国内外核聚变政策陆续出台,大力推进可控核聚变产业化。国务院国资委将重点支持相关企业开展关键技术攻关,力争在核聚变反应堆设计、材料研发、等离子体控制等方面取得突破性进展。同时,还将推动企业加强与高校、科研院所的合作,加快核聚变技术从实验室走向产业化的步伐。2024年7月,中国在核聚变领域的发展路线规划显示,预计在2050年前后建成聚变商用电站,实现聚变堆商用发电,使聚变能源惠及千家万户。JT-60SA进行一系列技术升级,ITER设备测试进展顺利。2025年2月,日本与欧盟合作的JT-60SA核聚变实验堆项目取得了重大进展,为全球能源生产带来了新的希望。2025年1月20日,ITER项目在关键设备测试和调试方面取得了重要进展,尤其是针对其复杂的低温泵系统和真空容器的准备工作。这些设备对于实现ITER的超高真空环境和聚变反应至关重要。多项新项目启动升级(FAST、DIID-D、LDR等):美国RocketStar公司研发的1公斤重微型聚变推进器FireStar Fusion Drive即将进行太空测试,有望通过原子-硼聚变提升50%推力;日本FAST聚变能源示范电厂项目正式启动,计划2025年完成设计并于2030年代末发电;美国DIII-D国家聚变设施完成升级并实现20万次实验性脉冲测试,显著推动了磁约束聚变研究的发展。2024年国内外可控核聚变新增融资快速增长,融资金额超70亿美元。截至2024年7月,累计融资规模达到71亿美元,较2023年增加9亿美元。近年来,全球范围内新建立的聚变公司数量呈现爆发式增长。于2024年11月20日成立的上海未来聚变能源科技有限公司是一家新兴能源技术研发企业,注册资本高达10.26亿元人民币。国内可控核聚变项目进展显著。2024年6月14日,新一代人造太阳“中国环流三号” 项目在国际上首次发现并实现了一种先进磁场结构;2025年1月20日,我国有“人造太阳”之称的EAST在合肥创造新世界纪录,首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”;中国核电日前公布其拟以增资10亿元的方式,参股中国聚变能源有限公司。民营企业核聚变项目多数取得重大突破,可控核聚变产业化程度向纵深发展。洪荒70成功进行了超过标准设计工况的通流实验。其托卡马克中心场强达到了1.02特斯拉,最高场强达到了3.1特斯拉,装置性能显著提升。杨钊预测,到2035年,中国或将迎来可控核聚变发出的第一度电。
建议关注:
真空室核心部件及涉氚装备-国光电气;
高温超导磁体-联创光电;
高温超导线材-精达股份;
高温超导带材-永鼎股份;
聚变堆真空室结构件-合锻智能;
磁体支撑、包层等-东方精工;
真空室第一壁-安泰科技;
核工业基础件-航天晨光;
低温超导线材-西部超导;
参股中国聚变能源公司-中国核电、浙能电力
风险提示:可控核聚变技术发展不及预期;ITER项目推进不及预期;国内可控核聚变项目推进不及预期等。
1.1 近期国内外核聚变政策陆续出台,大力推进可控核聚变产业化
国内:国务院国资委将大力推进可控核聚变快速发展及产业化。5月10日,国务院国资委宣布开展第二批中央企业原创技术策源地布局建设计划,旨在推动各中央企业加大原创技术策源地建设力度,深入实施“加强应用基础研究”等11个行动计划,力争在量子信息、6G、深地深海、可控核聚变、前沿材料等领域取得一批原创成果。在可控核聚变领域,国务院国资委将重点支持相关企业开展关键技术攻关,力争在核聚变反应堆设计、材料研发、等离子体控制等方面取得突破性进展。同时,还将推动企业加强与高校、科研院所的合作,形成产学研用一体化的创新体系,加快核聚变技术从实验室走向产业化的步伐。2024年7月,中国在核聚变领域的发展路线规划显示,预计在2050年前后建成聚变商用电站,实现聚变堆商用发电,使聚变能源惠及千家万户。2025年2月,BEST项目就转子流量计、自力式调节阀等设备进行了金额超89亿的招标。安徽省也已出台《以创新模式加速推进聚变能商业应用战略行动计划(2022—2035年)》,率先确立聚变能实验装置-聚变工程示范堆-聚变商业堆”三步走战略,还制定《关于支持紧凑型聚变能实验装置(BEST)项目建设若干举措》等文件,从园区建设、技术攻关、项目融资、人才引进等方面给予全方位支持。其次,合肥市也印发《中共合肥市委关于推动战略性新兴产业融合集群发展加快建设现代化产业体系的实施意见》,明确培育发展聚变能源先导产业。2025年2月,中国核电公布其拟以增资10亿元的方式,参股中国聚变能源有限公司。