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(1)核工业机器人行业概况:核工业机器人,即为满足核工业特殊要求与特殊使用环境的特种机器人。核工业机器人具有以下特点:
①耐辐照性。一般工业机器人受到的辐射超过一定剂量以后,会导致元件受损而丧失功能,核环境内存在较大的放射性,因此要求核工业机器人具有耐辐照性;
②高可靠性。机器人在核环境下进行工作时,大多是操作高放射性物质,一旦发生故障,修复过程复杂,造成生产线长时间停机;如果需要进人维修,会使人体遭受辐照而造成人体伤害;若无法修复,将使其本身因受到放射性污染而成为新的固体废物,造成新的处理难题,因此要保证核工业机器人有很高的可靠性,使它在工作时不容易发生故障;
③易去污。核工业机器人长年累月与高放射性物质接触,各个部件上会残留放射性物质,因此机器人表面应设计成易于去污结构。与一般工业机器人不同,核工业机器人在具有可编程自动运行功能之外,还需具备远程主从随动遥操作功能,即由操作人员远程操作主动装置,从动装置可跟随主动装置的操作而动作。
核工业机械手是核工业机器人的重要组成部分。在核工业领域,从事核科学研究及生产的工厂和实验室对放射性物质进行操作,均离不开远距离操作设备——核工业机械手。核工业机械手的重要作用是在恶劣环境下操作放射性材料、维护工艺及机械设备、拆解退役核设施等。这类设备相较于普通操作设备最主要的区别在于,能够通过适当的屏蔽将操作人员与危险环境隔离开,在保证操作人员安全的前提下对放射性物质进行操作。核工业机械手是核工业不可或缺的操作工具,也是核工业智能制造的基础。
(2)行业市场现状:20世纪40年代,美国阿贡实验室研制出第一台可操作放射性物质的机械手。美国、法国、德国、日本等国家自从20世纪80年代就开展了相关的技术研究工作,并已成功研制了多款性能先进的机械手。目前,核工业机械手在国外发达国家已成为成熟的产品。
我国自20世纪90年代才开始对核工业机械手进行研究。通过自研、引进、消化吸收,我国先后研制出了剑式机械手、机械式主从机械手、电随动主从机械手、动力机械手等产品,可用于核电厂、核燃料循环、核废料处理、核设施退役等。国内乏燃料后处理厂、放射性废物处理厂、核相关科研院所目前使用较多的为国产机械式主从机械手。
虽然我国目前加大了对核工业的持续投入,但在关键设备制造和建设经验方面仍存在不足。以乏燃料后处理为例,在关键设备制造方面,我国尚未完全掌握乏燃料后处理工艺技术,剪切机、溶解器、尾端等关键设备方面仍有差距;同时,我国缺乏大规模商用后处理厂的建设及运行经验,设计标准、规范体系还不完善。
近年来中美之间贸易摩擦不断加剧,对抗局面日益升级,2018年10月美国能源部限制对中国出口核技术,2020年6月美国国防部决定将中核集团等企业列入“实体清单”。此外,部分在用进口设备已老化到使用寿命期限,面临无设备可迭代换新的困难。因此,我国核工业迫切需要将关键进口设备自主创新国产化,逐渐摆脱对国外设备及技术的进口依赖。
中金企信国际咨询公布的《2021-2027年中国核工业机器人行业现状分析及赢利性研究预测报告》
(3)下游从产业运行分析:核工业机器人主要应用于核燃料循环产业、核电站反应堆退役处理产业、新能源电池、医药大健康等领域,下游行业的需求变化对公司所处行业有着直接的影响。
1、核燃料循环产业:核燃料循环产业是整个核工业产业链的一环,也是核能发展的大动脉,包括铀矿开采、冶炼、转化纯化、同位素分离、燃料元件制造、乏燃料后处理、放射性废物处理处置等多个环节。乏燃料后处理和同位素分离为整个核燃料循环产业中的关键环节之一。
由于目前的反应堆技术对核燃料中的铀利用率较低,乏燃料中仍有可观的铀和钚可以回收再利用。我国为贫铀国,国内铀资源大部分属于非常规铀,开采成本较高,近年来我国铀资源对外依存度常年维持在70%以上,主要供应国家有哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、加拿大、纳米比亚、尼日尔和澳大利亚。因此,建立乏燃料后处理闭式循环,对于提升我国铀资源利用率,制备钚铀混合燃料用于热堆、快堆,提升铀钚等资源战略储备,保障能源安全等具有重要意义。
另一方面,乏燃料中含有裂变产物,其放射性对环境有很大的威胁。随着我国核电站运营规模不断扩大,乏燃料数量逐步增加。据中金企信预测,到2030年,我国每年将产生乏燃料近2,637吨,累积产生乏燃料约28,285吨,而目前我国乏燃料处理能力仅为50吨/年,在建处理能力也仅为200吨/年,未形成规模化乏燃料后处理能力,离堆贮存能力也已基本饱和,无法满足未来乏燃料的处理需求。乏燃料后处理后,高放废物的体积将被压缩到原来的四分之一,其长期放射性毒性将被降低一个数量级以上。
因此,合理处理乏燃料是我国核电实现可持续发展的前提和基础,提高铀资源的利用率和尽量减少核废物的危害也是核电可持续发展的保障。核燃料的循环利用是有效解决这两个问题的根本途径。由于乏燃料具有放射性强、毒性大的特点,后处理厂的生产空间热室内充满核辐射与酸性腐蚀物质,人无法也不被允许在该种环境下工作,这就激发了乏燃料后处理厂对机器人和智能装备的需求。
2、核电站反应堆退役处理产业:随着大量早期民用核电反应堆陆续结束运行,全球核工业预计将在未来15-20年内迎来历史上第一轮退役高潮。到2030年,全球核电反应堆退役市场规模预计将超过1000亿美元。运行期满的核设施一般在安全关闭后提交退役申请,申请获批后正式进入退役阶段。退役阶段一般包含5个步骤:建筑物、系统、设备去污;系统、设备拆除;建筑物拆毁;场址环境整治;场址移交/封存监护。巨大的退役市场和放射性废物处理处置市场将进一步推动核工业机器人及
智能装备行业的持续增长。
(4)行业未来发展趋势:智能化是我国核工业走向一流的必经之路。目前世界大国已迈入以大数据、人工智能等一系列尖端技术为核心的工业4.0时代。身为国之重器的核工业应抓住历史际遇,实现核工业从信息化向智能化的转变。核工业装备制造是核工业领域的重要组成部分,未来发展方向包括将大数据、人工智能技术融入核工业装备制造系统的全过程,建立非结构化存储数据库,扩大现场信息收集范围和效率,提升建设项目管理全面性、准确性和安全性;利用大数据、AI技术逐步形成对大量结构化和非结构化数据的分析处理能力,基于此能力之上,通过专家系统和神经网络等最优化技术,为核装备制造在设计、生产、运行等方面提供最优的智能分析和决策系统。