商业化前夜,一文看懂可控核聚变

可控核聚变是终极能源解决方案,但实现难度高,当前技术路径多样。可控核聚变因能量密度高、燃料储量丰富、安全性优越,被视为终极能源解决方案。当前主流技术路径包括磁约束(托卡马克装置)、惯性约束(NIF装置)及磁惯性约束(直线型装置),国内外多个装置在建,处于劳森判据Q>1的验证阶段。

核聚变的基本原理

◆ 核聚变:两个较轻的核结合,形成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)的一种核反应形式。质量小的原子,主要是指氘,在一定条件下(如超高温和高压),能让核外电子摆脱原子核的束缚,两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核(如氦),中子虽然质量比较大,但是由于中子不带电,因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来,大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。恒星的能量来源就是内部不断进行的核聚变反应;而不可控的核聚变就是氢弹的爆炸。

◆ 核聚变优势:反应能量大、燃料资源充足、安全性高、放射性低、未来度电成本低,因此可控核聚变被认为是终极能源形式。

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◆为什么当下是可控核聚变的新阶段?

一、政策与资本双轮驱动产业化。

1)政策上,中国通过多项财政支持、央企协同、研发创新及安全监管等政策举措推动核聚变产业发展;海外竞相锁定30-40年代商用时间窗口,通过资金注入、机制优化和国际合作加速技术转化。

2)投资上,24年全球聚变企业达50家,80%为私营,美国占半数,国内以聚变新能和中国聚变能领衔,分别布局低温超导和高温超导托卡马克,聚焦25-30年的Q值验证和30-40年的商业电站落地目标。

二、多种技术路径百花齐放,实验&工程有望突破。

1)高温超导磁体将托卡马克体积缩小至传统装置的1/40,成本降低、迭代加速,是未来发展方向;2)直线型磁惯性装置Helion计划25年下半年达到Q>1,28年实现50MW商用并网;3)NIF惯性路径单次点火Q>2;提出聚变-裂变混合堆规划等。

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三、装置密集建设期,招标体量大。

核聚变单堆实验装置投资百亿元量级,国内25-27年是聚变装置密集建设期,包括BEST、洪荒170、和龙-2、星火一号等,综合年均投资超100亿元,规模体量大。四、节点验证即将到来,拐点渐近。25-26年SPARC与Helion将验证高温超导/磁惯性路线的科学可行性;27-28年国内多个装置建设完成,验证国内独立自主核聚变工程可行性,同时海外首个聚变电厂订单落地,或将标志着行业从“实验”迈向“能源”。

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◆核聚变供应链较长、工程难度大。

当前最为成熟的是低温超导托卡马克路线,初代实验堆的投资约150亿元,迭代周期约5-10年,其成本拆分为:磁体系统20-30%、真空室三大件12-15%、偏滤器包层5-10%,若是高温超导托卡马克,则磁体系统成本占比达50%;当前产业链核心系统多由央国企承担,民营企业则聚焦细分领域,上市的核心供应商为西部超导、国光电气、安泰科技等;其次最快验证Q>1的直线型装置投资约30-40亿,其模块化程度高,迭代周期仅1-2年,成本占比最高的是电源系统,占50%。

分结构产业链:国央企承担关键系统,民营企业聚焦细分领域

◆ 可控核聚变产业链整体呈现民企在细分领域确立优势、关键系统以国家队为主的供应生态。

◆ 海外项目中,ITER项目主要招标项目聚焦在磁体、真空系统、偏滤器及电源配套系统领域。其中截至2025年6月,西部超导主要承担磁体系统相关部件,已承担国内超导托卡马克90%以上的磁体订单。国光电气聚焦真空部件及真空室内部件领域,中标了高真空电连接器加工项目。安泰科技参与项目偏滤器核心部件制造。纽威股份、百利电气等参与项目配套系统制造,久立特材参与导体铠甲部分。

◆ 国内项目中,EAST装置的供应链以科研院所关联企业为主,但其聚变电源由爱科赛博部分承担、带材和偏滤器靶板西部超导及安泰科技中标。BEST项目招标以磁体系统为主,其中偏滤器部件由国光电气供应,真空室部件由合锻智能供应,PF磁体电源许继电气中标,电容器由王子新材子公司供应,其他大部分项目部件仍为科研院所供应。

◆远期经济性测算彰显核聚变潜力。

托卡马克因体积大、建设周期长,在初始成本上仍占劣势,但具备长周期稳态运行潜力;直线型装置结构简单、投资低、建设快,短期经济性突出。我们计算低温超导托卡马克聚变装置、直线型磁惯性聚变装置,在Q=30和Q=3的情况下,度电成本分别为0.31、0.27元/kwh,低于火电,具备商业化竞争力,若聚变功率进一步提升则度电成本有望低于0.2元/kwh,将成为成本最低的能源形式。

◆投资建议:在政策与资本双轮驱动下,核聚变国内外多个装置在建,拉动大规模招标,25-28年将集中验证Q>1,推动行业从实验向产业迈进,未来空间无限,建议关注核心供应商:西部超导(低温超导磁体)、联创光电(高温超导磁体)、爱科赛博(磁体电源)、精达股份(高温超导带材)、国光电气(第一壁&偏滤器)、安泰科技(偏滤器)等

此为报告精编节选,报告原文:

电气设备-可控核聚变新阶段,迈向终极能源第一步-东吴证券[曾朵红]-20250613【46页】

报告来源:【价值目录】网站

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