核聚变装置主要部件拆解：电源深度

核聚变装置电源系统分析

核心摘要

• 电源占比：在托卡马克装置中，外部电力供应及核心加热/电流驱动电源合计占比约15%（电力供应约8%，加热/电流驱动约7%）。
• 磁体电源特点：电流大（kA级），电压相对较低（~1000V），用于超导线圈供电。主要涉及企业：许继电器、艾克赛博、鸿运科技、王子新材。
• 加热电源特点：电压高（数十kV级），用于等离子体加热。主要涉及企业：四川英杰电气、旭光电子。
• 惯性约束路线价值量：在混合堆中，聚变环节电源占比可达~50%。

电源系统构成与功能

• 功能：
  • 为微波、中性粒子束等装置提供能量，维持等离子体高温（上亿度）。
  • 为各类超导线圈（环向场TF、极向场PF、中心螺线管CS、校正场等）供电。
  • 为聚变装置辅助系统供电。
• 系统构成（以ITER为例）：
  • 外部电网：高压电网输入（如440kV）。
  • 配电环节：
    • 脉冲功率电网（PPEN）：承担核心磁体电源及加热电源供电，由中方承制，包含：
      • 磁体电源系统（TF，PF，CS，VS，CC等线圈电源）
      • 辅助加热系统电源
      • 无功补偿及滤波系统
    • 稳态功率电网（SSEN）：承担低温水冷等辅助系统供电，由美方承制。
  • 核心电源类型：
    • 磁体电源：额定电流大（kA级，如65kA），额定电压较低（~1000V，如900V/1350V）。
    • 加热电源：
      • 欧姆加热：仅能加热至~10^7K，不足以达到聚变点火温度（10^8K）。
      • 辅助加热：ITER采用四种方式：
        • 离子回旋加热（ICRF）：电源电压18—27kV，技术类型：PSM电源。
        • 低混杂波加热（LH）：电源电压90kV，技术类型：PSM电源。
        • 电子回旋加热（EC）：电源电压55kV，技术类型：PSM电源。
        • 中性束注入加热（NBI）：加速器电源电压高达1000kV，技术类型：HVPS电源。
      • PSM（脉冲阶梯调制）电源 vs. HVPS（异变型高压）电源：
        • PSM：优点是精度高、纹波小、响应快、效率高，缺点是系统复杂。适用于100kV以内高压电源（ICRF，LH，EC）。
        • HVPS：优点是易实现高压绝缘，缺点是控制复杂、成本高。主要用于NBI。
    • 无功补偿及滤波系统：解决大功率变流器产生的谐波对电网的影响，由中方承制。

电源价值量占比

• 托卡马克（磁约束）：整体电源占比约15%（电力供应~8%，加热/电流驱动~7%）。核心加热/磁体电源占比约7—10%。
• 惯性约束（如Z箍缩混合堆）：聚变环节（驱动器）成本占比极高，以30亿美元Z箍缩装置为例，驱动器（主要为电源）成本约10亿美元，占聚变环节成本~50%。

竞争格局与核心标的

• 加热电源（关注PSM/HVPS技术）：
  • 上市公司：
    • 四川英杰电气：布局PSM电源、超导磁体电源，有核电功率控制基础。
    • 四方股份（旗下四方华能）：研制出140kVPSM电源，有ITER供货经验，地处合肥，有望参与BEST项目。
    • 旭光电子：供应核心部件大功率真空四极管（用于ICRF加热）。
  • 非上市公司：
    • 安徽精进能源：覆盖ICRF，LH，EC，NBI等多种加热电源。
    • 西容兆波：提供ICRF系统部件。
    • 中科院空天院：提供LH系统速调管。
    • 明珠电器：提供PSM电源用多绕组干式整流变压器。
• 磁体电源（关注大电流技术）：
  • 上市公司：
    • 许继电器：参与西南院超容储能、BEST首套PF线圈电源。
    • 艾克赛博：参与EAST、BEST、HL—2M磁体电源（如真空室线圈电源），也有加热电源布局。
    • 鸿运科技（意大利子公司）：参与日本JT—60SA校正场线圈电源。
    • 王子新材：供应薄膜电容（给上级供应商如许继电器）。
  • 非上市公司：
    • 荣信汇科：提供垂直稳定场（VS）变流器。
    • 安徽精进能源：也覆盖纵场（TF）等磁体电源。
• 惯性约束电源：
  • 上市公司：
    • 许继电器：有相关布局。
  • 非上市公司：
    • 安徽精进能源：有相关布局。
• 其他辅助电源/部件：
  • 中国西电：聚变电源工作组/中性束工作组变压器。
  • 久盛电气：特种电缆。
  • 国力股份：氢闸流管（用于快控电源等）。

核心结论与关注点

1. 电源是核聚变装置关键子系统，在托卡马克中占比~15%，在惯性约束中占比显著更高(~50%)。
2. 加热电源（高电压，PSM/HVPS技术）技术壁垒高于磁体电源（大电流），价值量占比也更高（7—10% vs. 磁体电源部分）。
3. 惯性约束路线（如Z箍缩混合堆）的推进将大幅提升电源市场空间与重要性。
4. 标的关注：
   • 加热电源核心：四川英杰电气、四方股份（四方华能）、旭光电子（部件）。
   • 磁体电源核心：许继电器、艾克赛博。
   • 惯性约束电源：许继电器、安徽精进能源（非上市）。
   • 其他：王子新材（电容）、鸿讯科技（校正场）、久盛电气（电缆）、国力股份（开关）等也值得关注。
5. 非上市公司（如安徽精进能源、荣信汇科、西容波、明珠电器、空天院）在细分领域占据重要地位，是竞争格局重要组成部分。