2025年可控核聚变行业分析报告：核聚变产业化加速，关注电源系统

一、海外核聚变产业化加速，技术路线多元化发展

1、海外核聚变产业化加速

可控核聚变是理论上最理想的终极能源形式之一，即将进入燃烧试验和工程试验 的攻坚阶段，海外持续加码。可控核聚变被视为终极能源，若成功商业化，可能 彻底改变人类能源结构，进而解决资源短缺、环境污染和气候变化等全球性问题。 当下，可控核聚变已基本解决大部分原理问题，全球在高约束等离子放电阶段不 断进步，后续将逐步进入燃烧试验和工程试验阶段。 近几年海外对聚变产业热情高涨。一方面，各国政府高度重视。美国能源部在 2024 年 6 月提出其核聚变战略；日本近 2 年将原型电站建设计划提前 20 年左右， 英国政府 2025 年宣布追加 25 亿英镑资助 STEP 原型大厂建设；欧盟预计 2025 年底发布首个聚变能源战略。另一方面，海外科技巨头纷纷加码聚变产业投资。

2、技术路线多元化发展

可控核聚变技术路线多元化发展。核聚变主要实现方式包括磁约束聚变、惯性约 束聚变及混合约束聚变（磁惯性聚变、聚变-裂变混合堆）。不同方式各有特点， 成熟度上存在差异。 磁约束聚变是利用强磁场将等离子体约束在特定空间内，并通过加热方式达到聚 变所需条件。目前主要装置有托卡马克、磁镜、仿星器。惯性约束聚变是利用激 光或粒子束等能量输入装置瞬时压缩氢同位素靶丸，使其达到聚变条件。惯性约 束需要非常高的能量输入和精密的控制，相比磁约束技术的成熟度仍有距离。 混合约束方面，磁惯性聚变综合了磁约束和惯性约束的优势，在装置规模、成本 和效率之间寻找平衡点，典型装置如场反位形（Field-Reversed Configuration， FRC）。聚变-裂变混合堆利用聚变产生的大量中子驱动裂变堆释放能量，本质 在于通过裂变放大聚变的输出能量，从而降低对聚变输入能量的要求。

托卡马克是当前最成熟的方案，多个海外项目未来 10 年有望实现发电。基于长 期的理论、试验积累以及工程实践的突破，托卡马克是目前可控核聚变最成熟的 方案，全球托卡马克装置占聚变装置总数的 50%左右。 海外多家公司布局基于高温超导磁体的托卡马克装置，计划在未来十年实现发电， 代表性公司包括美国 CFS、英国 Tokamak Energy 等。其中，CFS 计划于 2030 年初建成 400MW 商用核聚变发电厂 ARC，目前其示范工厂 SPARC 正在建设， 预计 2026-2027 年投产运行，目标实现 Q 大于 10。Tokamak Energy 目标在 2030 年初建成试验工厂并实现净能量输出，并于 2034 年建成 500MW 电厂。

海外科技巨头不断加大投入，场反路线发展加快。场反路线的物理约束小于托卡 马克，且能量转化效率更高、更易工程化落地。 近年来，场反路线受到海外科技巨头青睐，谷歌公司与 Open AI 创始人 Sam Altman 均参与了场反路线项目的多轮一级股权投资。 2025 年以来，采用场反路线的两家美国公司 Helion 和 TAE Technologies 均完 成了其最新一轮融资。其中 Helion 2023 年便与微软签订 2028 年完成 50MW 商 业化供电的对赌协议，目前其装置已迭代至第 7 代。

二、中国同步加码，“国家队”与民企齐发力

国内同步加码。我国可控聚变研究始自上世纪 50 年代，几乎与国际上聚变研究 同步，1965 年我国即组建了彼时国内最大的聚变研究基地（西南物理研究所）， 并在 1984 年就建成了我国聚变领域第一座科学装置（中国环流一号），我国还 在 2006 年正式成为 ITER（国际热核聚变实验反应堆计划）的项目参与方。之后 我国环流二号、三号、东方超环（EAST）等装置陆续问世。 近几年，以央国企、科研院所为代表的“国家队”，也开始成立独立实体进行产 业化培育。通过政策引导、专项基金、国央企直投，“国家队”加速推动国内可 控核聚变从实验室进入工程化试验。 “国家队”目前聚焦托卡马克路线。国内核聚变试验堆主要由中科院和中核集团 牵头，多年深耕托卡马克路线。中科院合肥等离子体所的全超导托卡马克装置 EAST 于 2025 年 1 月实现 1 亿摄氏度高约束等离子体运行 1066 秒。中核集团 西南物理研究院的可控核聚变大科学装置环流 3 号于 2025 年 3 月实现原子核温 度 1.17 亿摄氏度、电子温度 1.6 亿摄氏度。 “国家队”引入多元资本。近两年“国家队”通过“公司化”推动核聚变试验装置建设。 2023 年 5 月，聚变新能（安徽）有限公司成立，这是中科院合肥等离子体所磁 约束核聚变领域的成果转化平台，股东包括皖能丰禾、合肥产投、昆仑资本、蔚 聚科技等省、市国资及产业资本等。作为 EAST 的下一代装置，聚变新能负责运 营的 BEST 装置于 2025 年 5 月启动总装，比原计划提前几个月。 中核集团旗下中国聚变能源有限公司于 2023 年 12 月正式揭牌，2025 年 2 月获 得中国核电和浙能电力合计 17.5 亿元增资（流程中），4 月上海未来产业基金 宣布对其战略投资，中国聚变也形成了国企直投、市属产业基金战投等多元股东 结构。预计随着资金逐步落地，中国聚变的项目有望加速，投资规模可能对标中 科院 BEST 项目。

