近期可控核聚變板塊反復(fù)活躍。日前，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定核準(zhǔn) 5 個(gè)核電項(xiàng)目，共計(jì) 10 臺(tái)新機(jī)組，其中 8 臺(tái)機(jī)組采用了我國(guó)自主研發(fā)的三代核電技術(shù) " 華龍一號(hào) "。中信證券認(rèn)為，國(guó)常會(huì)核準(zhǔn)的機(jī)組數(shù)量及時(shí)間均大超預(yù)期，自主可控邏輯及 AI 需求刺激下，核電有望成為新基建。
5 月 1 日，合肥緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置（BEST）項(xiàng)目工程總裝工作正式啟動(dòng)，較原計(jì)劃提前兩個(gè)月。該裝置將在第一代中國(guó)人造太陽(yáng) EAST 裝置基礎(chǔ)上，首次實(shí)現(xiàn)聚變能發(fā)電演示，推動(dòng)燃燒等離子物理研究，為我國(guó)聚變能發(fā)展提供開創(chuàng)性支持。
對(duì)此，財(cái)聯(lián)社 VIP 特邀行業(yè)專家全面解讀核聚變產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)化進(jìn)程，5 月 7 日攜手蜂網(wǎng)專家為您帶來(lái) "核聚變" 主題的【風(fēng)口專家會(huì)議】。
專家：核聚變是通過(guò)氫同位素原子核聚變釋放能量的過(guò)程，可控核聚變的核心在于實(shí)現(xiàn)能量受控釋放。用核聚變來(lái)發(fā)電需要利用可控核聚變的技術(shù)，目前商業(yè)化聚焦磁約束托卡馬克、慣性約束激光打靶和磁慣性約束三種技術(shù)路徑。磁約束是用磁場(chǎng)把高溫的等離子體約束起來(lái)，讓氫的同位素原子核發(fā)生聚變反應(yīng)，產(chǎn)生能量，用來(lái)發(fā)電。慣性約束核聚變通過(guò)激光打靶，產(chǎn)生模擬核爆。第三種是慣性約束，一個(gè)比較熱門的方向是，介于慣性約束和磁約束之間的一個(gè)核聚變的路線。
從應(yīng)用場(chǎng)景看，全球預(yù)計(jì) 2050 年可能會(huì)面臨 50% 能源缺口，化石能源、太陽(yáng)能、風(fēng)能這些可再生能源將不足以支持人類需求，核聚變有望成為萬(wàn)億級(jí)規(guī)模的終極能源解決方案，對(duì)應(yīng)全球發(fā)電需求缺口（約幾太瓦級(jí)），市場(chǎng)潛力巨大。
問(wèn)題二：近期機(jī)構(gòu)稱核聚變進(jìn)入大規(guī)模投資階段，業(yè)內(nèi)如何看待這種趨勢(shì)？
專家：這一判斷有堅(jiān)實(shí)數(shù)據(jù)支撐。2024 年美國(guó)的核聚變工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)了全球私營(yíng)核聚變公司數(shù)量，四年內(nèi)實(shí)現(xiàn)了翻倍的增長(zhǎng)。整個(gè)核聚變現(xiàn)在的資金投入達(dá) 70 億美元，呈幾何式地增長(zhǎng)。調(diào)研顯示，大約 70% 的商業(yè)公司預(yù)計(jì)在 2030-2040 年之間實(shí)現(xiàn)首次并網(wǎng)發(fā)電，也就是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
中國(guó)目前兩大機(jī)構(gòu)有重要項(xiàng)目，一個(gè)是中核集團(tuán)，另外一個(gè)是中科院。中核集團(tuán)規(guī)劃 2045 年左右實(shí)現(xiàn)核聚變商業(yè)化，基于高溫超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)；中科院 BEST 裝置提前啟動(dòng)，目標(biāo) 2027 年建成燃燒等離子體實(shí)驗(yàn)堆，并且在 2027-2030 年之前實(shí)現(xiàn)能量增益，Q 值大于 5 的目標(biāo)。而中科院計(jì)劃 2035 年建的下一代核聚變裝置 CFETR，預(yù)計(jì)在 2050 年左右建成聚變電站，2050 年后每年建設(shè) 10 座 GW 級(jí)電站，2050-2060 年共建 100 座核聚變電站。
