生产、制氢、煤化工、海水淡化等工业领域。

其四，多模块组合方式，可灵活适应市场。高温堆通过多模块组合方式，可以建设200、400、600、800、等系列装机容量的核电机组，适合建在靠近负荷中心及拥有中小电网的国家和地区，尤其适合“一带一路”沿线国家。

我国于2000年建成世界上首座球床模块式高温气冷试验堆HTR-10，其核岛设计结构如图49所示。据教育部科技发展中心网站资料，HTR-10试验堆是国家863高技术研究与发展计划项目，由清华大学负责承担，于1995年开工建设，2000年底实现首次临界状态，2003年1月完成72小时满功率并网发电。据清华大学核能与新能源技术研究院网站介绍，其建成使我国成为世界上为数不多的掌握高温气冷堆技术的国家之一。

与印尼签订高温气冷堆合作协议，高温气冷堆技术再获国际认可。2016年8月3日，中核建集团与印尼原子能机构签署了《中国核建集团与印尼原子能机构关于印尼高温气冷堆发展计划的联合项目协议》，双方就印尼高温气冷实验堆项目、培训等方面的合作达成初步意向，标志着高温气冷堆技术海外推广又取得了进一步的实质性进展。该协议是中核建集团继2016年1月29日与沙特能源城签订MOU后的第二个合作项目协议，具有完整自主知识产权的高温气冷堆技术再度获得国际认可，已成为落实我国核电“走出去”战略的重要优选堆型之一。

尽管目前我国研发的球床模块式高温气冷堆在堆出口温度、乏燃料后处理等方面与第四代技术仍有差距，但相关研究成果将助力我国核电机组向更为安全、高效的方向发展，助推我国核电关键技术国产化向前再迈一步。

2快中子堆技术持续突破，未来有望建设集装箱大小“核电宝”

按照冷却剂不同，通常可以将快中子反应堆分为铅冷快堆、钠冷快堆等。快堆是主要以平均中子能量0.08～0.1MeV的快中子引起链式裂变反应的反应堆，通常使用钚-239作燃料，并在堆芯燃料钚-239的外围放置铀-238，钚-239发生裂变反应时放出来的快中子，能够被装在外围再生区的铀-238吸收，铀-238吸收中子转化为钚-239，从而实现了核燃料的“增殖”。由于铀238为大型核反应堆废料中的主要产物，因此利用快中子堆发电的整个反应过程实现了对乏燃料的深度燃烧，化废为宝，大大减少放射性废物残留。快堆可将天然铀资源的利用率从目前的约1%提高至60%以上，从而大大减少放射性废物量，提高核燃料利用率。

钠冷快堆技术项目推动较早，目前中国实验快堆已经实现满功率运行，而霞浦快堆核电示范工程也有望于2017年开建。其中，中国实验快堆于1995年立项，热功率为65MW，实验发电功率20MW，已于2010年7月21日实现核临界，于2014年12月15日达到满功率运行，图50为中国实验快堆本体；福建霞浦快堆核电600MW示范工程项目正在有序推进，其由中核霞浦核电核电有限公司负责建设和运营，其中中国核电持股55%、福能股份持20%、华能核电持股10%、长江电力持股10%、宁德国投持股5%。如建设顺利，达到预期乏燃料处理功能，后续或扩大推广。

铅基快堆获突破，未来我国有望建集装箱大小的“核电宝”。2016年10月4日，央视新闻报道，由中科院核能安全技术研究所设计研发的世界规模最大、功能最全的“铅基堆冷却剂技术综合实验回路”和“铅基堆冷却剂氧测控技术”，实验能力和运行参数达到国际领先水平，实现了核心技术自主化。沿用此项技术，未来我国有望率先推出只有集装箱大小的迷你型核电源装置“核电宝”，如图51所示。

