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核聚变:开启能源新时代

在人类对能源的无尽探索征程中,核聚变宛如一颗璀璨的明珠,闪耀着未来能源的希望之光。核聚变,简单来说,就是两个轻原子核,如氢的同位素氘和氚,在极高的温度和压力下,克服彼此之间的电荷排斥力,相互靠近并合并成一个较重的原子核 ,这个过程会释放出巨大的能量,其原理遵循爱因斯坦的质能方程 E=mc ,即质量与能量可以相互转换,在核聚变中,部分质量转化为了能量。

与传统能源相比,核聚变优势显著。从原料来源看,核聚变的主要燃料氘在海水中储量极为丰富,每升海水中大约含有 30 毫克氘,这些氘聚变产生的能量相当于 300 升汽油燃烧释放的能量,按照目前的能源消耗水平,地球上的氘足够人类使用数十亿年,几乎取之不尽。在环保层面,核聚变过程不产生温室气体,也不会留下长期放射性,对环境十分友好,为解决全球变暖等环境难题带来曙光 。安全性上,核聚变反应不会像核裂变那样发生失控的链式反应,一旦反应条件出现异常,核聚变反应会自动停止,极大降低了核事故的风险 。从能量释放效率而言,核聚变产生的能量密度极高,一克氘氚燃料聚变所获得的能量相当于燃烧 8 吨石油,远超传统化石能源和现有核裂变能源。

鉴于核聚变的种种优势,它被视为解决全球能源危机和环境问题的终极方案,成为全球科研领域的焦点。目前,全球多个国家和地区都在大力投入核聚变研究,国际热核聚变实验堆(ITER)计划就是国际间合作推进核聚变研究的重要项目,旨在验证核聚变能源的可行性,众多国家共同参与,力求突破技术瓶颈,早日实现核聚变能源的商业化应用 。在这样的大背景下,与之相关的产业也迎来了发展机遇,今天我们就聚焦于可控核聚变概念的龙头公司,深入探讨它们的研发实力。

常辅股份:核电技术迁移的 “潜力股”

常辅股份在通用设备领域,尤其是阀门电动装置业务方面,有着深厚的底蕴。自 1979 年创立以来,经过四十多年的发展,已成长为国内最大的阀门电动装置生产企业之一 ,是江苏省高新技术企业、中国阀门协会理事单位,还参与了国家阀门电动装置标准的编制。其产品类型丰富,包含智能型、整体型、普通型、隔爆型等多种阀门电动装置,在电力、石油、化工等众多行业都有广泛应用 。

在可控核聚变领域,常辅股份的技术迁移优势明显。公司深耕核电行业超 40 年,作为行业内首批获得民用核安全设备设计与制造许可证的企业,自主研发的核级阀门电动装置及 1E 级电动机成功应用于 “华龙一号”“国和一号” 等重大核电项目 ,实现了关键设备的国产化替代。其在 1E 级(核级)阀门电动装置上的技术积累,能够直接应用于可控核聚变装置中高温、高辐射环境下的设备需求场景 。

从市场机遇来看,常辅股份作为中国核工业集团(中核集团)间接参股企业(中核科技持股 8.76%),而中核集团又是星火 1 号高温超导混合堆的发起方,这使得常辅股份有望借助集团资源,参与到聚变工程实验堆(CFETR)等国家级项目的配套设备供应中。随着中国计划在 2035 年建成聚变工程实验堆,2050 年实现聚变发电并网,超导磁体、真空室、加热系统等核心部件的需求将迎来爆发 。常辅股份已承接 “华龙一号” 等三代核电项目设备订单,证明了其在高精度核级设备制造领域的能力,未来有望将业务延伸至聚变装置设备领域 。

在产品与服务方面,常辅股份的核级阀门电动装置适用于聚变装置冷却系统、燃料循环系统等场景,目前核电业务毛利率达 47%,技术壁垒较高 。同时,公司还可依托核电场景积累的智能设备研发经验,拓展至聚变装置实时监测与自动化运维领域,为核聚变装置提供智能监测与控制系统 。此外,针对聚变装置高温超导磁体、真空室等特殊场景,常辅股份有能力提供阀门驱动系统定制服务,并且在核电领域已实现进口替代(如巴基斯坦卡拉奇核电站项目),未来很可能成为聚变装置关键设备国产化的主力军 。

中洲特材:高温合金领域的 “创新先锋”

中洲特材是一家专注于特种合金材料研发与生产的企业 ,在高温合金材料领域,成果斐然。公司拥有自主研发的铸造高温耐蚀合金产品、变形高温耐蚀合金产品、特种合金焊材产品等多个系列 ,其技术在国内处于领先水平,部分产品性能达到国际先进标准 。公司还与上海大学等高校开展产学研合作,不断提升自身研发能力,在高温合金材料的成分优化、制备工艺改进等方面取得多项专利技术 。

