2025年机械行业专题研究报告：可控核聚变专题，"十五五"资本开支加速，"人造太阳"渐行近

本篇文章的部分核心观点、图表及数据，出自国金证券于2025年5月20日发布的报告《机械行业专题研究报告：可控核聚变专题，“十五五”资本开支加速，“人造太阳”渐行渐近》，如需获得原文，请前往文末下载。

在全球能源转型的关键时期，可控核聚变技术正迎来前所未有的发展机遇。2025年5月，中国EAST项目创造了1亿摄氏度1000秒"高质量燃烧"的新世界纪录，标志着这项被誉为"人造太阳"的技术距离商业化应用又近了一步。随着"十五五"规划的临近，可控核聚变领域正迎来密集的资本开支期，全球累计融资已超过71亿美元，同比增长9亿美元，一场改变人类能源格局的技术革命正在悄然酝酿。本文将深入分析可控核聚变技术的最新进展、产业链价值分布以及未来发展趋势，为您揭示这一前沿技术如何从实验室走向产业化。

一、可控核聚变：人类能源的终极解决方案

可控核聚变技术因其独特的优势被视为未来能源的"圣杯"。与目前主流的发电方式相比，核聚变发电具有能量密度高、原料易得、布置灵活、安全环保等显著特点。以氘氚聚变为例，单次反应即可释放17.59MeV能量，将现有能源体系的能量密度提升了千万倍。更重要的是，核聚变的燃料氘可以从海水中提取，氚可以通过锂再生，地球上的储量足够人类使用数百万年，从根本上解决了能源短缺问题。

衡量核聚变商业化进程的核心指标是Q值，即聚变产出能量与输入能量的比值。根据研究数据显示，当Q=1时达到能量盈亏平衡；Q=5时氘氚聚变可自我维持；Q>10则进入核聚变发电可行阶段；而成熟的商业发电需要Q>30。令人振奋的是，近年来Q值与聚变三重积均显著提升，EAST项目在2025年1月实现的"亿度千秒"突破，为商业化应用提供了关键数据支持。国际热核聚变实验堆(ITER)的目标是实现Q大于10，而中国的CFETR项目二期目标更是达到Q>10，稳态运行1GW功率。

从技术路线来看，磁约束方案因其安全经济的优势成为主流，占核聚变装置市场的62%。其中托卡马克装置由于结构简单且技术相对成熟，占比高达48%。2025年3月，能量奇点公司在高温超导磁体领域取得重大突破，其研制的"经天磁体"产生了高达21.7特斯拉的磁场，创下大孔径高温超导D形磁体最高纪录，为提升Q值提供了新的技术路径。

表：不同Q值对应的商业化阶段

Q值水平	商业化意义
Q=1	能量盈亏平衡
Q=5	氘氚聚变理论上可自我维持
Q>10	核聚变发电进入可行阶段
Q>30	核聚变发电实现商业化

二、"十五五"期间可控核聚变进入资本开支加速期

随着技术不断突破，可控核聚变产业正从实验室研究阶段迈向工程化验证阶段，相应的资本开支也进入加速周期。根据行业分析，实现可控核聚变原型电站发电需要经历实验装置、实验堆、工程堆和聚变电站四个阶段，中国目前正处于实验堆建设的关键时期。

国内实验堆建设呈现多元化格局，主要由中核系、中科院系、商业公司和高校系四大类机构推动。中核集团下属的西南物理研究院"环流三号"已在2023年8月实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，计划2045年左右进入示范阶段。中科院合肥物质科学研究院的EAST装置不断刷新世界纪录，其BEST项目(紧凑型聚变能实验装置)更是提前两个月启动总装，计划2027年建成并实现全球首次氘氚聚变发电演示，总投资达85亿元。

从资本投入角度看，单个实验堆的投资金额在几十亿到上百亿元规模。2025年以来，中科院合肥等离子体物理研究所进入密集招标期，已公布的招标项目包括CRAFT低温测试平台(3500万元)、TF绕组绕制(4634.2万元)、TF磁体焊后机加工(2950万元)等，多为几千万元级别，持续印证行业景气度提升。商业公司方面，能量奇点的"洪荒170"实验堆计划2027年建成，设备投资约30亿元；中核集团与联创光电联合推进的"星火一号"总投资更高达200亿元，计划2029年实现商业发电。

