可控核聚變發展背景、產業布局及市場規模如何？

政策利好核聚變發展，靜待行業春風。

核聚變依托優異的性能得到我國重視。核聚變部分燃料很容易獲得，如作為氫同位素的氘 和氚，可以通過海水大量獲取，與化石燃料和核裂變所必須的鈾相比，成本低的同時產生 的溫室氣體和放射性廢物最少。核聚變特有的安全性降低了災難性故障的風險，可控核聚 變發展有望利用高科技創造更多就業機會，其帶來的科學進步也將創造巨大的經濟效益。 實現聚變能源可以加強能源安全，減少對進口燃料的依賴，并促進我國成為尖端能源技術 的全球領導者，在環境保護和減緩氣候變化方面發揮關鍵作用。為實現這一目標，國務院 和各地政府出臺了一系列政策以支持和促進可控核聚變的發展。

中央核心文件彰顯堅定發展核聚變的決心。自 2021 年以來，中央發布了兩份核心文件以 強調發展可控核聚變技術，兩份文件分別從環境保護與現代能源發展的角度闡述了該技術 的重要性與國家發展的決心。2021 年 10 月 24 日，《中共中央國務院關于完整準確全面貫 徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》（后簡稱“雙碳工作意見”）中明確指出：為 加強綠色低碳重大科技攻關和推廣應用，要推進可控核聚變等低碳前沿技術攻關。另一方 面，2022 年 3 月 22 日在國家《“十四五”現代能源體系規劃》（后簡稱“能源體系規劃”） 文件中，直接要求我國繼續發展先進核能技術，三代核電關鍵技術優化升級示范應用，模 塊式小型堆、(超)高溫氣冷堆、低溫供熱堆、快堆、熔鹽堆、海上浮動式核動力平臺等技術攻關及示范應用，并支持新燃料、新材料等新技術研發應用；支持可控核聚變的前期研 發，并積極開展國際合作。 除這兩份關鍵文件之外，國家還實施了一系列政策助力可控核聚變發展。我國在增加高技 術產業投資并積極布局核聚變產業、擴大規模的同時，積極尋求國際交流合作，與俄羅斯、 法國等國家充分交流、分享核聚變研究成果，并準備開展下一階段研究。

安徽省為我國重要的核聚變工業大省。在核聚變技術公司和研究中心的支持下，中國安徽 省的核聚變產業正在成為國家能源戰略的重要組成部分。中國科學院合肥物理科學研究院 (HFIPS)等領先機構走在了最前沿，他們操作著被稱為“中國人造太陽”的實驗先進超導 托卡馬克(EAST)，旨在實現長期穩定的等離子體運行。HFIPS、中國核工業集團公司(CNNC) 等大型國有企業和安徽恒坤能源科技有限公司等地方實體的合作進一步加強了研發力度。 核聚變產業鏈正在通過多渠道融資擴大產業規模，通過高科技就業機會以及可應用能源為 當地經濟做出貢獻。目前的項目包括 EAST 和聚變工程試驗反應堆(CFETR)，兩個項目在實 驗反應堆和商業聚變發電廠之間架起橋梁。未來的計劃包括擴大研發規模，到 2030 年通 過試點工廠實現完全商業化發展。政府方面將繼續批準新的核聚變工程園區，加快工程化 與商業化進程。安徽的核聚變產業整體目前處于國內領先水平。

四川省核聚變工業正在迅速發展，并為國家的清潔能源項目做出了重大貢獻。中國核工業 集團公司(CNNC)和西南物理研究所(SWIP)等主要參與者走在核聚變技術前沿，SWIP 操作的 HL-2A 和 HL-2M 托卡馬克，分別專注于了解等離子體行為和實現更高的等離子體溫度。

上海市聚焦核電產業,專注于核聚變商業化進程。在核電產業方面，上海市出臺政策鼓勵創新并提出了明確的規模目標。上海的核電工業是中國能源多樣化和減少碳排放戰略的重 要組成部分，在國家產業布局中發揮著重要作用。上海電氣集團、中國核工業集團公司 (CNNC)和國家電力投資公司(SPIC)等主要參與者分別以制造核電設備、監督核能開發和推 進核技術為重點，推動了該行業的發展。上海的核電工業支持著重要的核電裝機容量，通 過新項目和升級，旨在助力中國到 2025 年達到 70GW 的核電裝機目標。CNNC 和中國廣核集 團正在大力投資研發先進的反應堆設計，如華龍一號和 CAP1400，推進與強調安全、效率 和國際合作。上海具有良好的工業基礎可以促進核電產業經濟一體化和出口潛力，作為戰 略樞紐，上海的核電產業蓄勢以待。

