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可控核聚变:从科幻到商业——电力设备行业深度报告2024年04月30日
摘要?可控核聚变的优势和原理:核聚变能即小质量元素的原子核(通常是氘和氚)聚合成为重核所释放的能量。与核裂变相比,可控核聚变释放能量大,原料丰富,安全可靠、不产生放射性废物,2023年国务院国资委启动实施未来产业启航行动,明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。“聚变”的实现需要同时满足三个条件:足够高的温度、一定的密度和一定的能量约束时间,聚变的“可控”理论上通过可磁约束、激光约束和箍缩实现,目前世界上主流路线为磁约束装置托卡马克。?当前进展与商业化可能:1968年后苏联科学家发明的托卡马克装置成为主流路线,并经历了托卡马克→超导托卡马克→全超导托卡马克的技术迭代升级。2006年,中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国等正式签署ITER协定并于2007年成立ITER国际组织实施计划,项目总计划投资高达200亿欧元。2023年,美国NIF装置创造能量净输出记录,日本JT-60SA也成功实现点火,我国EAST装置也不断刷新等离子体运行记录。据美国聚变能协会FIA统计,截至2023年初全世界核聚变公司吸引了超过60亿美元的投资,全球43家聚变能公司中有26家认为聚变供电将在2035年之前实现,19家认为届时聚变发电将具备商业可行性。我国目前有2个前期建设阶段项目,总投资计划接近300亿元,将为相关产业链提供重大机遇。?可控核聚变产业链:可控核聚变产业链上游为原材料,包括第一壁材料钨、高温超导带材原料REBCO和氘氚燃料;中游为相关设备,核心设备包括超导磁体、第一壁和偏滤器,其中超导磁体占总投资成本约40-50%。高温超导磁体可大幅提升磁场强度,是装置运行的核心部件,第一壁的作用是控制进入等离子体的杂质、传递辐射到材料表面的热量等,偏滤器的作用是控制等离子体与真空室壁面的相互作用,减少壁面的热负荷和粒子轰击;产业链下游为应用环节,核聚变技术主要用于发电、医疗、科研等领域。?投资建议:近年来,全球领域可控核聚变技术突破和商业投资加速,将为相关产业链带来重大机遇。首次覆盖,给予行业“推荐”评级。个股方面,建议关注超导磁体环节联创光电,高温超导带材制造商精达股份、永鼎股份,低温超导带材西部超导,偏滤器制造商国光电气、安泰科技等。?风险提示:行业政策不及预期,重要技术进展不及预期,相关投资不及预期,建设进展不及预期,运行实验结果不及预期,设备交付不及预期,商业化进展不及预期,重点关注公司业绩不及预期等。
目录1可控核聚变:“聚变”与“可控”的原理当前进展与商业化可能可控核聚变产业链2345相关公司及投资建议风险提示
01核能分为裂变能和聚变能?核能是一种清洁高效的能源,核变化释放的能量可以分为两种类型:1)核裂变(nuclearfission),即重元素的原子核分裂为质量较轻元素的原子核时所释放的能量。铀是核裂变的关键原料,铀原子在中子的轰击下会裂变为钡和氪,裂变时会产生大量能量,同时还会产生3个新的中子,激发其他铀原子裂变。目前核能发电用的主要是裂变技术,核裂变技术还用于原子弹中。2)核聚变(nuclearfusion),即小质量元素的原子核聚合成为重核所释放的能量。氘和氚聚合在一起会产生氦和1个中子,同时可以释放出能量。图1:核裂变示意图图2:核聚变示意图数据:洞察化学,华龙证券研究所数据:洞察化学,华龙证券研究所
01可控核聚变能量密度高、原料丰富、安全无污染?与核裂变相比,可控核聚变释放能量大,原料丰富,安全可靠、环境友好、产生的放射性废物少。能量密度来看,每单位质量的聚变燃料释放出的能量是裂变的4倍;原材料来看,聚变燃料通常使用氘和氚,地球上氘储量丰富,氚可以通过中子和锂制备,而核裂变采用的铀元素我国储量有限仍需进口,2023年进口量1.7万吨,进口金额达到19亿美元;安全性来看,聚变实现难度高,且不产生放射性废料,而核裂变是链式反应,难以控制,并产生大量放射性物质,切尔诺贝利(1986年)和福岛(2011年)福岛核事故曾造成巨大危害。?2023年国务院国资委启动实施未来产业启航行动,明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。图3:核聚变的优势?每单位质量的聚变燃料释放出的能量是裂变的四倍,“燃烧”一千克氘相当于四千克铀,相当于七千吨汽油或一万吨煤。图4:我国铀资源进口量能量密度高原材料充足安全可控?地球上氘的含量丰富,每升海水中含有0.03克氘,地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。?氚可通过中子和锂作用产生,而海水中含有大量锂。?按目前世界能源消费的水平,核聚变燃料可供人类使用上亿年。?核聚变堆的聚变反应条件要求极端,需高达上亿摄氏度的超高温的条件下进行,且需要燃料的持续输入,某环节出现问题,反应就会自动终止,不会出现“失
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