华福核聚变行业系列专家会议核聚变行业近况解读20251213

华福证券分析师1 、核聚变行业投资规模与节奏、核聚变行业投资规模与节奏· 十五规划投资规模：核聚变虽尚未进入商业化阶段，但前期科研及示范阶段项目金额已较大。目前统计的金额为首期前一两级，若纳入最终的反应器及综合装置，所有装置在“十五”期间若能落地将达到几千亿量级，保守估计规模为千亿级。 2、全球核聚变竞争与战略意图、全球核聚变竞争与战略意图· 核聚变战略地位：核聚变与量子计算、人工智能并列前沿科技高地，三者深度融合、协同突破将构筑下一代科技基石和核心竞争力，因聚变能可解决能源问题，量子计算能突破算力极限，人工智能能赋能各行各业。 华福核聚变行业系列专家会议—核聚变行业近况解读251213 华福证券分析师1 、核聚变行业投资规模与节奏、核聚变行业投资规模与节奏· 十五规划投资规模：核聚变虽尚未进入商业化阶段，但前期科研及示范阶段项目金额已较大。目前统计的金额为首期前一两级，若纳入最终的反应器及综合装置，所有装置在“十五”期间若能落地将达到几千亿量级，保守估计规模为千亿级。 2、全球核聚变竞争与战略意图、全球核聚变竞争与战略意图· 核聚变战略地位：核聚变与量子计算、人工智能并列前沿科技高地，三者深度融合、协同突破将构筑下一代科技基石和核心竞争力，因聚变能可解决能源问题，量子计算能突破算力极限，人工智能能赋能各行各业。 ·全球行业进展：10月份成都召开的世界能源集团第二次部长级会议及IEA大会上，IEA总干事指出核聚变已非能否实现而是更快实现的问题，会议期间发布《聚变能源展望2015》，明确全球聚变探索进入决定性阶段；美国聚变工业协会（FIA）统计50多家商业核聚变公司的商业化计划，70%的公司认为2030~40年之间能实现商业发电，行业正式迈入关键十年，且2025年被定为核聚变发展元年。 ·中美竞争格局：美国10月份由两党领袖、国家实验室主任及科技公司高管共同编制特殊竞争研究项目报告，指出全球核聚变竞赛进入决定国运的关键拐点，上升至国家安全和地缘政治战略地位，提出追加100亿美元一次性专项投资；前两周美国出台类似中国“十四五规划”的报告，明确将核聚变列入，中美核聚变军备竞赛趋势已展现，全球核聚变进入决定性新阶段。 3、双轮驱动模式的价值、双轮驱动模式的价值·中美模式对比：对比中美核聚变科研模式的特点与优劣，美国采用自下而上模式，通过活跃私营资本和市场机制 分散风险、激发创新，技术路线百花齐放（如托克马克反应器、长反位型、激光惯性约束等）；中国采用自上而下的举国体制，90%以上的核聚变投入以前都在托克马克上，资源集中于目标明确的主流路线，能快速推进主流路线工程化，效率高，但存在技术相对单一、灵活性不足的劣势。 ·双轮驱动优势：说明国家队与民企双轮驱动的协同价值，国家队可集中资源突破主流路线，民企具备灵活性、迭代速度快的特点且能探索多技术路线。2024年和2025年核聚变投资火热，大量商业化公司拿到上亿融资，在私营资本加持下，国内民企已覆盖球形托卡马克、高温超导托卡马克、EFRD（稳态及脉冲）等多种核聚变路线，弥补了除托克马克外研究基础薄弱的问题，两者协同有望推动核聚变更蓬勃发展。 4、核聚变技术发展阶段与障碍、核聚变技术发展阶段与障碍·托克马克路线阶段：托克马克是核聚变主流路线，处于科学可行性和工程可行性验证阶段。上世纪90 年代，美国TFT二、欧洲联合环JET、日本JT60U三台托克马克实现Q≈1（能量得失相当）。基于低温超导技术的国际热核聚变实验堆（ITER），中国2006年加入，2034年建成，成本250亿欧元，主机重23000吨，建造周期长，限制了核聚变多样性发展。高温超导磁体技术突破后，美国MIT的高温超导托克马克Spark 2021年开建，2026年建成，成本降至20亿美金，迭代速度、成本及装置复杂性大幅降 低，基于该技术的路线图为10-20年商业化。 ·其他路线阶段：a.