项目背景与意义 - 全球最大"人造太阳"ITER项目是国际热核聚变实验反应堆计划 由美俄欧日中韩印7个成员和35个协作国共同参与 被视为空间站后最大全人类合作项目[5][6] - 项目目标为2025年完成建造 2050年实现商业规模安全能源输出 核聚变技术可提供近乎无限、无污染、无温室气体排放的能源[7][8][42] 技术挑战与进展 - 项目遭遇重大技术难题：真空室砌块接头尺寸错误可能导致爆炸 隔热板冷却管金属在温差下易老化裂纹[16][18] - 因技术问题及资金短缺 完工时间从2025年推迟至2035年 总成本从初始50亿欧元超支至200亿欧元以上[19][21] 中国参与历程 - 中国于2003年加入ITER 填补加拿大退出造成的10亿欧元资金缺口 美国随即重新加入项目[24][25] - 中国团队完成ITER四个核心安装节点：2020年5月1250吨杜瓦底座吊装（精度2毫米内） 2020年9月400吨下部筒体吊装 2021年1月冷屏吊装 2021年4月极向场超导线圈PF6吊装[28][30] 技术领先与合同变更 - 中国托卡马克技术超越日本：日本JT-60SA仅能使用氘作模拟燃料 中国EAST装置实现1兆安、1.6亿度、1056秒等离子体运行 采用具发电前景的氘氚反应堆[37] - 2024年2月ITER将原属日本的真空室模块组装合同改签中核集团牵头的中法联合体 中国成为主机安装唯一承包商[1] 战略成果与未来规划 - 通过参与ITER 中国与全球120多个聚变研究机构建立合作 从技术跟跑转为领跑 国际话语权显著提升[40] - 中国启动聚变工程实验堆CFETR建设 前身"夸父"项目已在合肥建设 目标建成世界首个聚变实验电站[40][42]

行业技术路线发展 - 可控核聚变技术路线百花齐放 磁约束 Z箍缩 FRC等技术路线均迎来重要变化 [1][2] - 当前全球在运/在建核聚变项目主要由公共资金主导 多采用磁约束技术路线 [1][2] - 规划中核聚变项目主要由私营资本主导 技术路线趋于多元化 [1][2] 商业化前景与投资规模 - 若核聚变电站实现商业化 未来批量建设情景下年投资额或将达数千亿元 [2] - 全球聚变竞赛已拉开帷幕 各国聚变公司融资活动频繁 [1][2] - 美国科技巨头谷歌 亚马逊 微软等踊跃入局核聚变公司投资 [1][2] 托卡马克技术突破 - 托卡马克装置聚变功率与环形磁场强度的四次方成正比 磁场强度提升1.8倍可使聚变功率提升一个数量级 [3] - 二代高温超导材料REBCO在40T磁场强度下仍保持较强载流能力 [3] - 高温超导材料实现工业化量产 采用高温超导方案的装置理论上限大幅提升 [3] Z箍缩与FRC技术进展 - 国内Z箍缩混合堆建设有望提速 先觉聚能2025年3月成立 [4] - Helion团队完成FRC装置原型机六次迭代 实现1亿度等离子体温度 [4] - 2021-2025H1期间Helion累计完成9.6亿美元融资 [4] 产业链投资机会 - 聚变项目资本开支加速带来上游装备 材料等环节投资机会 [6] - 磁体环节涉及西部超导 永鼎股份 上海超导 联创光电等公司 [6] - 真空室和堆内构件环节涉及合锻智能 国光电气 安泰科技等公司 [6] - 电源总成环节涉及英杰电气 爱科赛博 四创电子 新风光 赛晶科技H等公司 [6] - 微波和电源器件环节涉及旭光电子 国力股份 宏微科技 王子新材等公司 [6] - 燃料增殖和循环环节涉及国光电气等公司 [6] - 检测设备环节涉及皖仪科技等公司 [6]