铅冷快堆相较于钠冷快堆具有更高的安全性，而钠冷快堆的效率要高于铅冷快堆。

根据中国核动力研究设计院工作人员刘兵在《钠冷与铅冷快堆热工水力比较分析》中介绍，由于钠非常活泼且与水接触会发生剧烈反应，因此为了保障钠冷快堆安全性，钠冷快堆的主热传输系统为钠-钠-水蒸汽三回路系统，较传统压水堆与铅冷快堆多一级回路。此外为了防止钠遇空气氧化，甚至燃烧，钠冷快堆使用惰性气体氩气覆盖。

根据清华大学肖宏才在《自然安全的BREST 铅冷快堆：现代核能体系中最具发展潜力的堆型》中介绍，在铅、铅铋合金、以及液态金属钠中，液态金属钠具有最优异的热物理及流体力学性能，如表42所示，最适合用于快堆极高体积比功率堆芯的稠密栅格，实现核燃料的高速增殖，钠冷快堆的增殖比可达1.2~1.4以上。这也使得钠冷快堆在早期发展中占得先机。

目前，我国在钠冷快堆示范推广及铅冷快堆技术攻关方面都取得重要突破，从而在快堆研发领域处于世界前列。

3钍基熔盐堆研发朝既定目标稳步推进

钍基熔盐堆使用钍-232作为核燃料，钍-232在反应堆中吸收中子后会变为钍-233，钍-233为非稳定核素，其半衰期为22分钟，钍-233发生β衰变在释放1个电子后变为钚-233，而钚-233亦为非稳定核素，半衰期27天，同样会发生β衰变，衰变后变为铀-233，从而可进行裂变反应，形成闭式燃料循环。

钍基熔盐堆工作原理如图52所示。

根据首航节能相关公告，钍基堆特点如下：

第一，相较于铀资源，钍资源储备更为丰富。根据美国联邦地质调查局以及世界核协会统计数据，截至2013年全球钍资源储量与铀资源储量分别为1400万吨和589万吨，而全球钍资源可开发量为铀资源可开发量的3-4倍。此外天然铀中能够直接进行核裂变的铀-235仅占天然铀的0.720%，而自然界所有的钍均可用于核裂变反应，据此测算铀资源储备可为人类提供更久的能源支撑。

第二，钍/铀的转换效率高，钍/铀燃料循环在热堆中和快堆中都能使用，使用钍做核燃料可得到更高等级的能量。就单位质量所含能量而言，钍是铀的约40倍，同样规模的电站，钍核发的电量可以是铀核发电电量的数倍。

第三，钍/铀燃料循环产生较少的高毒性放射性核素，其核废料衰减期短，只有100-300年，相对于压水堆核废料上万年的衰减期，后续核废料更容易储存、对环境影响小。

第四，有利于防止核扩散，从而推动核电技术在全球范围内的推广。传统压水堆核燃料中存在大量铀-238，铀-238吸收中子并在发生两次β衰变后变为钚-239，而钚-239为核武器的主要原材料，因此存在核扩散问题。而钍/铀循环不产生武器级钚，因此不存在核扩散问题。

第五，钍和氧化钍化学性质稳定，耐辐照、耐高温、热导性高、热膨胀系数小、产生的裂变气体较少，允许更高的运行温度和更深的燃耗。实际运行后的电价成本低，据以色列Ben-Dak/相关专家成员介绍，根据他们的研究，按照以色列现有技术路线的钍核发电的度电成本有望比现有的铀核电站的成本降低35%-40%。

我国早在上世纪60年代便启动了钍基熔盐堆的研究，目前由中国科学院上海应用物理研究所主要推动发展钍基熔盐核能系统，我国钍基熔盐核能系统的科技目标是实现“钍基核能、无水冷却、高温制氢、小型模块”的目标。

根据中科院上海应用物理研究所研究员、中科院先进核能创新研究院筹备组组长徐洪杰介绍，我国钍基熔盐堆研发已有清晰战略目标：近期，也就是2020年前，将建成世界首个10MW固态燃料钍基熔盐实验堆和一座2MW液态燃料钍基熔盐实验堆，目前已基本掌握实验堆关键技术，四个原型系统研发进展顺利；中期，即到2025年，建成100MW固态燃料钍基熔盐示范堆和10MW液态燃料钍基熔盐实验堆，在国际上率先实现固态燃料熔盐堆应用；远期，到2030年，建成100MW液态燃料钍基熔盐示范堆，在国际上率先实现钍铀燃料循环利用。

