中国“人造太阳”加速 多技术路线竞逐“终极能源”

湖南省工业和信息化厅 gxt.hunan.gov.cn 时间:2026年10月09日 17:06 【字体: 大 中 小】
  

BEST是中国正在建设的新一代可控核聚变实验装置——紧凑型聚变能实验装置,英文全称:BurningPlasmaExperimentalSuperconductingTokamak,即“燃烧等离子体实验超导托卡马克”。装置进入核心装备集成阶段,多技术路线竞逐“终极能源”。

据央视新闻报道,国庆前夕,国家重大工程紧凑型聚变能实验装置(BEST)项目园区正式交付启用,核聚变装置主机建造进入“四环套装”关键攻坚阶段。所谓“四环套装”,就是给BEST这台“人造太阳”的炉子从里到外一层层穿上防护服:先装最里面发生反应的真空室,再套上隔热的冷屏,接着是产生磁场的环向场磁体,最后安上内部精密零件。按照计划,BEST装置将力争在2027年底完成整体建造,2030年前后开展氘氚聚变发电演示。这标志着我国磁约束聚变正从“基础研究”向“工程验证”实现关键衔接。

聚变,简单说就是轻原子核结合成更重的原子核,同时释放巨大能量,太阳发光发热靠的就是它,所以可控聚变装置也叫“人造太阳”。要实现聚变,得把燃料加热到上亿摄氏度,任何材料都扛不住,于是科学家用超强磁场做成一个“无形的笼子”,把高温等离子体悬浮在真空中,不让它碰壁——这就是磁约束聚变。目前最成熟的磁约束装置是托卡马克,形状像一个甜甜圈,中国的EAST、BEST和国际上的ITER都是托卡马克。在托卡马克里,最主流也最容易实现的燃料路线是氘氚聚变:氘可从海水中提取,氚则要靠锂来增殖;它会产生高能中子,带来材料辐照和氚自持问题,但点火条件相对最低,所以各国先攻这条路线。

而要造出约束等离子体的超强磁场,就得靠超导磁体。普通导线通电会发热,电流不能太大;超导材料在低温下电阻为零,能通过巨大电流,产生超强磁场。其中,第二代高温超导带材能在相对较高的温度下工作,性能更强,是紧凑型聚变装置的核心材料。由此可以串成一条链:聚变需要磁约束,磁约束需要超强磁场,超强磁场需要超导磁体,超导磁体需要高温超导带材。所以,高温超导带材的批量供应能力,直接决定聚变装置能不能造得更紧凑、更便宜。

BEST攻坚:核心部件批量交付,供应链进入“工程节奏”

据中新网报道,9月27日,由国机重装所属二重装备承担研制的8件TF线圈盒批量件全部完成制造总装并发运。TF线圈盒是托卡马克装置中容纳并保护超导线圈的金属承力外壳,需要在超低温、超强磁场和极高应力的极端环境下长期稳定运行。从2023年中标BEST首件、2025年签订8件批量合同到全部完工发运,前后历时仅14个月。中国科学院等离子体物理研究所所长宋云涛评价称,这“成为我国聚变装备制造能力的一次集中展示”。

高温超导带材端,据上海市新材料协会出具的证明,上海超导第二代高温超导带材国内市场占有率超过80%,2022—2024年连续三年排名第一,是全球唯二实现批量年产千公里级以上二代带材的生产商之一。

商业化探索同样在提速。据澎湃新闻报道,今年9月底,新奥集团宣布其“玄龙-50U”装置实现氢硼聚变反应。氢硼聚变是聚变里的“理想清洁路线”,燃料多、无中子、废料少,但也是“地狱难度”,需要比太阳核心热几百倍的条件,目前还停留在实验阶段,远没到商用发电。这是全球商业化聚变公司在自有装置上首次实现氢硼聚变反应。根据新奥的“三步走”规划,2026年底实现氢硼反应的目标已提前达成,下一代装置“和龙-2”预计2027年底建成,2030年点亮氢硼聚变第一盏灯,2035年前进入示范堆阶段。

