全球核能发展现状 深度研究

从技术突破到商业应用,从政策支持到公众接受度 全方位解析核能产业变革

技术前沿 政策支持 商业应用 安全标准
45%
中国在全球四代核电在建机组占比
80+
私营企业投资亿美元
102
中国在建核电机组数
1.13
亿千瓦总装机容量
2035
聚变示范堆目标年

技术突破

中国在高温气冷堆、钍基熔盐堆等四代核电技术领域实现全球引领,EAST装置创造一亿摄氏度1000秒运行世界纪录

国际合作

31个国家和地区签署《三倍核能宣言》,ITER项目持续推进,中美两国在聚变领域形成两强竞争格局

市场前景

全球核电装机容量预计2030年达345-554吉瓦,SMR技术成为未来十至二十年战略必争领域

技术层面:核裂变与核聚变的技术突破与趋势

中国核裂变技术进展:四代核电的领先与突破

中国高温气冷堆核电站外观

山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程 - 全球首座商业运行的第四代核电站

中国在第四代核电技术领域取得了显著成就,形成了高温气冷堆、钠冷快堆、钍基熔盐堆和小型模块化反应堆(SMR)多元技术路线并行发展的格局,并在部分领域实现了全球引领[719]

高温气冷堆突破

位于山东省荣成市的石岛湾高温气冷堆核电站示范工程是全球首座投入商业运行的第四代核电站,标志着中国在该技术领域达到世界领先水平[8] [10]。该示范工程装机容量为20万千瓦,年发电量足以满足20万户家庭的用电需求。

钠冷快堆

采用一体化设计,增殖比达到1.2,可实现核燃料的增殖利用

配套铅铋快堆技术重要进展

钍基熔盐堆

甘肃武威实验堆,燃料利用率有望提升至90%

全球唯一运行中的钍基熔盐堆

小型模块化堆

"玲龙一号"完成外穹顶吊装,预计2026年建成投产

全球首个陆上商用模块化小堆

技术成就亮点

  • 高温气冷堆产业链完整:核心设备国产化率达到了92%[688]
  • 国际标准制定:中国主导的《高温气冷堆设计规范》已成为国际标准[710]
  • 全球占比领先:2025年全球在建的第四代核电机组中,中国占比高达45%[688]

国际核裂变技术动态:小堆(SMR)与四代核电的多元化发展

国际上,第四代核电技术正从实验验证阶段迈入商业化初期,各国在技术路线选择上呈现多元化趋势。小型模块化反应堆(SMR)因其潜在的固有安全性、模块化建造、部署灵活性以及更低的初始投资成本等优势,成为全球核能技术创新的核心方向之一[701] [704]

美国进展

  • • NuScale Power成为首家获得美国核管会(NRC)设计认证的SMR公司
  • • 能源部投入9亿美元推动SMRs从设计走向现实
  • • X-energy和TerraPower在ARDP计划支持下推进示范电站建设

俄罗斯进展

  • • 启动第四代核电原型机组BN-1200M建设
  • • 铀资源利用率从1%提升至60%以上
  • • "罗蒙诺索夫院士"号浮动核电站投入商业运营

全球SMR发展现状

全球有超过80种SMR技术设计正在18个国家开发,美国以22种设计领先,其次是俄罗斯(17种)、中国(10种)、日本(5种)、加拿大(5种)和英国(4种)[61]

美国 22种

中国核聚变技术进展:EAST与ITER项目的贡献

EAST托卡马克装置内部结构

全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)- 创造一亿摄氏度1000秒运行世界纪录

世界纪录

1亿°C
1000秒长脉冲运行
2025年1月20日

"环流三号"

实现"双亿度"运行
原子核温度1.17亿°C

中国聚变技术成就

EAST装置突破
  • • 首次完成一亿摄氏度1000秒长脉冲高约束模运行
  • • 实现400秒长脉冲放电
  • • 偏滤器热负荷处理技术突破
CFETR进展
  • • 核心部件国产化率突破90%[765]
  • • 蒸汽发生器热效率突破52%
  • • 2025年新增专利占全球总量38%

