可控核聚变：“人造太阳”产业化进程提速，未来产业价值与能源格局将重塑

可控核聚变 1 可控核聚变：“人造太阳”产业化进程提速，未来产业价值与能源格局将重塑 文/王鹏 摘要 核聚变能被视为人类能源领域的“终极能源”，其以环境友好与清洁性、高安全性及可控性以及能量密度大等突出优势，是未来清洁能源的重要发展方向。全球加速布局核聚变赛道，资本快速涌入提速核聚变产业化进程；其中中国在“十五五”规划建议中明确将核聚变能列为未来产业发展重点和新的经济增长点，中国正通过聚变能“实验堆-示范堆-商用堆”的“三步走”发展战略重塑竞争格局，系统性地推进工程化与商业化，步入发展的快车道，随着可控核聚变产业链进入资本支出加速期，叠加人工智能、大数据等新兴技术深度融合赋能，未来其商业化进程有望提速，产业链生态布局持续完善，未来产业价值与能源格局将重塑，同时其技术外溢将催生更多元化的应用场景，推动多领域革新。 正文 一、可控核聚变行业概述及发展历程 核能是稳定、低碳的基荷能源，核聚变能具有能量密度大、原料资源丰富且可持续、放射性污染低、固有安全性好等突出优势，是未来清洁能源的重要发展方向。 核能作为绿色能源的重要组成部分，是稳定、低碳的基荷能源。核能根据核反应类型的不同可划分为核裂变能、核聚变能和核衰变能。其中核聚变指的是由较轻的原子发生聚变反应结合为重原子核，并释放出巨大能量的过程，其通常是由氘与氚（水/氕的同位素）聚变产生氦的反应。目前核聚变的主流技术路线是围绕磁约束和惯性约束展开，磁约束是当前核聚变研发中最成熟、最接近商业化的技术路线，其核心装置为“托卡马克（Tokamak）”以及仿星器，代表性设施装置为国际热核聚变实验堆（ITER）、中国环流三号（HL-3）、中国聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）；惯性约束核聚变的核心装置为高效率镭射系统，代表性装置为美国国家点火装置（NIF）和中国的神光系列。核聚变能与核裂变能相比，具有能量密度大、原料资源丰富且可持续、放射性污染低、固有安全性好等突出优势，是未来清洁能源的重要发展方向。 按照可控核聚变研究从原理探索、规模实验、燃烧实验、实验堆、示范堆和商用堆的六个阶段来看，全球可控核聚变发展呈现多元化格局特点。1950 年至 1990 年，处于原理探索期。2000 年至 2020 年为规模实验阶段，通过大型装置实现高温等离子体长脉可控核聚变 行业研究 可控核聚变 2 冲运行对科学可行性进行验证；如 2006 年 ITER 正式启动建设；2010 年 JET 实现 16MW聚变功率输出；2022 年美国 NIF 实现 Q=1.5，实现净能量增益；2006 年中国东方超环（EAST）建成，并于 2017 年实现 101.2 秒稳态高约束模运行，2020 年中国 HL-2M 建成进入规模实验。2021 年至今为燃烧实验阶段，其中 2025 年是可控核聚变从实验阶段转向工程化、商业化应用的关键阶段，2025 年，如法国 WEST 装置实现 5000 万℃下 1,337秒稳态运行；美国 NIF 持续优化点火条件，Q 值稳定在 4 以上；中国 HL-3 离子温度及电子温度达到双亿度，进入燃烧实验阶段，中国 CRAFT 设施 NNBI 系统通过验收等。 根据美国、日本及中国等主要国家发布的相关政策和规划来看：2025 年至 2030 年为实验堆阶段，其中 ITER 预计 2034 年启动氘氚实验，目标 Q 值大于等于 10；中国紧凑型聚变能实验装置1（BEST）2025 年启动主机总装，预计 2027 年建成，该装置为聚变发电演示的实验堆；美国 CFS 的 SPARC 装置预计 2026 年实现等离子体放电，并于 2027 年实现净能量增益。2030 至 2040 年为示范堆阶段，其中中国 CRAFT 已进入深化设计阶段，计划 2035 年建成实现百兆级连续发电，英国 STEP 计划 2040 年实现商用级聚变电站投运，日本计划 2030 年实现聚变发电实证。2040 年开始将进入为商业堆阶段，实现大规模商业化部署。 二、产业链全景解析 可控核聚变产业链不断扩张，从部件研发逐步向工业制造转型，未来随着项目产业化推进，产业规模将进一步扩大。 可控核聚变产业的上游，主要包括高温/低温超导材料（Nb₃Sn、REBCO）、特种金属（钨、铜铬合金）、氘氚燃料、中子倍增材料（铅锂合金）及真空室用特种钢材等特种结构材料，其中氘在自然界中储量丰富，每升海水含 0.03～0.035 克氘，氚由于其放射性在自然界中极为稀少，主要通过核反应堆中的锂核反应等人工方式生产；第一壁/偏滤器材料需兼具熔点高、抗辐照与热疲劳性能，主要涉及钨、铜铬合金等特种金属。 中游主要为系统集成与工程建设等，为产业链的核心环节，涉及主机设计与总成，磁体系统、加热与诊断系统、控制系统及其他等核心子系统，其中磁体系统涉及超导磁体，加热与诊断系统包含辅助加热电源、激光器（用于惯性约束）、各类等离子体诊断设备，控制系统包含传感检测与智能控制系统。聚变堆的设计与建设涉及系统工程复杂，技术要求高，可为具备智能化等优势的工程服务企业发展提供新的需求发展空间，尤其是聚变的模拟、控制和运维层面的 AI 赋能。 下游以电网基荷电源、工业高温蒸汽供应、船用动力系统、偏远地区能源站等为主，目前处于实验堆（验证科学可行性）向示范堆过渡的“前示范”或“工程验证”阶段，当前主要集中于核聚变发电的商业化路径。如 2023 年，美国 Helion Energy 宣布与微 1 为全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）的后续项目。 可控核聚变 3 软达成聚变电力购电协议，约定 2028 年起正式交付 50MW 商用聚变电力；2025 年，日本聚变初创企业 Helical Fusion 株式会社与青木超市株式会社签署聚变能购电协议（PPA）；谷歌宣布将购买 Commonwealth Fusion Systems 首座商业聚变电厂 ARC 的一半发电量（200 兆瓦），该电厂预计于 2030 年代初投运。 图 1 可控核聚变产业链简要全景解析 数据来源：大公国际整理 全球核聚变产业链不断扩张，将从部件研发逐步向工业制造转型；目前可控核聚变产业链覆盖超导磁体、燃料循环、真空组件、机械系统、电子设备、测量技术与安全系统等领域。根据美国聚变行业协会 2025 年供应链报告，2024 年私人聚变企业供应链支出 4.34 亿美元，同比增长 73%左右（2023 年约为 2.5 亿美元），预计 2025 年增速 25%。未来随着更多实验试点项目进入建造阶段以及实验堆转向工程示范堆，预期资本支出将会持续明显增长，产业链规模将进一步扩大。 三、全球及中国市场竞争格局 3