可控核聚變專題報告：可控核聚變系列深度（一），未來能源的奇點.pdf

可控核聚變專題報告：可控核聚變系列深度（一），未來能源的奇點。核聚變釋放能量高，氘氚為當(dāng)前主流反應(yīng)。可控聚變能源的效率 極高，燃料需求量和物理廢物量也更少：1 克氘氚聚變?nèi)剂厢尫诺?能量相當(dāng)于 11.2 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是 1 克鈾-235 裂變所釋放能量約 4倍。 可控核聚變的氘氚反應(yīng)因三大核心優(yōu)勢：1）燃料獲取可行，儲備豐 富：氘在自然界中分布極其豐富，來自于普通的水；②技術(shù)可行性 最高：過去半個多世紀(jì)的聚變研究，絕大部分都集中在氘-氚反應(yīng) 上；③能量增益較高：氘-氚反應(yīng)一次釋放 17.6MeV 的能量，是目 前實現(xiàn)能量凈增益（Q>1）乃至商業(yè)化發(fā)電（Q>10）較為現(xiàn)實的途 徑等優(yōu)勢，且外加最低的點火溫度、燃料獲取相對容易以及最成熟 的研發(fā)基礎(chǔ)，目前仍是被理論和實驗廣泛驗證、并具備工程可行性 的主流聚變路徑。磁約束被認(rèn)為是目前最有希望實現(xiàn)大規(guī)模受控核 聚變反應(yīng)的一種約束方式；根據(jù)采用的超導(dǎo)材料和工作溫區(qū)，主要 分為低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)兩條技術(shù)路線；高溫超導(dǎo)技術(shù)是未來實現(xiàn) 裝置小型化、低成本化和商業(yè)化的關(guān)鍵。

全球算力拉動電力需求，可控核聚變進(jìn)展加速，商業(yè)化征途可 期。當(dāng)前全球數(shù)據(jù)中心用電量約為 415 TWh，過去 5 年保持約 12% 的年增速；到 2030 年，在基準(zhǔn)情形下將翻倍至約 945 TWh，年增 速約 15%，是其他用電部門的 4 倍以上。在電力需求持續(xù)攀升與 “雙碳”目標(biāo)約束的背景下，可控核聚變是理想能源的解決方案。 當(dāng)前可控核聚變已由“能否點燃”邁向“能否長期、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行”，EAST等裝置在磁約束路徑上驗證了等離子體物理可行，JET 裝置實現(xiàn)接近能量平衡，為實現(xiàn) Q>1 奠定基礎(chǔ)，ITER、CFETR 等 大科學(xué)裝置以長穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和 Q≥10 為目標(biāo)推進(jìn)工程可行。國內(nèi)方面 BEST裝置有望 2027 年進(jìn)行發(fā)電演示；海外方面科技巨頭已在布局 核聚變發(fā)電：核聚變公司 Helion Energy 預(yù)計在 2028 年為微軟供 電，CFS 與谷歌達(dá)成 2030 年代購電協(xié)議，可控核聚變商業(yè)化征途 可期。

托卡馬克裝置中游設(shè)備制造價值量高，潛力大。從全產(chǎn)業(yè)鏈視 角可控核聚變可劃分為 1）上游原材料：主要圍繞第一壁和偏濾器 所需的高純鎢、銅及其合金，高溫/低溫超導(dǎo)磁體用 Nb?Sn、 REBCO 等超導(dǎo)材料；2）中游設(shè)備制造：既包含托卡馬克主機(jī)真 空室、第一壁、偏濾器、高溫/低溫超導(dǎo)磁體等關(guān)鍵部件，也包括 加熱、冷卻、燃料循環(huán)、控制系統(tǒng)等工程系統(tǒng)；3）下游應(yīng)用：目 前還處于試驗科研與示范工程階段，尚未進(jìn)入商業(yè)化。按價值量 拆分 ，以 ITER 為 例（低 溫超導(dǎo)技 術(shù)）：磁 體系統(tǒng)占 比最高 （28%），真空室內(nèi)部件（17%）、加熱與電流驅(qū)動（7%）等，中 游設(shè)備合計占比超過 50%。DEMO 示范堆項目（高溫超導(dǎo)技 術(shù)）：磁體（15%）+真空室內(nèi)部件（12%）、新增的電廠輔助設(shè)施 （25%） 成為新的價值核心，中游環(huán)節(jié)的整體價值量依然占據(jù)主 導(dǎo)地位。