仿星器：成熟度比托克马克低，德国W3X是全球最大同仿星器，处于科学可行性到工程可行性之间，Q值未到1；b.激光核聚变：2022年实现Q>1，2025年Q>4.5，已验证科学可行性，激光器成本高、转换效率0.7%，商业化需Q>100；c.磁惯性约束：商业关注度高，美国Helion Energy与微软签订2028年买卖协议，装置结构简单，Q>1后商业化快，科学与工程可行性可同时验证。 5、商业化时间表评价、商业化时间表评价·路线时间预测：从结构和磁场复杂度分析各路线工程难度，仿星器为三维结构、三维磁场（最复杂），托卡马克 为二维结构、三维磁场（技术成熟度最高），直线形装置FRC为一维结构、二维磁场；稳态路线比脉冲路线需解决更多关键科学问题、物理不确定性更大。若所有技术发展顺利无卡脖子问题，仿星器商业化需40年，托卡马克 需30年，稳态FRC需20年，脉冲路线若未验证Q>1则商业化周期约10年左右。 ·民企时间表条件：某民企脉冲路线（黑链）提出2028年商业化，认为不可能那么快。其商业化需满足前提条件：若2025年底和2026年初验证Q>1，则两三年时间可实现50兆瓦电力发电；若未验证Q>1，该路线商业化周期约10年左右。 6、关键指标与运行时间解读、关键指标与运行时间解读·核心指标说明：商业发电关键指标需分路线：主流托克马克和仿星器的关键指标是Q值（能量增益），Q>1 验证科学路线，Q>5实现自持燃烧（靠阿尔法粒子自加热），Q>30具备商业价值（50年生命周期度电成本降到1元以内）；直线型路线1亿度可发生聚变反应，Q>1后因能量转化效率高接近商业化，Q>10可商业化发电（度电成本1毛以内）。所有路线核心参数是三乘积（温度×密度×约束时间）：温度需达到上亿度（未达则未进入燃烧阶段）；密度方面，托卡马克需达到19-20次方，稳态FRC需提升密度；约束时间方面，托卡马克是秒量级（决定Q值提升），稳态FRC是毫秒量级（提升难度大，翻一倍可发Nature），脉冲路线密度比稳态高三个量级，约束时间是毫秒级。 ·约束与运行时间区别：约束时间是能量衰减的特征时间尺度（类似保温杯保温性能，加热停止后变凉的时间）；运行时间是反应堆持续维持温度的时间（类似一直用电阻丝加热保持100度的时间，如EAST的1000秒）。 ·EAST运行原因：EAST运行1000秒后停止主要是设计限制，其加热系统（如电子回旋波系统）、数据采集积分器等按1000秒设计，加热停止后反应自然停止；此外是主动停止，EAST科学目标已超额完成，延长到万秒需升级系统（加热、采集等），成本高且千秒与万秒无本质区别。 7、产业链与卡脖子问题、产业链与卡脖子问题·产业链国产化情况：托克马克产业链国产化率达90% 以上，关键环节国产化进展显著：超导材料方面，高温超导带材技术虽良率略逊美日，但上海超导、东部超导等企业量产规模领跑全球；电源系统复杂且分类多，我国处于世界领先水平；加热系统中，低达波兆瓦级塑条管合肥国产化，电子回旋波电子回旋管成都实现兆瓦级国产 化，离子回旋波发射机及系统达第一梯队，中性束正离子源技术各国掌握程度相近，此前卡脖子的大功率塑条管、电子回旋管等均实现国产化。 ·卡脖子问题：核聚变当前卡脖子问题主要有三：一是氚供应，全球氚年产量不到20公斤；二是材料活化，14兆电子伏高能中子轰击会导致金属材料活化，寿命问题未解决；三是偏滤器问题。 ·氚供应解决方案：氚供应不足的可行路线为氚自持循环：第一炉氚使用全球存量（CFETR设计5~8公斤），反应堆运行时消耗1个氚希望产生1.2个，实际可能产生1.0几个；待反应堆运行后，用其产生的氚供应其他反应堆。 8、核聚变应用场景、核聚变应用场景·聚变中子源应用：聚变中子源是核聚变商业公司宣传的未来有千亿市值的应用场景。 其应用包括：a.BNCT（硼中子治疗），像质子治疗一样通过该方法治癌；b.同位素生产，如中核最近的钼99同位素生产，还可通过中子源生产氚、氦3等核聚变原料，甚至未来用汞生成金在物理原理上也可行。