民营公司技术路线更多元，并吸引众多资本参与。能量奇点是国内第一家聚变能 源商业公司，成立于 2021 年，2024 年建成全球首台全高温超导托卡马克装置洪 荒 70，正在开发下一代装置洪荒 170。继能量奇点之后，星环聚能（第三轮融资中）、瀚海聚能（A 轮融资中）、星能玄光（Pre-A 轮完成）、诺瓦聚变（天 使轮完成，互联网资本领投）、先觉聚能等公司相继成立。 总体来看，民企的技术路线更加多元，包括紧凑型、球形高温超导托卡马克、场 反 FRC、Z 箍缩聚裂变混合堆等。

三、电源是核聚变重要组成部分，领先企业将受益

电源系统是可控核聚变装置的核心组件。电源系统承担着为可控核聚变装置的功 能系统提供电能保障的职能。按功能不同，电源相关系统包括变配电系统、磁体 电源系统、辅助加热电源系统、无功补偿和谐波治理系统等。 电源系统价值量占比高，尤其在场反路线中成本占比估算可能接近 40%。主流 的托卡马克路线，磁体占据大头，电源系统成本占比 7%-8%（以 ITER 为例，试 验阶段加热与电流系统占 7%，DEMO 堆阶段加热与电流系统占 8%），属于价 值量占比较高的环节。而场反路线的装置小型化，磁体结构相对简单，电源系统 在该路线中更加关键（主要是磁体电源），成本占比估算可能达 40%左右。

1、变配电系统

变配电系统负责从外部电网引入电能，同时向磁体系统、加热系统、低温系统、 控制系统、诊断系统等多个子系统供电，各系统负荷特性差异大，需精准协调功 率分配，避免相互干扰。其中磁体系统、加热系统需涉及脉冲方式工作，电流/ 电压在短时间内剧烈变化，对配电系统的动态响应能力要求极高。 以 ITER 项目为例，变配电系统负责从法国电网 400kV 开关站取电，通过三个大 脉冲电力变压器将电压降低到 66kV 和 22kV，再将电力配送到各级子系统（电 力需求在 110-620MW 不等）。

2、磁体电源系统

磁体电源系统为磁体系统供电，是激发、控制磁场的关键。磁体电源系统主要由 变流单元、开关网络单元、快速放电单元等环节构成。不同的聚变技术路线，磁 体电源系统的配置和功能有较大差异。 托卡马克的磁体电源系统包括多个子系统，采用稳态、脉冲相结合的架构。以 ITER 项目为例，其磁场环境由 18 个环向场线圈（TF）、6 个极向场线圈（PF）、 中心螺线管线圈（CS）及部分校正线圈（CCS）组成，不同磁场线圈由不同磁 体电源系统驱动，稳态电源为主，脉冲电源为辅。ITER 的磁体电源系统是目前 世界上功率最大、运行工况最复杂的系统，装机容量2300MVA，最高电流达68 kA。

托卡马克磁体电源系统要求苛刻。稳态电源承担着保障超导磁体在大电流环境中 稳定运行的任务，关键指标包括稳定度、纹波。脉冲电源承担辅助作用，通过高 精度控制，纠正等离子体位移、抵消误差场等。此外，磁体电源系统需要配置失 超保护系统（失超会释放巨大热量，导致安全事故）。 稳定度、纹波：环向场电源运行模式为长期稳态单相限运行，以 EAST 项目 为例，稳定度（8 小时）、纹波都要求≤0.3%。 高频开关和实时控制：快控电源保障垂直稳定线圈（VS）在毫秒级别的时 间内输出脉冲电流，产生反向磁场来纠正等离子体位移。开关响应时间估计 在微秒级别，对控制要求较高。 失超保护：以 CRAFT 项目为例，磁体电源系统最高输出电流达 100kA，比 ITER 更高。中国自主研发了 100kA 单体真空开关（基于人工过零的直流回 路分断技术），在失超情况下快速分断电流（快速性、一致性）。此前相关 技术由俄罗斯、欧盟等掌控，CRAFT 的突破标志我国在直流大电流开关和 失超保护领域达到世界先进水平。