融资情况 - 核聚变初创公司Commonwealth Fusion Systems在B2系列融资中成功筹集8.63亿美元[1] - 融资阵容包括首次入局的英伟达风险投资部门NVentures以及谷歌、Breakthrough Energy Ventures、Emerson Collective等现有投资者[1] - 累计筹资总额达到约30亿美元 成为全球资金最充裕的核聚变公司 占据全球私营核聚变行业总融资额约三分之一份额[4] 技术路径与创新 - 采用托卡马克装置 利用高温超导磁体技术产生更强磁场 实现更紧凑、成本更低、更强大的聚变装置[6] - 示范项目SPARC旨在实现净能量增益 预计2026年开始运行 2027年实现聚变反应产生能量超过消耗能量[7] - 聚变反应能量密度预计比裂变高出四倍 燃料来源丰富且不产生长期放射性核废料[5] 商业化规划 - SPARC装置位于马萨诸塞州德文斯 作为技术验证平台 成功后将推进商业化发电厂ARC建设[7] - ARC发电厂选址弗吉尼亚州 设计发电功率400兆瓦 满足约15万户家庭用电需求 预计21世纪30年代初投入运营[7] - 谷歌已于2025年6月签署电力购买协议 承诺购买ARC电厂建成后一半电力输出[7] 行业竞争格局 - 美国私营企业领域存在多家核聚变初创公司 包括与微软签署供电协议的Helion Energy及获贝索斯投资的General Fusion[8] - 中国政府成立国有中国聚变能源有限公司 注册资本21亿美元 显示国家层面战略决心[8] - 中国EAST装置在2025年初实现1亿摄氏度1066秒高质量等离子体运行 较2023年403秒纪录大幅提升[9] 技术挑战 - 氚燃料自然界极其稀少 需通过聚变反应产生中子与锂元素反应增殖 技术效率和可靠性需实际验证[9] - 反应堆内壁材料需长期承受高能中子轰击 等离子体精确控制、超导磁体工程制造等环节存在技术难题[9]

行业整体发展态势 - 可控核聚变是强主题方向 短期内持续有催化[1] - 全球核聚变项目加速推进 中美领跑 中国以国家主导主攻托卡马克 美国以私企主导多元化布局核聚变路线[1] - 全球在运、在建和规划的聚变装置有168个 托卡马克占比接近50%[2] 技术路线分析 - 环形装置以托卡马克为主 具备稳态高能量增益特点 瞄准城市级基荷电源[2] - 直线形装置中Helion的路线或将率先落地 具备紧凑高功率密度特点 适用于分布式可移动或特殊场景电源[1][2] - FRC路线中Helion采用磁惯性约束直接回收电能 装置灵活投资低 是当下最接近落地的路线[2] 托卡马克路线进展 - ITER完成脉冲超导电磁体系统的所有组件制造 CFS与谷歌达成购电协议[3] - 国内BEST工程总装提前2月启动 目标2027年完成全部建设[3] - CFEDR预计于2030年建成 实现功率大于1000兆瓦 Q>30[3] 托卡马克核心环节 - 托卡马克装置中磁体成本占比最高 高温超导装置磁体成本占比约46% 高于低温超导装置的28%[3] - 偏滤器包层第一壁材料向钨基合金演进 磁体系统从低温超导向高温超导演进[3] - 电源系统主要包括磁体电源和辅助加热电源 磁体电源中TF电源要求大电流低电压 CS/PF电源要求低电流高电压[3] FRC路线商业化突破 - Helion获全球首个聚变购电协议 承诺2028年前开始发电 一年后为微软提供至少50MW发电量[4] - 2025年7月30日Helion宣布获地并启动全球首座聚变电厂ORION建设[4] - 瀚海聚能计划2030年底前与核电业主合作 诺瓦聚变完成5亿元天使轮融资研发小型模块化核聚变反应堆[4] 电源系统投资机遇 - Helion装置中电源系统成本占比最高 约占整个装置的50%[4] - 脉冲电容器成本占比高 占整个装置成本的1/3[4] - 电源系统中超级电容和快控开关至关重要 快控开关关注IGBT具有高可靠性和高寿命优点[4][5]

