电力设备行业：技术、政策、资本多维共振，聚变设备需求或已步入扩张前夜

技术、政策、资本多维共振，聚变设备需求或已步入扩张前夜证券分析师姓名：查浩资格编号：S1350524060004邮箱：zhahao@huayuanstock.com姓名：刘晓宁资格编号：S1350523120003邮箱：liuxiaoning@huayuanstock.com联系人姓名：豆鹏超邮箱：doupengchao@huayuanstock.com请务必仔细阅读正文之后的评级说明和重要声明证券研究报告|行业专题报告电力设备2025年5月24日主要内容1. 可控核聚变技术逐步验证，技术、政策、资本多维共振2. 三大系统成本占比近60%，国内聚变产业链初步形成3. 聚变设备需求或已在扩张前夜，相关标的值得重点关注4. 风险提示1.11.1 可控核可控核聚变：基本原聚变：基本原理与实现路径理与实现路径？◼核聚变反应遵循质能方程：重核裂变、轻核聚变与原子核衰变等过程释放的能量即为核能，其能量大小与反应前后参与反应的原子核的质量差有关，其与原子核的结合能相关。从平均结合能曲线可看到，中等质量原子核的平均结合能较大，重核裂变或轻核聚变在产生中等质量原子核时会亏损一定的质量，这部分质量将转换为能量，并在核过程中被释放出来，遵循相对论ΔE=Δmc2。◼单次核聚变的实现过程：聚变需要克服库仑斥力，即使在静电势垒较低的氘-氚（D-T)聚变反应中，也需要5.5-11千万度的高温为粒子提供动能方可克服库仑斥力、进而发生聚变反应。主要的聚变类型有氘-氚（D-T)、氘-氦3(D-3He)、氢-硼(p-11B)及氘-氘(D-D)聚变。氘-氚（D-T)反应发展成为目前聚变研究的主流路线，主因其相对其他类型聚变反应所需要的粒子动能更小，可以在较低能量处即拥有较高的反应截面（概率）。◼自持核聚变的实现：实现自持核聚变，则需要做到能量增益因子Q=Pout/Pin≥1，才有可能使“点火”后由聚变本身产生的能量来驱动反应持续。以该要求导出自持核聚变的温度和密度条件，被称作劳森判据。劳森判据由温度、密度和能量约束时间三个参数衡量，三者乘积被称为聚变三乘积，氘-氚（D-T)聚变的三乘积最低，量级为1021keV·s/m-3,而氢硼反应的三乘积则需达到5×1021keV·s/m-3。因此，氘-氚（D-T)成为世界各国开展聚变研究的主流选择。资料来源：李建刚《可控核聚变研究现状及未来展望》，王腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》，中国核技术网等，华源证券研究图：结合能3图：不同聚变类型的反应截面曲线图：氘-氚（D-T)聚变反应示意图1.21.2 磁约束磁约束性能存在差异性能存在差异，托卡马克成，托卡马克成主流路线主流路线◼从核聚变实现方式上，除了类似于太阳或其他恒星的引力约束外，还有惯性约束和磁约束路线。其中，惯性约束包括激光约束、粒子数约束、Z箍缩驱动及弹丸弹射等;磁约束装置则主要包括仿星器、磁镜、托卡马克。惯性约束核聚变装置是利用驱动器产生的强激光、电子束或离子束等，从各方向照射到一个极小尺寸的聚变材料靶体上，使其在极短时间内达到劳逊条件。◼磁约束聚变堆原理是利用合适的磁场位型约束高温等离子体，使其达到并维持聚变反应的点火或自持燃烧条件,在氘氚聚变的自持燃烧条件下,无需外部加热,利用聚变产生的高能量阿尔法粒子自加热等离子体维持等离子体燃烧条件,并将聚变产生的中子携带的能量输出用于发电。◼在创造聚变反应环境方面，由于存在粒子逃逸/偏移、等离子体湍流等影响等离子体内部电流稳定性（进而影响高温环境稳定性）和能量约束时间的问题，影响聚变三乘积表现，因此磁约束装置的演化主要围绕着设计具备最佳约束性能的磁场位形而展开。