2025年电新行业分析：可控核聚变新阶段，迈向终极能源第一步

Part1 什么是可控核聚变？

核聚变的基本原理

核聚变：两个较轻的核结合，形成一个较重的核和一个极轻的核（或粒子）的一种核反应形式。质量小 的原子，主要是指氘，在一定条件下（如超高温和高压），能让核外电子摆脱原子核的束缚，两个原子 核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子 虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来， 大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。恒星的能量来源就是内部不断进行的核聚变 反应；而不可控的核聚变就是氢弹的爆炸。

核聚变优势：反应能量大、燃料资源充足、安全性高、放射性低、未来度电成本低，因此可控核聚变被 认为是终极能源形式。

技术路径分类及发展历程

核聚变反应对于温度的要求非常高，通常需要达到上亿摄氏度。在如此高的温度下，气体分子将被完全电 离，此时物质以高温等离子体（完全电离的气体）形态存在。为了持续输出反应能量，对于聚变等离子体 的有效约束是关键。通常为磁约束、惯性约束、 磁惯性约束。

磁约束聚变是指用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等 离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量，主要的装置有托卡 马克、仿星器。

磁约束路线的托卡马克装置是当前物理研究上最成熟的路线，早在1998年日本JT-60装置上实现能量增益 因子Q值达到1.25，实现科学可行性向工程可行性的跨越。由于传统托卡马克装置资金需求量大、工程复 杂度大，几大国家联合推出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，投资超220亿美元，2006年启动建设，计划2035年实现Q≈10的氘氚聚变实验，验证商业 聚变的工程可行性。

惯性约束聚变是通过激光或粒子束在极短时间内对燃料靶丸进行加热和压缩，使其内部产生极端高温高压 ，从而触发核聚变反应。该路径最早在上世纪50年代提出，随着激光技术的突破而逐步推进。 美国国家点火装置（NIF）是当前最具代表性的惯性约束聚变平台，2009年建成，采用“间接驱动”路径 ，目标是实现聚变点火。2022年 NIF首次实现聚变净能量增益（Q>1），验证了理论模型的可靠性，但若 计入激光器电能到激光的转换损耗，系统总Q值仍远小于1。其意义更多在于验证极端物理模型和国防研究 ，而非直接推动商用可控核聚变。 英国First Light Fusion等企业也在探索“飞片驱动”等新型激光/动能路径，尝试以更高效率、更低成本 实现惯性约束的工程转化。

磁惯性约束聚变是一种融合磁约束与惯性压缩优点的混合路径，旨在以更小型装置实现高能量效率和频繁 脉冲聚变。早期虽有场反转构型（FRC）设想，但长期处于非主流探索。 进入2010年代，Helion Energy、General Fusion 等私营企业以MIF为技术核心，相继开发磁线圈+电磁 压缩等创新装置，目标是低成本、模块化、中小型反应堆形态实现可控聚变，目前处于工程验证与技术突 破并行期。 2023年Helion宣布离子温度达到1亿度；近期计划25年下半年实现Q>1，与微软签署2028年购电协议， 成为技术迈向商业化的重要标志。磁惯性路径因其工程灵活性和资本吸引力，正逐步形成新兴赛道。

Part2 为什么当下是可控核聚变的新阶段？

可控核聚变新阶段

政策端，全球能源转型背景下，多国政府对可控核聚变给予大力支持。 中国通过多项政策举措全力推动核聚变产业发展，涵盖财政支持、央企协同、研发创新及安全监管等方面， 为核聚变技术研发和产业化提供有力保障。2022年《上海市科技支撑碳达峰碳中和实施方案》推动研究基 于钍基熔盐堆、可控核聚变、小型化核聚变等先进核能原理与关键技术研发；2024年《上海核电产业高质 量发展行动方案（2024-2027年）》推动紧凑式磁约束高温超导托卡马克装置、双锥对撞惯性约束激光核 聚变、磁-惯性约束核聚变等技术研发，突破大尺寸、高电流密度、强磁场的高温超导磁体关键技术。