全球各國紛紛推進核聚變實驗裝置，ITER 為標志性項目。目前，全球主要國家紛紛推出 政策并采取行動，積極推動核聚變的商業化進程。隨著技術不斷突破，可控核聚變正在逐 步接近實現聚變發電的目標。ITER 是全球核聚變裝置的示范性項目，其時間線標志全球核 聚變技術發展。ITER 目標 Q 值為 10。從整體來看，第一階段：建設一個氘、氚能燃燒產 生 5*10^5 kw 聚變功率、聚變增益系數 Q=10、脈沖維持大于 400s 的托卡馬克聚變堆；第 二階段調試：探索實現穩態高約束的高性能燃燒等離子體，聚變增益系數 Q=5，脈沖維持 大于 3000s。

國際上，核聚變產業上游包括關鍵材料如鈦合金、高溫陶瓷等，和核聚變所需燃料供應， 企業集中在美國和日本等。高溫超導材料供應商包括住友電工（日本）、SuperPower Inc （美國）等。住友電工主要制造和供應高溫超導線材和相關產品，SuperPower Inc 生產高 性能高溫超導線材，主要用于能源和醫療領域。燃料供應商包括劍橋同位素實驗室公司（英 國）等。劍橋同位素實驗室公司可以提供高純度氘氣和氚氣，作為核聚變反應的主要燃料。 核聚變產業的中游環節涉及核聚變反應堆的建設和運營，集中在美國和歐洲。核聚變產業 的中游環節包括反應堆設計、工程施工、等離子體加熱系統、超導磁體系統、診斷和監測 系統、以及控制和數據采集系統等關鍵技術和設備的開發和集成。托卡馬克反應堆設計與 建造主要有通用原子能公司（General Atomics）（美國）、核聚變能源（Fusion For Energy, F4E）（西班牙）等。超導磁體系統主要有日本原子能研究開發機構（JAEA）（日本）、科 赫斯特（CERN）（瑞士）等。診斷和監測系統主要有安特衛普大學（University of Antwerp） （比利時）、奧地利國家科學技術研究所（Austrian Institute of Technology, AIT）（奧 地利）等。

國際上核聚變商業化應用公司多為私人投資，技術路徑多樣。根據 FIA 2023 調查顯示， 全球 2023 年核聚變投資約為 62 億美元，其中個人投資為 59 億美元，占比高達 95%。公 司包括赫爾摩斯核聚變公司（Helion Energy）（美國），專注于開發脈沖聚變裝置，稱為“聚 變引擎”，使用氘-氚作為燃料，目標是實現高效能量輸出。其獨特的磁約束方法能夠在短 時間內達到高溫和高壓，實現核聚變反應。托卡馬克能源（Tokamak Energy）（英國）專 注于開發緊湊型托卡馬克裝置，使用高溫超導磁體以提高等離子體的約束能力和設備的緊 湊性。其最新的 ST40 裝置已經成功實現了 1500 萬攝氏度的等離子體溫度。公司計劃在 2030 年前實現商業核聚變發電，并在 2025 年實現一個規模較小的商用原型反應堆 。

我國已確定以磁約束聚變作為核聚變技術發展的主要路線，并在關鍵技術方面達到了全球 領先水平。中國的可控核聚變研究始于 20 世紀 50 年代中期。1994 年，我國建成了首臺超導托卡馬克裝置 HT-7。2002 年，具有偏濾器位形的中國環流器二號 A 裝置（HL-2A）投入 使用。2006 年，世界上第一臺全超導托卡馬克裝置東方超環（EAST）首次成功放電。從 2008 年到 2023 年 11 月 20 日，我國國家磁約束核聚變能發展研究專項共部署了 220 個項 目，總計投入約 60 億元，取得了多項國際和國內領先的研究成果。 中國在全球核聚變產業鏈中占據重要地位，尤其在國際熱核聚變實驗堆（ITER）項目的建 設中扮演了關鍵角色。ITER 是一個由 35 個國家共同參與的大型國際合作項目，其建設和 運營費用由參與國分擔。根據 ITER 官網顯示，中國、印度、日本、韓國、俄羅斯及美國 分別承擔了 ITER 建設階段費用的 9.1%，累計承擔約 54.6%，其中 90%是以設備形式貢獻， 剩余 10%為現金貢獻。在 ITER 項目中，各國的貢獻被細分為 22 個采購包和 97 個子包。中 國承擔了其中 12 個子包的制造任務，總費用達到 40 億元人民幣。這些子包包括制造關鍵 零部件和系統，這些部件對于 ITER 裝置的成功建設和運行至關重要。

我國磁約束聚變整體發展規劃明確，商用落地預計時間為 2050 年。根據《中國工程科學》中 《可控核聚變科學技術前沿問題和進展》描述，以 2015 年出發來看，我國磁約束聚變的近期 （已實現）、中期和遠期技術目標為： 1. 近期目標（2015—2021 年）：建立近堆芯級穩態等離子體實驗平臺，吸收消化、發展與儲 備聚變工程實驗堆關鍵技術，設計、預研聚變工程實驗堆關鍵部件等； 2．中期目標（2021—2035 年）：建設、運行聚變工程實驗堆，開展穩態、高效、安全聚變堆 科學研究； 3. 遠期目標（2035—2050 年）：發展聚變電站，探索聚變商用電站的工程、安全、經濟性。

