高溫超導材料應用、競爭格局與市場規模預測

行業集中度高，產能嚴重緊缺，龍頭廠商積極擴產。

1.高溫超導材料的應用：國內外核聚變項目競相突破

根據上海超導招股說明書，截至 2024 年，高溫超導材料下游應用領域中，可控核聚變裝置磁體占比 38%，已經成為高溫超導材料最大單一應用場景。

（1）SPARC：革命性高溫超導磁體技術

高溫超導材料：新一代核聚變裝置（如美國 CFS 公司的 SPARC 托卡馬克裝置）正在考慮采用 HTS 材 料，以利用其在更高溫度下仍保持超導性的能力，從而降低運行成本和提高系統效率。據悉國內核聚變 公司星環聚能和能量奇點的磁體系統均采用高溫超導材料加工建造。

SPARC，全稱是 Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact，以最直接、 簡明的方式闡述了快速、體積小、私營資本主導、低成本、緊湊等特點。SPARC 是 CFS 商業化聚變電 廠 ARC（Affordable Robust Compact）的前期驗證裝置，目前正在美國馬薩諸塞州的 Devens 建設。 革命性高溫超導磁體技術：SPARC 的核心創新在于采用稀土鋇銅氧化物（REBCO）高溫超導材料制成 的磁體。實驗表明，其制造的基于 REBCO 磁體在液氦溫度下可承受高達 5000 安培的電流，局部磁場 強度達 20T，遠超 ITER 的 5.3T，實現更高效的等離子體約束。

（2）能量奇點：25 年創高溫超導磁體新紀錄

全球已建成超過百臺托卡馬克裝置，但截至 2024 年底正運行的全超導裝置僅 4 臺。能量奇點自主研 制的“洪荒 70”，是其中唯一一臺全高溫超導材質建造的托卡馬克。對低溫超導托卡馬克，全球已有 20 年研發經驗，工藝相對成熟，但裝置體型巨大。如在建的國際熱核聚變實驗堆（ITER），高 30 米，直 徑 28 米。能量奇點之所以繞行“低溫”而取“高溫”，旨在將托卡馬克的體積、造價縮減約 50 倍，并大幅 加快建設周期。“洪荒 70”所有關鍵零部件都用高溫超導材料建造，全世界僅此一臺，每一步都是從 0 到 1。其中，“洪荒 70”由上海超導科技股份有限公司提供高性能超導磁體材料。 今年 3 月 10 日，能量奇點能源科技（上海）有限公司宣布，其自主研制的大孔徑強場磁體“經天磁體” 成功完成首輪通流實驗，產生了高達 21.7 特斯拉的磁場，這一場強超過了美國麻省理工學院和 CFS 公 司聯合研制的 SPARC TFMC 磁體在 2021 年創造的 20.1 特斯拉的紀錄，創下大孔徑高溫超導 D 形 磁體最高磁場紀錄，反超美國。

（3）BEST：緊湊型聚變實驗裝置高溫超導材料大放異彩

BEST，全稱 Burning plasma Experimental Superconducting Tokamak，將在 EAST 裝置的 基礎上首次演示聚變能發電，引領燃燒等離子物理研究，為中國聚變能的發展做出前瞻性和開創性貢獻。 2027 年建成后將會成為世界首個緊湊型聚變能實驗裝置。BEST 項目由聚變新能（安徽）有限公司（下稱“聚變新能”）負責運營，后者成立于 2023 年 5 月，初始注冊資本 50 億元，并在 2024 年 6 月增至 145 億元，股東涵蓋安徽省與合肥市國有平臺、中央企業、中國科學院及社會資本。 BEST 采用了新一代全超導托卡馬克技術，其磁場強度相較于傳統裝置更高，但能耗卻更低，核心的磁 體運用高溫超導材料。在極低溫環境下能夠實現“零電阻”，從而將等離子體牢牢地“鎖定”在磁場之中， 有效避免能量的逃逸。這一技術曾經助力我國 HL-2M 裝置實現了 1.5 億度高溫等離子體運行，如今在 BEST 上又得到了進一步的優化，為穩定發電奠定了堅實的基礎。