行业与公司概述 - 行业聚焦可控核聚变领域，磁约束技术路线（尤其是托卡马克装置）为当前主流，国内外项目推进超预期[1][2] - 高温超导材料（如REBCO）是未来核心趋势，其磁场强度可达12特斯拉（低温材料仅3-6特斯拉），推动设备小型化与性能提升[12][14] - 磁体材料占托卡马克装置成本28%（低温超导）至46%（高温超导），是核心投资环节[7][15] 核心技术与路线 - **技术路线对比**： - 磁约束方案（托卡马克、仿星器）因工程可行性高成为首选，引力约束（不可行）和惯性约束（难持续）被淘汰[8] - 托卡马克最成熟（ITER、BEST等项目采用），FRC路线适合分布式发电[4][6] - **装置差异**： - 托卡马克通过TF/CS/PF/CC线圈控制等离子体（如ITER含18个TF线圈）[10][11] - 仿星器（如德国W7-X）采用螺旋磁场，磁镜（如美国WHAM）结构不同[9] 关键材料与市场 - **超导材料演进**： - 低温超导（铌钛/铌三锡）需液氦环境，高温超导（REBCO/BSCCO）可在液氮下运行，成本更低且磁场更强[13][14] - 高温超导带材中，第二代（镀膜工艺）比第一代（银占比70%）更具成本优势[13] - **市场需求**： - 高温超导材料需求量预计从2024年3亿元增至2030年49亿元（CAGR 60%）[3][15] - 核聚变磁体占高温超导应用50%，超导磁控单晶炉等占其余份额[14] 国内外动态与公司 - **国内进展**： - 汉海聚能点火、上海中国聚变能成立、诺尔聚变融资到位，合肥/上海招标在即[2][5] - 重点关注高温超导带材公司：上海超导、永鼎股份、金达；磁体公司联创光电[1][7][17] - **国际项目**： - 美国Helen项目计划2030年向微软售电，Spark项目磁场强度达12特斯拉[1][12] - 国外企业ASD、FFG、古河电工主导低温超导电缆，上海超级电缆（扩产快）为国内代表[16][17] 潜在风险与关注点 - **技术瓶颈**：高温超导材料规模化生产与成本控制仍需突破[13] - **后续催化剂**：国内招标进度（如成都揭牌、合肥主机招标）、国外项目点火时间[5][6] 注：数据与观点均引自原文，未作主观推断。

全球聚变产业发展现状 - 全球聚变行业总投资额达97.66亿美元，较2021年增长414% [3] - 磁约束聚变路线占比49%，氘氚燃料方案占比68% [4] - 2030-2035年成为商业化关键期，35家公司预计在此期间运营示范电站 [7][8] 中国聚变产业化进展 - 中国聚变能源有限公司成立，增资超114.69亿元 [2][10] - 三大核聚变装置取得突破：EAST实现1亿℃运行1066秒，"中国环流三号"达"双亿度"运行，BEST装置提前进入总装阶段 [5] - 新奥"玄龙-50U"实现百万安培氢硼等离子体放电 [6] 国际聚变产业化动态 - ITER项目完成脉冲超导电磁体系统制造 [6] - Alphabet签订200兆瓦核聚变电力采购协议 [6] - Helion Energy启动首座聚变发电厂施工 [6] 产业资本布局 - 形成"国家战略资本+地方产业资本+民营创新资本"共驱结构 [10] - 聚变新能(安徽)资本规模从50亿元增至145亿元 [11] - 多家A股公司进入供应链：安泰科技、西部超导、许继电气等 [12][13] 产业链发展 - 可控核聚变与AI、高温超导形成技术共振 [13] - 预计未来几年全球每年新增2-3个核聚变装置 [13] - 上游材料和设备环节关注度提升 [12][13]

中国聚变能源有限公司成立 - 中国聚变能源有限公司正式成立，由中核集团牵头，多家能源巨头和产业资本战略入股，注册资本增资超114 69亿元[1] - 公司定位为推进我国聚变工程化、商业化的创新主体，体现国家未来能源战略布局[1] - 核聚变已被写入工信部等七部门《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，获得顶层政策支持[1] 全球聚变行业发展现状 - 全球聚变行业总投资额达97 66亿美元，较2021年增长414%，接近百亿美元规模[2] - 磁约束聚变路线占比49%（25/53家公司），氘氚燃料方案占比68%（36家公司）[2] - 2030年成为商业化关键期，35家公司预计2030-2035年运营示范电站，28家预计同期实现并网[5] 中国聚变技术突破 - 东方超环(EAST)实现1亿℃高温下等离子体运行1066秒，创稳态运行纪录[3] - 中国环流三号实现"双亿度"运行(原子核1 17亿℃/电子1 6亿℃)，进入聚变燃烧实验阶段[3] - 新奥"玄龙-50U"实现百万安培氢硼等离子体放电，迈出氢硼聚变商用化重要一步[4] 国际聚变进展 - ITER项目完成脉冲超导电磁体系统所有组件制造[5] - Alphabet与CFS达成200兆瓦聚变电力采购协议，首次实现商业化电力采购[5] - Helion Energy启动首座聚变发电厂"猎户座"施工，推进电力入网[5] 产业资本布局 - 中国聚变公司股东包括中核集团、中国核电、昆仑资本等，注册资本114 69亿元[7] - 聚变新能(安徽)资本规模从50亿元增至145亿元，股东含皖能电力、蔚来汽车等[8] - 安泰科技、西部超导等A股公司进入供应链，提供超导材料、偏滤器等核心部件[10] 产业链发展 - 国内外每年预计新增2-3个聚变装置建设，行业加速从0到1[11] - AI与高温超导技术推动聚变产业化，提升工程可行性和经济性[11] - 反应堆建设将催生材料、设备等产业链环节大量需求[11]