场反装置的电源系统更重要，价值量占比更高。场反装置的磁体系统包括两端的 准稳态线圈及 pinch 线圈。通过准稳态线圈产生稳态磁场和 pinch 线圈产生脉冲 磁场，加上对 pinch 线圈的通电时序控制，实现等离子体的激发、加速、碰撞。 相比托卡马克，场反装置主要依靠极向磁场来约束等离子体，无需环向场线圈等 其他部件，其磁体结构相对比较简单。 但其磁体电源系统以高压脉冲功率电源为主，技术要求更苛刻。美国 Helion 公 司的第六代 Trenta 装置是目前参数最高的场反装置之一，其原理是将两个等离 子体环从装置两端加速至 300km/s，并在碰撞时产生峰值磁场以压缩等离子体至 聚变条件。 Trenta 的脉冲间隔为 10 分钟，而第七代原型机 Polaris 计划将脉冲频率提升至每 秒 1 次或 10 次以实现连续发电，开关响应时间达到亚微秒级别。对高压脉冲功 率电源（电容器组+快控开关）的电路设计、器件选型（寿命、耐压绝缘性能、 响应速度等）提出更苛刻的要求。在这种大功率、高压场景下，目前的半导体器 件不再适用，需要用到真空管，国产化存在一定瓶颈。

3、辅助加热电源系统

为了实现聚变点火、维持自持燃烧，等离子体温度必须达到 10keV 以上。欧姆 加热依赖等离子体电阻发热原理，但电阻率随温度升高而急剧下降，理论上只能 达到 1 keV 量级的温度，因此必须采用辅助加热进一步加热等离子体。主要方式 包括中性束注入加热、射频加热、磁重联加热等。 中性束注入加热（NBI）：向等离子体注入高能中性粒子，通过粒子在等离 子体中电离及碰撞对等离子体进行加热。 射频加热：通过不同频率的电磁波与等离子体发生共振。按照共振频率由低 到高分别为离子回旋（ICRH）、低混杂波（LHRH）、电子回旋（ECRH）；磁重联加热：控制极向磁场将两个等离子体环向中间靠拢，磁力线会断开并 重新连接形成新的磁场结构，储存在磁场中的能量快速释放，加热等离子体。 高温超导趋势下，ICRH 和 NBI 预计成为主流加热方式。目前国内试验项目以低 温超导为主，一般采用多种加热方式协同。而高温超导代表装置 SPARC 的加热 源全部采用 ICRH，主要系高密度路线下，直接加热离子的方式效率更具优势。 NBI 系统由热阴极正离子源、束线系统、真空系统、电源系统等子系统构成。ICRH 系统包含射频源系统、高功率传输系统及相应的数据采集系统。射频源系统的核 心部件是高功率发射机，主要由放大器（电子四极管和固态放大器）、PSM 高 压电源、冷却及控制保护系统构成。 加热系统大功率波源属于卡脖子环节。2025 年上半年，中国科学院合肥物质科 学研究院陆续针对电子四极管、170GHz 回旋管开展了国际化招标，体现国内技 术、供应链存在一定瓶颈。

加热电源系统具有大功率、高电压特性。辅助加热系统的核心设备需要高压直流 电源供电，且加热性能与电源性能直接相关，对电源提出了较高的要求。以 CRAFT 项目为例，NBI 加热系统的加速器高压电源需满足如下条件： 功率可调：加热系统在进行物理实验时需要调节加热功率，要求电源输出电 压 20%-100%连续可调，且输出电压精度不低于±2%； 稳定性高：NBI 的束流发散度受加速器高压电源波动的影响比较大，要求输 出电压纹波在任意输出电压下都小于±5%； 迅速关断并自动重启：加速器极板间 Breakdown 频繁而不可避免，为了限 制浪涌能量，要求电源在 100μs 内迅速关断，等待 20ms 立刻自动重启；故障保护：加速器极板间 Beam-off 频繁，在高压侧易造成过电压，电源需 尽快关断，不再自动重启。

4、电源系统壁垒高，领先企业将受益

相比传统工业电源，可控核聚变的电源系统壁垒高，需定制化开发。可控核聚变 的电源系统工作在极端物理条件下，从器件材料、拓扑结构、控制逻辑到系统集 成的技术范式均需突破，运行模式复杂，需保证极端工况的稳定性、动态响应等。 定制开发面临较长周期的前置投入，对于供应链公司的战略眼光、技术积累、资 金储备要求较高，格局可能相对有序，有底层技术实力且有储备的公司有望受益。

