可控核聚变商业化加速

近期,新一代人造太阳“中国环流三号”取得突破。本次“中国环流三号”实现了1兆安等离子电流高约束模式的运行,意味着等离子体整体约束性能实现有效提升,等离子体综合参数向聚变点火条件靠近,同样标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行新里程碑发起冲击挑战。

业内人士表示,可控核聚变装置的发展,将为结构材料和超导材料带来投资机会。严苛的反应环境对聚变装置结构材料提出了极高的要求。其中,第一壁材料是实现可控核聚变的关键瓶颈之一,2022年11月我国完成了ITER增强热负荷第一壁首件制造,其核心指标显著优于设计要求。此外,包层结构材料也是实现聚变可控的关键因素,目前包层结构材料主要有特钢以及相关复合材料等。

事件驱动 “中国环流三号”实现突破

据中核集团消息,8月25日下午,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培(1兆安)等离子体电流下的高约束模式运行,再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录,突破等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题。

1兆安等离子体电流高约束模式运行的实现意味着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。等离子体电流强度是托卡马克核聚变装置的核心参数,等离子体电流达到100万安培(1兆安)是其实现聚变能源的必要条件,根据2022年10月人民网消息,中国新一代“人造太阳”(HL-2M)等离子体电流突破100万安培,创造了我国可控核聚变运行新纪录。

本次“中国环流三号”实现了1兆安等离子电流高约束模式的运行,意味着等离子体整体约束性能实现有效提升,等离子体综合参数向聚变点火条件靠近,同样标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行新里程碑发起冲击挑战。

磁约束可控核聚变的实现需要通过高温高压环境对等离子体进行约束,而磁场强度是其中的关键参数。超导线圈载流能力强,能够获得更强磁场,是聚变堆磁体的必然选择,对提高聚变堆能量效率和约束时间具有重要意义。根据能量奇点能源科技(上海)有限公司8月15日消息,洪荒70高温超导托卡马克装置总体安装正式启动,计划于2023年底建成运行,该装置包含环向场线圈、极向场线圈和中心螺线管线圈均采用高温超导材料建造。

行业前景 可控核聚变商业化按下加速键

可控核聚变是人类解决能源问题的终极方案,双碳及能源安全背景下势在必行。核聚变过程是两个较轻的原子核聚合为一个或多个较重的原子核及其它粒子的反应。根据爱因斯坦质能方程,反应式中看似损失的质量会以巨大能量的形式被释放出来。核聚变在能量效率、装置及反应过程安全性、反应原料的易得性以及反应的危废和碳排放方面,相较其它能源解决方案均拥有显著的优势。

根据IAEA,相同原料质量下核聚变所释放的能量是核裂变的4倍、是普通燃油或煤炭燃烧所释放能量的400万倍。根据IAEA,截至2022年年底,全世界约有130个国有或私营实验性可控核聚变装置,其中“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,我国自2006年始便是七名成员国之一。

人类对于核聚变的研究和利用已有超过70年历史,而极端的工作环境要求使可控核聚变领域的研发一直有着著名的“50年悖论”,但随着相关技术突破及资本涌入,可控核聚变商业化开始加速。2022年12月13日,美国能源部宣布其NIF装置点火成功,并实现了核聚变“净能量增益”,在理论上验证了核聚变商业化的可能性。

根据CapitalIQ,2022年该领域成立的创业公司数量迅速攀升至近40家,仅在2022年内就获得了约50亿美元的风投资金。同时,根据KeytoneVentures预测,全球核聚变市场规模将从2022年的2964亿美元增长至2027年的3951.4亿美元,CA-GR为6.0%。而ChatGPT在今年横空出世,预计将对核聚变产业的发展产生重大影响,其在高维数据中寻得最优解的能力或显著缩短可控核聚变商业化开发周期。

此外,AI能力持续增强,仿真、控制能力提升,支撑聚变应用落地速度提升。实验方面,AI迭代和算力发展,提升了磁场和等离子体流场建立的模拟仿真实验的效率和精度,有利于聚变堆可行性论证的推进;材料方面,AI通过逆向推导磁场分布、材料组成成分及结构等,帮助筛选满足要求的材料,提升装置设计效率。整体看,AI能在可控核聚变的装置设计、模拟仿真、控制监督等整体流程发挥作用,增强可行性论证的可信性和精确性,提升研发效率,加快聚变应用落地速度。

投资机会 结构材料和超导材料迎来投资机会

中信证券认为,可控核聚变装置的发展,将为结构材料和超导材料带来投资机会。严苛的反应环境对聚变装置结构材料提出了极高的要求。其中,第一壁材料是实现可控核聚变的关键瓶颈之一,2022年11月我国完成了ITER增强热负荷第一壁首件制造,其核心指标显著优于设计要求。此外,包层结构材料也是实现聚变可控的关键因素,目前包层结构材料主要有特钢以及相关复合材料等。

同时,对于目前可控核聚变商业化的主流磁约束路线,形成强大的磁场是实现其反应可控的前提,而超导材料是实现该目标必不可少的一环。我国在超导强磁场应用等方面已达到国际先进水平,且超导材料的研发和产业化拥有深厚的壁垒和广阔的市场空间,根据Conectus数据,2012年全球超导产品市场规模为51.9亿欧元,2020年达到64.6亿欧元,2022年预估该数字已达到68亿欧元,2012-2022年间CAGR达到2.7%。可控核聚变的商业化加速,也将为相关材料带来新的投资机会。

对于具体投资标的,中信证券建议关注如下两个投资方向。第一,极端的反应环境对聚变装置结构材料提出了极高要求,我国在相关领域材料处于国际领先水平,建议关注ITER零部件配套商:国光电气、航天晨光;第二,超导材料是实现磁约束路线可控核聚变的重要一环,建议关注国内超导材料行业核聚变相关标的:鼎龙股份、联创光电。

国信证券表示,聚变产业链上游覆盖有色金属(钨、铜等)、特种钢材、特种气体(氘、氚)等原料供应;中游覆盖聚变技术研发、装备制造(第一壁、偏滤器、蒸汽发生器、超导磁线圈等组件)及仿真、控制软件的开发;下游覆盖聚变机组的运营。聚变产业链覆盖范围较广,存在较多优质投资机会。推荐关注聚变产业链上游原材料供应公司和中游装备制造公司;推荐“核电与新能源”双轮驱动中国核电;推荐集团成立能源研究院,建成玄龙-50聚变装置的新奥股份。

编辑:newshoo