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可控核聚变行业专家交流
紫菊花 / 05月28日 21:24 发布
1、行业发展背景
技术发展历程：可控核聚变研究已有70年历史，近年来因AI发展带来的电力需求增长而加速。如2022 - 2023年，美国核聚变初创公司Helion Energy与微软签订全球首份聚变供电协议，预计2028年提供5万千瓦聚变能电力，虽规模相对传统发电机组小，但能解决部分小型算力问题。 国际研究现状：国际上多个国家和地区都在积极开展可控核聚变研究，如英国的聚变未来计划、德国的聚变2040计划、日本的聚变登月目标等。中国有EAST（东方超环）、环流三号、聚变工程试验堆CFETR等项目，国际上还有ITER（由中国、欧盟、俄罗斯、美国、日本、韩国、印度等七方三十多个合作伙伴共同参与）。国际核聚变协会预测2030 - 2035年可实现向电网输电。 2、产业链相关情况
产业链构成：核聚变产业链丰富，上游涉及原材料如超导材料（包括高温超导和低温超导），中游包括核心设备和系统（如主机辅助系统、电力系统、超导磁体及磁体系统等），下游主要是核电站运营。参与企业众多，从最初专注核聚变的公司，扩展到核电装置、核裂变装置相关公司，甚至军工雷达产业公司也有参与。 相关企业情况：市场关注较多的上市公司有联创光电、国光电器等。联创光电在超导应用方面有多种尝试，如做壳核芯片、超导涨筋、晶体制造、铝材加工等，还可能涉足磁悬浮列车铁轨制造；国光电器卡在核心零部件，合计利润占比高。此外，永鼎股份、西部超导等也在相关领域有所布局，西部超导目前主要做低温超导。 3、技术路径分析
磁约束路径 - 托卡马克：这是目前主流的可控核聚变技术路径，最早由苏联提出。传统托卡马克采用低温超导，存在占地面积大、无法实现稳态发电等问题，商业价值低。近年来，以美国CFS公司为代表，采用高温超导磁体，有望实现商业化发电。CFS公司由MIT团队创立，获得了包括比尔盖茨、萨姆·奥特曼等在内的豪华阵容投资，2021 - 2022年获投18亿美金，美国能源部又投入2亿美金，预计2026 - 2027年上市融资，目标2030年实现50 - 100万千瓦标准堆发电。 技术突破关键：实现商业化发电的关键在于高温超导技术突破，以提供足够强的磁场约束等离子体。等离子体温度高达一亿度，需比地表磁场大几十倍的磁场强度才能约束，目前高温超导技术可使磁场强度达到20特斯拉左右，有望实现Q值大于30的净收益能量，从而具备商业发电价值。中国在高温超导技术方面处于全球领先，如赵忠贤院士团队实现了高温超导的工程化，使中国达到兆瓦级应用水平，领先其他国家。 4、商业发展前景
商业堆发展预期：混合堆被认为是短期内实现商业发电的可行路径，中国和美国都有望在2030年左右通过混合堆方式实现发电。如中国的江西星火一号明确为混合堆，中国聚变能公司可能一上手就采用高温超导做工程堆，后续发展值得关注。相比之下，纯堆技术难度大，还需解决三大技术难题，实现时间预计在2040 - 2050年。 商业价值及影响：可控核聚变商业发电实现后，将对能源市场产生巨大影响，如降低电的成本，提升国家能源安全，解决通用人工智能的能源供给问题等。同时，也会引发地缘政治变化，改变全球能源格局，使石油等传统能源的价值降低，对资源国的议价权产生冲击。 Q&A Q：人工智能是如何与核聚变研究结合并加速核聚变发展的？
A：人工智能与核聚变研究高度结合，可利用智能大模型来做等离子体的穿流反应实验。在实践中进行几亿度的等离子体实验成本高，而用人工智能模型能省去很多实验环节，且结果科学准确。等离子体反应路径复杂，可能有几万种甚至几十万种，人工智能可以找到最好的几种路径，提供最优解，从而大大缩短研究时间。
Q：中国在人工智能与核聚变结合研究方面的情况如何？