四、相关公司分析

1、禾望电气

电力电子平台型企业，大功率产品技术领先。公司在大功率电力电子领域积累深 厚，其 know-how、功率器件体系、供应链都有明显优势，基于其电力电子、电 气传动、工业通信/互联、整机/制造工艺、新能源并网五大技术平台，并结合不 同场景，逐步形成较立体的产品与业务架构，当前公司老、中、青业务均呈现出 积极态势。 公司风电变流器等产品保持国内第一或并列第一，并积极拓展海外市场。光 伏逆变器、储能 PCS 业务也具备了一定竞争力。 公司传动系统在国内保持领先，推动了众多细分领域的国产化，伴随其业务 面拓宽、海外市场拓展，正在进入放量成长的发展阶段，贡献也不断加大。 公司过去一个时期，加大了对大容量电源、新型传动、氢能电源等储备业务 的布局和投入。我们分析，其大容量电源的相关产品，有望在可控核聚变、 AIDC 领域 HVDC/SST 获得突破，进而带动公司迈上新台阶。

2、爱科赛博

公司深耕电力电子领域，以电力电子变换和控制技术为基础，构建了高密度功率 变换技术、高精度智能控制技术和产品化支撑技术三大技术平台，形成了当前特 种电源、测试电源、电能质量的主要产品体系。 公司在特种电源和电能质量方向获得两次“国家科技进步二等奖”，并且过去已有 国内核聚变项目配套案例。 测试电源：新能源相关领域测试电源供应商，产品关键指标达到 AMETEK 等 国际一线品牌的水平，具备与外资品牌竞争的实力。 特种电源：公司参与的“大功率特种电源的多时间尺度精确控制技术及其系 列产品开发”项目获得 2015 年度“国家科技进步二等奖”。专用特种电源在航空航天、轨道交通、科研试验等领域有较强影响力。公司是国内少数几家掌 握加速器电源关键技术的企业之一，先后为上海光源等 6 项国家重大科研基 础设施提供加速器电源或作为电源总包商。在可控核聚变领域，公司曾参与 西南物理研究院环流二号（HL-2M）、中科院合肥等离子体物理研究所 EAST 重点项目。 电能质量：参与的“供用电系统谐波的有源抑制技术及应用”项目荣获 2011 年度“国家科技进步二等奖”。

3、其余重点

旭光电子：成立于 1994 年，其前身为 1965 年成立的国营旭光电子管厂（779 厂），2002 年在上交所上市。公司通过 5 家控股子公司和 2 家参股子公司布局 电力设备（真空灭弧室、大功率电子管、新型电力及新能源成套设备等）、军工、 电子材料（氮化铝粉体、基板、结构件等）三大板块。 公司大功率电子管技术国内领先、国际先进，兆瓦级超大功率电子管已应用于可 控核聚变领域，是离子回旋加热系统的核心器件。可控核聚变及大科学装置等高 端领域对大功率电子管需求不断扩大，公司未来将受益。

2020 年承接了中国国际核聚变能源计划执行中心立项的“长脉冲高功率四 极管方案设计及关键工艺研究和整管制备”课题，发射管工作频率为 50-150MHz，射频输出功率为 1.5MW。目前有 DB968（百千瓦级）、DB967 （兆瓦级）两种型号，均已实现供货。

弘讯科技：公司 2001 年在宁波成立，技术与管理传承于 1984 年设立的中国台 湾弘讯科技，2015 年在上交所上市。控股股东为 RED FACTOR LIMITED（截 至 25 年一季报，持股 39.86%）。主业包括自动化（工业控制类、驱动系统类）、 数字化（数据联网服务类、数字工厂解决方案）、新能源（电源解决方案、绿能 储能业务）三大类。 公司 2016 年并购意大利 EEI（创立于 1978 年，40 余年电力电子技术积淀，截 至 2024 年年报，公司对 EEI 间接持股 48.45%），EEI 长期与欧洲多家核物理 实验室合作开发特种电源。

2018 年为日本 JT-60SA 提供电阻壁模式控制线圈电源、2022 年为 JT-60SA 误差场校正系统提供高精度电源方案、2024 年中标意大利 ENEA 的 Divertor Tokamak Test 校正线圈高精度电源（360 万欧元订单签约），预计 25 年底 完成交付。

EEI 可根据性能和客户要求，采用机柜式解决方案或 19 英寸抽屉式结构。 电源兼具良好的精度和极高的动态特性，响应时间高达 12µs，设定值到达 时间高达 30µs。

编辑：火腿肠