核工装备行业深度汇报(三)：终极能源愈行愈近，可控核聚变产业持续加速

中泰证券研究所专业｜领先｜深度｜诚信 ｜证券研究报告｜ 核工装备深度汇报（三）|终极能源愈行愈近，可控核聚变产业持续加速 2024.12.24 分析师：陈鼎如 执业证书编号：S0740521080001 Email：chendr01@zts.com.cn 分析师：殷通 执业证书编号：S0740524040001 Email：yintong@zts.com.cn 1 投资建议 ◆核聚变装置价值量以超导磁体、维持稳定平衡系统占比最高 ➢根据根据ITER的预计投入，超导磁体在实验堆的占比最高，占比28%，接下来依次是堆内构件17%，建筑14%，真空室8%，电源8%等；当反应堆正式商运时，维持稳定平衡的系统占比最高，达到25%，其次依次是低温装置和冷却水系统16%，建筑15%，堆内构件15%，磁体降至12%等。 ◆投资主线1——超导磁体：根据根据ITER的预计投入，超导磁体在实验堆的占比最高。建议关注： ➢低温超导线材及磁体供应商：西部超导；高温超导带材及磁体供应商：联创光电、永鼎股份、精达股份； ◆投资主线2——涉氚配套及其他设备供应商。建议关注： ➢氚工厂配套：国光电气；PF方圆管：久立特材；杜瓦膨胀节：航天晨光；铜钨偏滤器：安泰科技；片状放大器：立航科技。 风险提示：重大行业政策调整的风险、核聚变发展情况不及预期、技术进展不及预期风险、研报使用信息更新不及时风险、行业规模测算偏差风险、业绩预测和估值判断不达预期风险。 3 目录 CONTENTS 中泰证券研究所 专业｜领先｜深度｜诚信 01 可控核聚变是我国未来能源的唯一方向 02 我国聚变以科研院所牵头，美国民营资本居 多 03 核聚变产业链价值拆分及超导材料近况 04 4 相关标的及风险提示 目录 CONTENTSONTE 中泰所 ｜领先｜深度 1可控核聚变是我国未来能源的唯一方向 今年以来，国务院国资委启动实施未来产业启航行动，明确可控核聚 变领域为未来能源的唯一方向 1.1核聚变能是未来人类的理想能源 核聚变能是未来人类的理想能源：能量密度高：单位质量的聚变燃料释放的能量大，燃烧1千克氘(D)相当于四千克铀 （U），相当于七千吨汽油或者一万吨煤，也就是说“燃烧”1千克海水和燃烧210千克（300升）汽油所获得能量相当。原料来源广泛：每公斤海水含D0.03g，即使考虑能源消耗水平逐年增加，地球上的D也足以用上几百亿年；氚(T)可以通过中子轰击6Li得到,根据USGS数据及计算得到6Li的储量为193万金属吨。而如果使用月球上的3He来核聚变，可满足全球2600年的能源需求；安全性高：环境友好，不排放有害气体，没有放射性污染；依赖核燃料的连续输入，几秒内就能停止，不存在熔毁风险。 裂变反应 裂变反应：200.55MeV单位核子能量：0.85MeV 聚变反应 聚变反应：17.51MeV单位核子能量：3.50MeV 数据来源：中科院等离子所官网、国际原子能机构官网、《化学交换法分离锂同位素的理论及新技术研究进展》、中国青年报、人民日报海外版、USGS、physicsteam、Phys6ics 1.2可控核聚变的经济性 D-T聚变度电燃料成本理论上具有较高性价比：当前大多数实验聚变装置都使用D-T混合物作为燃料。D的成本：根据盖得化工网数据，重水（D2O）价格为31494元/kg，通过精馏、电解可获得D气体，考虑一定的能耗和损耗，假设D价值量约为3.94万元/kg。T的成本：1）商业来源：全球唯一的商业T供给来自19座加拿大CANDU反应堆，每座反应堆每年可生产 0.5kgT，价格可达3万美元/克，换算得到21840万元/kg，我国秦山核电三期也有CANDU型重水堆。2）6Li转换：氚(T)可以通过中子轰击6Li得到。上海有色网数据显示，电池级碳酸锂报价7.64万元/吨，6Li丰度为7.42%，考虑一定的能耗和损耗，则氚的价格约为6.85万元/kg，未来有望随技术进步而降低。