2025年电力及公用事业行业深度研究报告：可控核聚变系列研究（五），“超导_磁体”，可控核聚变价值量最高环节

超导-磁体：可控核聚变价值量占比最高环节，资本开支扩张周期明确受 益

（一）超导-磁体：托卡马克装置核心部件，约束亿度等离子体的关键

托卡马克装置为当前最为主流核聚变技术路线，超导磁体系统为其核心部件。 托卡马克是当前最具商业化前景的磁约束核聚变装置，其核心挑战在于产生并维持足以 约束上亿摄氏度高温等离子体的强磁场。超导磁体系统作为实现该目标的关键部件，涵 盖了超导材料制备、导体设计、线圈绕制等一系列复杂技术环节。 以 ITER 项目为例，ITER 要把由氘、氚组成的上亿度高温等离子体约束在一个有限的空 间里，产生 50 万千瓦的聚变功率，持续时间达 500 秒，如此高的温度无法采用任何实体 材料来约束，因此需要采用超导磁体系统产生的强磁场对高温等离子体进行约束以使其 避免与容器壁接触，从而实现聚变反应。

磁体系统的主要线圈类型主要包括：环向场（TF）、极向场（PF）、中心螺管（CS）和 校正场线圈（CC）。据核聚变商业化公众号，具体来看： 环向场(Toroidal Field，TF)：用于产生强大的环向磁场从而约束等离子体，使其绕 环运行，防止等离子体与真空室壁接触。 极向场(Poloidal Field，PF)：用于产生极向磁场，与等离子体自身电流产生的磁场叠 加，共同用于控制等离子体的形状、位置和稳定性。 中心螺管(Central Solenoid，CS)：本质是一个大型变压器，其变化的电流在真空室 中感应出强大的环向电场，用于击穿气体形成等离子体并驱动和维持等离子体电流， 同时也对等离子体进行欧姆加热。 校正场线圈(Correction Coil，CC)：用于补偿由于制造公差、安装误差或周围铁磁物 质等引起的误差磁场。 以 ITER 项目为例，根据西部超导定增募集说明书，ITER 设计共有超导大型磁体 48 个， 具体包括：18 个纵场线圈（TF）、6 个极向场线圈（PF）、6 个中心螺管线圈组成的中 心螺管（CS）和 18 个校正场线圈（CC）。

超导材料是构建大型超导磁体的基础。根据秦经刚等人的论文《超导磁体在磁约束托卡 马克中的应用与展望》，目前聚变堆中应用最成熟的包括低温超导体 NbTi 和 Nb3Sn，我 国通过参与 ITER 计划已实现这类低温超导材料从无到有的大规模制备与稳定批量化生 产，其中自主研发的高性能 Nb3Sn 超导材料更在千米量级长度上取得突破，为磁体制造 提供了关键材料保障。超导材料首先被加工成超导电缆，进而集成为管内电缆导体（CICC） 的导体结构，该导体由超导电缆、不锈钢铠甲及冷却剂通道等组成，具备自支撑、低交 流损耗、冷却介质需求少、运行安全可靠及高性能等优势。 在磁体制造过程中，CICC 导体通过绕制工艺形成超导线圈。根据秦经刚等人的论文《超 导磁体在磁约束托卡马克中的应用与展望》，该线圈作为磁体的核心部件，能够实现兆 安级电流承载与上亿度高温等离子体的精准约束。多个超导线圈最终构造成托卡马克的 大型超导磁体系统，该系统是实现核聚变持续稳定运行的核心。因聚变功率与磁场强度 的四次方成正比，高场强超导磁体成为提升装置性能的关键。随着未来聚变装置对更高 磁场强度和运行功率目标的追求，超导材料与线缆技术的进步将进一步推动线圈绕制工 艺与磁体系统性能的优化升级。

（二）价值量：低温/高温超导磁体占比分别为约 3 成/4 成

两种技术路线：低温超导 vs 高温超导。根据 Neil Mitchell 等人的论文《Superconductors for fusion: a roadmap》，以国际示范性项目 ITER 为例，过去低温超导凭借成熟工程经验 长期主导项目工程，而近年高温超导则凭借更高临界磁场强度与液氮温区运行优势，在 新一代紧凑型装置中加速渗透，推动建设成本结构与产业重心迁移。