这些属于核聚变“沿途下蛋”的应用，市场规模达几百亿到千亿，但前提是必须达到上亿度离子温度，否则基本原理无法走通。·其他应用方向：聚变中子源的其他应用方向包括：a.核裂变乏燃料处理，这是一个很大的市场；b.混合堆发电，思路是通过聚变堆产生中子源，打混合堆里的5232、U238甚至乏燃料，作为过渡状态的发电模式。 9、能源替代与互补展望、能源替代与互补展望·能源互补系统：聚变能占60%~80%、可再生能源占20%~40% ，二者形成互补模式。聚变提基荷，可再生调峰；聚变反应堆发电的余热用于高温制氢，熔盐储能既作基荷能源也用于调峰；光伏发电、光热发电需大规模熔岩储能系统，其产生的低成本电可电解制氢，余热还能淡化海水。 ·最终能源展望：最终将形成电、氢、水、热、冷全部免费的综合互补能源系统。聚变能源即使未来有SM2小堆也无法做到一户分布，可预见未来最小核聚变电站为FRC方式，用于给超算中心供电，电力水平达50兆瓦到100兆瓦；光伏因分布性对家庭更具优势，仍有生存空间。 Q&AQ: 专家的履历及负责方向是什么？专家的履历及负责方向是什么？ A:专家研究核聚变15年，2011年起参与中国聚变工程实验堆物理设计，三年后赴美国从事两年核聚变理论模拟工作；回国后先后在国内首个民营核聚变公司新奥工作4年、能量奇点工作近2年，后加入阿里投资的诺瓦作为初创团队成员工作1年多。Q:从全球科技与能源竞争视角，国内发展可重复核聚变的战略意图除能源安全外还有从全球科技与能源竞争视角，国内发展可重复核聚变的战略意图除能源安全外还有哪些考量？哪些考量？ A:核聚变是未来前沿科技竞争的制高点，与量子计算、人工智能深度融合协同突破，可构筑下一代科技基石和核心竞争力。IEA大会指出核聚变已从能否实现转向如何更快实现，并发布《聚变能源展望2015》称全球聚变探索 进入决定性阶段；美国聚变工 协会统计50多家商业核聚变公司，70%计划2030-2040年实现商业发电，行业迈入关键十年，今年被定为核聚变发展元年。此外，美国10月由两党领袖、国家实验室主任及科技公司高管编制的特殊竞争研究项目报告，将全球核聚变竞赛上升至国家安全与地缘政治战略地位，建议追加100亿美元一次性专项投资；前两周美国出台类似十四五规划的报告也明确纳入核聚变，中美间核聚变竞赛趋势已显现。 Q:核聚变领域呈现国家队加民企双轨驱动模式，该模式对产业化推进有哪些实际价核聚变领域呈现国家队加民企双轨驱动模式，该模式对产业化推进有哪些实际价值？值？ A:该模式是健康的创新模式，可结合中美模式优势。美国通常采用自下而上模式，通过私营资本与市场机制分散风险、激发创新，在聚变领域探索托克马克反应器、长反位型、激光惯性约束等多技术路线；中国此前以自上而下的举国体制为主，90%以上投入集中在托克马克路线，虽能快速推进主流路线工程化，但技术单一、灵活性不足。双轨驱动下，私营企业借助去年以来火热的核聚变投资，发挥灵活性高、迭代速度快的优势，推动球形托卡马克、高温超导托卡马克、EFRD等多路线百花齐放，弥补了国内非托克马克路线研究基础薄弱的短板，有望促进核聚变产业更蓬勃发展。 Q:核聚变行业通常分为原理探索、规模实验、燃烧实验堆、示范堆、商用等阶段，目核聚变行业通常分为原理探索、规模实验、燃烧实验堆、示范堆、商用等阶段，目前国内外技术与产业前国内外技术与产业发展处于哪个阶段？进入下一阶段的主要障碍是什么？发展处于哪个阶段？进入下一阶段的主要障碍是什么？ A:需按路线划分阶段：主流路线托克马克处于科学可行性和工程可行性验证阶段，上世纪90年代美国TFT二、欧洲联合环JET、日本JT60U已实现Q≈1，但基于低温超导技术的托克马克需发展为超大型装置，存在迭代慢、成本高、复杂性强的问题；高温超导磁体技术突破后，美国MIT高温超导托克马克成本降至20亿美金、5年建造周期，路线图缩短至15-20年商业化。仿星器处于科学可行性到工程可行性之间的阶段，Q值未达1，成熟度