投资与目标

中国政府每年投入约15亿美元用于支持核聚变研究,远超美国联邦政府的年均投入[715]。中核集团联合25家央企、科研院所及高校成立可控核聚变创新联合体,目标到2035年建成首个聚变示范堆(CFETR),并在2040年前实现并网发电[712]

国际核聚变技术动态:ITER项目进展与私营企业创新

ITER项目进展

国际热核聚变实验堆(ITER)项目是全球最大的核聚变研究和工程计划,由包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国在内的七个成员方共同参与[690]

预计时间表

最早于2039年能进行首次氘氚演示试验[703]

ITER托卡马克装置建设现场

私营企业创新活跃

全球核聚变初创企业获得的私人投资从2021年的12亿美元飙升至超过80亿美元,其中40家FIA成员公司中有25家位于美国[715]

CFS公司

SPARC项目利用高温超导体实现高磁场强度

规划2026年首次等离子体
Helion Energy

直线型装置采用磁惯性约束路径

计划2028年商用堆并网
商业合作

CFS与谷歌达成200MW电力供应协议

首次商业化电力采购

核裂变与核聚变技术路线比较与发展趋势分析

特性 核裂变 (第四代) 核聚变 (磁约束)
技术成熟度 部分进入商业化示范阶段[719] [722] 实验研究向工程验证过渡[754] [762]
主要堆型 高温气冷堆、钠冷快堆、熔盐堆、铅冷快堆等[747] 托卡马克 (如 ITER, EAST, CFETR)[754] [756]
燃料 铀、钚、钍等 氘、氚、氦-3等[751]
放射性废物 产生高放废物,需妥善处理[746] 产物基本无放射性,结构材料可能活化[751]
商业化前景 2030年后逐步实用部署[613] [614] 预计2040年后有望商业部署[712] [758]

技术发展趋势

核裂变发展方向
  • • 第四代核电系统追求更高安全性、经济性
  • • SMR成为重要发展趋势,应用前景广阔
  • • 多用途功能拓展(制氢、供热等)
核聚变发展挑战
  • • 高温高密度等离子体维持技术
  • • 材料耐受中子辐照问题
  • • 燃料循环和氚自持技术

政策与规划层面:各国核能战略与国际合作竞争

中国核能发展战略与政策支持:"积极安全有序发展"与"十四五"规划

中国核电站外观

中国核电发展遵循"积极安全有序发展"方针

中国将核能发展置于国家能源战略的重要位置,坚持"积极安全有序发展核电"的方针 [745]。在"十四五"规划和2035年远景目标纲要中,核能被列为战略性新兴产业。

政策支持力度

财政补贴增长 2.7倍
2025年装机目标 7000万千瓦
总装机容量 1.13亿千瓦

政策体系完善

能源法纳入
积极安全有序发展核电
安全规划
核电安全规划发布
标准制定
高温气冷堆国际标准
人才培养
核应急救援队建设

发展目标

根据《中国核能发展报告2025》蓝皮书,截至目前,中国在运、在建和核准建设的核电机组共102台,总装机容量达到1.13亿千瓦,核电总体规模首次跃居世界第一 [2]

技术路线重点
  • • 开展核能综合利用示范
  • • 推动高温气冷堆、快堆、模块化小型堆示范工程
  • • 推动核能在清洁供暖、工业供热、海水淡化等领域的综合利用

国际主要国家核能政策:美国、俄罗斯、法国、日本等国的战略动向

全球主要国家在核能政策上呈现出多元化和动态调整的态势,受到能源安全、气候变化、经济发展以及公众接受度等多重因素的影响。全球范围内,核能发展正迎来全面复兴,主要核能国家对核能的政策支持力度显著加大 [742]

国际共识

31个
国家和地区签署《三倍核能宣言》

显示出国际社会对核能发展的共同期待和重视

各国政策特点

美国 先进核能加速法案
法国 重启核电建设
日本 加速存量重启
韩国 重新拥抱核电

主要国家核能政策详情

美国政策动向
  • • 通过《先进核能加速法案》鼓励私营企业投资
  • • 能源部ARDP计划支持X-energy和TerraPower示范项目
  • • 目标25年内核电产能提升至目前的四倍(400GW)
俄罗斯战略布局
  • • Rosatom全球核电市场重要地位
  • • 推动VVER技术和浮动核电站出口
  • • 发展快堆技术和核燃料循环体系
法国政策调整
  • • 核电占比约70%,重启新核电项目建设
  • • 计划2030年前新建6座改进型压水反应堆(EPR2)
  • • 核能视为保障能源安全和实现气候目标的关键支柱
日本政策转变
  • • 福岛事故后政策调整,加速存量核电重启
  • • 考虑突破核电机组延寿年限上限
  • • 持续投入高温气冷堆、快堆等先进技术研发