國(guó)際進(jìn)展方面，MIT 孵化的 CFS 公司計(jì)劃 2026 年建成 SPARC 裝置，2030 年 Q 值大于 10，2035 年前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；山姆奧特曼投資的直線型裝置 Helion Energy 估值已達(dá) 400 億人民幣，已融資 15 億美元，在 2021 年等離體的溫度達(dá)到了 1 億度，并對(duì)賭微軟在 2028 年實(shí)現(xiàn) Q 值大于 1。這兩家公司的技術(shù)突破，導(dǎo)致國(guó)家的高層、全世界各個(gè)政府、還有資本都開始關(guān)注核聚變方向，認(rèn)為核聚變的商用化提前到 2035-2040 年之間。
目前可以認(rèn)為今年開始進(jìn)入大規(guī)模投資階段。BEST 裝置已經(jīng)融資了 145 億元人民幣，每年大概會(huì)在該產(chǎn)業(yè)鏈投入 30-40 億人民幣去招標(biāo)。目前中核集團(tuán)也在對(duì)標(biāo)中科院，其在上海市閔行區(qū)成立的中國(guó)聚變能公司，會(huì)引入資本大概 100 億 -200 億左右；浙能電力、上海市未來(lái)產(chǎn)業(yè)基金（百億規(guī)模）等都增資了該公司，未來(lái)中國(guó)石油可能也會(huì)投入資金。并且鵬先覺院士提出的 Z-FFR 聚變裂變混合堆、南昌聯(lián)創(chuàng)光電高溫超導(dǎo)混合堆等項(xiàng)目均為百億量級(jí)。
問(wèn)題三：國(guó)內(nèi)高溫超導(dǎo)與燃燒等離子體兩種技術(shù)路線的主要差異是什么？研發(fā)難度以及投資成本和應(yīng)用效果上有多大區(qū)別？
專家：國(guó)家隊(duì)高溫超導(dǎo)托卡馬克延續(xù) 70 年研究積累，優(yōu)勢(shì)在于參數(shù)成熟，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的 TFTR、歐洲聯(lián)合環(huán) JET、日本的 JT-60，這三大托卡馬克實(shí)現(xiàn)了 Q 值接近 1。但存在建設(shè)周期長(zhǎng)（ITER 延期至 2034 年）、成本高（SPARC 裝置需 60 億美元）的瓶頸。
燃燒等離子體路線通過(guò)提升磁場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)裝置緊湊化，MIT 的 SPARC 裝置體積僅為 ITER 的 1/50。而直線型磁慣性約束裝置采用全新設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、迭代速度快、技術(shù)巧妙創(chuàng)新，Helion 十年完成七代設(shè)備升級(jí)，通過(guò) 15T 脈沖磁場(chǎng)即可實(shí)現(xiàn) Q>1。直線型裝置目前是認(rèn)為有可能通過(guò)快速迭代超過(guò)托卡馬克，更早地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的。
問(wèn)題四：核聚變整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈可以做怎樣的劃分？產(chǎn)業(yè)中有哪些重要的原材料和上游的零部件產(chǎn)品？
