大国碳中和之可控核聚变：可控核聚变商业化加速，能源发展有望迎来新突破
请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告|2023年08月15日超配大国碳中和之可控核聚变可控核聚变商业化加速，能源发展有望迎来新突破核心观点行业研究·行业专题公用事业超配·维持评级证券分析师：黄秀杰证券分析师：郑汉林021-617610290755-81982169huangxiujie@guosen.com.cnzhenghanlin@guosen.com.cnS0980521060002S0980522090003市场走势资料来源：Wind、国信证券经济研究所整理相关研究报告《大国碳中和之新型电力系统-灵活性调节需求释放，虚拟电厂大有可为》——2023-08-15《公用环保202308第2期-山西、山东完善辅助服务相关政策，欧洲天然气价格大涨》——2023-08-14《公用环保2023年8月投资策略-绿证全覆盖促进绿电消费，消纳权重稳步提升》——2023-08-06《公用环保202307第5期-23H1光伏发电装机加速，天然气消费量同比增长5.6%》——2023-07-31《绿电行业专题-多重因素边际改善，绿电板块有望迎来修复》——2023-07-24可控核聚变兼具三大优势，能源发展有望迎来新突破。能量密度高：据测算，目前主要研究方向的氘氚聚变中，1克氘氚气体聚变产生的能量约等于5克铀235裂变或18吨5500大卡煤炭燃烧所释放的能量。原料来源广泛：氘可以通过提取并电解海水中的重水获得，而氚可以通过热中子轰击锂6原子得到。根据我们的简单测算，氘氚聚变的燃料成本约为0.0050元/kWh。安全性高：原料和产物放射性相对可控，不产生放射性乏燃料；聚变反应可通过停止燃料供应立刻中断，不存在熔毁风险。积极参与ITER项目，国内两大试验堆取得多项成果。目前世界规模最大的试验堆是多国合作的ITER项目，最新预期2029年完工。我国最主要的两个聚变试验堆分别是HL-2M和EAST，已取得1MA等离子体电流、1亿度等离子体温度和1000秒等离子体约束时间等多项成果。此外，CFETR项目正在建设，其中二期项目规划达到1GW功率，能量增益因子达到10，预计2035年建成。磁约束是主要的研究方向，托卡马克装置成熟度较高。根据聚变堆约束等离子体的方式可将可控核聚变分为磁约束、惯性约束和重力约束，目前以能源为目的的研究主要聚焦于磁约束方向。磁约束的典型装置中，环形托卡马克被认为是最有可能实现可控核聚变的装置。此外，球型托卡马克主要用于基础物理研究，而仿星器仍存在新古典运输等难点。高温超导突破，有望提升聚变堆参数。高性能磁约束聚变堆需要使用超导磁线圈，世界首座非圆截面全超导托卡马克EAST装置仍使用低温超导体，冷却成本较高。1986年发现镧-钡-铜-氧化合物超导性质后，高温超导材料有较大的发展，临界温度最高已达250K（-23°C）。若未来可以发现临界温度更高的高温甚至室温超导材料并用于聚变堆磁线圈，聚变堆性能有望进一步提高。AI发展超预期，助力仿真、设计和控制环节。由于聚变过程的复杂性，其模拟仿真、装置设计及控制存在一定的困难。人工智能的不断发展和算力的持续提升有望提高聚变研究和设计的效率。资本市场对可控核聚变落地乐观，首个聚变商业协议拟2028年发电。民营企业也开始参与可控核聚变的研究。相关统计显示，截至2023年4月，已有44家聚变企业完成创建，其中仅2022年就创建了9家公司。这些公司对聚变预期较为乐观，超半数认为2035年首台核聚变机组有望并网发电。微软公司与聚变公司HelionEnergy签署对赌协议，后者2028年起向微软提供至少50MW电力，并承诺将核聚变发电成本降低至1美分/kWh。聚变产业链覆盖广，投资机会比较丰富。聚变产业链上游覆盖有色金属（钨、铜等）、特种钢材、特种气体（氘、氚）等原料供应；中游覆盖聚变技术研发、装备制造（第一壁、偏滤器、蒸汽发生器、超导磁线圈等组件）及仿真、控制软件的开发；下游覆盖聚变机组的运营。聚变产业链覆盖范围较广，存在较多优质投资机会。投资建议：推荐关注聚变产业链上游原材料供应公司和中游装备制造公司；推荐“核电与新能源”双轮驱动中国核电；推荐集团成立能源研究院，建成玄龙-50聚变装置的新奥股份。 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告风险提示：技术发展不及预期；政策不及预期；电价下调。重点公司盈利预测及投资评级公司公司投资昨收盘总市值EPSPE代码名称评级（元）（百万元）2022A2023E2022A2023E601985.SH中国核电买入7.301378.50.470.5415.613.4600803.SH新奥股份买入18.01558.01.902.279.57.9资料来源：Wind、国信证券经济研究所预测 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告3内容目录可控核聚变优势显著，能源发展有望迎来新突破....................................6氘-氚聚变实现难度相对最低，能量密度远超现有能源形式...................................6原料来源相对广泛，安全性优于裂变堆....................................................7约束方式主要分为磁约束和惯性约束，托卡马克装置成熟度最高..............................8世界各国持续推进，我国两大聚变试验堆取得多项成果.....................................12超导+AI双重催化，可控核聚变有望加速实现......................................15高温超导引发关注，临界温度不断升高...................................................16AI快速发展和算力持续增强，增强仿真、设计和控制能力..................................18资本市场持续关注，聚变领域活力增强...................................................20风险提示.....................................................................23 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告4图表目录图1：氘-氚聚变聚变示意图.................................................................6图2：聚变能量密度远超其他能源形式........................................................7图3：托卡马克装置结构....................................................................9图4：托卡马克装置主要部件示意图..........................................................9图5：SSPX装置及其同轴螺旋注入方式示意图.................................................10图6：球形托卡马克剖面示意图.............................................................10图7：W7-X仿星器结构及磁场示意图.........................................................10图8：W7-X装置实景.......................................................................10图9：惯性约束原理示意图.................................................................11图10：NIF靶仓点火原理示意图.............................................................11图11：NIF基础平面图.....................................................................11图12：NIF靶仓组装（右上为放大后的靶仓）.................................................11图13：ITER建设实景......................................................................12图14：中国承担ITER计划采购包情况.......................................................12图15：中国磁约束聚变发展路线图..........................................................13图16：EAST装置结构示意图................................................................14图17：EAST装置实景......................................................................14图18：CEFTR效果图.......................................................................14图19：CFETR建设情况（2021年）..........................................................14图20：氘-氚聚变聚变示意图...............................................................15图21：WebofScience记录的超导论文数量（检索主题为superconductivity）..................17图22：超导材料临界温度发展进程..........................................................17图23：EAST纵场线圈......................................................................18图24：使用COSMOL进行等离子体仿真.......................................................19图25：人工智能赋能材料科学..............................................................19图26：深度强化学习实现托卡马克磁控制架构示意图..........................................20图27：聚变公司创立情况..................................................................20图28：40家聚变公司对首台机组供电时间的预期..............................................21图29：30家聚变公司对供电时间的规划......................................................21图30：聚变产业链相关公司...........................................
