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可控核聚變是終極能源解決方案,但實現難度高,當前技術路徑多樣。可控核聚變因能量密度高、燃料儲量豐富、安全性優越,被視為終極能源解決方案。當前主流技術路徑包括磁約束(托卡馬克裝置)、慣性約束(NIF裝置)及磁慣性約束(直線型裝置),國內外多個裝置在建,處于勞森判據Q>1的驗證階段。
核聚變的基本原理
◆?核聚變:兩個較輕的核結合,形成一個較重的核和一個極輕的核(或粒子)的一種核反應形式。質量小的原子,主要是指氘,在一定條件下(如超高溫和高壓),能讓核外電子擺脫原子核的束縛,兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起,發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核(如氦),中子雖然質量比較大,但是由于中子不帶電,因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來,大量電子和中子的釋放所表現出來的就是巨大的能量釋放。恒星的能量來源就是內部不斷進行的核聚變反應;而不可控的核聚變就是氫彈的爆炸。
◆ 核聚變優勢:反應能量大、燃料資源充足、安全性高、放射性低、未來度電成本低,因此可控核聚變被認為是終極能源形式。
◆為什么當下是可控核聚變的新階段?
一、政策與資本雙輪驅動產業化。
1)政策上,中國通過多項財政支持、央企協同、研發創新及安全監管等政策舉措推動核聚變產業發展;海外競相鎖定30-40年代商用時間窗口,通過資金注入、機制優化和國際合作加速技術轉化。
2)投資上,24年全球聚變企業達50家,80%為私營,美國占半數,國內以聚變新能和中國聚變能領銜,分別布局低溫超導和高溫超導托卡馬克,聚焦25-30年的Q值驗證和30-40年的商業電站落地目標。
二、多種技術路徑百花齊放,實驗&工程有望突破。
1)高溫超導磁體將托卡馬克體積縮小至傳統裝置的1/40,成本降低、迭代加速,是未來發展方向;2)直線型磁慣性裝置Helion計劃25年下半年達到Q>1,28年實現50MW商用并網;3)NIF慣性路徑單次點火Q>2;提出聚變-裂變混合堆規劃等。
三、裝置密集建設期,招標體量大。
核聚變單堆實驗裝置投資百億元量級,國內25-27年是聚變裝置密集建設期,包括BEST、洪荒170、和龍-2、星火一號等,綜合年均投資超100億元,規模體量大。四、節點驗證即將到來,拐點漸近。25-26年SPARC與Helion將驗證高溫超導/磁慣性路線的科學可行性;27-28年國內多個裝置建設完成,驗證國內獨立自主核聚變工程可行性,同時海外首個聚變電廠訂單落地,或將標志著行業從“實驗”邁向“能源”。
◆核聚變供應鏈較長、工程難度大。
當前最為成熟的是低溫超導托卡馬克路線,初代實驗堆的投資約150億元,迭代周期約5-10年,其成本拆分為:磁體系統20-30%、真空室三大件12-15%、偏濾器包層5-10%,若是高溫超導托卡馬克,則磁體系統成本占比達50%;當前產業鏈核心系統多由央國企承擔,民營企業則聚焦細分領域,上市的核心供應商為西部超導、國光電氣、安泰科技等;其次最快驗證Q>1的直線型裝置投資約30-40億,其模塊化程度高,迭代周期僅1-2年,成本占比最高的是電源系統,占50%。
分結構產業鏈:國央企承擔關鍵系統,民營企業聚焦細分領域
◆ 可控核聚變產業鏈整體呈現民企在細分領域確立優勢、關鍵系統以國家隊為主的供應生態。
◆ 海外項目中,ITER項目主要招標項目聚焦在磁體、真空系統、偏濾器及電源配套系統領域。其中截至2025年6月,西部超導主要承擔磁體系統相關部件,已承擔國內超導托卡馬克90%以上的磁體訂單。國光電氣聚焦真空部件及真空室內部件領域,中標了高真空電連接器加工項目。安泰科技參與項目偏濾器核心部件制造。紐威股份、百利電氣等參與項目配套系統制造,久立特材參與導體鎧甲部分。
◆ 國內項目中,EAST裝置的供應鏈以科研院所關聯企業為主,但其聚變電源由愛科賽博部分承擔、帶材和偏濾器靶板西部超導及安泰科技中標。BEST項目招標以磁體系統為主,其中偏濾器部件由國光電氣供應,真空室部件由合鍛智能供應,PF磁體電源許繼電氣中標,電容器由王子新材子公司供應,其他大部分項目部件仍為科研院所供應。
◆遠期經濟性測算彰顯核聚變潛力。
托卡馬克因體積大、建設周期長,在初始成本上仍占劣勢,但具備長周期穩態運行潛力;直線型裝置結構簡單、投資低、建設快,短期經濟性突出。我們計算低溫超導托卡馬克聚變裝置、直線型磁慣性聚變裝置,在Q=30和Q=3的情況下,度電成本分別為0.31、0.27元/kwh,低于火電,具備商業化競爭力,若聚變功率進一步提升則度電成本有望低于0.2元/kwh,將成為成本最低的能源形式。
◆投資建議:在政策與資本雙輪驅動下,核聚變國內外多個裝置在建,拉動大規模招標,25-28年將集中驗證Q>1,推動行業從實驗向產業邁進,未來空間無限,建議關注核心供應商:西部超導(低溫超導磁體)、聯創光電(高溫超導磁體)、愛科賽博(磁體電源)、精達股份(高溫超導帶材)、國光電氣(第一壁&偏濾器)、安泰科技(偏濾器)等
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