行业技术路径 - 可控核聚变产业正从实验验证阶段向商业示范堆迈进 预计21世纪中叶实现示范发电 [1] - 磁约束技术因可持续运行能力强和成熟度高 被视为最可能实现商用发电的方式 其中托卡马克装置发展最为成熟 [1][2] - 实现商业化需满足Q值大于10 D-T反应因可实现性高成为研究主流 [2] - 全球168台聚变装置中磁约束类占主导 托卡马克类型占比达47% [3] - 场反位形 仿星器 Z箍聚变-裂变混合反应堆等技术路线并行发展 [2][3] 国际项目进展 - ITER计划2025年完成脉冲超导电磁体系统建造 2034年首次等离子体放电 [2] - 日本JT-60SA已投入运行为ITER提供技术支撑 [2] - Helion Energy与微软签署全球首个聚变电力购买协议 承诺2028年前建成50兆瓦发电厂 [2] - CFS与谷歌签署购电协议 占该电厂预期发电量的50% [2] 国内项目突破 - 中国EAST装置创造上亿度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行世界纪录 [2] - 中国环流三号项目挺进燃烧实验阶段 [2] - BEST计划2035年建成聚变工程示范堆 我国有望2050年前实现商业化发电 [2] - 江西星火项目计划2030年建成全球首座混合发电厂 [2] - 民营企业新奥集团 瀚海聚能在氢硼聚变 直线型场反位形等技术路线取得突破 [2] 产业链与投资规模 - 全球可控核聚变项目总投资超数百亿欧元 [1][2] - ITER成本结构中磁体系统占比28% 堆内构件占17% 土建厂房占14% 真空室占8% 加热系统和电流驱动占7% [3] - 中国参与ITER超导磁体 脉冲电源等核心组件制造 [3] - 商业化后将带动万亿级产业链 推动能源格局变革 [1][2]

能源现状与挑战 - 中国石油对外依存度超过70% 能源安全成为关键议题 [3][10] - 传统能源存在污染问题 核裂变产生难以处理的核废料 [3][5] 核聚变技术原理与优势 - 核聚变模仿太阳发光发热原理 在亿度高温下将氢原子核融合成氦原子并释放巨大能量 [7] - 聚变燃料氘可从海水中提取 理论上一升海水聚变能量相当于三百升汽油 [8] - 核聚变过程清洁无污染 不产生有害废料 与核裂变形成鲜明对比 [5][7][8] 技术实现挑战与突破 - 托卡马克装置利用强大磁场约束上亿度等离子体 使其不接触容器内壁 [13][14] - 中国东方超环(EAST)实现上亿度等离子体长时间稳定运行 刷新世界纪录 [18] - 中国环流三号(HL-3)实现高约束模式运行 并发现更先进磁场结构 [21] 战略规划与国际合作 - 中国实施"三步走"战略 目标在本世纪中叶实现核聚变能源商业化应用 [29] - 中国环流三号已向全球科学家开放 邀请国际共同攻克技术难题 [20] 潜在影响与应用前景 - 核聚变将推动第四次工业革命 为人工智能、量子计算等耗能技术提供近乎零成本的能源 [22][23] - 零碳能源将彻底改变环境质量 推动电动交通普及和海水淡化技术大规模应用 [25] - 能源突破将拓展人类太空探索能力 可能将火星旅行时间从数月缩短至数周 [25] - 可控核聚变实现将使人类文明等级从当前不足0.8级向一级文明迈进 [26][27]