1、低温超导路线： 以 ITER 项目为例：磁体以近 3 成的核心占比锚定价值链顶端。 根据 Neil Mitchell 等人的论文，在低温超导路线的成本体系中，磁体以 28%的成本占比 位列首位，其超导线圈制造构成技术壁垒的核心支出；真空室内部组件与建筑物分列二 三位，占比分别为 17%与 14%，展现了大型基建工程的重资产属性；真空室占比约为 8%； 其余电源（8%）、其他辅助系统（7%）、加热与电流驱动系统（7%）、仪器仪表与控制 系统（6%）和制冷设备与冷却水系统（5%）合计占比 33%。

2、高温超导路线： 1）ARC 项目为例，磁体价值量占比为 46%。 ARC 项目是美国 Commonwealth Fusion Systems（CFS）推进商业聚变的代表项目，计划 2030 年代初建成，建成后的发电能力约为 400MW，ARC 项目的技术基础来自 CFS 正在 建设的高温超导托卡马克 SPARC。2025 年 6 月 30 日，CFS 宣布已与谷歌达成售电协议， 将在 2030 年代初从 ARC 项目向谷歌供应 200MW 电力。 根据 Ben Lindley 的论文《Can Fusion Energy be cost-competitive and commercially viable? An analysis of magnetically confined reactors》，在高温超导项目 ARC 的成本构成中，磁 体系统的价值量跃升至 46%，相比低温超导项目 ITER 实现较大提升（ITER 磁体价值量 占比 28%），由此可见，高温超导托卡马克作为技术发展趋势，未来磁体系统的价值量 有望进一步提升；电源及辅助设备价值量占比约为 25%，反应堆价值量约为 18%，建筑 设施价值量约为 11%。

2）CFEDR 项目为例，若不考虑土建、电厂及工程施工等成本，磁体价值量占比约为 39%。 CFEDR（中国聚变工程示范堆）是衔接实验设施与商业电厂的关键项目，是聚变新能（安 徽）实现“紧凑型聚变实验装置（BEST）-聚变工程示范堆（CFEDR）-首个商业聚变堆” 三步走战略的关键一环。该工程计划于 2030 年代建成，当前其关键技术保障项目 CRAFT （合肥紧凑型装置）总装进度已达 70%。工程进展方面，CFEDR 已启动工程设计，未来 将瞄准建设世界首个紧凑型聚变示范电站。 根据 Dehong Chen 等人的论文《Preliminary Cost Assessment and Compare of China Fusion Engineering Test Reactor》，磁体系统（包括环向场线圈、极向场线圈、欧姆加热线圈） 是最大的价值量组成部分，合计占比达到总成本的 18%，其中环向场线圈占比总成本的 11.6%，显著高于其他部件。若不考虑土地、建筑、电厂及工程施工等成本，磁体系统价 值量约占比核心设备成本的 39%。 真空室为另一大高价值模块（包括屏蔽层、真空室、热屏蔽层），合计占比达到总成本的 12%，其内部的热屏蔽层占比总成本的 6.5%，是真空室相关结构中最高的环节。相比之 下，直接面对等离子体的第一壁和包层（2.5%）及偏滤器（0.4%）等部件成本占比相对 较低。

从当前价值量拆分来看： 若以低温超导路线 ITER 项目为例，磁体环节占比约为 28%；若以高温超导路线 ARC 项目为例，当前磁体环节价值量占比约为 46%。低温超导是当下最为落地且成熟的技术 路线，若高温超导路线成为未来技术发展趋势，行业逐步从低温超导向高温超导切换， 磁体环节价值量占比有望进一步提升。 若进一步拆分磁体系统的价值量，超导材料是磁体系统价值量最高的部分。根据美国能 源部《Assessment of the ITER Project Cost Estimate (2002)》数据，超导材料占比磁体系统 价值量的 47%。由此可见，在价值量占比最高的磁体环节中，超导材料占比接近一半， 为磁体环节的价值核心。

（三）低温超导技术相对成熟，高温超导性能更具优势

超导是指某些物质在满足临界条件时（临界温度 Tc、临界磁场 Hc、临界电流 1c），电阻 突然变为零的现象。超导材料具有零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应三大基本特性。 超导材料可以实现大电流输运、产生强磁场等先进技术，是具有战略意义的前沿新材料， 在可控核聚变、超导电力、大科学装置、高端制造、医疗装备及交通运输等方面都有重 要的应用价值和广阔的应用前景。

根据上海超导招股说明书，根据临界温度 Tc的不同，可以将超导材料分为低温超导材料 和高温超导材料。

1）低温超导材料：临界温度 Tc<40K（-233℃）

目前已实现产业化的主要为铌合金超导材料，即 NbTi 和 Nb3Sn，技术较为成熟，已成功 应用于磁共振成像、核磁共振波谱分析等领域。 低温超导材料临界温度较低，需要在液氦环境（4.2K，即-269℃）下工作。由于氦气是一 种稀有资源，我国氦气资源贫乏，目前主要依赖进口，因此使用成本较高。此外，低温超 导材料在高场环境下电流密度衰减速度快，目前主要应用于 15T 以下场景，这一特征限 制了低温超导材料的应用领域。