A：中国也开展了用人工智能模型进行专项研究，第一期大部分风险投资低于25亿人民币，由专门机构和人工智能机构进行研究，研究结果会供相关项目使用，采用的是举国体制。
Q：全球在建的各类核聚变装置情况如何，各技术路线是否都在尝试，是否有商业化可能性不大的实验堆？
A：全球在建的核聚变装置有多种类型，包括159台在建装置、139台实验装置、20台聚变电厂、79台托卡马克、23台反应器、14台激光惯性约束和45台其他路线装置，各技术路线都在尝试。其中激光点火或惯性路径可能商业化可能性不大，激光点火类似核武器，是瞬间发电，不能稳定供电；而托卡马克是主流的磁约束堆技术路线，美国的CFS公司采用该技术，目标是建设50万 - 100万千瓦的标准发电厂用于商业化发电。
Q：不同规模的核聚变发电装置对于商业化发电的意义如何？
A：对于商业化发电来说，50万 - 100万千瓦的发电装置才有实际意义，可作为标准堆用于电站发电，而功率过小的装置没有太大价值。有些研究可能是为了写论文或实现人类伟大理想，但与商业化电厂的关联较远。
Q：混合堆的好处是什么，为何过去没人做，现在又有人提出做这个路径？
A：混合堆的好处是可以把核废料“烧”掉，能烧的不能烧的都烧干净。目前核电站里有大量带腐蚀性的废料，通常做法是深埋到西北大山，成本高且危险未解除，而混合堆能解决这一问题。过去没人做是因为它是比较复杂的工程设计，且没有超强的磁场无法实施。现在有人提出做这个路径，是因为有能约束的条件，可以进行聚变反应，解决相关机制后就可以变成真正意义的商业堆。
Q：CFS公司情况如何？
A：CFS公司在网上有相关报道，包括照片、进展、融资情况、获得哪国能源部的资金等都很清楚。最近有报道称其有盈利，可能处于第四轮或第五轮融资，一旦上市将创造范例。
Q：高温超导托卡马克的目标和计划是什么？
A：高温超导托卡马克有SPARC和ARC电厂，目标是2030年发电，2026年启动SPARC原型机测试。
Q：CFS公司被认为可能做成的原因是什么？
A：CFS公司被认为可能做成是因为其团队非常强大，是由麻省理工学院出来的人员组成，麻省理工最好的人才都在支撑这个团队运转。同时，美国国防部、美国能源部、国家实验室背后也在支撑，将其作为美国国家标杆工程来做，比尔盖茨也参与投资。
Q：如果混合堆做成功了，还有必要做纯堆吗？
A：如果混合堆做成功了，就不需要着急做纯堆。因为混合堆成功后能解决绝大部分问题，就像通信技术发展，不能跳过中间阶段直接到6G，混合堆有了之后可解决眼前大部分问题，还能在慢慢替换中取得先发优势，在国际声誉、能源主动性和能源安全方面带来好处。
Q：可控核聚变产业化对Q值有什么要求？
A：产业化要求Q大于30。若Q大于5没有意义，乘0.3后无法成为稳定电源，成本与收益不匹配，没有经济性；而Q大于30才具备产业化条件。
Q：中国高温超导磁体技术处于什么水平？
A：中国高温超导磁体技术独步领先。从磁场强度来看，CF的设计磁场强度十几个特斯拉，而中国内部能做到20特斯拉。中国电工所的赵院士因高温超导技术获得“人民科学家”荣誉，他带出的团队让中国高温超导技术领先，团队认为中国现在自己的高温超导水平优于CF团队。
Q：为什么中国对高温超导工程化如此重视？
A：高温超导的工程化最早由德国人开展，但未能成功，后交给韩国人做，日本人也曾尝试，只有中国将其做到兆瓦级并实现工程化，其他国家都未达到工程化水平，由此可见该技术难度极高，中国技术全球领先。
Q：CFETR的18个超导磁体设计原理是什么，目前情况如何？
A：CFETR的18个超导磁体由18个大的低温线圈、中间一个高温的中心螺旋管以及一个水平的部分组成，这三组线圈都要达到相当的磁场强度，才能使托卡马克产生强大的磁场约束力。前两天CFETR放了个吊装的短片，但吊装完后未做测试，目前不好评价。
Q：美国在可控核聚变领域有哪些动作，与中国有何关联？