投资端，国家队主导科研，私营企业加速商业化，企业数量快速扩张。 中国国家队主要是【中科院/绵阳九院-聚变新能/先觉聚能】和【中核-中国聚变能/联创光电】。聚变新能为低 温超导托卡马克路线，25年已开始招标建设BEST装置、计划27年建成、27-30年验证Q>5，30-40年建成 CFEDR作为商业示范堆。中国聚变能走全超导托卡马克路线，计划26年下半年开始招标建设新一代装置。

海外核聚变公司数量更多，以美国最为领先。截至2024年，全球核聚变活跃公司总数约50家（2020年仅约 20家），其中 80%为私营企业。公司数量最多的是美国，多达25家，且美国在多个技术路线上保持国际领 先。另外，英国5家，德国4家，日本4家，法国、加拿大、澳大利亚、瑞典、瑞士、以色列、新西兰等也有 代表企业。

高温超导可以产生更强的约束磁场，因此在相同等离子体约束效果下，高温超导托卡马克装置可以大幅缩 小体积，线性尺寸上高温超导托卡马克是低温超导的1/4-1/3，则体积可缩小1/40，成本大幅下降、制造 过程大幅简化，能够推动核聚变装置加速迭代。

ITER 作为国际大科学工程标杆，以 220 亿美元投入、29 年周期 打造 28 米级低温超导装置，借规模效应 锚定氘氚聚变科学基线（5.3T 磁场、15MA 等离子体电流）。美国 CFS 主导的 SPARC，凭私营资本实现 30亿美元融资、5-6年建设周期 ，以 3.5 米级高温超导装置突破 11T 磁场强度，虽等离子体电流（8.7MA ）略逊，却以 1/8 直径达成大于2倍的磁场增益 。

可控核聚变的技术路径由“多元并进”逐步替代过去的“单一路线验证”，全球核聚变从基础科学走向工 程实践的临界点已被跨越。 磁约束、惯性约束和磁惯性约束三条技术路径在科学可行性验证、工程可行性推进以及商业化探索方面均 取得显著进展。预计未来十年内，磁约束聚变将通过BEST、SPARC、ITER等项目实现关键突破，ARC和 CFEDR等示范堆将迈向商业化运行；惯性约束聚变有望在2030年前后进行工程验证，并在2040年实现首 个商业装置；磁惯性约束聚变计划在2025-2028年间实现首堆运行，并在2030年后启动商业试验堆。

Part3 装置架构拆解与产业链成本图谱

托卡马克

托卡马克是当前传统主流设备，使用一个特殊的环形磁性笼，将等离子与容器壁隔离开，创造出核聚变反 应的封闭空间。以最为完整的ITER为例，托卡马克装置的主要部件包括磁体系统、真空室、包层模块、偏 滤器、真空杜瓦。另外还有真空系统、低温系统、氚增值、电源诊断系统等支持系统。

在托卡马克中成本占比最高的是磁体系统，磁体主要由铌锡与铌钛超导线圈构成，实现磁场控制。低温超 导托卡马克装置磁体系统占比约28%，高温超导托卡马克其磁体系统占比更高，约为50%。

真空室、冷屏、杜瓦共称为托卡马克三大件，占低温超导托卡马克的总成本的12%。

真空室是可控核聚变的核心密闭容器，为等离子体提供高真空约束环境，主要材料为不锈钢或铁素体马氏 体钢，需耐受高能中子辐照，分成：1）壁内屏蔽块用于中子屏蔽与抑制磁场扰动，2）热屏蔽层要降低真 空室至超导磁体的辐射与传导热负荷。

