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核裂变是未来,但还要很多年

添加时间:2024-02-23

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凯恩斯财经:

今年的2022年12月13日,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)发布:LLNL在过去两周的一次聚变实验中获得了净能量增益。这则消息出来之后,光伏风电等新能源股票都出现了下跌,原因是很多投资人认为,有了人造太阳——核聚变之后,人类再也不缺能源了,风电,太阳能都不再发展了,事实真的如此吗?

在可控核聚变方面,中国是技术领先的。2021年12月31日,中科院的托卡马克装置(EAST)高温等离子成功实现1056秒长脉冲高参数等离子体运行,打败EAST的还要EAST。两则新闻相隔一年,但都是人类在核聚变技术上的巨大进步。

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有人喜欢在中美核聚变之间作比较。这是完全没有必要的:

其一、中美采用的核聚变技术并不相同。我们是磁约束,美国是惯性约束。我国磁约束,关键在约束时间,美国惯性约束,关键在能量输出。未来,美国的设备更加适合做发动机,多次点火,小型设备,而我们的设备更适合电厂,一次点火,长期运行。从技术的角度看,两者比较是关公战秦琼。

其二、可控核聚变技术成功,受益的还是普通人。不管是美国还是中国,最终都会让能源价格大幅度降低,也有可能让我们突破太阳系,进入银河系新纪元时代。

核裂变和核聚变都要感谢爱因斯坦。爱神说,质量和能量可以相互转换,公式是E=MC2,一句话一个公式就奠定了核聚变和核裂变的基础。两个原子核合并成一个是聚变,一个原子核分裂成两个是裂变,而不管裂变和聚变,改变发生后都会产生质量损失,这些质量去哪儿了?变能量了。

基于此,裂变是我们用中子轰击铀235,然后轰出新的中子和产生能量,这些能量让中子装上其他铀235元素,从而产生链式反应,最终爆发出巨大的能量。这就是裂变。通过一些元素来阻止中子撞击,控制能量,这个是核电站,不控制能量直接引爆,那是原子弹。

而聚变是我们用高压高温来将两个原子核捏在一起,此时会减少质量释放能量。原子核捏在一起的力量是强核力,产生强核力只需要让原子核之间距离足够短。原子核之间存在排斥的电磁力,如果足够近,那么强核力取代电磁力,产生新元素,释放能量。而高温高压是让原子核靠近的主要手段。高温让原子核运动加快,高压让原子核密度增加。原子核撞在一起,就是核聚变。再通过核聚变产生的能量来进一步提升温度和压力,并且保持状态,这就是约束时间。

一般,温度、密度、约束时间的乘积到达一定值,则算点火成功。

可控核聚变是未来,但还要很多年。如果人造太阳能实现发电,别说风电,可能连煤炭,石油都不需要了。但是大规模应用,比如汽车上装一台核聚变发动机驱动,实现对现有石油能源的完全替代,可能在你我的有生之年,都看不到。我们要回到现实,核裂变才是我们当前在发展的技术。回过头,我们来看看核电的投资。核裂变电厂原理并不难,核裂变产生核能,用水吸收核能成为热能,将热能转化为机械能,机械能转化为电能。以此划分为核岛和常规岛。核岛包括反应堆和一回路系统,输出的是热能,常规岛将热能转化为电能。

可以看出,核电的关键在核岛,核岛的关键在反应堆,因为后面从热能到电能其实是很普通的发电过程。反应堆分为很多种,包括压水堆、沸水堆、重水堆、高温气冷堆、钠冷快堆等。

当前核电站已经迭代了四代,1994年我国引进法国M310是第二代技术,秦山核电站和田湾核电站一期就是这个方向的。2006年我国引进美国西屋公司技术和法国EPR技术,如今我国已经掌握了自主的三代核电技术,2020年的“国和一号”就是三代核电技术,完全自主知识产权。如今核电也正在新的技术迭代期,第四代核电技术开始兴起,2021年12月,我国四代核电技术的石岛湾高温气冷堆核电站并网成功。截止2022年7月,中国大陆地区运行组54台,在建21台,已建装机容量52150兆瓦,在建23511兆瓦。

值得一提的是,中国华龙一号核电机组不仅占据国内在建项目的一半,还在全球打响品牌,将核电站待到了其他国家,比如巴基斯塔卡拉奇2号核电站。

投资核电行业,我们总结了几大机遇,也罗列的几大风险。

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机遇包括:

1、国内碳达峰和碳中和目标下,核电是产碳最少的能源获取方式。

2、国内减少火电,且在需求端,大量的物联网设备导致耗能增加,比如5G基站、新能源汽车充电站、数据中心、工业互联网等等,供需不平衡下,风电、太阳能短期还很难形成规模,所以增加核电是必然的选择。

3、我国核能技术,尤其是第四代核电技术已经处在全球领先。从跟随,陪跑,到现在出口,已经成为我国出口的一个重要增长点。

综上,我国核电有未来。

风险包括:

1、安全性。前有切尔诺贝利,后有福岛,全球核电站事故数年发生一次,每一次都让核电技术和核电投资出现停滞。尤其是俄乌战争期间,很多核电站遭遇战火风险,让人心惊胆战。

2、核废料。核裂变的废料不多,但处理难度较大。

综上,我国核电需要以技术来弥补核电的劣势。扬长避短。

国内核电投资思路比较明确,综合性的核电企业都是国企,比如中核集团是唯一的核燃料企业,比如核电站运营是中国广核和中国核电。但也有一些民营企业参与其中,包括乏燃料后处理的江苏神通和兰石重装,核电关键设备的上海电气、东方电气、中国一重和哈电集团等,这些关键设备包括反应堆压力容器、堆内构件、蒸汽发生器等。

个人认为核电是一个蒸蒸日上的产业。当前是核裂变,未来是可控核聚变。对于投资人,这是一个长期赛道。当然,我们也要注意到,我们当前能够买到投资的股票,包括中国核电和中国广核,他们主要是核电厂,而真正的中国核工业集团并没有上市,这点很可惜。而核电经营的收入从长期看是比较稳定的。但随着核电领域机组的增加,未来这些企业售电规模会不断提升,这才是核电投资真正的未来成长性所在。

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