專家：以托卡馬克為例，高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)占成本 50%，主機(jī)三大件真空室、冷屏、鍍瓦，加起來(lái)有百分之十幾的占比，土建廠房大概占百分之十幾，輔助系統(tǒng)、電源、儀器和控制電源大概占 10% 左右，儀器和控制（整個(gè)中央控制系統(tǒng)），大概占 5%-6% 左右，冷卻系統(tǒng)大概占 5% 左右。
高溫超導(dǎo)托卡馬克與低溫超導(dǎo)最大區(qū)別在于磁體從低溫超導(dǎo)變?yōu)楦邷爻瑢?dǎo)。這使得磁場(chǎng)得以提升，進(jìn)而裝置體積可縮小。以 SPARC 為例，其與 ITER 參數(shù)相近，但通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)，磁場(chǎng)強(qiáng)度翻倍，體積僅為 ITER 的 1/50。體積縮小后，原材料成本及對(duì)加熱系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)的要求均降低。此外，冷卻系統(tǒng)從液氦變?yōu)橐汉ぜ右旱档土死鋮s要求。整體而言，裝置成本從 ITER 的 200 億降低為約 20 億美元。對(duì)于發(fā)電用反應(yīng)堆，低溫超導(dǎo)反應(yīng)堆成本達(dá)千億級(jí)，高溫超導(dǎo)反應(yīng)堆則便宜約一半，約四五百億。
另外，建設(shè)類似 SPARC 的高溫超導(dǎo)托卡馬克還需上千噸不銹鋼 316L，用于真空室、冷屏和鍍瓦等。除不銹鋼外，還需 DEB 材料，包括純銅、鉻鋯銅等，純銅含量上百噸，鉻鋯銅數(shù)十噸，若制作偏離器還需數(shù)萬(wàn)片烏銅片。
反應(yīng)堆運(yùn)轉(zhuǎn)需用鋰 6 產(chǎn)生聚變，每產(chǎn)生 1 吉瓦聚變每年消耗約 20 公斤鋰，純鋰 6 需幾百公斤，而當(dāng)前鋰電池含鋰 6 和鋰 7，需 100 公斤以上純鋰 6。此外還需鋰增值材料、中子倍增材料、屏蔽材料等。
直線型裝置最關(guān)鍵部件是電容器、快控和快空開關(guān)，這些組成電源系統(tǒng)，占裝置成本一半。下一代裝置目標(biāo)參數(shù)達(dá) 1 億度，按 Helion 現(xiàn)有水平，需約 5.4 億人民幣，其中 2.7 億用于電源系統(tǒng)。未來(lái)超級(jí)電容器和快控開關(guān)至關(guān)重要。
國(guó)內(nèi)供應(yīng)商中，西部超導(dǎo)壟斷低溫超導(dǎo)市場(chǎng)，聯(lián)創(chuàng)光電、能量奇點(diǎn)突破高溫超導(dǎo)磁體，材料主要來(lái)自精達(dá)股份參股的上海超導(dǎo)。而永鼎股份參股的幾家超導(dǎo)公司都具備高溫、超導(dǎo)的能力。
做高溫磁體主要是聯(lián)創(chuàng)光電，上海交大孵化的翌曦科技（現(xiàn)在已經(jīng)歷兩到三輪的融資，每輪融資大概 1 億人民幣），其現(xiàn)在也具備高溫超導(dǎo)磁體的生產(chǎn)技術(shù)，去年也發(fā)新聞實(shí)現(xiàn)了 21 特斯拉的高溫超導(dǎo)的磁體，有大孔徑磁體的研制。
BEST 真空室由合鍛智能承接，偏濾器供應(yīng)商包括國(guó)光電氣、安泰科技、雷福鑫。直線裝置的核心電容器尚依賴進(jìn)口，但景業(yè)智能的遙操系統(tǒng)、江蘇神通、紐威股份的閥門已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。
問(wèn)題五：現(xiàn)階段的各個(gè)項(xiàng)目目前主要在大量采購(gòu)哪些零部件產(chǎn)品呢？整個(gè)建設(shè)周期，上游下單的節(jié)奏怎樣？?jī)?yōu)先、其次、現(xiàn)階段采購(gòu)重點(diǎn)如何？