真空杜瓦，也称低温恒温器，是一个不锈钢高真空容器，处于整个托卡马克装置外围，为真空室与超导磁 体提供高真空及超低温环境并支撑整体结构。

从ITER装置的成本拆分来看，低温超导托卡马克装置除了磁体系统占比约28%、三大件约12%、包层偏滤器 10%之外，还有些辅助系统包括：电源系统8%、加热系统7%、低温冷却系统5%、仪器控制6%等关键技术环 节比重较高，另外土建厂房占14%左右。 高温超导磁体系统占比更高(约为50%)，如SPARC项目20亿美元总投资中10亿用于高温超导磁体。除此之外， 高温超导其他部分的成本与低温超导基本保持一致，但由于高温超导托卡马克体积较小，其他成本比例降低。 若在中国建一个类似SPARC的装置，约需70亿人民币，成本约为SPARC1/2。未来技术成熟后，主机部件 （包括磁体、真空室、杜瓦、冷屏）约占一半经费，即35亿人民币；目前磁体处于研发阶段，成本高，占比达 50%。辅助系统约占70亿中的10%，包括各种加热系统、低温系统、真空系统、送气系统等。诊断系统约1 - 2亿，经费波动幅度较大，与反应堆情况和所需传感器有关。面向等离子体部件（不考虑包层）和真空室内部 件约需几亿人民币。电源、厂址和变电站等其他配套系统占20亿人民币。

直线型装置

结构简单模块化，有利于迭代更新。磁惯性约束常用直线型装置，是一种结合磁场约束与惯性压缩的混合 核聚变技术。装置采用直线几何设计，省去传统环形磁体的复杂结构，因此其投资成本大幅低于托卡马克 或仿星器，且由于其直线型、模块化的设计，检修更换、装置迭代更容易，Helion前7代装置投资共约6- 10亿美金，我们预计国内直线型装置反应堆投资约5-6亿，商业化约30-50亿/座。

以某国内初创公司的测算数据为例，其第一代直线型装置规划投资5-6亿，其中电源系统占50%、主机 16%、诊断系统8%、控制系统2-3%等。

Part4 核聚变度电成本具备竞争力

经济性测算

尽管尚未商业化，聚变能预期价格已具备初步竞争力。根据第三方预测，聚变能的LCOE范围为30-140美元 /MWh，已处于与可再生能源如太阳能和风电相近的区间，甚至优于部分传统能源如美国核能（142-222 美元/MWh）和燃气调峰（110-228美元/MWh）。

整体能源市场将持续朝向更高效率和更低成本的方向发展。从预测趋势来看，至2050年，传统能源如煤炭 、天然气、水电的LCOE呈现下降趋势。从2030-2050年，煤炭由96-131美元/MWh下降至77-107美元 /MWh，水电维持在42-121美元/MWh。与此同时，生物能源成本相对坚挺。

私营企业的LCOE目标普遍显著低于政府项目

低成本路径由私营企业主导（目标均<0.6元/kWh），其紧凑设计、工程友好型技术（磁惯性、场反位形）和资本 效率（融资10亿级美元）是关键优势；政府项目则侧重科研验证，成本与商业化进程均滞后。

美国私营企业表现突出，Helion凭借磁惯性技术路线目标成本最低（0.07-0.3元/kWh），已获微软购电协议支 持；TAE（场反位形）和CFS（高温超导托卡马克）紧随其后，目标分别为<0.3元/kWh和0.4-0.6元/kWh；加拿大 General Fusion（磁活塞压缩）目标<0.5元/kWh，同样聚焦低成本路径；

政府项目成本较高：英国UK STEP（0.5-0.8元/kWh）、国际ITER（0.7-1元/kWh）及欧盟DEMO（0.7-1.2元 /kWh）的LCOE普遍高于私营项目，主因需巨额投资（ITER达220亿美元）和长期科研验证目标（如Q>10）。

低温超导托卡马克聚变装置以国内CFEDR为例，其初始设备投资为800亿元-2GW聚变功率，考虑氚成本、运 维费用、材料更换，总投资约1100亿；假设Q=30，考虑热电转换，在50年内发电量为38.8万GWh，则简单 计算度电成本为0.3元/kwh，低于火电。

直线型磁惯性聚变装置以海外Helion为例，其初始设备投资为40亿元-100MW聚变功率，考虑氚成本、运维 费用、材料更换，总投资约58亿；假设Q=10，考虑热电转换，在50年内发电量为3万GWh，则简单计算度电 成本为0.18元/kwh，低于光伏风电。直线型其结构简单、建设周期短和初始投资较低，使其在实现特定能量 输出目标时具备更高的经济效率。

报告节选：

编辑：火腿肠