德国:2023年9月,德国联邦研究部长Bettina Stark-Watzinger宣布,未来五年,德国将在聚变研究上投资超过10亿欧元,新的资助计划旨在加强联邦教育和研究部 (BMBF) 在马克斯·普朗克等离子体物理研究所(Max-Planck-Institute for Plasma Physics,IPP)、卡尔斯鲁厄理工学院 (Karlsruhe Institute of Technology,KIT) 和于利希研究中心 (Forschungszentrum Jülich,FZJ) 正在进行的各项核聚变实验活动。其中,IPP被誉为欧洲最大的核聚变研究中心之一,在德国Greifswald运行着目前全球最大、最复杂的仿星器聚变装置Wendelstein 7-X。韩国:2024年7月,韩国政府宣布投资1.2万亿韩元(约合8.66亿美元)来加速实现核聚变能源,被誉为“未来梦想能源”。在大田的韩国核聚变能源研究所举行的国家核聚变委员会上,通过了“核聚变能源实现加速战略”,旨在通过公私合作确保建设2030年代核聚变示范反应堆(DEMO)所需的工程技术,并在2050年代实现商业化。重点研究包括氢的同位素融合成氦的过程,以及开发对DEMO建设至关重要的增殖包层技术。此外,韩国还计划开发小型核聚变反应堆的创新技术,提高能源效率,并加强产学研合作,培养核聚变领域的专业人才。图:紧凑型聚变能实验装置(BEST)项目正在加紧施工
资料来源:安徽日报,方正证券研究所
资料来源:公司公告,方正证券研究所
图:韩国超导托卡马克先进研究中心(Kstar)在大田建造了聚变反应堆
资料来源:韩国中央日报,方正证券研究所
1.2 国际核聚变研究进展-JT-60SA进行一系列技术升级,ITER设备测试进展顺利
JT-60SA:2023年10月24日,世界上最新、规模最大的核聚变反应堆——JT-60SA成功点火,成为实用核聚变能源漫长发展进程中的一个里程碑。QST JT-60SA项目负责人Hiroshi Shirai表示,JT-60SA还需要两年的时间才能更持久的运行,以满足有意义的物理实验所需。据悉,到2050年,日本希望建造一座示范发电厂——DEMO,它将成为JT-60SA和ITER未来商业化运行的垫脚石。2024年4月:世界上最强大的核聚变装置JT-60SA投入使用,标志核聚变的商业化更进一步。2025年2月,日本与欧盟合作的JT-60SA核聚变实验堆项目取得了重大进展,为全球能源生产带来了新的希望。自2023年首次实现等离子体放电以来,JT-60SA一直在进行一系列技术升级,为2026年下半年的实验做好准备。ITER项目:2024年10月,由Fusion for Energy(F4E)负责的国际热核聚变实验反应堆(ITER)五个真空室组件中的第一个现已在意大利制造完成。该组件将被运往法国卡达拉舍的托卡马克聚变装置建造现场。2024年12月,11月29日,国际热核聚变实验堆(ITER)包层屏蔽模块首批产品发运仪式在广州举行。由核工业西南物理研究院与东方电气(广州)重型机器有限公司等单位联合设计制造的首批48件包层屏蔽模块以水陆联运方式发往法国。2025年1月20日,国际热核聚变实验堆(ITER)新闻专线报道了《Ready to enter commissioning》的消息。这一报道标志着ITER项目在关键设备测试和调试方面取得了重要进展,尤其是针对其复杂的低温泵系统和真空容器的准备工作。这些设备对于实现ITER的超高真空环境和聚变反应至关重要。
资料来源:中国科学院,方正证券研究所
图:ITER所在地全景图
资料来源:ITER官网,方正证券研究所
1.3 国际核聚变研究进展-多项新项目启动升级(FAST、DIID-D、LDR等)
FireStar Fusion Drive:美国纽约的RocketStar公司宣布,他们研发的“火星聚变推进器”(FireStar Fusion Drive)即将进行太空演示测试。这款微型推进器重量仅为1公斤,但其设计目标是利用核聚变反应产生的能量来推动卫星进入太空。如果这项技术真的能够通过质子-硼聚变增加50%的推力,它将可能开启未来太空推进技术的新时代。