而托卡马克以一种轴对称的环形磁约束位型,取得了最高的聚变三乘积，并因其优越的约束和稳定性而迅速发展。◼围绕提高等离子体关键参数，国际上先后探索包括仿星器、箍缩、磁镜在内的诸多技术路径，但均未达到期望的等离子体参数。1968年，英国T-3托卡马克实现1keV的等离子体温度，此后托卡马克成为聚变装置主流研究路线。资料来源：张家龙等《磁约束可控核聚变装置的磁体系统综述》，华源证券研究图：仿星器示意图4图：托卡马克装置概念图图：磁镜1.31.3.1.1 聚变技聚变技术进入术进入工程可工程可行性验行性验证，全证，全球聚变球聚变装置数装置数量已达量已达百余个百余个◼欧盟的JET/美国的TFTR/日本的JT-60U是20世纪90年代三大托卡马克装置，不断验证托卡马克方案科学可行性。•欧盟JET装置：全球首个开展氘-氚（D-T）等离子体实验的托卡马克，实现聚变峰值功率产出16.1MW、能量增益Q接近1的氘氚聚变等离子体运行,验证了物理预测模型可靠性及氘氚等离子体运行控制、第一壁材料、氚处理、核安全防护等关键技术。2021-2024年创造69MJ聚变能量记录，于2024年正式退役。•美国TFTR装置：于1982年建成并投入运行的大型托卡马克装置，在为期3年的D-T实验中，峰值聚变功率最高达到10.7MW。•日本JT-60U：于1989—1991年将JT-60改造成为JT-60U，获得了目前最高的聚变反应堆级的等离子体参数，聚变三乘积约为1.5×1021keV·s·m−3，能量增益Q等效值超过1.25。而Q值大于1意味着达成聚变科学可行性，下一步将步入聚变工程可行性的验证（即QEng=1，输出电能与输入电能相等）。◼放眼当下，全球重点在运聚变装置包括：美国DIII-D/德国ASDEX Upgrade/韩国 KSTAR/法国 WEST/日本 JT-60SA/中国 HL-2A，EAST，HL-3等。资料来源：段旭如等《磁约束核聚变装置研究与展望》， 彭先觉《聚变能源研究态势及展望》，钟武律等《磁约束核聚变托卡马克装置研究进展与展望》，华源证券研究表：部分在运托卡马克装置评价指标节点 1节点 2节点 3节点 4能量平衡Qsci=1QEng=1QEng=5QEng=10氚自持数值模拟实验模块扇形切片或全堆全堆可利用率＜1%25%50%70%辐射屏蔽能力/dpa-3~550100表：聚变能源开发的重要里程碑节点51.31.3.2.2 聚变技聚变技术进入术进入工程可工程可行性验行性验证，全证，全球聚变球聚变装置数装置数量已达量已达百余个百余个◼根据IAEA统计，截至2025年5月，1）全球在运102个聚变装置：分类型看——托卡马克装置/仿星器/激光或惯性约束/其他分别为57/13/6/26个。分国家看——日本/美国/俄罗斯/中国最多，分别为22/21/10/8个。2）在建16个聚变装置：托卡马克装置/仿星器/其他装置分别为7/4/5个，主要分部在美国、中国、欧洲、日本等国家或区域。3）规划48个聚变装置：托卡马克装置/仿星器/激光或惯性约束/其他类型装置分别为15/11/7/15个。资料来源：IAEA，华源证券研究6图：全球在运聚变装置达102个（分国家、分类型）图：全球规划聚变装置达48个图：全球在建聚变装置16个（分国家、分类型）1.41.4 国际：国际：ITEITER接近建接近建造尾声造尾声，聚变，聚变即将迈即将迈进反应进反应堆工程堆工程实验阶实验阶段◼磁约束性能与磁场强弱/装置大小密切相关，基于ITER项目的国际聚变合作已开展20余年。多年实验研究证明