低碳经济下电力设备现实的应用与发展

低碳经济下电力设备现实的应用与发展——核电、风电、清洁高效煤电“开源”，坚强智能电网、特高压线路、节能设备“节流”刘江啸2010年7月1核心观点核电、高效清洁煤电、风电是当今最具发展潜力、最具可操作性的低碳电源低碳经济将触发中国新能源装备制造新一轮大发展中国是全球碳排放量最大的国家中国已经承诺2020年单位GDP碳排放量降到2005年的一半经济可持续发展派生出巨大低碳新能源与节能设备需求坚强智能电网、特高压输电线路、节能设备成为电能应用领域内减排的利器2什么是低碳经济“低碳经济”最早由2003年英国能源白皮书《我们能源的未来：创造低碳经济》提出，作为工业革命的先驱，资源并不丰富的岛国英国已经意识到能源安全和气候变化的深刻影响低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明后的又一大进步。低碳经济的实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新、人类生存发展观念的根本性转变1997年12月《联合国气候变化框架公约》第三次缔约方大会商签订的《京都议定书》于2005年2月16日正式强制生效，开创人类社会以法规形式强制限制温室气体排放的历史3中国目前碳排放状况中国2008年的CO2排放量达到69亿吨，占全世界总量的21.8%，超过美国成为全世界最大的二氧化碳排放国，同期美国的排放量为63.7亿吨。同时，中国近代粗放型增长方式不可避免地导致了高能耗、低能源利用效率的结果。但这也表明了中国的低碳经济建设有巨大的发展空间。01000200030004000500060007000（CO2排放量）百万吨美国中国德国英国印度日本0.240.250.300.390.400.430.500.731.722.31日本法国英国德国欧盟巴西美国世界印度中国kgCO2/US$GDP(2007年)二氧化碳排放总量单位GDP二氧化碳排放量4中国的低碳经济建设跟据《京都议定书》中协议内容，中国作为发展中国家无须承担二氧化碳强制减排义务，但是本着可持续发展和对全人类负责的精神，中国已经在低碳经济建设上做出实质性安排2007年4月，低碳经济和中国能源与环境政策研讨会在北京举行2007年6月，中国正式发布了《中国应对气候变化国家方案》2009年5月20日，中国政府公布了关于哥本哈根气候变化会议的立场。作为《联合国气候变化框架公约》及其《京都议定书》的缔约方，中国一向致力于推动公约和议定书的实施，认真履行相关义务2009年11月26日，中国正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%，并决议将此作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划5调整电源结构，大力发展无碳少碳新能源是实现低碳经济的最重要途径电力行业是我国国民经济中最大的CO2排放部门，占总排放量的38.76%中国电力生产所用一次能源以煤炭为主，电源结构中近80%由煤电机组构成，导致我国单位电能生产的CO2排放量远高于发达国家及全球平均水平由此，降低电源中煤电机组占比将是中国能否有效实施低碳化发展得重中之重调整电源装机结构和火电技术的升级换代，将触发新能源及能源应用装备制造的新一轮发展0.0730.0900.3620.4270.4500.5000.5070.5490.7580.928巴西法国欧盟德国日本英国世界美国中国印度kgCO2/kWh(2007年)单位电能生产二氧化碳排放量6核心观点低碳经济将触发中国新能源装备制造新一轮大发展核电、高效清洁煤电、风电是当今最具发展潜力、最具可操作性的低碳电源零碳排放的核电是技术成熟且具有大规模装机能力的电源，大力发展核电是碳减排最具现实意义的手段以IGCC和超超临界机组为代表的火电站将成为未来清洁高效煤电的主流海上风电建设成为重点，风电接入技术手段的成熟将带来风电装机的增量增长在现实状况下，高成本成为制约光伏发电大规模推广的直接障碍坚强智能电网、特高压输电线路、节能设备成为电能应用领域内减排的利器7为什么是核电、高效清洁的煤电、风电属于无碳或少碳的发电方式主要包括：核电、水电、风电、太阳能光伏发电、潮汐发电、生物质能发电、燃气蒸汽联合循环（IGCC）火电等。其中，当前能够进行大规模电力生产的只有火电、核电、水电、风电水电：分布与环境问题光伏：电量与经济性问题潮汐：设备技术与效率问题地热：热源与热量问题发电方式建设成本年利用小时数服务年限等效建设成本（元/千瓦）（元/千瓦时）风电80002500180.1778水电70003000500.0467火电（IGCC）80005500250.0582核电（AP1000）130008000600.02718核电是最优秀的零碳大电源核能发电不排碳，对人类健康和环境的影响远低于化石燃料，是清洁、环保能源核能发电燃料（铀）的能量密度高，运输、储存安全、方便，且不易受国际能源价格波动影响目前，核电单机容量已达到1000MW，全年发电利用小时数可达8000小时以上，同等装机容量下发电量较其他发电方式大得多以全生命周期计算，核电与其他发电方式相比，具有最低的单位容量建设成本与其他发电方式相比，核电站选址更具灵活性，可以更加贴近重负荷区建设，从而避免火电的长途运煤和水电的长距离输电及输电过程中产生的线损9核电站三维总体布置图AP1000蒸汽发生器半速汽轮机发电机10核电站建设周期18Months36Months6MonthsPre-ConstructionConstructionStart-upPlantOrderContainmentVesselProcurementandModuleFabricationExcavationFirstStructuralConcreteNuclearIslandBasementTurbineIslandBasemat/PedestalSetTurbineGeneratorFuelLoadLowerRingInternalConcrete/SteelModulesSetPrimaryEquipmentColdHydroHotUpperRingTopHeadMid-RingPolarCraneCommercialOperationBottomHeadAP1000标准建设周期60个月，EPR标准建设周期57个月。