目前，我国《能源技术创新“十三五”规划》已发布，其中提出：2016-2020年，完成世界首座钍基熔盐仿真堆与2MW钍基熔盐实验堆建设，总体技术水平居国际领先。我们认为，我国钍基熔盐堆研发进程目标设定合理，相关招标进程也在有序推进，后续钍基熔盐堆技术研发将持续推进，引领国际钍基熔盐堆技术发展。

4可控核聚变，未来核能发展的终极方向

目前人类应用较为成熟的核能发电技术为核裂变发电，此外在核衰变发电领域也有相关的应用。展望未来我们认为核聚变将成为人类能源的终极解决方案，届时如果实现可控核聚变发电，人类能源供给将取之不尽用之不竭。

核聚变是相对于核裂变而言的另外一种核能利用途径，其主要指两个较轻的原子核在一定的条件下（超高温、高压）摆脱核外电子束缚聚合到一起形成另外一种原子核的过程，由于在这个过程当中伴随着原子质量的损失，从而能够产生超强的能量。目前主流的核聚变反应为氘氚核聚变反应，氘氚均为氢的同位素，其中氘可以在自然界中提取，而氚也能够进行人工合成，据测算1L海水中所含氘核聚变后所释放的能量相当于300L 汽油燃烧释放的能量，与此同时，氘氚核聚变产物为惰性元素氦，清洁无毒。

氘氚核聚变反应条件极其苛刻，是目前限制受控核聚变发展的主要因素。在地球上如果要想产生核聚变需要将氘氚的温度加热到1亿度左右，原子核的外层电子与原子核分离成为自由电子团，此时的物质由带正电原子核群体与带负电的电子群体组成，这样的物质被称为“等离子体”，等离子体中的原子核由于失去了电子束缚，因而更易发生相助作用，此时才具备了核聚变的基础。由于维持氘氚处于等离子状态需要使其保持上亿度，同时为了实现持续可控的聚变反应，需要将氘氚限制在一个特定的区域内，而地球上目前已知的任何一种物质都无法承受如此高的温度，因此无法使用常规方法约束等离子体。目前约束等离子体的主流的方式为磁约束，即通过磁场产生的磁力对运动中的带电粒子进行约束，由此而形成的的主流受控核聚变装置为“托卡马克”()。

目前受控核聚变装置基本上处于能量入不敷出阶段，前路依然艰辛。加热和维持氘氚处于等离子体态需要较多的能量，基于目前技术水平，如果要实现较长时间的受控核聚变，能量释放还无法覆盖相应的能量投入，因此受控核聚变产业化应用还有很长的一段路要走。

聚变反应堆示意如图53所示。

据《中国电力百科全书：核能发电卷》（第3版）介绍，实现核聚变能发电需要经历六个阶段：①原理性研究阶段；②规模实验阶段；③点火装置试验阶段（氘-氚燃烧实验）；④反应堆工程物理实验阶段；⑤示范电厂阶段；⑥商用电厂阶段。预计到2050年前后，可建成核聚变能商用电厂。很多国家已开始制定核聚变示范堆（DEMO）的发展战略或

路线图，中国已将核聚变堆纳入“核能发展三步走”国家核能发展战略，开始进行中国聚变工程实验堆（CFETR）的设计。

正是由于可控核聚变产业化道路较为艰辛，只有通过国际社会通力合作才能将该项事业持续推进下去，在此情况下，国际热核实验堆项目计划（ITER）应运而生。

ITER( )旨在建造、运行一个可持续燃烧的托卡马克型聚变实验堆，以验证核聚变反应堆的工程技术可行性，其由欧盟、美、日、俄、中、韩、印七方共同承担，覆盖全世界主要核电国家及一半以上人口。ITER于1985年时任前苏联领导人赫鲁晓夫及时任美国领导人里根在日内瓦会议上提出，并在经历一番曲折后于2005年确定建设地址为法国卡达哈什，2007年10月24日，ITER组织正式成立，ITER也正式进入装置建造阶段。我国作为ITER计划的主要参与方之一，承担ITER装置9%的采购包制造任务，为ITER计划的顺利推进发挥了中坚力量作用。

