可控核聚变专题二：拆分不同技术路线，电源是核心驱动引擎

可控核聚变专题二：拆分不同技术路线，电源是核心驱动引擎 |报告要点 托卡马克装置通过磁体线圈产生的磁场位形是一种螺线形的环向磁场，其磁体线圈主要由环向磁体、欧姆场磁体和平衡场磁体组成。为了实现磁约束的目标，需要给磁体线圈配备相应的电源系统。以ITER项目为例，加热和电流驱动系统投资占总投资比例为8%，我们认为随着未来可控核聚变的加速发展，聚变电源市场具备较强发展潜力。 |分析师及联系人 张磊张天浩SAC：S0590524110005 SAC：S0590525040001 电力设备 可控核聚变专题二：拆分不同技术路线，电源是核心驱动引擎 ➢托卡马克：电源负责等离子体约束、加热、维持，价值量高 托卡马克装置通过强磁场将等离子体约束在小范围内实现聚变反应，ITER装置运行时电源主要作用为：1）为超导磁体线圈提供可控电流，控制等离子体的位置及形状；2）为辅助加热装置提供能量，加热和驱动等离子体；3）提供失超保护。电源环节投资占比较大，ITER项目电源相关占比15%左右，其中电源供应系统投资占比为8%，加热和电流驱动系统投资占比为7%,远期商业化项目DEMO中，电源相关占比达10%。ITER项目中，中国承担脉冲高压变电站、无功补偿和滤波系统、极向场变流系统等产品，国内厂家技术底蕴丰厚。 投资建议：强于大市（维持）上次建议：强于大市 ➢托卡马克：磁体电源为超导线圈导通电流产生稳定磁场 磁体电源系统主要包括磁体电源与脉冲高压变电站、无功补偿与滤波系统。线圈供电系统有多个子电源系统，给不同功能的超导线圈磁体供电，磁体电源细分单元主要有变流器单元、开关网络单元、快速放电单元等组成，核心器件为晶闸管和开关。无功补偿可以平抑晶闸管变流系统运行时产生无功冲击和谐波污染，脉冲高压变电站设备包括高压配电站的全部设备，主要用于稳定电力传输。 相关报告 ➢托卡马克：辅助加热电源维持等离子体稳定燃烧 1、《电力设备：多领域需求共振加速AI数据中心建设》2025.07.302、《电力设备：数据中心液冷渗透率有望大幅提升》2025.07.28 欧姆加热有上限，需要辅助加热设备，主要辅助加热手段有射频波加热及中性束注入加热。射频波加热主要分为离子回旋加热（ICRH）、低杂波电流驱动加热（LHCD）和电子回旋共振加热（ECRH）等形式；中性束注入主要功能为向等离子体注入高能中性粒子。射频波加热、中性束注入均需要高压电源，主要有PSM高压电源，HVPS逆变型高压直流电源。 ➢其他路线：Z-箍缩混合堆核心设备为电流驱动器 Z箍缩（Z-Pinch）指用强脉冲电流通过导体负载产生的角向磁场将负载内向箍缩，极端压缩等离子体可使中心氘氚燃料瞬间达到高温高压状态，实现核聚变。核心装置60-70MA级驱动器占比33%，驱动器要求电流功率大、脉冲信号高、可重复运行、高可靠性和长使用寿命。 ➢其他路线：电源驱动等离子体形成场反位形（FRC） 场反位形（FRC）由脉冲电源驱动形成，FRC具有更高的β值，输出的等离子体温度和密度更高。FRC装置主要包含磁体系统、真空系统、电源系统、诊断系统、注气系统、控制与数据采集系统等，电源系统为核心设备，FRC电源分为形成区电源和准稳态电源，形成区电源用于形成初始等离子体和形成场反位形，准稳态电源在FRC形成并且传输到中心室后，提供持续、相对稳定的电流，维持FRC的平衡，形成区电源核心零部件为真空开关和电容。 ➢投资建议：关注电源系统和核心器件公司 核聚变电源系统为装置的驱动器且占比较高，电源系统技术壁垒较高，需要满足耐高压、大电流、实时调节等要求，认证壁垒高，企业具有先发优势。关注电源系统和核心器件公司。 扫码查看更多 风险提示：核聚变项目审批招标进度不及预期；核聚变科研路线研发进度不及预期；市场竞争风险。 正文目录 1.托卡马克：电源负责等离子体约束、加热、维持.........................51.1磁体电源系统：生成稳态磁场核心设备...........................71.2加热电源：辅助加热维持等离子体温度..........................102.新技术路线：电源系统价值量高.....................................142.1Z-箍缩混合堆核心设备为电流驱动器...........................142.2电源驱动等离子体形成场反位形（FRC）路线.....................172.3公司布局情况...............................................203.投资建议：关注电源系统和核心器件公司.............................214.风险提示.........................................................21 图表目录 图表1：托卡马克装置中磁体与产生的磁场................................5图表2：ITER电源线圈运行电流、等离子体电流及辅助加热系统电流波形图....6图表3：ITER项目电源系统组成.........................................6图表4：ITER项目成本拆分.............................................7图表5：远期Demo项目成本拆分.........................................7图表6：ITER磁体电源网络.............................................7图表7：不同磁体线圈由其相应电源负责供电..............................8图表8：ITER各个主要单元参数.........................