11核电站建设投资分布安装工程费11%设备购置费44%其他费用29%建筑工程费16%二代半（G2+）核电站造价分布在建核电站中使用国产G2+（CPR1000）技术的机组平均造价在1500～1800美元/kW；采用法国EPR技术制式则高达2300欧元/kW；采用引进的AP1000平均造价约在2000美元/kW目前主流机型CPR1000国产化率已经达到75%；正在引进的AP1000制式国产化率进程，从第一台到第四台将分别为30%、50%、60%、70%12核电设备种类丰富，装备制造业的多个细分行业将受益23%20%17%12%8%6%4%10%压力壳管道及热交换器蒸发器核级阀反应器冷却泵反应堆容器内件控制杆机构其他40%24%18%12%6%泵、阀、管道及冷凝器汽轮机发电机汽水再热分离器其他核岛设备投资分布常规岛设备投资分布压水堆型核电站结构示意图核岛常规岛13我国宏观政策大力支持核电，且核电发展潜力巨大国家发改委2007年10月通过的《核电中长期发展规划（2005-2020年）》提出我国核电发展目标为：到2020年，核电运行装机容量达到4000万千瓦，在建装机容量1800万千瓦据悉，制定中的《新能源产业振兴与发展规划（草案）》中将核电产业2020年发展目标调高为8600万千瓦，这一数字超出原计划一倍以上无独有偶，国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝也曾表示，现在中国正在研讨是否需要修订原定2020年达到4000万千瓦的核电目标1.9%2.0%3.1%13.5%13.6%15.7%19.7%21.8%23.3%27.9%32.6%76.7%0.0%20.0%40.0%60.0%80.0%100.0%印度中国巴西英国世界俄罗斯美国日本德国欧盟韩国法国核电占所有发电量百分比(2008年)目前核电在世界电力供应中占16%，与发达国家相比，我国核电在电力生产中2%的占比明显落后，但这也标志着我国的核电有着巨大的提升空间14AP1000三代非能动核电站的优势——大幅减少设备用量50%FewerValves35%FewerPumps80%LessPipe*45%LessSeismicBuildingVolume85%LessCable15三代非能动核电站的优势——大幅减少造价$/kwforatypicalsite(includingcontingency,Owner’sscope,&profit)$1,400/kw$1,200/kw$1,150/kw$1,100/kw$1,200/kw4.5¢/kwh4.0¢/kwh3.8¢/kwh3.5¢/kwh5thunit-$1175/kw3.9¢/kwh(U.S.costmodel)NumberofTwinUnitPlants123416我们对中国核电站建设远景的判断按照发改委领导2020年8%总装机容量的说法——1.2亿千瓦在役装机按照目前业内的保守估计，2020年7000万千瓦在役、3000万千瓦在建我们的估计：2020年10%总装机容量目标——75%、11000万千瓦在役，25%、4000万千瓦在建且在建机组基本为CNP1400、CNP1700——国产三代预测2020年发改委领导吹风业内保守估计我们的预计在役核电机组容量（万千瓦）12000700011000在建核电机组容量（万千瓦）030004000总装机容量（万千瓦）165200165200165200核电装机占比（%）7.264.246.66最终核电占比（%）7.266.059.08总投资额（平均单价8000，亿元）9600800012000设备采购额（亿元）42243520660017可能会制约中国核电发展的因素及应对策略核电关键设备国产化终将实现聪明勤劳的中国人终将以市场换得技术，实现先进核电机组制造能力的突破材料瓶颈未来将制约中国核电设备制造发展和走向世界铀矿供应既要立足于国内资源勘探开发，又要争取获得海外资源国内具备发现大铀矿的地质条件——两大断裂成矿带皆有分布已经开始涉足海外有矿资源世界铀矿供应价格弹性很大——USD80/每磅成本下的产出量与USD130/每磅成本下的产出量相差近一倍原矿供应量不足更多的是源于勘探开采成本，加上拆解、再生等附加供应，铀原料供应紧张局面不应很快发生18铀原料供应不应有惑0102030405060702005年产量2020年潜在产量加拿大澳大利亚哈萨克斯坦俄罗斯纳米比亚尼日尔乌兹别克斯坦美国乌克兰中国南非捷克印度其他U3O8主要产出国产能预测单位：百万磅U3O8原矿外供应量大19A股上市公司中涉及核电站主要设备制造的公司——常规岛部分按照美国“用户要求文件”（URD），在核电站单位建设成本≤1300美元下，核电站成套设备成本占比为51.4%——其中核岛设备占52.4%，常规岛设备占28.6%我们假设在大部分设备国产化后，核电站单位造价或将稳定在9000元/千瓦；在此假设下，我们可以大致估算各大类大件设备市场份额产品名称市场容量（亿元）上市公司发改委口径业内目前估计齐鲁估计泵、阀、管道及冷凝器640530800哈空调中核科技烟台冰轮禾嘉股份汽轮机380320470上海电气东方电气哈动力海陆重工发电机280240350汽水分离器190160240其他9580120上海电气东方电气哈动力常规岛部件制造主要上市公司20A股上市公司中涉及核电站主要设备制造的公司——核岛部分（一）产品名称市场容量（亿元）上市公司发改委口径业内目前估计齐鲁估计压力壳670560830中国一重二重重装上海电气管道及热交换器*58