日本FAST:2024年11月12日,日本宣布聚变能源示范电厂项目FAST(Fusion by Advanced Superconducting Tokamak)正式启动,预计将在2025年完成初步设计,2030年代末进行发电示范。新西兰LDR:今年10月27日,位于新西兰惠灵顿的商业聚变公司OpenStar Technologies宣布,其计划建造的悬浮偶极场反应堆(LDR)的核心部件-超导磁体“Junior”已制造完成并开始通电测试,这也标志着其悬浮偶极场聚变装置迎来了首个里程碑时刻。DIII-D国家聚变设施:2024年5月8日,Power Magazine 发布消息,美国DIII-D国家聚变设施已经完成了一系列升级工作。这些升级将加强DIII-D作为全球顶尖的磁约束聚变研究设施的地位,有助于弥合现有实验与首批聚变试验电厂(FPPs)以及未来聚变反应堆在关键物理问题上的差距。2024年10月,美国DIII-D国家聚变设施完成了一个重要的里程碑,实现了20万次实验性的“脉冲”测试。这一成就不仅在数字上令人瞩目,更代表了核聚变研究领域的重大进展,为开发清洁、可持续的能源提供了实质性的突破。
资料来源:中国核技术网,方正证券研究所整理
图:firestar fusion drive微型推进器
资料来源:Rocketstar官网,方正证券研究所整理
2.1国内外可控核聚变融资快速增长,逐渐呈现爆发趋势
根据FIA2024年度报告,截至2024年7月,累计融资规模达到71亿美元,较2023年增加9亿美元。累计公共资金投入为4.26亿美元,2023年该项数据为2.71亿美元。累计融资规模超过2亿美元的聚变公司数量不变,依旧为8家。国际上知名投资者有比尔盖茨、谷歌公司、索尼公司、尼康公司,等等。行业内从事相关工作人员首度来到4000 。从2023年至2024年,全球在可控核聚变领域的整体融资规模呈现快速增长。根据FIA2024年度报告,聚变公司前景广阔,具有较强商业价值。近年来,全球范围内新建立的聚变公司数量呈现爆发式增长。国内的能量奇点、星环聚能被列为独角兽公司,市场对聚变公司的未来预期比较乐观。目前全球核聚变公司,美国有25家,领先于其他国家;其次是日本、英国、德国,分别有3家;中国有3家核聚变公司。大部分核聚变公司主要聚焦于电力和工业用热两大领域,但是清洁能源作为潜在市场势头强劲,前景广阔。2023年新增的核聚变公司中,瑞士新增2家,中国新增1家(星环聚能)。此外,国内核聚变公司还包括能量奇点、上海聚变,新奥集团/翌曦科技等。国内:上海未来聚变能源科技有限公司是一家于2024年11月20日成立的新兴能源技术研发企业,注册资本高达10.26亿元人民币。该公司的经营范围包括新兴能源技术研发、企业管理咨询、企业管理、投资管理等。股权结构方面,上海国投科创投资有限公司、上海电气控股集团有限公司、上海申能诚毅股权投资有限公司分别持股49.3177%、31.1891%、19.4932%,这三家公司均由上海市国资委直接或间接100%控股。国外:2024年6月6日,NUCNET发布新闻称:一家位于日本的私营聚变能源初创公司京都聚变公司(Kyoto Fusioneering)已经与加拿大核实验室(CNL)成立了一家合资企业,以支持氘-氚聚变燃料循环技术的发展。新成立的公司名为Fusion Fuel Cycles(FFC),将专注于为全球聚变发展计划设计和提供大规模燃料循环系统。
资料来源:FIA2023年核聚变报告,方正证券研究所整理
资料来源:FIA2024年核聚变调查报告,方正证券研究所整理
2.2 2024年国内外可控核聚变新增融资快速增长,融资总金额超70亿美元
资料来源:可控核聚变,天眼查,方正证券研究所整理
国内可控核聚变研究持续突破,国家队 民营核聚变齐发力
3.1 国内核聚变研究进展-东方超环EAST,中国环流器二号A(HL-2A)等多个代表项目
2023年4月12日,EAST成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒,刷新了之前的记录,对探索未来的聚变堆前沿物理问题具有重要意义。2025年1月20日,我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)在安徽合肥创造新世界纪录,首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”,标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越,对人类加快实现聚变发电具有重要意义。EAST形如“巨罐”,汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一体,近百万个零部件协同工作,拥有专利近2000项。十余年来,EAST历经15万多次实验,最终实现“亿度千秒”的长脉冲高约束模等离子体运行,攀上新的科学高峰。据悉,下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆已完成工程设计。根据中国磁约束核聚变路线图,未来瞄准建设世界首个聚变示范电站。
