7.3亿低温系统招标，聚变产业化驶入快车道
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1. 一段话总结
爱建证券2025年11月19日可控核聚变产业报告指出，2025年11月聚变新能（安徽）披露7.3亿元低温系统招标（涵盖氦制冷机、低温分配阀箱等核心装备），标志国内聚变低温系统采购进入集中期；低温系统是托卡马克装置稳定运行的关键（维持超导磁体4-20K工作温区），由制冷、分配、应用三部分构成，2025年以来国内公开低温系统招标额已达10.9亿元（87.2%集中于11月后）；对标ITER成本结构（低温系统占比6%），测算CFEDR（中国聚变工程实验堆）低温系统市场空间约72亿元，建议关注具备深冷技术积累的企业（杭氧股份、中泰股份等），风险提示装置建设进度及国产替代不及预期。
2. 思维导图（mindmap脑图）
3. 详细总结
一、核心事件：7.3亿低温系统招标标志产业加速
2025年11月13日，聚变新能（安徽）有限公司披露金额约7.3亿元的低温系统招标项目，为国内聚变工程领域迄今体量最大、覆盖最完整的成套低温装备采购，项目涵盖三大核心装备类别：
| 装备类别 | 具体内容 | 作用 |
|---|---|---|
| 制冷核心装备 | 氦制冷机（4-80K多温区） | 制备深冷冷源 |
| 冷量输送装备 | 低温分配阀箱、真空绝热管线 | 低损传输冷量至各用冷单元 |
| 介质管理装备 | 氦储气系统、氦回收纯化系统 | 保障氦气循环利用与纯度 |
截至2025年11月，国内公开披露的低温系统相关招标额已达10.9亿元，其中87.2% （约9.5亿元）在2025年11月后集中释放，反映BEST（紧凑型聚变能实验装置）、CRAFT（聚变堆主机关键系统综合研究设施）等核心装置已进入低温系统集中采购阶段。
二、低温系统：托卡马克装置的“温控心脏”
1. 核心定位与作用
低温系统是核聚变装置的基础工程系统，其核心功能是为超导磁体、热屏蔽、电流引线等关键部件提供稳定深冷冷源，具体作用包括：
- 维持超导磁体超导态：超导磁体需在4-20K（部分高温超导为20-50K）低温环境下实现零电阻运行，一旦温度超标会触发“退超”，导致磁体损伤甚至主机停堆；
- 多级热管理：为超导磁体外层、真空室热屏蔽等部件提供50-80K氦/氮冷源，减少热入侵、降低系统能耗；
- 保障运行可靠性：在磁场建立、维持、卸载过程中，精准控制冷量的压力、温度与流量，支撑装置长周期脉冲运行（如CRAFT要求16个月连续运行）。
2. 系统构成：三端协同运作
低温系统由“制冷-分配-应用”三部分构成，形成闭式循环体系：
| 系统环节 | 核心设备 | 功能描述 | 关键技术指标 |
|---|---|---|---|
| 制冷端 | 压缩机组、冷箱、透平膨胀机、换热器 | 将常温氦气制取为4-80K不同温区的深冷氦源，如CRAFT配置4台氦制冷机 | CRAFT总当量制冷量7.2kW@4.5K |
| 分配端 | 主/辅冷箱、真空绝热管线、低温阀站 | 以极低热损（热漏率<0.1W/m）将冷量输送至装置本体各用冷单元 | 热损控制<0.1W/m |
| 应用端 | 磁体冷却回路、氦回收纯化系统 | 为超导磁体提供强制流冷却，回收乏氦并纯化（纯度达99.999%），实现介质循环 | 氦气回收率>95%，纯度>99.999% |
3. 技术验证：CRAFT系统的工程化探索
CRAFT作为CFEDR的预研平台，其低温系统已实现工程化运行验证，核心参数如下：
- 制冷机配置：4台氦制冷机覆盖1.8-80K全温区，包括3kW@4.5K（大型磁体冷却）、1kW@3.8K（中小型导体）、200W@4.5K（材料试验）、250W@1.8K（超流氦技术研究）；
- 运行模式：通过“300K（停机）→80K（待机）→4.5K（运行）→80K（维护）→300K”闭环，支持每日23小时放电、27天脉冲周期；
- 辅助系统：配套氮气管理、空气系统、低温控制系统，实现全流程自动化控制。
三、市场空间：CFEDR释放72亿增量需求
1. 现有项目：BEST+CRAFT招标近收尾
根据ITER（国际热核聚变实验堆）成本结构（DOE测算），低温系统占聚变装置总投资的6%（含制冷机2.8%、分配系统3.2%），据此测算：
- BEST+CRAFT：合计规划投资190.6亿元，对应低温系统预算11.4亿元；截至2025年11月，已公开招标额10.9亿元，完成预算的95.6%，招标工作接近收尾；
- 招标节奏：BEST低温系统采购集中于2025年11月（7.3亿为主力订单），CRAFT已完成3kW@4.5K氦制冷机等核心装备采购。
2. 中长期：CFEDR打开72亿市场
CFEDR（中国聚变工程实验堆）定位为“聚变示范堆”，规划2030年启动建设、2035年完成，总投资预计1200亿元，按ITER“低温系统占比6%”测算，对应市场空间约72亿元，其需求特征包括：
- 规模更大：单台氦制冷机冷量需求超10kW@4.5K（为CRAFT最大机型的3倍以上）；
- 可靠性更高：要求连续运行超5年，失效率<0.1次/年；
- 集成度更强：需实现制冷、分配、应用系统的一体化控制。
