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人类终极能源,又在A股突破,核聚变,装置,中国
2025-03-29 04:58:11
人类终极能源,又在A股突破,核聚变,装置,中国

编辑 | 弗(fu)雷迪

数据支撑 | 勾股大数据(www.gogudata.com)

释放能(neng)量高,且环境友好的核(he)聚变(bian)被誉为“人类终(zhong)极能(neng)源”,同时也是(shi)AI衍生概念(nian),连Open AI的山姆·奥特曼(man)都被其愿景吸引下场亲自投(tou)资。

殊不知,近几年可控核(he)聚变(bian)研究(jiu)已经迈入工程可行性验(yan)证阶段,实(shi)验(yan)堆项目正积极落地。

2025年以来,聚变(bian)新能(neng)、中科院等离(li)子(zi)体所等单位开始密集招标,累计采购(gou)项目约46项。

这种(zhong)突破,怎能(neng)不在A股庆祝(zhu)一番?

3月25日,可控核(he)聚变(bian)板块大爆发,指数一度涨(zhang)超7%,掀起涨(zhang)停潮。

01

能(neng)源终(zhong)极理想 资本下场支撑

长久以来,可控核(he)聚变(bian)被视为解决人类能(neng)源危机的终(zhong)极方案,却因(yin)技术壁垒高筑而遥不可及。

但随着超导材料(liao)、高温超导材料(liao)、精密工程、能(neng)源设备制造等前技术相继突破,可控核(he)聚变(bian)研发进展(zhan)显(xian)著加速,商业化曙光初现。

核(he)聚变(bian)是(shi)两个或多个较轻的原子(zi)核(he)聚合成一个或多个较重的原子(zi)核(he)和其它粒子(zi)的反应。

反应过程中燃料(liao)通常(chang)要被加温到1亿摄氏度以上,但采用实(shi)体容器来容纳如此高温的燃料(liao)显(xian)然是(shi)不可行的,需要通过特定的场约束技术。

当前阶段,磁场约束技术的理论基(ji)础成熟度、可实(shi)现性以及可控性较高,被公认为人类最接近实(shi)现聚变(bian)能(neng)应用的途径,为此专(zhuan)门设计出托卡马克这样的磁约束装置。

自上世纪(ji)50年代起,美、英、前苏联等国际已经开启(qi)了可控核(he)聚变(bian)技术研究(jiu);70年代至(zhi)2000年前后,全球(qiu)范围内建设了多个大型托卡马克装置,如美国的TFTR、欧盟的JET、日本的JT-60U等。这些装置通过增加尺寸(cun)和提升磁场强度,显(xian)著提高了等离(li)子(zi)体的约束能(neng)力和聚变(bian)性能(neng)。

1985年前苏联和美国提出了国际热核(he)聚变(bian)实(shi)验(yan)堆计划(ITER),通过国际合作方式(shi)共建一座核(he)聚变(bian)反应堆,直到2006年中国加入该(gai)计划成为主力。

国内可控核(he)聚变(bian)研究(jiu)的装置突破从(cong)九(jiu)十年代起步,先后建成了合肥超环(HT-7)(目前退役)、中国环流(liu)器二号(HL-2A)、东方超环(EAST)等装置。

有“人造太(tai)阳”之称的全超导托卡马克核(he)聚变(bian)实(shi)验(yan)装置EAST创(chuang)造了多项世界纪(ji)录,于(yu)2025年1月首次完(wan)成了1亿摄氏度1066秒“高质量燃烧”,这个记录直到2月份被法国以1337秒打(da)破。

按照国际认可的聚变(bian)能(neng)源发展(zhan)节点,用能(neng)量平衡、氚自持、可利用率(lu)、耐(nai)辐照能(neng)力4个指标来判断聚变(bian)堆商业化潜力。部分国家将2050年定为建成并投(tou)入运行能(neng)够发电的核(he)聚变(bian)示(shi)范型反应堆(DEMO)的关键时间节点,也就(jiu)是(shi)达到节点3的标准。

国际ITER的大装置项目建设存在成本过于(yu)高昂(ang),进度大幅(fu)滞(zhi)后的弊端。但近几年,高温超导磁体技术的突破正从(cong)根本上重塑托卡马克装置的工程范式(shi),单位体积磁体可产生更强的约束磁场,推(tui)动托卡马克向小型化、低成本方向跨越式(shi)发展(zhan)。