从上世纪60年代开始，我国便已经开始了可控核聚变的研究工作。关于未来几年对该研究的推进，国家能源局于2016年底发布的《能源技术创新“十三五”规划》提出：2016-2020年期间，我国将掌握磁约束核聚变关键技术，初步建立核聚变工业发展体系。开展中国聚变工程实验堆的详细工程设计，并结合已有物理设计数据库在“东方超环”（EAST）、“中国环流器2号改进型”（HL-2M）托卡马克装置上开展与CFETR物理相关的验证性实验；开展聚变堆关键技术预研，发展氚技术、聚变材料等ITER未涵盖的聚变堆技术。惯性约束聚变能方面，围绕Z-FFR实验堆总体技术路线的解决方案，重点开展局部整体点火靶、重频驱动器、次临界包层、材料等关键技术研究。

我国已经建设多个核聚变实验装置，其中EAST装置最具特色。EAST( ak)意即先进全超导托卡马克实验装置，如图54所示，将超高温、超低温、超大电流、超强磁场和超真空集于一身，其建成后也先后创造了多项核聚变实验装置领域的世界纪录。目前中国依托EAST 研究，实现了国际可控核聚变的多项世界纪录，我们认为未来中国将凭借在可控核聚变技术领域的积累，引领国际可控核聚变发展。

目前，EAST为全球首个全超导托卡马克核聚变实验装置，相对于传统托卡马克装置的特点主要有：

其一，磁场约束力更强。EAST将磁场位形从传统的圆截面变成非圆截面，使得等离子体电流随拉长比例增加而增加，温度大大提高且保持稳定，磁场约束性能增强1倍，同时引入偏滤器，成功实现废料排出，更好实现稳态运行。

其二，产生磁场的磁体均为超导材料，反应时间更长。超低温情况下，超导体电阻为0，电流流经超导体不发生热损耗，避免了因磁体过热而中断试验过程的弊病，反应时间从而得到拉长。

其三，建立超真空环境，实现超高温与超低温集于一身。磁场内的等离子体要通过多种辅助加热手段达到上亿度，而产生磁场的超导磁体又需要保持在-269度，因此需要建立一个超真空环境有效隔绝两大系统。

根据中科院等离子体研究所相关报道，在2016年1月和11月，EAST分别成功实现了电子温度超过5千万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电，以及在纯射频波加热、钨偏滤器等类似国际热核聚变实验堆ITER未来运行条件下，获得超过60秒的完全非感应电流驱动（稳态）高约束模等离子体等两项世界纪录。这两项里程碑性的成果标志着我国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前列，未来有望引领国际核聚变科技发展。

另据新华网报道，2016年4月25日，中科院合肥研究院等离子体物理研究所向法国聚变实验装置WEST出口首套离子回旋天线。离子回旋加热天线是等离子体辅助加热的主要设备之一，结构复杂，冷却管路复杂繁多，工艺技术要求高。该套天线的成功研制是我国首次向法国出口核聚变工程技术，为法国核聚变研究实验装置提供关键部件。这也是我国首次向国际输出达到核标准级（国际业界最高标准）的核聚变关键部件。

我们认为，EAST在未来10年间的研究推进，将对我国乃至世界掌握可控核聚变技术具有深远影响。前述2050年前后建成核聚变能商用电厂的目标如可以达到，将深刻颠覆全球能源供给结构。

以上内容源自浙商证券研究报告：《颠覆、重生，在科技与产业变革中成长 （电力设备与新能源2017年度策略报告）》（，分析师：郑丹丹，数据支持：徐智翔、高志鹏）。

更多内容，请专业投资者查阅报告原文。封面配图来自互联网。

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