A：美国在调用全球资源，曾与英国有合作，英国在理论方面较强，如剑桥大学有相关专业教学，但英国缺乏实验场景和资金投入。美国曾向中国进口高温超导带材用于实验，以前会购买50公里、10公里等不同规格，现在可能因某些原因基本不卖了，偶尔会卖一些用于实验性质。中国的高温超导带材有不同等级，价格因用途而异，如150、50公里的，有100块、150块、50块、80块钱一公里等不同价位。
Q：中国高温超导带材生产有什么特点和门槛？
A：中国高温超导带材生产车间的设备全是非标、自己定制和设计的，模仿门槛很高。该生产是一个工程，设备一环扣一环，用标准化设备达不到一致性、均匀性和稳定性。做出稳定的带材需要有相应配方和技术，各环节都有专利，国内能做的企业很少，不是谁想做就能做的，有些企业干了十年都一直突破不了。
Q：高温超导相比低温超导有哪些优势？
A：高温超导相比低温超导，一是成本低，高温超导所耗电能比低温超导少，且低温超导使用的液态氦非常贵且难买到；二是磁场强度高，高温超导能以较小的堆实现较大的功率，一个约10米乘10米大小（类似两个篮球场）的堆就能实现50万千瓦到百万千瓦的功率，而传统的堆占地达好几平方公里。
Q：CFETR建造的先后过程是怎样的？
A：CFETR要先做磁体，把18根磁体吊装、异形线条做完以后，才能去确定后面的其他容器、包层等，进而做成真正的反应堆，有先后顺序。
Q：联创光电超导技术除了做壳核芯片，还有哪些应用场景？
A：联创光电超导技术除做壳核芯片外，还可用于做超导涨筋、长晶体，超导铝材加工也很省力，能节省八九十点成本，未来还可能用于制作磁悬浮列车的铁轨。
Q：CFS公司的融资情况和发展预期如何？
A：CFS公司上手融资18亿美金，投资者多为亿万富豪，单笔融资最大。2022年拿到18亿美金，估计基本花在十几家相关业务上，最近又融了一次用于后续事务。预计2026年可能上市，上市融资做完测试若可行还会再融资，之后可能开始做发电车测试。
Q：CFS公司与Helion相比，商业价值如何？
A：CFS公司比Helion更有价值。Helion规模太小，不可放大，一放大就出问题，从商业角度讲商业价值不高，虽然有Altman个人投了三四十亿美金。
Q：开展可控核聚变商业化发电项目大概需要多少资金？
A：开展可控核聚变商业化发电项目大概需要200亿人民币左右，资金容量150亿以上肯定是要的，否则项目无法开展。
Q：在可控核聚变领域，哪些类型的公司比较有投资价值？
A：有稳定带材的上市公司、有稳定超导磁体的公司，以及跟西南物理研究院合作的公司比较有投资价值。
Q：中国聚变能公司的情况如何？
A：三华联三号升级后往网存方面转，做测试平台，分三步走。而中国聚变能公司在上海，上手就干高温，去除低温部分。该公司院长和党委书记兼任西南物理研究院的院长和党委书记，会将西南院的技术拿到公司做工程化实验，直接做工程堆，往后三个月预计是全高温超导的工程堆。上海聚变公司是投资载体，将资金投到中国聚变能公司。
Q：可控核聚变项目投资中的实体部分订单利润情况如何？
A：200亿的投资中，实体部分大概需要40亿，纯利润估计能达到百分之四五十，因为该领域技术含量高，做出一致性良率不容易，且很少有竞标者，双方议价确定价格。
Q：永鼎股份和东方超导在可控核聚变领域的发展情况如何？
A：永鼎股份和东方超导都在尝试做可控核聚变相关核心业务，但关键在于能否稳定量产长距离（如1000公里以上）的超导材料。目前很多企业做20公里、5公里没问题，但稳定量产长距离材料有难度。上海小岛融资是为了放量，未来计划达到一年1.5万公里的产量。
Q：西部超导低温超导的应用场景和盈利情况怎样？
A：西部超导目前做的低温超导技术成熟，应用场景如4G时代就已采用，现在也在使用。其毛利率相对稳定，一般有30%左右，但利润空间没有高温超导厚，因为能做低温超导的企业较多，市场竞争使得价格没有高温超导那样有优势。
Q：低温超导未来的商业需求会怎样？