于(yu)是(shi),可控核(he)聚变(bian)的商业实(shi)践开始渐渐萌芽。截至(zhi)2024年,聚变(bian)能(neng)产业现已吸引了共计73亿美金的投(tou)资。

美国和中国在聚变(bian)能(neng)领域的投(tou)资金额(e)都呈现出显(xian)著的增长趋势。2021年美国对聚变(bian)能(neng)企业的投(tou)资金额(e)超过了25亿美金达到高峰;中国也在加大力度追赶(gan),投(tou)资金额(e)近两年一直保(bao)持在10亿美金上下。

全球(qiu)商业可控核(he)聚变(bian)企业数量也在近几年显(xian)著增加。截至(zhi)2024年,全球(qiu)私营核(he)聚变(bian)企业积累融资额(e)达71.2亿美金,相比2023年增长15%。

自2021年以来,私营核(he)聚变(bian)企业数量从(cong)23家激(ji)增至(zhi)2025年的近50家。超半(ban)数企业预期2035年前可实(shi)现核(he)聚变(bian)并网发电。

OpenAI的CEO山姆·奥特曼(man)也亲自下场支撑核(he)聚变(bian)商业化,在个人最大的投(tou)资中他将3.75亿美金投(tou)向了一家核(he)聚变(bian)创(chuang)业企业Helion Energy,该(gai)企业声称将在2028年建成世界首座核(he)聚变(bian)发电厂,并向MicroSoft等企业供电。

国内方面,国资委在去年10月明确将核(he)聚变(bian)列为重点未来产业,提出“超前布局、梯次培育”,国资加入核(he)聚变(bian)赛道(dao)。

今年3月,两大能(neng)源国企中国核(he)电和浙能(neng)电力拟增资17.5亿元参(can)股中国聚变(bian)能(neng)源企业;去年11月,上海未来聚变(bian)能(neng)源科技有限(xian)企业成立,由(you)上海电气控股集团有限(xian)企业、上海国投(tou)科创(chuang)投(tou)资有限(xian)企业和上海申能(neng)诚毅股权投(tou)资有限(xian)企业共同持股;去年6月,由(you)国资平台、蔚来产业资本入股的聚变(bian)新能(neng)迎来了中国石(shi)油集团昆仑资本等型股东。

02

大家在哪?如何投(tou)资?

如前所述,经过三十多年的努力,中国聚变(bian)能(neng)源研究(jiu)实(shi)现了从(cong)基(ji)础科学向工程实(shi)践的重大跨越,在科学可行性得到验(yan)证以后,目前处于(yu)工程验(yan)证阶段,建设需求以实(shi)验(yan)堆为主。

中国聚变(bian)工程实(shi)验(yan)堆(CFETR)是(shi)中国自主设计和研制并联合国际合作的重大科学工程。为了推(tui)进聚变(bian)能(neng)源商业化的目标,我国自主制定了磁约束聚变(bian)能(neng)源发展(zhan)路线图,分为3个关键节点:

推(tui)动CFETR立项并开始装置建设,形(xing)成聚变(bian)技术实(shi)践的基(ji)础条件;

2035年完(wan)成CFETR建设,调试(shi)装置运行并进行物理实(shi)验(yan),逐步验(yan)证聚变(bian)能(neng)源的可行性与稳定性;

在CFETR装置上进行磁约束聚变(bian)能(neng)源的难点技术探索,计划2050年前后建成商业聚变(bian)示(shi)范电站,实(shi)现磁约束聚变(bian)能(neng)源的商业化应用。

截至(zhi)2024年5月,CRAFT项目总体进度已达70%。

BEST装置是(shi)全超导托卡马克核(he)聚变(bian)实(shi)验(yan)装置(EAST)的后续项目,由(you)我国聚变(bian)研究(jiu)主力—中科院等离(li)子(zi)体所负责该(gai)项目的建设和运行,2023年12月已经开始招标。