專家：BEST 項(xiàng)目已采購(gòu) 400 噸行吊和高溫超導(dǎo)纜材，316L 不銹鋼采購(gòu)量達(dá) 7000 噸。建設(shè)周期呈現(xiàn)土建與部件加工同步特征：磁體繞制需 2-3 年，真空室機(jī)加工同步推進(jìn)，加熱系統(tǒng)等輔助設(shè)備并行開發(fā)。直線裝置方面，電源系統(tǒng)占成本 50%，5.4 億元預(yù)算中 2.7 億元用于電容器和快控開關(guān)。從節(jié)奏看，工程設(shè)計(jì)完成后即啟動(dòng)批量采購(gòu)，因主機(jī)三大件需在總裝前全部到位，例如托卡馬克的真空室、冷屏、杜瓦需按環(huán)狀結(jié)構(gòu)依次安裝，任一部件延遲將影響整體進(jìn)度。
BEST 項(xiàng)目在總裝前兩個(gè)月或三個(gè)月便開始準(zhǔn)備，當(dāng) 400 噸的航車就位后，主機(jī)便可在基坑內(nèi)安裝，首先是支撐結(jié)構(gòu)，隨后因裝置呈環(huán)狀，需先安裝真空室，再依次安裝冷屏、磁體和杜瓦。因此，在采購(gòu)初期，土建、電源系統(tǒng)及各類輔助系統(tǒng)（如加熱系統(tǒng)）需同步啟動(dòng)，因其生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。同時(shí)，主機(jī)的三大件（冷屏、冷盾和杜瓦）也開始加工。
此外，磁體的采購(gòu)也至關(guān)重要，例如 BEST 采購(gòu)的高溫超導(dǎo)纜線，這些纜線與銅絲纏繞并加上鎧甲后制成磁體。一旦工程設(shè)計(jì)完成，許多部件便開始批量采購(gòu)。盡管總裝有先后順序，但生產(chǎn)和機(jī)加工階段應(yīng)盡早采購(gòu)部件。
以 BEST 項(xiàng)目為例，從今年上半年開始大量采購(gòu)，計(jì)劃到 2027 年建成，預(yù)計(jì)三年內(nèi)每年采購(gòu)金額約為四五十億。原材料方面，由于整個(gè)裝置主要由鋼和銅構(gòu)成，需采購(gòu)大量 316L 不銹鋼，采購(gòu)后進(jìn)入加工階段，整個(gè)加工周期可能需要兩到三年。此外，成本較高的加熱系統(tǒng)，如低雜波電子回旋加熱和中性束離子回旋加熱等，因?qū)儆诜菢?biāo)設(shè)備，需在科研院所或?qū)I(yè)公司定制。
在優(yōu)先級(jí)方面，所有部件需在總裝前到位，尤其是三大件和磁體，若缺少任何一個(gè)部件，總裝將無(wú)法進(jìn)行。不過(guò)，診斷系統(tǒng)和部分輔助系統(tǒng)可在廠房?jī)?nèi)預(yù)先組裝，之后再移至主基坑安裝。
問(wèn)題六：國(guó)內(nèi)的核電項(xiàng)目在全球有怎樣地位？今年是否會(huì)加大整個(gè)行業(yè)的投入規(guī)模？
專家：這里提到的核電應(yīng)為核裂變。在核裂變領(lǐng)域，中國(guó)處于領(lǐng)先地位。與美國(guó)、法國(guó)、日本及加拿大等國(guó)家相比，中國(guó)核電占比相對(duì)較小，僅占全國(guó)電力系統(tǒng)的百分之幾，而法國(guó)核電占比高達(dá) 70% 左右。福島核電站事故曾導(dǎo)致中國(guó)暫停內(nèi)陸核電站建設(shè)項(xiàng)目。但近年來(lái)，隨著風(fēng)險(xiǎn)投資的發(fā)展和核電技術(shù)的提升，中國(guó)已重啟內(nèi)陸核電建設(shè)。為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰（2050 年）和碳中和（2060 或 2070 年）目標(biāo)，中國(guó)正大力支持核電發(fā)展。中國(guó)的第四代核電技術(shù)（如釷基熔鹽堆、高溫氣冷堆）已處于世界領(lǐng)先水平。除傳統(tǒng)的壓水堆外，中國(guó)還批準(zhǔn)了許多內(nèi)陸核電建設(shè)項(xiàng)目。未來(lái)，若第三代和第四代核電技術(shù)（特別是釷基熔鹽堆等）能穩(wěn)定通過(guò)測(cè)試周期并示范運(yùn)行，中國(guó)將更積極地扶持核電行業(yè)。目前，小堆等創(chuàng)新核電技術(shù)也受到廣泛關(guān)注，許多核電站項(xiàng)目即將投入建設(shè)。
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