在核电、新能源等领域,中洲特材的产品应用广泛。在核电领域,其生产的阀门、焊材等产品已为中核、中广核、国核等核电设施配套 ,在核电行业细分市场占有一定比例,江苏新中洲二期、三期项目生产的高温耐蚀合金铸件、锻件类产品也可用于核电领域 。在新能源领域,产品应用于光伏和新能源汽车行业 ,在海工领域同样有其产品的身影 。

对于可控核聚变装置而言,中洲特材的产品意义重大。可控核聚变装置运行时会产生超高温环境,对内部结构件的材料性能要求极高 。中洲特材的高温合金产品凭借其优异的耐高温、耐腐蚀性和高强度等特性,非常适合用于核聚变装置超高温环境下的结构件,如第一壁材料 。公司已通过中科院等科研机构认证,成为 ITER(国际热核聚变实验堆)项目间接供应商 ,这足以证明其产品在高温合金领域的技术实力和可靠性,为可控核聚变装置的建设提供了关键材料支撑 。

合锻智能:核心部件锻造的 “幕后工匠”

合锻智能作为一家专注于智能装备研发、制造、销售及服务的高新技术企业 ,在高端成形机床及智能分选设备领域成绩卓著 。公司拥有自主研发的万吨级液压机等先进设备,其精度可达微米级 ,在成形技术、精密焊接技术、材料科学与工艺、自动化与智能化等方面积累了深厚的技术实力 。

在可控核聚变领域,合锻智能是当之无愧的核心部件制造 “幕后工匠”。公司深度参与到聚变堆、真空室、偏滤器等核心部件的制造预研工作 ,掌握了真空室构件成形焊接等关键技术 。其自主研发的重型模锻压机技术打破国际垄断,在聚变装置第一壁防护材料领域已形成专利壁垒 ,独家掌握核聚变真空室多层复合结构件精密成型技术,成功配套中国环流三号超导磁体系统 。

在市场拓展上,合锻智能成果丰硕。2024 年,公司成功承接了核聚变真空室构件的研制工作,与中国核工业二三建设有限公司签订了金额高达 2 亿左右的大额订单 ,计划于 2025 年底前交付 。公司严建文担任核聚变产业联盟总工艺师,充分体现了合锻智能在核聚变产业中的技术引领地位 。而且,作为核聚变产业联盟副理事长单位,合锻智能能及时获取行业前沿信息,参与行业标准制定,与众多科研机构和企业开展深度合作 。中信证券预测,真空容器占聚变装置成本的 20% ,合锻智能未来三年营收复合增速有望超 40% ,发展前景十分广阔 。

兰石重装:能源装备领域的 “创新巨头”

兰石重装作为一家拥有 70 年历史的国有能源设备制造企业 ,技术底蕴深厚,在能源装备制造领域堪称 “创新巨头”。其前身是国家 “一五” 期间的 156 个重点建设项目之一 —— 兰州炼油化工设备厂 ,通过自主研发,在传统能源装备制造领域创造了国内首台单层厚壁、高温高压加氢反应器,首台板焊热壁堆焊加氢反应器等百余个 “中国第一” 和 “中国之最” 。

在核能装备领域,兰石重装成就斐然。公司是国内首家实现国产替代的民用核级板式换热器设计生产企业 ,拥有一类放射性物品运输容器制造许可证、民用核安全设备制造许可证等多个核领域资质证书 ,还培育了一支逾 150 名核级焊工及核级无损检测持证人员的专业队伍 ,业务覆盖从上游核燃料领域装备,中游核电站装备,到下游核乏燃料循环、核环保装备的核能装备全产业链 。2024 年,公司核能装备订单达 6.77 亿元,同比增长 31.05% ,市场地位不断巩固。公司还成功加入国家电投 “国和一号” 产业链联盟,投资中核科创基金,成果转化及应用平台不断扩大 。

在可控核聚变方面,兰石重装同样积极布局。2024 年,公司研制的新型微通道焊接式热交换器 (PCHE) 成功应用于中国聚变工程实验堆 (CFETR) 氦冷固态包层热工测试项目 ,为可控核聚变装置提供了关键设备支持 。公司还通过不断研发创新,降低聚变堆材料成本,有望在全球可控核聚变装置建设热潮中获得更多订单 。

国光电气:检漏技术与核工业设备的 “双料王者”

国光电气始建于 1958 年,是我国 “一五” 时期苏联援建的国家 156 项重点建设项目之一 ,前身为国营七七六厂 ,在微波及真空应用产品与核工业配套设备领域有着深厚的历史积淀 。公司长期承担着雷达、电子对抗装备等尖端武器、国防重点工程配套产品的研制和生产任务 ,经过六十多年的发展,已成为国内专业从事真空及微波应用产品研发、生产和销售的高新技术企业 。

在核聚变检漏技术方面,国光电气成果卓著。2024 年 9 月,公司与核工业西南物理研究院联合申报的 “聚变堆大型复杂部件高温下超高灵敏度检漏技术研究及应用” 项目荣获四川省科技进步奖一等奖 ,奠定了其在核聚变检漏技术领域的优势地位 。2024 年前三季度,公司研发投入为 3099.62 万元,同比增长 1.44% ,持续提升技术研发、创新实力 。在国际热核聚变实验堆(ITER)项目中,公司为 ITER 装置提供全球首台套真空高温氦检漏设备,实现对屏蔽模块的超精密检测,氦检测仪灵敏度(≤1×10⁻⁰ Pam³/s)及真空室本底漏率(≤1×10⁻⁸ Pam³/s)均优于 ITER 标准 ,该设备已应用于 ITER 真空室模块组装,标志着中国在核聚变关键检测技术上的突破 。

