可控核聚變行業專題報告：拆分不同技術路線，電源是核心驅動引擎.pdf

可控核聚變行業專題報告：拆分不同技術路線，電源是核心驅動引擎。

托卡馬克：電源負責等離子體約束、加熱、維持，價值量高

托卡馬克裝置通過強磁場將等離子體約束在小范圍內實現聚變反應，ITER 裝置運 行時電源主要作用為：1）為超導磁體線圈提供可控電流，控制等離子體的位置及 形狀；2）為輔助加熱裝置提供能量，加熱和驅動等離子體；3）提供失超保護。電 源環節投資占比較大，ITER 項目電源相關占比 15%左右，其中電源供應系統投資 占比為 8%，加熱和電流驅動系統投資占比為 7%,遠期商業化項目 DEMO 中，電源相 關占比達 10%。ITER 項目中，中國承擔脈沖高壓變電站、無功補償和濾波系統、 極向場變流系統等產品，國內廠家技術底蘊豐厚。

托卡馬克：磁體電源為超導線圈導通電流產生穩定磁場

磁體電源系統主要包括磁體電源與脈沖高壓變電站、無功補償與濾波系統。線圈 供電系統有多個子電源系統，給不同功能的超導線圈磁體供電，磁體電源細分單 元主要有變流器單元、開關網絡單元、快速放電單元等組成，核心器件為晶閘管 和開關。無功補償可以平抑晶閘管變流系統運行時產生無功沖擊和諧波污染，脈 沖高壓變電站設備包括高壓配電站的全部設備，主要用于穩定電力傳輸。

托卡馬克：輔助加熱電源維持等離子體穩定燃燒

歐姆加熱有上限，需要輔助加熱設備，主要輔助加熱手段有射頻波加熱及中性束 注入加熱。射頻波加熱主要分為離子回旋加熱（ICRH）、低雜波電流驅動加熱（LHCD） 和電子回旋共振加熱（ECRH）等形式；中性束注入主要功能為向等離子體注入高能 中性粒子。射頻波加熱、中性束注入均需要高壓電源，主要有 PSM 高壓電源，HVPS 逆變型高壓直流電源。

其他路線：Z-箍縮混合堆核心設備為電流驅動器

Z 箍縮（Z-Pinch）指用強脈沖電流通過導體負載產生的角向磁場將負載內向箍縮， 極端壓縮等離子體可使中心氘氚燃料瞬間達到高溫高壓狀態，實現核聚變。核心 裝置 60-70MA 級驅動器占比 33%，驅動器要求電流功率大、脈沖信號高、可重復運 行、高可靠性和長使用壽命。

其他路線：電源驅動等離子體形成場反位形（FRC）

場反位形（FRC）由脈沖電源驅動形成，FRC 具有更高的β值，輸出的等離子體溫 度和密度更高。FRC 裝置主要包含磁體系統、真空系統、電源系統、診斷系統、注 氣系統、控制與數據采集系統等，電源系統為核心設備，FRC 電源分為形成區電源 和準穩態電源，形成區電源用于形成初始等離子體和形成場反位形，準穩態電源 在 FRC 形成并且傳輸到中心室后，提供持續、相對穩定的電流，維持 FRC 的平衡， 形成區電源核心零部件為真空開關和電容。