国际核能合作项目:ITER项目的进展与中国参与

ITER国际热核聚变实验堆施工现场

ITER项目 - 全球最大的国际科研合作项目之一

项目成员

• 中国
• 欧盟
• 印度
• 日本
• 韩国
• 俄罗斯
• 美国

中国贡献

• 磁体支撑
• 校正场线圈
• 包层第一壁
• 中子屏蔽层

ITER项目意义

国际热核聚变实验堆(ITER)项目是当前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,旨在证明聚变能作为大规模清洁能源的科学和技术可行性[690]

项目进展
中国参与情况
文献提交数量2024年首次位列第一,为全球和平利用核能事业贡献中国智慧
预期成果
预计最早于2039年能进行首次氘氚演示试验[703]

国际合作成效

技术交流
  • • 中国全面参与ITER项目各项活动
  • • 提升聚变科学技术和工程领域水平
  • • 为CFETR研发奠定基础
人才培养
  • • 培养大批高素质科研和工程技术人才
  • • 参与IAEA框架下技术合作项目
  • • 向发展中国家提供技术支持

国际核能竞争格局:技术、市场与地缘政治的博弈

国际核能领域的竞争格局日益激烈,主要体现在技术领先性、市场份额以及地缘政治影响力等多个层面。各国竞相研发更安全、更经济、更高效的先进核能系统。

技术竞争

中国 高温气冷堆领先
俄罗斯 快堆技术优势
美国 SMR创新活跃

市场竞争

新兴市场 东南亚、中东
主要出口国 中、俄、韩
竞争焦点 技术+成本

地缘政治

供应链多元化 俄乌冲突影响
核不扩散 敏感因素
一带一路 中国积极推广

聚变领域竞争格局

美国优势
  • • 私营企业投资额和数量领先全球
  • • CFS、Helion Energy等创新公司
  • • NIF首次实现净能量增益突破
  • • 目标2030年代商业化应用
中国进展
  • • EAST、"环流三号"世界领先
  • • CFETR自主研发
  • • 高温超导材料、等离子体控制技术突破
  • • 部分领域实现超越

两强竞争格局

中美两国在聚变领域的投资额远超其他国家,形成了两强竞争的格局 [766]。这种竞争不仅体现在技术和资金投入上,也体现在对未来能源主导权的争夺上。

商业化与产业层面:核能经济性、产业链与市场前景

核能项目的经济性分析:三代与四代核电的成本与竞争力

第四代核电经济性优势

第四代核电技术被寄予厚望,其设计目标之一便是具备更好的经济性 [613] [614]。相较于第三代核电技术,第四代核电在理论上具有更高的热效率、更低的废物产生量以及更高的安全性。

模块化设计优势
建设周期
36个月
单位千瓦造价
4500美元以下
成本降低
较第三代降低30%
技术风险
工厂预制降低
模块化反应堆工厂预制生产线

模块化设计通过工厂预制和批量生产缩短建设周期并降低成本

不同类型反应堆经济性比较

高温气冷堆
  • • 充分利用现有厂址资源
  • • 单台机组工期64个月
  • • 核能制氢成本优势
  • • 制氢成本2.45-4.40美元/千克
第三代核电
  • • "华龙一号"、"国和一号"主流
  • • 批量化建设成本优化
  • • 电价市场化交易影响
  • • 广东年度长协均价0.3919元/千瓦时
小型模块化堆
  • • 单堆投资少、周期短
  • • "玲龙一号"发电功率12.5万千瓦
  • • 年发电量10亿千瓦时
  • • 满足52.6万户家庭需求

经济性挑战

第四代核电技术目前仍处于研发和示范阶段,其首堆经济性仍有待实际运营数据的验证。高温气冷堆示范工程作为示范项目,初期投资成本相对较高,规模化推广后的经济性仍需进一步观察[613] [614]