在核工业设备研发方面,国光电气同样表现出色。公司成功实现了多项核心部件的国产化,打破了国际技术壁垒 。为 ITER 配套了偏滤器、屏蔽模块热氦检漏设备等关键设备 ,不可替代性强 。在国内,公司研制的偏滤器已应用于我国 HL - 2M 等聚变项目 ,在 “中国环流三号”(HL - 3)中,公司完成 60 个偏滤器模块的设计、制造及调试,覆盖 CFC/Cu 热沉靶板加工、支撑架结构生产等环节,实现国产化率 100% 。公司还参与中国聚变工程实验堆(CFETR)配套供应,提供偏滤器、包层系统等核心部件,获得用户高度认可 。CFETR 计划 2035 年完成调试,2050 年建成商业示范堆,国光电气有望在后续建设中占据主导地位 。

国光电气在产业链协同方面也表现突出。在上游材料自主化突破方面,公司实现铍瓦与 CuCrZr 合金的冶金结合,解决材料相容性难题,参与钨铜偏滤器、包层第一壁等涉钨部件研发,推动国产替代 ,还与西部超导等企业合作,开发适用于核聚变磁体的高温超导带材,提升装置磁场强度与稳定性 。在中游设备国产化主导方面,为 EXL - 50U 紧凑型聚变装置交付真空室,作为系统集成载体,利用微波电真空器件技术优势,为核聚变装置提供兆瓦级电子管产品,已通过中科院合肥等离子体物理研究所测试评审 。在下游工程化服务能力上,在 HL - 3 装置中,公司完成 60 个偏滤器模块的全流程交付,涵盖设计、制造、装配及调试,验证了复杂系统的工程化能力 ,ITER 屏蔽模块热氦检漏设备的交付,进一步巩固其在全球核聚变工程服务市场的地位 。

哈焊华通:核电焊接材料的 “国际先锋”

哈焊华通在焊接材料研发、生产与销售领域深耕多年,拥有强大的技术研发团队与先进生产工艺 。公司研发的核级焊接材料,如不锈钢、镍基合金焊丝,技术性能达到国际先进水平,部分产品性能甚至优于国外同类产品,相关技术研究成果获核能行业协会科技进步二等奖 ,充分彰显其在焊接材料领域的技术实力。

哈焊华通在核电领域成果显著。公司生产的核一级焊材在 “国和一号” 核电项目中得到应用 ,其研发的核一级焊材是第一个应用于国家核电项目的建设,并出口应用于国外核电装备的制造 。这不仅体现了其产品的高质量和可靠性,也表明哈焊华通在核电焊接材料市场上具有较强的竞争力 。

对于可控核聚变装置来说,焊接是确保各个部件连接稳固、密封良好的关键环节 ,而哈焊华通的高性能焊材能够满足核聚变装置在高温、高压、强辐射等极端环境下对焊接质量的严苛要求 ,保障装置的安全稳定运行 。公司已深度参与到可控核聚变项目中,其焊材在部分项目里得到应用 ,随着可控核聚变项目不断推进,哈焊华通有望凭借其先进的焊接材料技术,获得更多订单,进一步巩固其在焊接材料市场的地位 ,并打开新的业绩增长空间 。

总结与展望

常辅股份凭借在核电领域的技术积累和与中核集团的关系,在核聚变装置设备供应上极具潜力;中洲特材的高温合金材料为核聚变装置提供了关键材料保障;合锻智能在核心部件制造上技术领先,订单充足;兰石重装在能源装备制造的底蕴和在核聚变项目中的设备应用,使其具备竞争优势;国光电气在检漏技术和核工业设备研发方面成果显著,产业链协同能力强;哈焊华通的高性能焊材满足了核聚变装置对焊接质量的严格要求 。

随着全球对清洁能源的需求不断增长,可控核聚变作为终极能源解决方案,其产业发展前景极为广阔 。国际上,众多国家都在加大对核聚变研究的投入,相关技术不断取得突破 。国内也在积极推进聚变工程实验堆等项目建设,按照规划,2035 年中国将建成聚变工程实验堆,2050 年实现聚变发电并网 。这一过程中,无论是核心部件的制造、材料的供应,还是技术服务等领域,都将迎来巨大的市场需求 。

对于投资者而言,可控核聚变领域充满了投资机会 。这些龙头公司作为行业的先行者,在技术、市场和产业链布局上都占据优势,有望在产业发展过程中获得丰厚回报 。当然,投资也伴随着风险,技术发展的不确定性、项目推进的进度等因素都可能影响公司的业绩和发展 。但总体来看,可控核聚变产业的发展趋势不可阻挡,值得我们持续关注与期待 。

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