表：国内主要核聚变实验堆项目进展

主导机构	项目名称	状态	预计完工时间	预计投资额
中科院合肥等离子体所	BEST	在建	2027年	85亿元
中核集团-联创光电	星火一号	规划	2029年	200亿元
能量奇点	洪荒170	规划	2027年	30亿元(设备)
中科院	CFETR	规划	2035年前	待公布

国际层面，可控核聚变投资同样活跃。根据《核聚变2024行业报告》，全球核聚变公司数量已增至45家，行业累计融资金额超过71亿美元，较2023年增加9亿美元。多数公司预测核聚变商业发电将在2031-2035年实现，其中21家公司预计在2025-2030年间取得突破。美国政府为FIRE合作组织提供1.07亿美元资金，韩国成立核聚变创新联盟计划2030年建成示范应用，各国在这一未来能源制高点的竞争日趋激烈。

三、产业链价值分布：中游设备环节占据核心地位

可控核聚变产业链可分为上游材料、中游设备和下游应用三大环节，其中中游设备环节正处于资本开支的密集期，价值量最为集中。参考国际最大的核聚变项目ITER的成本构成，设备费用占比过半，其中磁体、真空室内部件、真空室分别占28%、17%和8%，仅磁体一项就超过总成本的四分之一。

磁体系统是核聚变装置最核心的部件，其性能直接决定等离子体约束效果和装置运行效率。高温超导磁体凭借其更高的磁场强度和更低的能耗，正成为未来反应堆的主流趋势。能量奇点公司最新突破的21.7特斯拉高温超导磁体，为紧凑型聚变装置的发展提供了新的可能性。在磁体产业链上，西部超导在低温超导材料领域占据重要位置，而永鼎股份、精达股份(通过子公司上海超导)则在高温超导带材方面具有技术积累。

除磁体外，第一壁和偏滤器也是核聚变装置的关键部件，直接面对高温等离子体，工作环境极为严苛。第一壁需要承受高热负荷和中子辐照，偏滤器则负责排除聚变反应产生的氦灰和杂质。国光电气是国内少数掌握核聚变第一壁制造技术的企业，为ITER、EAST等项目提供配套设备，其核工业设备及部件营收占比已从2020年的15.5%上升至2024年的37.9%，研发投入持续增加。

表：可控核聚变产业链主要环节及代表企业

产业链环节	核心部件	技术特点	相关企业
上游材料	超导材料	高温超导带材性能要求高	永鼎股份、精达股份(上海超导)
中游设备	磁体系统	价值量占比28%，技术门槛高	联创光电、西部超导
中游设备	第一壁/偏滤器	直接面对等离子体，材料要求苛刻	国光电气、安泰科技
中游设备	真空室	提供超高真空环境	合锻智能、上海电气
下游应用	电力系统	能量转换与输出	待发展

值得注意的是，随着实验堆建设的推进，一些传统制造企业也成功切入核聚变供应链。合锻智能与聚变新能签约，承接了BEST项目真空室部件、窗口延长段等核心部件制造任务；兰石重装的新型高效紧凑型热交换器已交付中国聚变工程试验堆(CFETR)；王子新材通过子公司宁波新容实现了核聚变电源系统电容订单交付。这些案例表明，可控核聚变产业正在形成多元化、专业化的供应链体系。

常见问题解答(FAQs)

Q1：什么是可控核聚变的Q值？为什么它如此重要？

A1：Q值是衡量核聚变装置性能的核心指标，定义为聚变产出能量与维持聚变反应所需输入能量的比值。它直接决定了核聚变能否实现商业化：Q=1表示能量盈亏平衡；Q=5时氘氚聚变可自我维持；Q>10进入核聚变发电可行阶段；Q>30才能实现成熟商业发电。近年来全球多个实验装置Q值持续提升，EAST项目在2025年实现的新突破为商业化带来了希望。

Q2：中国在可控核聚变领域处于什么位置？有哪些重要项目？

A2：中国在可控核聚变领域处于国际第一梯队，拥有多个世界级实验装置。EAST装置在2025年1月创造了1亿摄氏度1000秒运行的世界纪录；BEST项目计划2027年建成，有望成为全球首个实现Q>5的托卡马克装置；CFETR作为工程示范堆计划2035年前建成。这些项目由中科院、中核集团等机构主导，形成了完整的技术路线图。