（4）星環聚能：高溫超導磁體研發達到實用化要求

2024 年星環聚能在高溫超導磁體技術領域取得了顯著成就，成功掌握了無絕緣線圈的設計和制造關鍵 技術。公司還自主研發了一套高溫超導磁體的運行監控與保護系統，確保了磁體在長時間運行中的穩定 性。經過反復的冷熱循環測試，多個高溫超導磁體展現出了卓越的性能穩定性，滿足了商業化應用的標 準，已準備好供客戶日常使用。 此外，星環聚能研發的 SH-150 亥姆霍茲磁體，能夠提供直徑為 150 毫米的均勻磁場，為公司在螺旋波 等離子體源、高電流密度等離子體槍等先進技術的開發和測試提供了強有力的支持。

（5）星火一號：高溫超導材料強勢賦能裂變-聚變混合堆

2023 年 11 月，江西省人民政府與中國核工業集團有限公司簽訂全面戰略合作框架協議。江西聯創光 電超導應用有限公司和中核聚變（成都）設計研究院有限公司計劃各自發揮技術優勢，采用聚變裂變混 合路線，擬在江西省聯合建設可控核聚變項目，技術目標 Q>30，實現連續發電功率 100MW，工程總投資預計超過 200 億元人民幣。2024 年 6 月，聯創光電與中核集團就共同推進“星火一號”聚變-裂變混 合示范堆的建設達成了初步合作意向。 2025 年 3 月 28 日，星火一號高溫超導混合堆項目在成都順利通過了項目需求（PR 文件）的全面評 審。這一重要成果標志著星火一號在高溫超導混合堆領域邁出了堅實的一步，為未來可控核聚變技術的 發展奠定了堅實基礎，具有重要的里程碑意義。評審過后星火一號將進入更為關鍵的實施階段，為我國 能源可持續發展和全球核聚變事業做出更大貢獻。

2.高溫超導材料競爭格局

行業集中度高，產能嚴重緊缺，龍頭廠商積極擴產。高溫超導材料技術壁壘較高，全球實現量產的企業 較少，多數為國外企業，行業集中度較高。根據上海超導招股說明書，以供給能力劃分，目前全球廠商 可以分為三個梯隊：第一梯隊為上海超導與 FFJ，年產量已超過 1000 公里（12mm 寬）；第二梯隊包 括 SuperPower、Fujikura、SuperOx、SuNAM、Theva、美國超導、東部超導和上創超導等，年產量 數十至數百公里不等；第三梯隊包括 MetOx、SupremaTape、High Temperature Superconductors 等 公司，整體處于研發或樣品供給階段。 高溫超導材料供需緊缺，龍頭廠商積極擴產。從供需關系上看，根據上海超導招股說明書，當前商業化 核聚變公司較多采用的緊湊型托卡馬克路徑，單臺裝置對高溫超導材料的需求在數千公里至數萬公里不 等，核聚變產業化提速有效拉動高溫超導材料需求上行。例如，CFS 團隊表示，目前在建的 SPARC 預 計使用 1 萬公里超導帶材。但是從供給端看，即便是全球超導帶材龍頭上海超導，其產能、產量也才在 2024 年剛剛實現突破 1000 公里（12mm 寬），遠遠無法滿足單臺裝置對高溫超導材料的需求。當前， 全球頭部超導材料廠商積極擴產，上海超導、FFJ、SuperPower、SuNAM、東部超導等均積極投入到 擴產計劃中，以滿足下游核聚變領域的高增需求。

3.高溫超導材料市場規模預測

1、可控核聚變裝置

全球可控核聚變的“科技競賽”加劇。根據核聚變工業協會，截至 4M24，全球已有 45 家商業化核聚變公 司，吸引了 71 億美元的投資，其中美國投入最多。國外公司主要包括 CFS、TE 等。我國對于核聚變的 投入從 2022 年開始加速，2023-2024 年每年支出保持在 10 億美元左右，追趕態勢明顯。目前我國商 業化核聚變公司主要包括能量奇點、星環聚能等。目前全球大約 70%的商業化核聚變公司表示預計在 2035 年之前能做出第一臺商業化的示范堆并完成核聚變發電并網。

可控核聚變技術的持續發展推動行業產業化進程，特別是商業化核聚變公司較多采用的緊湊型托卡馬克 路徑，單臺裝置對高溫超導材料的需求在數千公里至數萬公里不等，隨著核聚變產業化提速，將有效拉 動高溫超導材料需求上行。根據賽迪數據，2024 年全球可控核聚變裝置使用的高溫超導材料市場規模 為 3.0 億元，預計 2030 年將達到 49.0 億元，2024-2030 年 CAGR 為 59.3%。