全球资本竞速:一年融资近45亿美元,国内民企估值破百亿

聚变赛道的商业化预期正在被全球资本快速重定价。据美国聚变产业联合会(FIA)发布的《2026全球聚变产业报告》,过去12个月全球聚变企业新增融资达44.8亿美元,创历史新高;行业累计融资自2021年以来增长约650%,达到142亿美元以上。FIA首席执行官安德鲁·霍兰德指出,仅过去一年新增的投资规模,就已远超同期各国政府单独划拨的聚变研发预算。

中国一级市场同样火热。据证券时报报道,今年7月,新奥聚变完成Pre-A轮融资,投后估值达106亿元,刷新国内民营聚变企业估值纪录,新奥聚变走的是球形环氢硼聚变路线。

据澎湃新闻报道,诺瓦聚变成立仅16个月,已完成三轮融资累计24亿元,投后估值超百亿元,诺瓦聚变选择的是场反位形(FRC)小型模块化路线。这条路线就像让等离子体自己“抱成一团”,靠自身电流产生的磁场把自己箍住,不用托卡马克那圈巨型磁铁,所以装置能做得更小、更便宜,还能像搭积木一样多个模块拼起来用。其单堆功率目标50MW,面向AI数据中心等分布式用能场景,首套装置“诺瓦一号”计划2026年底首次放电。

据上海证券报报道,星核聚变完成8.3亿元首轮融资,投后估值近30亿元,同样刷新国内民营聚变企业首轮融资规模纪录。星核聚变走的是“高温超导+准等动力仿星器”路线,与托卡马克不同,这条路线就是用高温超导材料造出更强更小的磁铁,再把它绕成一个形状经过优化、各处都能均匀“关住”等离子体的扭曲磁笼,让聚变燃料能长时间稳定运行,天生适合连续发电。“星核0号”计划2026年底首次放电并追求小时级乃至24小时稳态运行。

仅6月以来,国脉聚能、聚合聚变、星能玄光、东昇聚变、超磁新能、瞬原科技等多家核聚变初创企业相继披露大额融资,资金押注态势明显。

需求侧的订单信号更为直接。据德邦证券发布于2026年7月13日《电力设备行业深度:四重驱动共振,可控核聚变进入快速发展期》报告披露,微软已与Helion签订50MW供电协议,谷歌与CFS签订200MW采购协议,为商业聚变提供了早期订单验证。据C114通信网报道,OpenAI正与HelionEnergy洽谈聚变电力采购,计划到2030年获得5GW供电规模,到2035年增至50GW。

工程化瓶颈:从“造得出”到“交得齐”的系统考验

BEST园区交付和TF线圈盒批量发运,意味着工程化建设取得了阶段性突破。但多位受访者指出,如期推进的最大瓶颈不在单点技术突破,而在多线并行下的系统集成与供应链节拍匹配。

华中伟业建设集团有限公司国际公司总经理胡双对中国工业报分析认为,“四环套装”涉及真空室、冷屏、磁体、内部部件等多层精密装配,BEST的紧凑化设计虽然降低了造价门槛,但也意味着部件间空间余量更小、容错率更低。“任何一层的热膨胀、对准精度、真空密封出现偏差,都可能导致返工,而这类返工在紧工期下几乎没有缓冲空间。”

工信部信息通信经济专家委员会委员盘和林对中国工业报指出,BEST的最大瓶颈集中在三个方面:超导材料、一次性集成和氘氚许可。“‘四环套装’是不可返工的串行窗口,内部部件的焊接、对中、绝缘、低温支撑和引线接口几乎没有二次作业空间。”此外,他提醒,氘氚发电模式属于全新领域,许可尚无先例,环评路径尚未清晰。

在供应链层面,批量化能力是核心悬念。BEST的环向场磁体由16块线圈组成,运行电流达100千安。胡双指出,若商业堆采用类似构型,线圈盒、超导带材、特种电源等核心部件需求将呈指数级放大。

2025年8月5日中银国际证券发布《核聚变系列报告——超导磁体:可控核聚变商业化加速实现,超导磁体未来应用前景广阔》表述,“在磁约束可控核聚变装置中,产生约束磁场的磁体系统扮演着核心角色,其磁场强度与均匀性对于整个装置的性能与效率均有着重要影响,以ITER项目为例,它是全球多国一起在法国造的最大“人造太阳”托卡马克,用氘和氚做聚变实验,目标是证明聚变能可以输出净能量,为未来商业聚变电站打样。在ITER中,磁体系统就像聚变装置的“无形磁笼”,用超导线圈产生超强磁场,把上亿度的等离子体悬空兜住,不让它碰到装置内壁,是其最大成本项,成本占比达到28.0%。”是目前聚变装置中价值量最高、技术壁垒最深的细分环节。