2）高温超导材料：临界温度 Tc≥40K（-233℃）

高温超导材料对于工作环境要求较低，如第二代高温超导带材可在液氮环境（77K，即196℃）下工作，而液氮资源丰富，制备技术成熟，价格远低于液氦，在制冷成本及制冷 能耗上具有明显优势。此外，高温超导材料能够提供更高场强的稳定磁场，进一步打开 了下游高场应用领域，产业化前景更加广泛。

当前高温超导材料价格较高，未来伴随产能的逐步释放，价格有望下降。 由于高温超导材料发展起步较晚，制备技术较为复杂，规模化生产未能充分显现，使得 产品价格较低温超导材料更高。未来伴随高温超导带材生产工艺的成熟，以及产能逐步释放所带来的规模效应，预计成本或将逐步下降。根据上海超导招股说明书数据，2024 年公司高温超导带材的单价约为 241.08 元/米，同比下滑 27%，较 2022 年下滑 33%，主 要系公司产销量大幅上升后规模效应凸显，成本有所下降，为促进下游商业化进程与行 业共同发展，公司高温超导带材单价有所下降。 展望未来，随着高温超导材料产能的进一步释放，预计带材成本仍具备下降空间，有望 加速其在核聚变领域的商业化应用。

（四）可控核聚变进入资本开支扩张周期，超导-磁体环节受益明确

1、我们强调观点：预计可控核聚变在 2025~28 年逐步进入资本开支扩张周期

1）此前深度中，我们多次强调预计可控核聚变在 2025~28 年逐步进入资本开支扩张周期。 我国市场：据我们不完全统计，我国主要核聚变项目预计投入达到 1460 亿元，预计资本 开支或将提速。 当前项目以规划阶段为主，未来 3~5 年将是核聚变项目投招标的高峰时期，我们预计资 本开支进程有望进一步提速。目前国内参与主体呈现多元化，包括科研机构（中科院合 肥等离子所、中核西南物理研究所）、国企（中国聚变能源、聚变新能）和民企（瀚海聚 能、新奥科技、能量奇点、诺瓦聚变、星能玄光）。 海外市场：根据美国核聚变能源规模化委员会发布的报告，核聚变技术的发展是一场紧 迫的全球竞赛，而非遥远的未来设想。主导核聚变商业化将带来巨大的经济与战略收益， 或将催生规模达到万亿美元的全球市场。2028 年并非是终点，而是决定未来谁能在可控 核聚变时代保持全球主导地位的起点。

2）近期招标明显放量，行业迎来密集中标潮。 我们统计发现 2025 年 11 月核聚变行业招标显著放量，招标金额达到 39 亿量级。 根据我们统计的招标数据，2025 年 11 月，中科院合肥等离子体物理研究所及聚变新能安 徽的招标项目显著放量，仅 11 月招标金额就达到 39 亿量级，而 2025Q1、2025Q2、2025Q3 的招标金额分别仅为 4.48、4.40、8.72 亿元，11 月单月招标金额已显著超过前三季度招 标金额的总和。 进入到 12 月，核聚变行业转而迎来密集中标潮，中标项目总额超 24 亿。 12 月上半月（统计周期为 12/01~12/12），根据我们统计的中标数据，中科院合肥等离子 体物理研究所及聚变新能安徽合计公布中标项目总额共计 24.02 亿元，其中中标预算金 额超过 5000 万的项目达到 9 个。

2、核聚变带来巨大市场机遇，高温超导带材有望快速放量

高温超导材料是构成核聚变托卡马克磁体的主要原材料，未来行业增长潜力巨大。 核聚变技术的产业化突破将为高温超导材料、尤其是磁体环节带来确定性的巨大市场机 遇。根据上海超导招股书转引赛迪网数据，2024 年全球可控核聚变装置使用的第二代高 温超导带材市场规模为 3.0 亿元，并预计在 2030 年快速增至 49.0 亿元，期间复合增长率 高达 59.3%，增长较为迅猛。伴随可控核聚变产业化的进程的加速，特别是商业化公司广泛采用的紧凑型托卡马克路径，其单台装置对第二代高温超导带材的需求可达数千至数 万公里，规模化应用前景明确。高温超导带材作为磁体环节的核心材料，在未来能源革 命中拥有关键地位与广阔成长空间。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）