关键挑战
  • • 核心设备如氦气压缩机的国产化和成本控制
  • • 商业化项目的投资回报周期
  • • 单位千瓦造价可能高于大型反应堆
  • • 模块化设计和批量生产的实际成本降低效果

核能商业化运营现状与挑战:示范项目、运营经验与市场障碍

中国示范项目成就

中国在核能商业化运营方面取得了显著进展,特别是在第四代核电技术的示范应用上走在世界前列。根据IIM信息的数据,2025年全球第四代核电技术进入规模化商业应用阶段,中国在示范项目推进速度上领先全球,贡献了超过60%的新增份额 [619]

石岛湾高温气冷堆

全球首座具有第四代核能系统安全特征的20万千瓦级高温气冷堆,2021年12月正式投入商业运行

霞浦示范快堆

1号机组和2号机组分别于2017年12月和2021年2月开工建设

甘肃武威钍基熔盐堆

主体工程已于2021年5月基本完工并进入调试阶段

石岛湾高温气冷堆核电站外观

中国第四代核电示范项目 - 商业化运营领先全球

商业化运营挑战

技术挑战
  • • 长期运行的稳定性和可靠性验证
  • • 关键设备可靠性检验
  • • 燃料循环和后处理技术完善
  • • 氦气轮机效率、材料腐蚀控制等技术瓶颈
市场挑战
  • • 初期投资巨大,规模化推广经济性待验证
  • • 公众接受度和核废料处理担忧
  • • 电力市场机制和审批流程影响
  • • 与可再生能源成本竞争(LCOE 0.08-0.10美元/千瓦时)

运营经验积累

中国通过多个核电项目的建设和运营,积累了丰富的经验,并形成了每年10台套以上的核电设备制造能力和同时建造40余台核电机组的工程能力[612]。数字化和智能化手段的应用提升了工程安全、质量、进度和造价的控制水平。

核能产业链成熟度与主要参与企业:国内外产业链比较与领先企业分析

中国产业链优势

中国已经建立了较为完整和自主的核能产业链,覆盖了从铀矿勘查、核燃料加工、设备制造、工程建设到运营维护和废物处理的各个环节[542] [612]

设备制造
上海电气和东方电气覆盖核岛及常规岛设备全产业链
国产化率超过90%
细分领域
融发核电核管道市场占有率超过50%
江苏神通"玲龙一号"核级阀门90%订单
工程建设
中国核建全球唯一具备全周期核电建造能力
国内在建核电机组市场占有率100%
核电站设备制造车间内部

核能产业链覆盖从设备制造到工程建设的完整体系

第四代核电产业链进展

高温气冷堆产业链
  • • 燃料元件(包覆颗粒燃料)制备技术成熟
  • • 特种材料研发和智能控制系统国产化突破
  • • 国产化率已突破95%[619]
  • • 主要参与者:中核集团、中国核建集团、华能集团
核聚变产业链
  • • 中核集团、中科院为主导的推进体系
  • • 上游原材料:有色金属、超导材料、特种气体
  • • 中游设备:磁体、偏滤器、第一壁、冷却设备
  • • 上海超导高温超导带材供应重要份额

国际市场地位

预计到2030年,中国核电企业占全球市场份额将从2025年的12%提升至30%[542]

竞争优势
  • • 技术自主化(华龙一号、高温气冷堆)
  • • 全产业链覆盖
  • • 国际项目落地(巴基斯坦、英国)

技术依赖挑战

高温合金材料 进口依赖度80%+
高纯度铍 进口依赖度30%
高纯度钨 进口依赖度45%
全球核石墨产能缺口 30%

核能市场前景展望:全球市场趋势与中国核电"走出去"

全球市场趋势

全球核能市场正经历复杂而深刻的变革,呈现出多元化的发展趋势。国际原子能机构(IAEA)预测,到2030年全球将新建核电101-206吉瓦,核电装机容量将达到约345-554吉瓦 [610]

