证券研究报告 | 2023年08月15 日 大国碳中和之可控核聚变 超配 可控核聚变商业化加速，能源发展有望迎来新突破 核心观点 行业研究·行业专题 可控核聚变兼具三大优势，能源发展有望迎来新突破。能量密度高：据测 算，目前主要研究方向的氘氚聚变中，1 克氘氚气体聚变产生的能量约 等于 5 克铀 235 裂变或 18 吨 5500 大卡煤炭燃烧所释放的能量。原料来 源广泛：氘可以通过提取并电解海水中的重水获得，而氚可以通过热中 子轰击锂 6 原子得到。根据我们的简单测算，氘氚聚变的燃料成本约为 0.0050 元/kWh。安全性高：原料和产物放射性相对可控，不产生放射性 乏燃料；聚变反应可通过停止燃料供应立刻中断，不存在熔毁风险。 公用事业 超配·维持评级 证券分析师：黄秀杰 021-61761029 证券分析师：郑汉林 0755-81982169 huangxiujie@guosen.com.cn zhenghanlin@guosen.com.cn S0980521060002 S0980522090003 市场走势 积极参与 ITER 项目，国内两大试验堆取得多项成果。目前世界规模最大的 试验堆是多国合作的 ITER 项目，最新预期 2029 年完工。我国最主要的 两个聚变试验堆分别是 HL-2M 和 EAST，已取得 1MA 等离子体电流、1 亿 度等离子体温度和 1000 秒等离子体约束时间等多项成果。此外，CFETR 项目正在建设，其中二期项目规划达到 1GW 功率，能量增益因子达到 10， 预计 2035 年建成。 磁约束是主要的研究方向，托卡马克装置成熟度较高。根据聚变堆约束等 离子体的方式可将可控核聚变分为磁约束、惯性约束和重力约束，目前 以能源为目的的研究主要聚焦于磁约束方向。磁约束的典型装置中，环 形托卡马克被认为是最有可能实现可控核聚变的装置。此外，球型托卡 马克主要用于基础物理研究，而仿星器仍存在新古典运输等难点。 高温超导突破，有望提升聚变堆参数。高性能磁约束聚变堆需要使用超导 磁线圈，世界首座非圆截面全超导托卡马克 EAST 装置仍使用低温超导 体，冷却成本较高。1986 年发现镧-钡-铜-氧化合物超导性质后，高温 超导材料有较大的发展，临界温度最高已达 250K（-23℃）。若未来可 以发现临界温度更高的高温甚至室温超导材料并用于聚变堆磁线圈，聚 变堆性能有望进一步提高。 AI 发展超预期，助力仿真、设计和控制环节。由于聚变过程的复杂性，其 模拟仿真、装置设计及控制存在一定的困难。人工智能的不断发展和算 力的持续提升有望提高聚变研究和设计的效率。 资本市场对可控核聚变落地乐观，首个聚变商业协议拟 2028 年发电。民营 企业也开始参与可控核聚变的研究。相关统计显示，截至 2023 年 4 月， 已有 44 家聚变企业完成创建，其中仅 2022 年就创建了 9 家公司。这些 公司对聚变预期较为乐观，超半数认为 2035 年首台核聚变机组有望并 网发电。微软公司与聚变公司 Helion Energy 签署对赌协议，后者 2028 年起向微软提供至少 50MW 电力，并承诺将核聚变发电成本降低至 1 美 分/kWh。 聚变产业链覆盖广，投资机会比较丰富。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。 投资建议：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。 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 资料来源：Wind、国信证券经济研究所整理 相关研究报告 《大国碳中和之新型电力系统-灵活性调节需求释放，虚拟电厂 大有可为》 ——2023-08-15 《公用环保 202308 第 2 期-山西、山东完善辅助服务相关政策， 欧洲天然气价格大涨》 ——2023-08-14 《公用环保 2023 年 8 月投资策略-绿证全覆盖促进绿电消费，消 纳权重稳步提升》 ——2023-08-06 《公用环保 202307 第 5 期-23H1 光伏发电装机加速，天然气消费 量同比增长 5.6%》 ——2023-07-31 《绿电行业专题-多重因素边际改善，绿电板块有望迎来修复》 ——2023-07-24 证券研究报告 风险提示：技术发展不及预期；政策不及预期；电价下调。 重点公司盈利预测及投资评级 公司 代码 601985.SH 600803.SH 公司 名称 中国核电 新奥股份 投资 评级 买入 买入 昨收盘 （元） 7.30 18.01 总市值 （百万元） 1378.5 558.0 资料来源：Wind、国信证券经济研究所预测 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 EPS 2022A 0.47 1.90 2023E 0.54 2.27 PE 2022A 15.6 9.5 2023E 13.4 7.9 证券研究报告 内容目录 可控核聚变优势显著，能源发展有望迎来新突破 .................................... 6 氘-氚聚变实现难度相对最低，能量密度远超现有能源形式 ................................... 6 原料来源相对广泛，安全性优于裂变堆 .................................................... 7 约束方式主要分为磁约束和惯性约束，托卡马克装置成熟度最高 .............................. 8 世界各国持续推进，我国两大聚变试验堆取得多项成果 ..................................... 12 超导+AI 双重催化，可控核聚变有望加速实现 ......................................15 高温超导引发关注，临界温度不断升高 ................................................... 16 AI 快速发展和算力持续增强，增强仿真、设计和控制能力 .................................. 18 资本市场持续关注，聚变领域活力增强 ................................................... 20 风险提示 ..................................................................... 23 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 3 mNzQmOpPvMpMrPoQtMnOqPbRdN9PmOrRoMnOeRoOuMlOrQtObRqRmQMYqMnQvPtQuM 证券研究报告 图表目录 图 1： 氘-氚聚变聚变示意图 ................................................................. 6 图 2： 聚变能量密度远超其他能源形式 ........................................................ 7 图 3： 托卡马克装置结构 .................................................................... 9 图 4： 托卡马克装置主要部件示意图 .......................................................... 9 图 5： SSPX 装置及其同轴螺旋注入方式示意图 .................................................10 图 6： 球形托卡马克剖面示意图 ............................................................. 10 图 7： W7-X 仿星器结构及磁场示意图 .........................................................10 图 8： W7-X 装置实景 .......................................................................10 图 9： 惯性约束原理示意图 ................................................................. 11 图 10： NIF 靶仓点火原理示意图 ............................................................. 11 图 11： NIF 基础平面图 ..................................................................... 11 图 12： NIF 靶仓组装（右上为放大后的靶仓） ................................................. 11 图 13： ITER 建设实景 ...................................................................... 12 图 14： 中国承担 ITER 计划采购包情况 ....................................................... 12 图 15： 中国磁约束聚变发展路线图 .......................................................... 13 图 16： EAST 装置结构示意图 ................................................................ 14 图 17： EAST 装置实景 ...................................................................... 14 图 18： CEFTR 效果图 ...............................................................