2025年12月27日华创证券发布《“超导-磁体”:可控核聚变价值量最高环节》报告基于对我国主要高温超导路线核聚变项目超千亿元资本开支的测算,得出对应的高温超导磁体市场规模近300亿元,高温超导带材市场规模超百亿元。高温超导磁体可以把它想成用“不发热的超级电线”绕成的大磁铁,电流能拼命往里灌,产生超强磁场把等离子体牢牢兜住,还特别省电,所以聚变装置能做小。据国际原子能机构(IAEA)发布的官方报告《WorldFusionOutlook2024》统计指出,2030年至2035年预计有27个聚变项目建成,将带来约240亿美元的超导磁体潜在市场。

中国企业联合会资委会委员、高级经济师董鹏对中国工业报分析指出,直接瓶颈在燃料自造、远程维护、关键壁材和排热部件集成;间接瓶颈在长周期部件批产、测试台位与良率;根本瓶颈在核安全许可与全系统可靠性验证。

技术路线分化:托卡马克优先,多路线并行

当前,我国聚变领域形成了“国家队引领、民企多元创新”的格局。

国家队主攻托卡马克路线,以中国环流三号和BEST为核心装置。中国环流三号是我国自主造的大型“人造太阳”托卡马克,用超强磁场把上亿度的等离子体兜住,研究怎么让聚变稳定持续,为未来聚变发电探路。其节奏是2027年开启燃烧实验、2035年建成工程实验堆、2045年实现商用示范堆。

民营阵营则呈现出明显的路线分化——新奥采用氢硼聚变路线;瀚海聚能走的是直线型场反位形(FRC)路线,把聚变装置做成一根约20米长的“管子”,等离子体在两端产生、加速,到中间碰撞发生聚变,核心卖点是装置小、成本低首代约2亿元、迭代快,还靠“沿途下蛋”策略先卖中子源产品赚钱;星能玄光同样走场反位形(FRC)路线,专门解决传统开放磁场“关不住粒子”的老毛病,目标是做出紧凑、低成本的聚变发电站;鸿鹄聚变研发仿星器路线;东昇聚变采用氦三聚变路线。氦三聚变就像拿“氦-3”和“氘”两种小颗粒当柴火烧,撞在一起放出能量,几乎不冒“脏烟”,特别干净,可氦-3地球上少得可怜,几乎弄不到。

对于各路线的商业化前景,受访者观点趋于一致:短期托卡马克确定性最高,中长期多路线分化。

苏商银行特约研究员高政扬对中国工业报分析认为,托卡马克经过EAST、ITER等长期积累,在高温等离子体控制、超导磁体和装置工程方面技术体系最为成熟,更适合作为近期工程示范和发电验证的主路线。仿星器具备稳态运行优势,长期商业潜力较大,但工程复杂度和装置成本仍需验证。场反位形强调紧凑化,有望降低装置体积和成本,关键在于提高等离子体稳定性和持续运行能力。氢硼聚变优势在于无中子和燃料资源丰富,但所需反应条件远高于氘氚聚变,商业化难度也更大。

董鹏判断:托卡马克先打通燃料循环、材料、远程维护;场反位形小步快跑做增量;氢硼做长线基础研究。他特别提到,民企“提前12年”的时间表,与其说是技术自信,不如说是对“商业化”定义的不同——民企瞄准的可能是AI数据中心等分布式场景,单堆50—100MW功率,这与电网级大规模供电是两个逻辑。

据上海证券报报道,环流四号建设进程也在更新,9家企业联手攻关25T高温超导磁体,在2028年和2030年分别设置了关键节点目标。盘和林指出,国家队的托卡马克当前成熟度最高,但尚未触及稳定正向输出能量的门槛;民营托卡马克如星环聚能等,主要目标是降本,突破成本瓶颈;仿星器、氦-3、激光惯性等路线目前仍以跟随为主。