发展机遇
  • • 应对气候变化和保障能源安全需求
  • • 新兴市场国家兴趣日益浓厚
  • • 东南亚地区预计2040年超过7吉瓦装机
  • • 俄乌冲突促使供应链多元化
发展挑战
  • • 福岛核事故后续影响
  • • 公众接受度和核废料处理担忧
  • • 可再生能源成本快速下降竞争
  • • 地缘政治因素影响
国际核电站建设项目现场

全球核电市场发展机遇与挑战并存

中国核电"走出去"战略

战略进展
  • • "华龙一号"成功出口到巴基斯坦和英国
  • • 中广核"华龙一号"海外订单2025年预计突破100亿美元
  • • 中国核建积极参与国际核电项目建设
  • • 通过"一带一路"倡议拓展海外市场
面临挑战
  • • 地缘政治风险和国际市场竞争加剧
  • • 目标国融资能力和本地化要求
  • • 满足国际最高安全标准
  • • 核电纳入绿色低碳政策体系

中国核电发展目标

2025年
核电运行装机容量
7000万千瓦
2035年
核电发电量占比
10%左右
2060年
装机量
4-5亿千瓦

中国核电总规模已升至世界第一,在建机组装机容量连续多年保持世界第一[564] [609]。发电量占比到2060年可能超过15%至18%[549]

未来技术路线展望

第三代核电

因相对成熟和较高安全性,仍将是未来一段时间内新建核电站的主流选择

第四代核电

预计将在2030年后逐步投入实用部署,在安全性、经济性和多用途功能方面具有优势

小型模块化堆

预计到2050年将占全球核电总装机容量的约四分之一,在特定应用场景具有广阔前景

安全与公众接受度层面:技术进步、废料处理与公众认知

核能安全技术的进步:固有安全性、非能动安全系统与安全标准

核反应堆安全系统示意图

现代核能技术注重固有安全性和非能动安全系统应用

核能安全是核能发展的生命线,技术进步是保障核安全的核心驱动力。现代核能技术,特别是第三代和第四代核电技术,在设计上更加注重固有安全性非能动安全系统的应用。

固有安全性特征

高温气冷堆采用耐高温包覆颗粒燃料和石墨堆芯结构
具有负温度反应性系数,温度升高时反应性自动降低
从物理原理上避免了堆芯熔毁的发生

非能动安全系统优势

工作原理
  • • 利用自然力(重力、自然循环、对流等)
  • • 无需外部电源或动力驱动
  • • 提高安全系统可靠性
  • • 简化系统设计
实际应用
  • • "华龙一号"采用非能动余热排出系统
  • • 非能动安全壳冷却系统
  • • SMR广泛应用非能动安全理念
  • • 减少主管道破裂风险

安全标准提升

福岛核事故后,各国核安全监管机构对核电厂的安全要求进行了全面审视和升级。中国发布《核安全规划》,对新建核电厂提出了更高的安全标准[189]

标准升级要点
  • • 提高设计基准地震标准
  • • 增加堆芯热工裕量
  • • 力争实现从设计上实际消除大量放射性物质释放
  • • 加强严重事故管理
  • • 提高应急响应能力

核废料处理与处置方案:中外政策、技术进展与国际比较

中国核废料处理策略

中国在核废料处理方面,坚持"闭式循环"策略,即对乏燃料进行后处理,回收其中的铀和钚等有用物质,制成核燃料再利用,从而减少最终需要处置的核废料量[294]

政策规划
  • • 建设核电站中低放废物处置场
  • • 推进放射性废物管理法规制定
  • • 中法乏燃料后处理合作项目谈判
高放废物处置
  • • 甘肃北山高放废物地质处置地下实验室
  • • 位于地下560米花岗岩中
  • • 预计本世纪40年代建成
  • • 2050年开始运行
核废料深地质处置实验室内部结构

核废料深地质处置是国际普遍认可的长期解决方案

国际核废料处理进展

领先国家
  • 芬兰:安克罗(ONKALO)储存库世界第一座深层地质处置场,计划2025年投入使用
  • 法国:工业地质处置中心(Cigeo)项目计划2025年开工
  • 瑞典:开发KBS-3V处理方法,利用多重屏障系统
技术发展
  • 机器人应用:2025年全球市场规模预计突破120亿美元
  • 中国投入:核废料处理专项经费同比增长23%
  • 技术标准:ISO 18238:2025首个核废料机器人操作国际认证体系