由此得到聚变燃料成本：假设聚变机组的发电效率约为30%，测算得氘氚聚变的燃料成本约为0.0365元/kWh，对比中国核电平均燃料成本为0.0418元/kWh，理论测算具备性价比，如果未来转换损耗和能耗持续降低，燃料成本有望更具性价比。 重水堆Li-6-D靶件辐照转化 不同能源形式的成本对比 数据来源：国际原子能机构、盖得化工网、澎湃新闻、上海有色网、中科院等离子所、中国核能行业协会、Refinitiv、Multi-converter、《核电项目全寿命周期成本控制研究》、7 1.3我国核聚变的技术路径及前期项目 核聚变发电的主要有两种：惯性约束聚变（通过激光产生的巨大的压强，使核燃料体积在极短的时间内变小，密度变大， 原子核发生聚变反应，释放出能量）和磁约束聚变（利用磁场来约束温度极高的等离子体的核燃料，以使其反应）。 磁约束聚变 聚变发电 托克马克 环流三号（HL-3）中核集团（成都） 东方超环（EAST） 中科院（合肥） 玄龙50 新奥集团（河北） 洪荒70 能量奇点（上海） 星环聚能（西安） 仿星器 惯性约束聚变 激光惯性约束 （电磁惯性约束） 聚龙一号、神光-Ⅱ、Ⅲ中物院（绵阳） 强光一号 西核院（西安） 数据来源：中科院等离子体所官网、中国国际核聚变能源计划执行中心官网、中科院合肥物质科学研究院官网、新华网、华夏能源网、观察者网、能量奇点官网、中国工程物理8研 1.4如何判断核聚变的成熟度 点火的聚变三乘积：根据劳森判据，当等离子体温度、等离子体密度和约束时间这三个参数达到一定条件时，核聚变反应的能量产出率将大于能量损耗率，并且有足够能量使核聚变反应稳定持续，也就代表核聚变成功点火，一般将这三个参数的乘积作为判定聚变点火的指标。 能量增益因子Q：指的是聚变反应中输出能量和输入能量之比，一般认为商业聚变堆至少需要Q值达到10。由于核聚变的点火、维持强磁场和冷却磁线圈等过程都需要大量的能量输入，目前大部分实验的能量增益因子均小于1，磁约束聚变的记录是欧洲联合环（JET）装置的0.67，此外日本的JT-60U的氘氘聚变实现了1.25的等效增益。 聚变三乘积 国际聚变进展 太阳 温度 15.60×10^6K 压强 2.50×10^8atm 9 数据来源：《超导磁体技术与磁约束核聚变》、HKIE、观察者网、MITTechnologyReview、《磁约束核聚变能研究进展、挑战与展望》、空间科普等，中泰证券研究所 目录 CONTENTSONTE 中泰所 ｜领先｜深度 2 我国聚变以科研院所牵头，美国民营资本居多 南 2.1我国磁约束核聚变研发体系版图 院 团究 集研 核物 中西 ITER项目（1988-） 国 际 HL-3 （2020-） 理 50年来托克马克发展 质 院 学研究院 科科 合肥中物 BEST （示意图，预计2026年建成） CRAFT （2018-） EAST （2007-） CFETR项目 国际上其他大型聚变装置： –国际热核聚变实验堆(ITER)有35个国家参与，重达2.3万吨，近30米高，全球在建最大的核聚变实验装置。 –JET在1983年正式投入运行，2023年退役。退役前曾是全球规模最大、功率最强的在运托卡马克研究装置，在其最后一次实验中，仅使用0.2毫克D-T燃 料就产生5秒的高聚变功率，创造了69MJ的突破性记录。 –JT-60SA是世界上在运的最新、规模最大的核聚变反应堆，于2023年11月2日成功点火，由日本量子科学技术研究所和欧洲聚变能组织合作建设和运行的托卡马克装置。 数据来源：《ITERontheroadtofusionenergy》、新华网、人民网、中科院官网、中科院合肥物质研究院官网、中科院等离子所官网、天眼查、合肥晚报、Fusion2030、解1放1 2.2聚变堆全球的投资规划 2024年全球聚变投资71亿美元，2031-2035年有望实现可控核聚变商业化。