资料来源:中国科学院官网,方正证券研究所
3.2 国内核聚变研究进展-东方超环EAST,中国环流器三号(HL-3)等多个代表项目
环流三号:2024年6月14日,新一代人造太阳“中国环流三号” 项目在国际上首次发现并实现了一种先进磁场结构,对提升核聚变装置的控制运行能力具有重要意义。 CRAFT:截至2024年4月,CRAFT作为国家“十三五”重大科技基础设施,主要聚焦于聚变堆主机关键系统的研究,以支持未来清洁能源的开发,夸父主体工程已完成116项关键里程碑中的76项,总体进度达到70%,预计2025年底建成。2024年12月29日,由中国科学院合肥物质院等离子体所建设运行的国家重大基础设施聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)分系统聚变工程堆中心螺管系统完成首轮测试实验。实验结果显示,最大测试电流达到稳态48kA(超过47kA的设计值),设施达到总储能406.7MJ、可用测试磁体内径1500毫米、最高场强12T、接头电阻0.1纳欧,已全面达到设计指标。本次测试结果表明,聚变工程堆中心螺管系统已成为当前国际最大、实验条件最完善的大型超导磁体动态性能测试系统。BEST:近年来,安徽着力打造聚变能源科创引领高地建设,为了加速聚变工程化和商用化进程,在合肥,紧凑型聚变能实验装置(BEST)正如火如荼地进行建设。BEST装置将使用真实的原料氘和氚进行可控核聚变反应,计划在2027年建设完成,并在全球首次演示聚变能发电。2025年2月,BEST项目就转子流量计、自力式调节阀等设备进行了金额超89亿的招标。目前,计划用3年到5年时间加快建设全超导紧凑型聚变装置,实现能量的输出大于输入,在2035年建成中国聚变工程实验堆,实现能量的输出大于输入20倍,开启真正的聚变能源应用,巨量清洁的聚变能将逐步服务千家万户。
资料来源:中国知网 ,方正证券研究所整理
3.3 国内核聚变研究进展-民营企业核聚变项目进展迅速(洪荒70、玄龙-50U等)
洪荒70:2024年6月18日,能量奇点发布最新消息,该公司研发并建造的全球首个全高温超导托卡马克装置——洪荒70,成功实现了等离子体放电。洪荒70装置采用了局部螺旋磁通注入(电子枪)和离子回旋加热(ICRF)两种预电离方式进行放电实验,并成功获得了第一等离子体。2024年12月31日,能量奇点报道了洪荒70高温超导托卡马克有了新的突破。洪荒70是由能量奇点研发建设的全球首台全高温超导托卡马克实验装置。在近期的实验中,洪荒70成功进行了超过标准设计工况的通流实验。其托卡马克中心场强达到了1.02特斯拉,最高场强达到了3.1特斯拉,装置性能显著提升。能量奇点的创始人、CEO杨钊预测,到2035年,中国或将迎来可控核聚变发出的第一度电。球形托卡马克:2024年9月9日下午,星环聚能公司宣布一项装置运行与控制的技术新突破。这标志着该公司在聚变能源领域的技术进步达到了一个新的里程碑。在更强的运行和控制能力的支持下,星环聚能近期显著提高了球形托卡马克等离子体的性能。实现了等离子体电流翻倍,等离子体电子温度提升超过2倍,最高电子温度超过1.2 keV。玄龙-50U:2024年6月,“Physics of Plasmas” 期刊发表新奥球形环氢硼聚变技术路线论文。为了支持这一技术路线,新奥已经完成了对球形环物理实验装置“玄龙-50”的升级,并成功进行了新装置“玄龙-50U”的首次等离子体实验。同时,正在筹建的下一代装置“和龙-2”预计将于2026年建成,届时将对球形环氢硼热核聚变反应率进行验证,并为未来反应堆设计提供实验数据。
资料来源:能量奇点,方正证券研究所
左图:放电设计位形 右图:放电反演位形
5.1建议关注标的
•可控核聚变技术发展不及预期:核聚变发电面临的技术挑战极为复杂。等离子体不稳定性一直是核聚变的一个难题,等离子体很难控制,极易“撕裂”,并且逃逸出用来约束它的强大磁场,使得聚变反应突然中断。
•ITER项目推进不及预期:ITER组织于2023年9月审查了新的计划,其中部分内容是为了尽量减少维修真空容器和隔热屏的影响。2022年11月,两个关键的托卡马克组件在组装过程中发现了缺陷,导致项目进一步延迟,此前该项目已经受到了新冠病毒大流行的影响。核许可证的修订也造成了拖延。ITER之前的目标是在2025年前制造出第一个等离子体,目标不得不推迟。