海外领先的核(he)聚变(bian)企业有Helion Energy、Commonwealth Fusion Systems(CFS),而国内也形(xing)成了国家项目与商业企业并举(ju)的格局,主要的商业核(he)聚变(bian)企业包括星环聚能(neng)、能(neng)量奇点、聚变(bian)新能(neng)、瀚海聚能(neng)和新奥集团等,呈现多元化的技术路线竞争格局。

目前,核(he)聚变(bian)产业链分为上游原材料(liao)—中游超导磁体、偏滤器,第一壁相关结构—下游电站运营。大部分参(can)与进了ITER、EAST、HL3、BEST等关键项目的设备供应,已经初步形(xing)成了核(he)心(xin)设备供应商格局。

上游覆盖超导材料(liao)(Nb3Sn、ReBCO)、有色金属(钨、铜等)、特种(zhong)钢材、特种(zhong)气体(氘、氚)等原料(liao)供应。

中游环节是(shi)产业链的核(he)心(xin),涉及到聚变(bian)技术的研发、装备制造以及相关App的开发。下游是(shi)核(he)电建设和运营,应用场景包括发电、医(yi)疗和科研等领域。

中游的超导磁体是(shi)可控核(he)聚变(bian)装置里的关键组成部分。

高温超导磁体相较于(yu)同体积下的低温超导产生的磁场更强,超导磁体厚度被缩(suo)小,但同时其生产工艺(yi)复杂、技术壁垒较高,需要面对大电流(liu)、磁场、高应力、极低温等考验(yan)。

去年3月美国麻省理工学院研究(jiu)人员宣布通过他们所研发的新型高温超导磁体,能(neng)够将可控核(he)聚变(bian)装置托卡马克的体积和成本压缩(suo)至(zhi)目前的1/40。

如果能(neng)够成功商业化,能(neng)够大大减少所占空(kong)间、降低了装置的体积和造价。国内布局的上司企业包括西部超导、联创(chuang)光电。联创(chuang)光电旗下的联创(chuang)超导去年12月中标了中核(he)集团“星火一号”项目,首个订单金额(e)4180万。

其次,等离(li)子(zi)体稳定燃烧需要被约束在真空(kong)室内,配备真空(kong)杜瓦提供稳定的真空(kong)环境,保(bao)证装置安全。

国内合锻智(zhi)能(neng)在在BEST项目中承(cheng)接了核(he)心(xin)关键部件的制造任务,其中包括真空(kong)室扇区核(he)心(xin)部件、窗口延长段以及重力支撑等。上海电气在2022年以来先后承(cheng)接上海能(neng)量奇点和河北(bei)新奥的核(he)聚变(bian)实(shi)验(yan)项目,为后续聚变(bian)领域产品打(da)下扎实(shi)基(ji)础。

第一壁相关结构主要包括包层系统和偏滤器。包层系统对真空(kong)室和外部设备起到了保(bao)护作用,偏滤器能(neng)够减少来自器壁杂志对芯部等离(li)子(zi)体的污染。提供包层系统的相关企业涉及东方电气、国光电器等;偏滤器相关企业包括安泰科技、国光电气等。

从(cong)市场空(kong)间来看,Maximize Market Research预测(ce),2030年全球(qiu)核(he)聚变(bian)市场规模望达到4965.5亿美金,2024-2030年CAGR约为7.4%。

核(he)聚变(bian)实(shi)验(yan)堆目前由(you)于(yu)材料(liao)及部件技术问题而造价昂(ang)贵,价值量目前已达数百亿美金,而且实(shi)际建工成本可能(neng)被低估(gu),尚且不具备出色的发电经济性。

从(cong)反应堆系统各组成部分价值量,以CFETR反应堆系统为例,磁体系统、真空(kong)系统、第一壁相关结构占比最高,分别达37%、13%、11%。

但未来,磁体系统有望随着超导材料(liao)突破,产业规模降本以及磁体体积缩(suo)小等因(yin)素实(shi)现成本大幅(fu)降低,优化核(he)聚变(bian)发电经济性。

从(cong)投(tou)资角度来看,我国核(he)聚变(bian)产业才刚刚迈入实(shi)验(yan)堆、示(shi)范堆阶段,短期这些储备项目带来零部件需求,能(neng)够参(can)与关键项目且具备设备研发制造资质的企业更受(shou)益于(yu)产业加速。

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