优先突破方向:氚自持是“一票否决”级瓶颈

在“十五五”政策将核聚变列为新经济增长点、产业资本涌入、AI算力用电需求激增的三重催化下,经济性、氚自持、耐辐照材料、供应链自主可控四个方向的优先级排序,成为业内讨论的焦点。

2025第四届中国核能高质量发展大会暨深圳国际核能产业创新博览会(简称“深圳核博会”)——“核聚变论坛”上,据中国工程物理研究院材料研究所科技委副主任陈长安做了主题报告《聚变堆氘氚技术研究进展》中介绍,氚自持要求通过包层含锂材料增殖氚实现自主供应,需高回收率与足够增殖比,通常需大于约1.1以补偿滞留与衰变等损失。而部分分析显示,当前设计值可能仅约0.877,差距显著。

胡双认为,最需优先突破的是氚自持,理由在于其具有“一票否决”性质。“经济性可以通过规模化、学习曲线来改善,耐辐照材料可以逐步迭代,供应链在国产化率已超96%的背景下已非主要矛盾。但氚自持是‘0和1’的问题:如果增殖比达不到阈值,聚变堆就无法实现燃料闭环,商业堆从物理上就不成立。”他进一步指出,氚自持与经济性直接耦合,锂-6的前期采购成本可能占核聚变电站总投资成本的约25%,即使实现氚自持,若增殖包层设计导致锂-6消耗过大,度电成本仍无法与火电、光伏竞争。

高政扬同样认为最需优先突破的是氚自持和耐辐照材料,“这两项直接决定聚变堆能否实现长期、连续运行”。他补充说,聚变产生的高能中子会持续冲击第一壁、包层等关键材料,材料寿命关系到装置维护周期和发电经济性。

董鹏则给出了“燃料自己造第一,耐辐照材料第二,经济性第三,供应链自主可控贯穿全程”的排序。他强调,燃料自造是商业堆资格项,“不能补燃料就难规模化”;耐辐照材料决定关键壁材和排热部件寿命,直接影响可用率和成本;经济性靠高温超导、规模制造、智能控制和运维优化逐步改善;供应链自主可控是底线,靠国产替代和多源备份。

盘和林指出,全球可交易氚库存仅有20—30公斤,“届时可能难以满足发电需求”。他认为如果非要排优先级,应该从材料开始突破。

政策、资本与需求三重催化

政策端为聚变产业提供了顶层支撑。据新华财经报道,国家发展改革委主任郑栅洁介绍,《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》提出前瞻布局未来产业,推动氢能和核聚变能等成为新的经济增长点。据经济日报报道,“十五五”规划纲要进一步明确,要突破氚燃料制备循环、材料辐照考验、高性能激光、超导磁体制造等核聚变关键技术,开展聚变氘氚燃烧等离子体运行实验和多技术路径可行性验证。

需求侧的变化同样不容忽视。2025年7月中金公司发布《电力电气设备:传统赛道有韧性,关注新质生产力、核能、出海方向》以及《核能产业即将进入投资价值重估的战略复兴阶段》报告研究分析认为,全球AI算力爆发带动数据中心用电需求高增,核电凭借清洁稳定优势成为重要供电方案。但胡双提醒:“聚变在2030年代前无法贡献实际电力。AI算力对聚变的‘催化’作用,更多体现在叙事层面——它为资本和政策提供了一个‘需求侧的紧迫感’,而非在工程层面直接加速了聚变装置的建造进度。”

从产业链视角看,超导材料、磁体、真空系统、电源、第一壁材料等关键环节,已随BEST等项目推进获得确定性需求。而商业化装置的探索,或为部分环节带来额外的技术验证与订单增量。

业内人士普遍认为,2030年前后的氘氚聚变发电演示,将是检验我国磁约束聚变工程化成色的关键里程碑。在此之前,核心部件的批量化能力、供应链的自主可控程度,以及商业化路线的技术可行性,都将持续成为市场关注的重点。可控核聚变的大规模商用仍面临工程放大、经济性、燃料循环等多重考验,产业化注定是一场长跑——但无论从能源安全还是清洁转型的角度看,我国已按下加速键。


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