A：随着环流升级等，应用场景有往高温超导上升的趋势。此前一些采用低温超导技术路径的项目遇到瓶颈，投入大量资金却进展缓慢，如集中全球科学家投入二百多亿欧元的项目仍原地踏步，所以未来商业对低温超导的需求可能不会大幅增加。
Q：可控核聚变不同业务的竞争格局如何排序？
A：竞争格局最好的是前端的高温超导磁材和实体技术，可能只有一两家企业能做；第二好的是国光电器、安泰科技、核酸智能等能做偏滤器包层系统等部件的企业；再往后是做PFC导管、电磁阀等与核相关部件的企业，这类企业较多，竞争格局相对较差。与核电有关的企业，如做阀门、核电站锅炉等的企业，竞争格局更差。
Q：全球顶尖科学家在欧洲投入大量资金和时间进行可控核聚变研究却未成功的原因是什么？国内过去研究只能实现一度高温1400秒放电，无法稳定放电的原因是什么？
A：全球研究未成功的瓶颈在于磁场强度上不去，无法进行升级；国内过去研究只能实现一度高温1400秒放电却无法稳定放电，是因为材料不过关，没有强磁场，而足够的磁场强度才能把等离子体约束住。
Q：为什么大家希望在30年前就把混合堆研究成功？
A：因为混合堆也是聚变发电，具有商业价值，还能处理乏燃料，比如可以将核电厂的乏燃料进行裂变处理，电厂还会为此付费。
Q：美国通过电容组的高压脉冲驱动离子体加热的聚变方式有什么特点？
A：这种方式不太能持续，因为电容需要反复充电放电。它基本上是冲着新型小型核武器去的，追求瞬间大能量，不搞稳态，不需要持续运行，做一定数量收回成本后由国家出钱接手，其能量、范围和精准度都是可控的。
Q：中国可控核聚变的研究方向是怎样的？
A：一方面由中科院西南物理研究院组做理论研究，一方面有高温超导的国家级人民科学家赵忠贤院士领导的高温超导能力圈，还有中国核聚变公司朝着工程化和商业化运营的可控核聚变混合堆方向运营。
Q：为什么近两年CF加速发展，投资者为何关注并投资它，在人工智能时代为何要发展可控核聚变？
A：可控核聚变与通用人工智能高度关联，没有它做不成通用人工智能。美国面临电力短缺，其区域电网为私人运营，断电影响大，所以快堆需求大，市场表现较好。而中国电力情况与美国不同，快堆需求没那么大。
Q：中国在核聚变领域的战略和发展路径是怎样的？
A：中国将核聚变视为未来能源，追求清洁能源、绿色且高能量密度。中国有很好的基础，在赵院士开启高温超导中国知识产权技术路径以及电工所长期积累的基础上，可能会在原有的环流三号和合肥EAST中科院的基础上两条路同时走。中国聚变能局走核聚变道路，目标是40 - 50年解决三大难题；有的公司对标SPARC，希望30年实现混堆。国家战略是三步走，CFETR也是不错的技术路径，裂变技术反应成熟，有助于解决包层技术等问题，中国和MIT一样致力于30年左右完成工程建设。
Q：全球认为核聚变发展进入新阶段的原因是什么？
A：全球认为核聚变发展进入新阶段是因为高温超导取得突破，例如美国CFS因有此技术突破才拿到18亿美金投资，投资者认为相关公司团队提出的30年发电有可能实现，因为找到了新方法和新材料。
Q：商业并网发电的标准大概是怎样的？
A：从规模上看，达到几十万兆瓦可算具备商业并网发电条件，如过去水电站以45万兆瓦一个机组为例，有这样规模的发电能力就算可以进行商业并网发电了。
Q：核聚变技术对地缘政治有什么影响？
A：核聚变是颠覆性技术，其出现会使大国力量重新平衡，对地缘政治影响不可忽略。届时传统能源如石油、天然气的议价权会下降，资源国将受到较大影响。
Q：人工智能、能源与安全之间存在怎样的关系？
A：人工智能、能源与安全是三角关系，对机器的依赖度越高，就越需要供电安全稳定，否则会出现如机器人因没电而无法工作等严重问题。
Q：中国实现混合堆稳定发电大概需要多长时间？
A：有观点认为30年左右混合堆能够稳定发电，但工程存在不确定性，晚个两年三年也正常，总体和美国的ITER 30年左右的时间差不多能对标。股市调研
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