聚变电源系统是核聚变装置的核心组成部分,在FRC紧凑型核聚变路线中重要性进一步提升。方正证券报告显示,FRC装置采用脉冲式运行模式,对电源系统的瞬态能量输入要求远超托卡马克稳态运行,电源系统(真空开关、电容、PSM电源、电源总成)占比或从ITER的13%提升至约50%。旭光电子(真空开关)、四创电子(PSM电源)、英杰电气(电源总成)、王子新材/胜业电气(电容器)等企业有望受益于FRC商业化加速带来的电源系统需求增长。
FRC电源需求:脉冲功率驱动的技术挑战
FRC装置的运行模式决定了其对电源系统的特殊需求。磁化靶FRC(如Helion方案)需通过脉冲式压缩将等离子体瞬间提升至聚变条件,要求电源系统在毫秒级时间内释放巨大能量。准稳态FRC(如TAE方案)依赖中性束注入的持续电流驱动维持稳定性,同样需要频繁重复的快速能量注入。以TAE的C-2W装置为例,把FRC能量约束时间提升至10ms量级,需要大容量电容组实现脉冲蓄能以及具备更高操作寿命的真空开关。FRC电源系统的核心挑战包括:瞬时大功率输出(兆瓦至吉瓦级)、毫秒级响应速度、高频次充放电循环(数万次以上)、高可靠性和长寿命。这些要求远超托卡马克稳态运行的电源需求,催生了差异化的电源技术方案。相比托卡马克的连续运行模式,FRC的脉冲运行更接近惯性约束聚变(如NIF)的电源架构,但频率更高、重复性更强,对电源系统的综合性能提出更高要求。
电源系统构成:真空开关、电容、PSM电源
FRC电源系统由多个核心部件组成。真空开关是脉冲功率系统的关键控制元件,需在高电压、大电流条件下实现快速通断,操作频率和寿命要求远高于托卡马克装置。旭光电子在真空开关领域具备深厚技术积累,同时覆盖大功率电子管和氮化铝核心材料,有望成为FRC电源系统的核心供应商。大容量电容组是脉冲蓄能的核心元件,需在毫秒级时间内存储和释放兆焦耳级能量,对电容器的能量密度、充放电寿命和可靠性提出严苛要求。王子新材、胜业电气在电容器领域具备技术储备。PSM电源(脉冲阶梯调制电源)是实现精准电压和电流控制的关键设备,四创电子在该领域具备产品能力。电源总成则将各部件集成为完整系统,英杰电气、爱科赛博具备系统集成能力。
价值占比分析:FRC电源系统占比或达50%
从成本构成看,FRC电源系统的价值占比显著高于托卡马克。ITER托卡马克装置中,电力供应占8%、加热和电流驱动占7%,磁体系统占约30%,合计磁体与电源相关占比约43%。FRC因仅需较小的外部磁场封闭等离子体,对磁体的需求较托卡马克大幅降低,磁体成本占比预计从30%降至约15%。但由于脉冲式运行模式,电源系统(含真空开关、电容、PSM电源、电源总成)的成本占比预计从约13%提升至约35%。综合来看,电源相关(含电源系统及部分电力设施)在FRC中的占比或达50%。此外,真空室/堆内构件因聚变反应极端环境仍保持约20%的高价值比例,燃料/检测/辅助系统约15%,土建及其他因装置体积减小而显著降低至约15%。电源系统已成为FRC装置中价值量最大的环节,聚变电源产业链企业将率先受益于FRC商业化进程。
受益标的:电源系统全产业链梳理
建议重点关注电源系统各细分环节的领先企业。真空开关:旭光电子(真空开关、大功率电子管、氮化铝核心材料,产品线覆盖核心控制与散热材料)。电容器:王子新材、胜业电气(大容量脉冲电容,适用于聚变装置的能量存储与释放)。PSM电源:四创电子(脉冲阶梯调制电源,实现精准电压控制)。电源总成:英杰电气、爱科赛博(系统集成能力,提供完整电源解决方案)。其他:百利电气等。随着TAE、Helion等国际企业FRC装置建设的加速推进,以及中国瀚海聚能、星能玄光等本土企业的工程化落地,全球聚变电源系统市场需求将持续释放。预计2025-2030年将是FRC装置从研发验证向工程示范过渡的关键期,电源系统企业有望迎来订单增长的拐点。可控核聚变商业化进程虽仍面临技术和工程挑战,但电源系统作为核心基础设施,其需求确定性较高,具备长期投资价值。
电源系统部件 | 功能 | 核心标的 | FRC需求特征
真空开关 | 脉冲功率控制 | 旭光电子 | 高频操作、长寿命
大容量电容 | 脉冲蓄能 | 王子新材、胜业电气 | 高能量密度、快速充放电
PSM电源 | 精准电压控制 | 四创电子 | 毫秒级响应
电源总成 | 系统集成 | 英杰电气、爱科赛博 | 完整解决方案
电源系统部件 | 功能 | 核心标的 | FRC需求特征
真空开关 | 脉冲功率控制 | 旭光电子 | 高频操作、长寿命
大容量电容 | 脉冲蓄能 | 王子新材、胜业电气 | 高能量密度、快速充放电
PSM电源 | 精准电压控制 | 四创电子 | 毫秒级响应
电源总成 | 系统集成 | 英杰电气、爱科赛博 | 完整解决方案
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