2、超導電纜

利用第二代高溫超導帶材制成的超導電纜，可以通過低電壓大電流實現大容量、低損耗的電力傳輸，相 較于傳統電纜具備輸電容量高、節省建設成本和占地面積、輸送損耗低，節能環保等優勢。上述優勢能 夠擴展新的電力輸送場景，比如密集城市地區配電網的大容量局部增容、峽谷等輸電走廊受限區域的電 力輸送等。

全球各國較為重視超導電纜技術研究，將其列為電力網絡未來發展的關鍵技術之一。例如，2020 年歐 洲提出了 SuperLink 項目，著力攻關 15km 長度級別的超導電纜工程建設技術。我國也高度重視超導電 纜產業發展，2021 年南方電網在深圳試點 400 米長超導電纜成功為平安大廈供電；同年 12 月，國家電 網建設成功全球首條 35 千伏公里級超導電纜示范項目，全長 1.2 公里，為上海徐家匯地區 4 萬多戶家庭 和核心商業街供電，是目前全球用戶數量最多的超導電纜。從全球范圍來看，超導電纜項目的安全性和 穩定性正逐步得到驗證。

根據賽迪數據，2024 年全球超導電纜項目使用的高溫超導材料市場規模接近 1 億元，隨著示范項目數 量的增加和工程的啟動，未來用于超導電纜的高溫超導材料規模還將繼續擴大，預計 2030 年將達到 19.9 億元，2024-2030 年 CAGR 為 67.5%。

3、超導磁控單晶爐

傳統的單晶硅生產采用直拉法，生長速度較快，目前是生長單晶硅的主流技術。但隨著對單晶硅質量要 求（高純度、低缺陷密度和高均勻性）的不斷提高，傳統的熱場控制方法逐漸面臨瓶頸。超導磁控技術 通過在單晶爐中引入磁場，可以抑制熱對流、降低氧含量，使材料凝固液面更穩定，緩解同心圓和黑芯 片問題，提高材料純度，增加產品產能，未來有望實現規模化應用。

目前超導磁控單晶爐主要采用低溫超導技術路線，而高溫超導具有一定替代優勢。高溫超導磁控單晶爐 溫區更寬，較低溫超導磁控單晶爐失超的風險更小。目前，聯創超導的高溫超導磁控單晶爐已經進入應 用推廣階段，整個市場將進入設備換代期。根據賽迪數據，2024 年全球用于超導磁控單晶爐的高溫超 導材料規模為 0.6 億元，預計 2030 年將增長至 9.7 億元，2024-2030 年 CAGR 為 60.2%。

4、超導感應加熱裝置

超導感應加熱是指通過高溫超導材料繞制的超導磁體在鐵芯氣隙中產生強磁場，由機械傳動系統帶動金 屬工件在磁場中旋轉，工件切割磁力線形成渦流并產生焦耳熱，實現對工件的熱處理。相比傳統的加熱 方式，超導感應加熱具有加熱均勻性高、能量轉換效率高、工件尺寸適應性好等優勢，能夠將電磁感應 加熱裝置 40%左右的電熱轉換效率提高到 80%以上，為高耗能領域帶來切實的節能降本、降低碳排放 的效果?？梢詮V泛用于鋁、銅、鎂、鈦、特種鋼材、高溫合金等金屬加工熱成型（包括擠壓、鍛造、軋 制等）、金屬熔煉及半導體熔融等領域。

根據賽迪數據，2024 年全球用于超導感應加熱裝置的高溫超導材料規模約為 200 萬元，隨著相關裝置 的交付和運營，以及汽車輕量化、航空和民用高科技工業的加速發展，金屬加工市場對超導感應加熱裝 置的需求逐年增長，存在良好的替代需求，市場規模將于 2030 年增長至 3 億元，未來有較大擴張空間。

除了在核聚變裝置、超導電纜、超導磁控單晶爐、超導感應加熱裝置等場景之外，高溫超導材料在超導 電機、粒子加速器、磁共振成像、超導磁懸浮等場景也存在應用前景。目前國內外主流企業與科研單位 正在進行相關應用的研發工作，拉動上游高溫超導材料市場需求不斷擴張。

綜合上述應用場景的不斷開拓，全球高溫超導材料市場有望持續擴容。根據上海超導招股說明書援引的 賽迪數據，2024 年全球高溫超導材料市場規模為 7.9 億元，同比增長 77.3%，預計 2030 年市場將超百 億規模，達到 105.0 億元，2024-2030 年 CAGR 為 53.9%。