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托卡马克聚变实验堆中主机价值量占比近半,主体结构中环向场线圈/面向等离子体部件/真空室及内部件价值量占比靠前。根据美国的聚变点火研究实验(FIRE),托卡马克聚变实验堆建设成本约为12 亿美元,其中主机包括主体结构(包括磁体系统、真空室及内部件等)和辅助系统(包括气体注入系统、真空系统、燃料循环系统、加热系统等),分别占比约29%和15%,电力系统占比约18%,场地与设施占比约15%,其他包括诊断、控制系统等占比约23%。在主体结构中,磁场线圈占比(包括极向场与环向场线圈)最高为55%,其次为面向等离子体部件(包括第一壁、偏滤器等)和真空部件(包括真空室及内部件与真空杜瓦),分别占比约27%和15%。

根据在建和计划的托卡马克需求量,聚变实验堆阶段全球托卡马克设备市场空间超900 亿元。当前可控核聚变处于工程验证阶段,建设需求以聚变实验堆为主。根据IAEA 的数据,截至 2025 年4 月,全球共有80 台托卡马克装置,其中57 台正在运行,7 台在建,16 台在计划中,那么全球托卡马克装置需求量为23 台。参考FIRE 项目的建设成本约12 亿美元,折合人民币取90 亿元,其中主机部分占比44%,那么实验堆阶段全球托卡马克设备的市场空间约911 亿元。
假设托卡马克实验堆进一步发展为示范堆,示范堆阶段全球托卡马克设备市场空间有望超24000 亿元。未来可控核聚变经过实验堆验证后,建设需求将以示范堆为主。假设全球80台托卡马克聚变实验堆进一步发展为示范堆,根据《Approximation of the economy offusion energy》,建造一个示范堆成本约85 亿美元,折合人民币取600 亿元,其中主机部分占比约51%,那么示范堆阶段全球托卡马克设备市场空间约为24480 亿元。
以国际ITER 项目采购包为例,中国公司覆盖托卡马克主机重要部件。ITER(全球最大的托卡马克项目)计划的建造费用和运行费用中,欧盟贡献最多,约46%,美、日、俄、中、韩、印各贡献约9%。ITER 装置被拆分为22 类近百个采购包,各部件以采购包形式分摊给合作各方,由各方制造完成后运到ITER 法国总部进行组装,其中中国共承担18 个采购包制造任务,覆盖了托卡马克装置的大部分重要部件,包括大型超导磁体系统、包层第一壁、偏滤器以及支持系统等。
(1)磁体系统:在ITER 项目中,我国负责提供150 吨的NbTi 超导线和30 吨的Nb3Sn超导线,主要供应商包括西部超导、白银有色。此外,高温超导材料是未来托卡马克的发展方向,研制公司有联创光电、精达股份、永鼎股份等。
(2)第一壁:国内主要负责包层第一壁的切割、打薄、焊接和组装,相关企业包括国光电气、安泰科技。
(3)偏滤器:偏滤器制造方面,国光电气和安泰科技掌握偏滤器焊接相关技术;在偏滤器材料方面,偏滤器靶板材料为钨,热沉材料为铜铬锆合金,主要由厦门钨业和中钨高新等公司提供。
(4)真空杜瓦:真空杜瓦主要采用304/304L 不锈钢材料,合锻智能、海陆重工、上海电气、航天晨光具备相关制造能力,据2023 年公司年报,航天晨光成功中标BEST 杜瓦项目。
(5)支持系统:保变电气、英杰电气、百利电气提供电源系统;利柏特、雪人股份提供低温系统;纽威股份为冷却水系统提供阀门;久立特材为ITER 提供导管。