................9图表9：变流器单元、开关网络单元、快速放电单元的电路网络..............9图表10：无功补偿及谐波抑制系统配置..................................10图表11：脉冲高压变压站主要设备与技术参数............................10图表12：托卡马克装置不同的加热方式示意图............................11图表13：射频波加热的主要分类情况....................................12图表14：主要射频波加热与电流驱动特点................................12图表15：NBI电源系统原理图..........................................12图表16：PSM高压电源电路原理图......................................13图表17：PSM技术在辅助加热系统中的部分应用情况......................13图表18：逆变型直流高压电源单级电路结构示意图........................14图表19：Z-Pinch示意图..............................................15图表20：磁化套筒惯性约束聚变模拟结果................................15图表21：混合堆（Z-FFR）原理.........................................15图表22：Z箍缩驱动聚变-裂变混合堆装置拆分...........................16图表23：Z箍缩驱动聚变-裂变混合堆成本拆分...........................16图表24：“聚龙一号”装置示意图......................................17图表25：“聚龙一号”上下两路模块结构................................17图表26：场反位形电流、磁场结构示意图................................17图表27：实验推导的不同类型装置实验参数区别..........................17图表28：C-2W装置示意图.............................................18图表29：磁化靶聚变方案示意图........................................18 图表30：HFRC装置构造情况...........................................18图表31：场反θ箍缩形成方式典型阶段..................................19图表32：场反θ箍缩形成阶段磁场、磁通变化曲线........................19图表33：HFRC电源装置分布情况.......................................19图表34：HFRC形成区电源电路拓扑.....................................20图表35：HFRC高压脉冲电源系统各支路参数.............................20图表36：核聚变电源相关公司布局......................................20 1.托卡马克：电源负责等离子体约束、加热、维持 托卡马克装置通过强磁场将等离子体约束在小范围内实现聚变反应。实现可控核聚变需要高温等离子体。托卡马克装置是磁约束聚变最接近工程化的技术路线，其装置中央是一个环形的真空室，外围缠绕着超导线圈，在导通大电流下超导线圈所产生强磁场，将等离子体约束在小范围内实现核聚变反应。 实现磁约束需要配备相应电源系统。托卡马克装置通过磁体线圈产生的磁场位形是螺线形环向磁场，将等离子体约束在真空区域内。其磁体线圈组成主要有产生环向磁场的环向场线圈（TF）、激励产生和维持等离子体电流的中心螺线管（CS）、维持等离子体平衡及控制等离子体平衡的极向场线圈（PF）组成，为了产生磁场、驱动等离子体电流、控制等离子体平衡需要配备大功率电源系统。 ITER装置以周期模式运行，运行时为实现对等离子体的实时控制及加热，各类电源需要实时调节其输出功率，装置运行时电源系统的主要作用为：1）通过AC/DC变流器为超导磁体线圈提供可控电流，控制等离子体的位置及形状；2）为辅助加热装置提供能量，加热和驱动等离子体；3）为超导磁体失超提供保护。 资料来源：《ITER电源系统冲击功率补偿策略研究》李磊，国联民生证券研究所 以ITER项目的电源系统为例，ITER电源系统由稳态高压变电站（SSEN）、脉冲高压变电站（PPEN）、磁体电源（CPS）和辅助加热电源系统（HPS）组成。ITER项目电能直接从400kV电网变送，三台绕组降压变压器将电压降为66kV和22kV。SSEN主要用于低温系统、水冷系统、氚工厂、数据处理、照明空调等；PPEN主要供给磁体电源、辅助加热电源系统供电；无功补偿与滤波系统用于改善电网电能质量。 资料来源：《ITER聚变装置及其电源系统》胡星光等，国联民生证券研究所 投资占比：ITER项目电源相关占比15%左右。ITER项目，设计电源系统的项目主要有两个，即1）电源供应系统，2）加热即电驱系统。根据《Superconductors forfusion:a roadmap》,其中电源供应系统投资占比为8%，加热和电流驱动系统投资占 比为7%。远期商业化项目DEMO中电源相关占比达10%，其中电源供应系统投资占比为2%，加热和电流驱动系统投资占总投资的8%。 资料来源：