我國核聚變研究具有卓越的科研實力和技術先進性，研究方向覆蓋核聚變各個領域。中國科學 院等離子體物理研究所位于安徽省合肥市，致力于磁約束聚變托卡馬克裝置 EAST 的研究；核 工業西南物理研究院在四川省成都市，專注于磁約束聚變托卡馬克裝置 HL-2M 和 HL-2A 的研 究；中國工程物理研究院（九院）在四川省綿陽市，研究慣性約束聚變裝置神光。此外，中國 科學技術大學核科學技術學院、北京大學核物理與核技術國家重點實驗室、清華大學等離子體 科學與聚變實驗室、華中科技大學電氣與電子工程學院等機構在各自領域也有著重要的研究貢 獻。這些科研機構分布在全國各地，涵蓋從磁約束聚變、慣性約束聚變到反場箍縮、核物理等 多個研究方向，展示了中國在核聚變領域的全面布局和領先地位。

我國核聚變實驗裝置有望繼續保持技術領先。我國核聚變發展重點將在國內的三個主力磁約束 裝置（EAST、HL-2M 和 CFETR）上開展高水平的實驗研究。EAST 裝置目前已基本完成升 級，其研究能力和實驗條件顯著提升，可大量針對未來的 ITER 裝置和下一代聚變工程堆的穩 態高性能等離子體進行研究。EAST 于 2023 年 4 月 12 日，成功創造了 403 秒穩態長脈沖高 約束模等離子體運行的世界紀錄，我國核聚變研究起步要比其他國家晚 20 多年，但如今國際 上其他聚變裝置的運行時間均未達到百秒級，目前，EAST 正向 1000 秒高約束模等更高、更 持久的目標發起挑戰。這將使其成為向 ITER 裝置提供重要數據庫的國際大規模先進實驗平臺。 結合全超導托卡馬克的新特性，EAST 還將探索并實現兩到三種適合穩態條件的先進托卡馬克 運行模式，使穩態等離子體性能處于國際領先水平。同時，HL-2M 裝置作為我國最新的磁約 束聚變研究裝置，將通過不斷優化和改進，進一步提升等離子體的約束能力和穩定性，為未來 的聚變反應堆提供關鍵技術支持。此外，中國聚變工程實驗堆（CFETR）將填補 EAST 和 ITER 之間的技術和工程空白，目標是實現更高的等離子體參數和更長的運行時間，以驗證核聚變能 的可行性和經濟性。相比之下，美國的 DIII-D 和 NSTX-U 裝置、歐洲的 JET 裝置雖然在各自 領域取得了一定進展，但在超導托卡馬克技術和長時間等離子體運行方面仍有待提升。通過 EAST、HL-2M 和 CFETR 三大裝置的協同發展，我國將在全球核聚變研究中繼續保持領先地 位，并為人類最終實現聚變能源的利用做出重要貢獻。

我國目前有多個重要在建裝置，將為后續我國核聚變發展做出重要貢獻。我國目前有 4 個 主要的核聚變前期建設階段項目：一是中國聚變工程實驗堆，將是我國自主設計和研制、 我國為主聯合國際合作的重大科學工程；二是洪荒 170，將是全球首臺全高溫超導托卡馬 克裝置；三是 CFETR 聚變新能計劃建設緊湊型聚變能裝置 BEST，已于 2023 年 8 月獲批， 總投資約 85 億；四是中核聚變計劃建設聚變-裂變混合堆，已于 2023 年 11 簽約，總投資 超 200 億元。

全球核聚變市場規模正顯著增長。根據 Coherent Market Insights 和 SkyQuestt 的測算，預計 2024 年全球核聚變市場規模將達到約 3312.6 億美元，并預計到 2031 年將達到 4915.5 億美元，2024 年至 2031 年的復合年增長率（CAGR）為 5.8%。這一增長主要受到私人公司 和政府對核聚變技術日益增加的投資推動。此外，根據 Keytone Ventures 的預測，全球 核聚變市場規模將從2022年的2964億美元增長至2027年的3951.4億美元，CAGR為6.0%， 這一預測與 Coherent Market Insights 增速方面的數據基本一致。與此同時，人工智能 的快速發展預計將為核聚變產業帶來巨大變革，其在高維數據中找到最佳解決方案的能力 可能大幅縮短可控核聚變商業化開發的時間周期。 全球超導材料市場預計會先于核聚變市場保持高增長。根據產業鏈傳導邏輯，在核聚變行 業，超導材料可以顯著提升 Q 值。全球超導材料市場預計將率先增長，根據 GlobalMarket Insight 預測，到 2032 年全球超導材料市場預計達到約 291.4 億美元，2023 年為 115.7 億美元，年復合增長率（CAGR）為 11.3%。