技术创新与挑战

技术突破
  • • 机械臂负载能力突破500公斤级
  • • 耐辐射芯片累计运行超2万小时
  • • 多机协同作业系统商业化
  • • 单项目处理效率提升300%
面临挑战
  • • 耐辐射材料成本过高
  • • 极端环境下通信延迟
  • • 欧美企业在后处理设备市场主导
  • • 中国企业在拆解机器人领域专利占41%

公众对核能的认知变化与接受程度:中国公众的疑虑与邻避效应

公众态度复杂性

中国公众对核电的接受度呈现出复杂性和矛盾性。一方面,核能作为清洁、高效能源形式,对保障能源安全、应对气候变化具有重要战略意义;另一方面,公众对核能安全性的担忧,特别是对潜在核事故风险和核废料处理问题的恐惧,构成了核能发展的主要社会心理障碍

调查数据
80%+
认同核电积极意义
40%
认为核电站不安全
邻避效应表现

邻避效应(NIMBY - Not In My Backyard)在核能项目选址和建设中表现得尤为突出 [528] [211]

  • • 公众普遍认可核能的必要性
  • • 强烈反对在自家附近建设核设施
  • • 高收入和高学历人群接受度反而更低
  • • 福岛核事故影响深远持久
核电站公众咨询会议现场

公众参与和沟通是提升核能接受度的关键

福岛核事故的持续影响

全球影响
  • • 德国做出彻底弃核决定,2022年前关闭所有核电站
  • • 许多国家暂停新建核电项目审批
  • • 全球范围内"核恐惧"情绪蔓延
  • • 核电政策"走走停停"现象
中国影响
  • • 2013年广东江门核燃料厂项目因公众抵制取消
  • • 2016年江苏连云港核废料循环项目因抗议暂停
  • • 加剧公众对核电安全性的担忧
  • • 影响核能项目推进社会阻力

现状分析

研究指出,中国公众对核能科普知识的了解程度普遍偏低,约71%的人认为我国核能科普知识"很少"或"比较少"[420] [430]。这种信息不对称和知识匮乏,使得公众更容易受到负面信息和恐慌情绪的影响。

提升公众接受度的策略与实践:信息公开、公众参与与国际经验借鉴

核心策略框架

提升公众对核能的接受度是一个系统工程,需要政府、企业、科研机构、媒体和公众等多方共同努力,构建一个透明、参与、信任的核能治理体系。

信息公开与透明沟通
  • • 主动公开安全信息、环评报告
  • • 保障公众知情权,多渠道解读专业信息
  • • 建立"辟谣平台"联动机制
有效公众参与机制
  • • 建立畅通的公众参与渠道
  • • 组织听证会、座谈会、专家咨询会
  • • 借鉴韩国"利益共享"模式
核电站公众开放日活动现场

有效的公众参与和科普教育是提升接受度的关键

中国实践进展

监测网络建设
  • • 建成覆盖全国的辐射监测网络
  • • 1835个国控监测站点
  • • 500个自动辐射站实时数据公开
  • • 生态环境部官网发布监管信息
科普教育
  • • "强核报国七十载"系列科普活动
  • • 清华大学等高校积极参与
  • • 系统性破解"谈核色变"认知壁垒
  • • 提升公众媒介素养和批判性思维

国际经验借鉴

法国经验

2006年《核透明与核安全法案》详细界定公众知情权,设立"地方信息委员会"确保公众参与各个环节[414] [426]

瑞士做法

要求核电公司购买巨额商业保险,通过市场化手段内部化潜在风险、提升公众信心[528]

新加坡模式

通过立法、执法、教育和社会参与相结合,形成治理虚假信息的综合体系[523]

关键成功要素

建立公平、透明和有科学依据的选址过程
加强与公众沟通,提供全面准确信息
回应公众担忧,建立有效协商合作机制
完善法律法规和监管体系

未来展望

国际能源署(IEA)指出,应避免核电政策的"走走停停",因为核电是一个周期非常长的行业[536]。通过建立透明、参与、信任的核能治理体系,可以有效提升公众接受度,为核能可持续发展创造良好社会环境。