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℃)。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 Helion Energy 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。