全球核聚变投资相较于2023年增加9亿美元，其中公共资金的投入占比达到60%。根据核聚变能协会（FIA）调研，大部分核聚变公司预计2031-2035年可实现可控核聚变向电网第一次供电，同时可以研发出低成本高Q值的商业化核聚变装置。 各聚变公司成立时间1992-2024年聚变公司总数（个） 核聚变并网预期年份可控核聚变商业化预期年份 12 2.3聚变堆投资规划 国内聚变以科研院所牵头，国外聚变募资超过3亿美元的有6家。国内聚变主要是由中核集团、中物院、中科院领头，少 量初创公司参与；国外聚变投资超过3亿美元的公司为COMMONWEALTHFUSIONSYSTEMS、GENERALFUSION、HELION、 SHINETECHNOLOGIES、TAETECHNOLOGIES、TOKAMAKENERGY。 国内投资规划（数据截止2024年12月17日） 公司名称 投资相关情况 中核集团 跟江西省联合200亿 中物院 49.996亿 中科院 85.06亿 新奥集团 已投30亿，预投40亿 能量奇点 天使轮+Pre-A合计融资8亿全部1.12418亿美元 星环聚能 全部0.69亿美元 瀚海新能 数千万 数据来源：FIA2024、联创光电公众号、天眼查、四川省发改委官网、新奥集团官网、解放日报等，中泰证券研究所 国外投资规划（数据截止2024年12月17日） 公司名称融资金额地址 ACCELERONFUSION0.052亿美元美国 AVALANCHEENERGY0.535亿美元美国 BLUELASERFUSIONINC.0.375亿美元美国 COMMONWEALTHFUSIONSYSTEMS~20亿美元美国 CROSSFIELDFUSIONLTD0.005亿美元英国 DEUTELIO0.00538亿美元瑞士、意大利 ELECTRICFUSIONSYSTEMS,INC.0.004亿美元美国 EX-FUSION0.122亿美元日本、澳大利亚、美国 FIRSTLIGHTFUSION0.99亿美元英国 FOCUSEDENERGY1.1亿美元美国、德国 FUSE0.18亿美元美国、加拿大 GAUSSFUSION0.182亿美元德国 GENERALFUSION3.25亿美元加拿大、英国、美国 HB11ENERGYHOLDINGS0.051亿美元澳大利亚 HELICALFUSIONCO.,LTD.0.19亿美元日本、美国 HELICITYSPACECORPORATION0.076亿美元美国 HELION6亿美元美国 HORNETECHNOLOGIES,INC.0.0315亿美元美国 KYOTOFUSIONEERING0.90亿美元日本 LASERFUSIONXINC.0.002亿美元美国LONGVIEWFUSIONENERGYSYSTEMS/美国LPPFUSION,INC.0.10614亿美元美国 MAGNETOINERTIALFUSIONTECHNOLOGIES,INC.0.15亿美元美国 MARVELFUSION2亿美元德国 NEARSTARFUSIONINC.0.0085亿美元美国 NOVATRONFUSIONGROUPAB0.15亿美元瑞典 NT-TAOCOMPACTFUSION0.32亿美元以色列 OPENSTARTECHNOLOGIES0.12亿美元新西兰、美国 PRINCETONFUSIONSYSTEMS0.036亿美元美国 PROXIMAFUSION0.405亿美元德国 REALTAFUSION0.1375亿美元美国 RENAISSANCEFUSION0.295亿美元法国 SHINETECHNOLOGIES8亿美元美国、荷兰 STELLAREX,INC./美国 TAETECHNOLOGIES>12亿美元美国、英国、瑞士 TERRAFUSIONENERGYCORPORATION0.00015亿美元美国 THEAENERGY0.23亿美元美国 13 TOKAMAKENER