报告行业投资评级 未提及 报告的核心观点 - 后续随着国内外主要聚变装置落地加速，技术领先且有供应核心部件或材料积累的企业获单能力强，有望率先受益 [3] - 目前国内外聚变产业发展迎来窗口期，随着技术突破和政府政策加持，核聚变产业化加速，托卡马克技术作为当前主流核聚变路线，其核心设备装置或材料需求有望大幅提升，具备技术领先优势、供应经验积累的企业有望率先受益 [70][71] 根据相关目录分别进行总结 可控核聚变迎来发展窗口期 什么是可控核聚变 - 核聚变能是具有清洁、安全、可持续等优点的终极能源，具有反应释放能量大、运行安全可靠、燃料来源丰富、环境污染小等特点，有望成为大规模市场化供应的商业能源，在未来提供稳定能源输出与电力供应 [4][8] - 现有核电站采用核裂变技术，核聚变是两个轻原子核结合形成较重原子核并释放大量能量的过程，氘 - 氚反应是核聚变堆设计采用的主要方式 [11] - 核聚变反应的两个关键参数为聚变三乘积（劳逊判据）和聚变增益因子（Q值），满足劳逊条件才可实现点火，提升Q值是促进可控核聚变商业化的关键 [17] - 磁约束是目前实现聚变能开发的最有效途径，托卡马克是未来最有可能实现可控核聚变的聚变装置 [18][19] 可控核聚变的技术路径如何 - 高温超导材料的突破性应用与AI技术在等离子体控制领域的深度融合，提高了装置的磁场强度与等离子体约束能力，促成了装置尺寸的显著缩小，进而大幅降低了单个装置的制造成本与建设周期，紧凑型托卡马克应运而生，商业化核聚变公司加速兴起 [26] - 高温超导托卡马克装置具备建造成本较低、建设时间较短的优势，其技术应用加速了可控核聚变商业化发展 [27] - 多国积极推动托卡马克装置相关技术发展 [28] 可控核聚变的进展如何 - 海外多国加大聚变能源布局，美国、英国、德国、俄罗斯等积极推动聚变电站布局，多个项目预计在2030年代投运 [34][35] - 全球共有25个国家或机构正在开展托卡马克规划、建设和运行，涉及装置数量高达79个，其中57个装置处于运行状态，7个装置处于建设中，另有15个装置处于规划建设阶段 [3] 中国聚变能源发展迅速 中国深度参与ITER计划 - ITER计划是当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一，将于2034年开始试运行，目标是建造可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆，验证聚变反应堆的工程可行性，聚变输出功率可达1500兆瓦，科学目标是实现并验证在400s的时间内能量增益大于10，在3000s的时间内能量增益大于5，聚变功率输出500MW [38][40][43] 中国深度参与ITER核心设备研发 - 中国深度参与ITER核心设备研发，为自主发展聚变能源奠定基础，承担了ITER装置几乎所有关键部件的制造任务，取得了一批国际领先水平的科研成果 [45] - 中国核聚变研究机构主要是核工业西南物理研究院和中国科学院等离子体物理研究所，EAST是中国核聚变技术保持国际领先的标签，BEST项目有望成为世界首个开展氘氚稳态燃烧的实验装置，中科院等离子体物理研究所项目招标加速 [50][52][53] - 中国商业化核聚变公司主要包括能量奇点、星环聚能等，能量奇点按“三步走”战略推进聚变布局，星环聚能计划在2027年底或2028年初开始建设商业示范堆，并预计在2030年左右实现可输出电能的聚变反应堆 [59] 国内企业积极布局聚变产业 - 可控核聚变产业链上游为各类原材料，中游为各类设备以及反应堆工程建设，下游为核电站运营 [62] - 托卡马克组件主要包括磁体和三大件（真空室、冷屏、杜瓦），磁体通过产生强大磁场约束和控制高温等离子体，三大件分别为等离子体放电提供真空环境、减少热负荷和提供真空环境并隔断热交换 [67] - 国内企业积极加大聚变布局，部分企业已实现为国内外主要聚变项目配套供应 [68] 投资建议 - 国内外聚变产业发展迎来窗口期，托卡马克技术核心设备装置或材料需求有望大幅提升，具备技术领先优势、供应经验积累的企业有望率先受益 [70][71] - 受益标的包括磁体系统（国光电气、联创光电等）、高温超导带材（精达股份、永鼎股份等）、真空室（合锻智能、派克新材等）、杜瓦（航天晨光等）、偏滤器（安泰科技等）、磁体电源（爱科赛博、英杰电气、四创电子等）、配套设备（旭光电子等） [71]