四、核心参与企业：技术积累为关键壁垒
国内企业凭借在深冷工艺、氦制冷装备的技术积累，已逐步切入聚变低温系统供应链，海外企业则依托ITER经验占据高端市场，具体格局如下：
| 地区 | 企业名称 | 代码 | 核心技术/业绩 | 参与项目 |
|---|---|---|---|---|
| 国内 | 杭氧股份 | 002430.SZ | 中标BEST低温氮系统，具备氮/氦制冷全链条能力，2025年成立聚变产业基金 | BEST |
| 国内 | 中泰股份 | 300435.SZ | 2018年为中科院/韩国核物理研究院提供氦制冷机，自主研发深冷技术 | CRAFT、海外聚变装置 |
| 国内 | 冰轮环境 | 000811.SZ | 研发极低温氦气压缩机，供货中科院“液氦到超流氦温区大型制冷系统”国家实验室 | 国家级大科学装置 |
| 国内 | 雪人集团 | 002639.SZ | 兆瓦级氦气压缩机，应用于“液氦到超流氦温区大型制冷系统”项目（-271℃百瓦级制冷量） | 国家重大科研装备 |
| 国内 | 中科清能（未上市） | – | 3kW@4.5K氦制冷机在CRAFT稳定运行，中标散裂中子源二期低温项目 | CRAFT、散裂中子源 |
| 海外 | 法液空 | AIQUY | 为ITER提供液氦供应系统及低温管道，全球领先工业气体与低温技术供应商 | ITER |
| 海外 | 林德 | LIN | 为ITER提供超导磁体液氦循环系统，覆盖实验室至工业级低温系统 | ITER |
五、风险提示
- 装置建设进度低于预期：核聚变工程仍处技术验证阶段，关键设备联调、冷试安排可能受实验进展影响，导致低温系统订单释放延迟；
- 国产替代不及预期：低温系统核心部件（如高端透平膨胀机）仍依赖进口，国内企业在工程堆级设备的可靠性验证周期可能长于预期；
- 招标节奏波动：不同装置的磁体方案、冷量需求存在差异，实际采购规模可能与测算偏离，早期样本对低温系统价值量的反映可能不充分；
- 政策与预算不确定性：聚变工程高度依赖国家科研投入，若预算调整或技术路线优化，可能扰动低温系统招标节奏。
4. 关键问题
问题1：低温系统为何是托卡马克装置的“生命线”？其维持超导磁体超导态的核心技术原理是什么？
答案：
-
“生命线”定位原因：托卡马克装置通过强磁场约束上亿度等离子体，而强磁场依赖超导磁体实现（常规磁体无法达到所需磁场强度），超导磁体仅在4-20K低温下才能保持零电阻超导态——一旦温度超过临界值（如Nb3Sn材料临界温度18K），会瞬间“退超”，电阻急剧上升导致热量失控，轻则触发装置保护停机，重则烧毁磁体线圈（更换成本超亿元）。此外，低温系统还需为热屏蔽（50-80K）、电流引线（过渡温区）提供多级冷量，减少外部热入侵，保障装置整体能耗与运行稳定性，因此是托卡马克稳定运行的“生命线”。
-
核心技术原理：低温系统通过“氦气闭式循环”维持磁体超导态，具体流程为：
- 制冷阶段：常温高压氦气经压缩机组升压后，进入冷箱与低温介质换热降温，再通过透平膨胀机绝热膨胀（温度降至4-20K），形成深冷氦气；
- 冷却阶段：深冷氦气经真空绝热管线（热损<0.1W/m）输送至磁体线圈通道，吸收磁体运行中产生的焦耳热（超导态下极小）与外部漏热；
- 回收阶段：吸热后升温的氦气经氦回收纯化系统（纯度提升至99.999%）处理，重新进入压缩机组循环，实现冷量与介质的高效利用。
问题2：2025年国内10.9亿元低温系统招标集中释放的驱动因素是什么？BEST与CRAFT项目的低温系统采购有何差异？
答案：
-
集中释放驱动因素：
- 工程节点推进：BEST项目2025年10月完成杜瓦底座安装（聚变领域最大真空部件），主机组装全面启动，低温系统是磁体励磁试验的前置条件（需先将磁体冷却至4.5K才能通电），因此11月集中释放7.3亿招标；
- 技术验证收尾：CRAFT项目2025年底需全面建成，2025年9-11月完成剩余低温传输线、氦纯化系统采购，确保2026年启动实验；
- 成本占比认知修正：此前市场低估低温系统价值（2025年9月前招标占比仅5.2%），随着ITER成本结构（占比6%）普及，企业逐步重视其成套采购需求。
-
BEST与CRAFT采购差异：
对比维度 BEST（紧凑型聚变能实验装置） CRAFT（聚变堆主机关键系统综合研究设施） 采购规模 7.3亿元（单笔最大），以成套系统为主 3.6亿元（分散采购），以单机设备（如3kW@4.5K制冷机）为主 技术要求 侧重工程化可靠性（连续运行5年），冷量需求10kW@4.5K+ 侧重多温区验证（1.8-80K），冷量需求7.2kW@4.5K 采购目的 支撑2027年聚变能发电演示，需匹配磁体励磁进度 为CFEDR预研，验证低温系统关键技术（如超流氦传热） 核心采购标的 氦制冷机组、低温分配阀箱、氦回收纯化系统（成套） 氦制冷机、低温传输线、小型氦纯化装置（单机）
问题3：CFEDR低温系统72亿元市场空间的测算逻辑是什么？国内企业要切入该市场需突破哪些技术壁垒？
答案：
-
测算逻辑：
- 对标ITER成本结构：DOE（美国能源部）对ITER的成本拆分显示，低温系统占总投资的6%（其中制冷机2.8%、分配系统3.2%），该比例已成为全球聚变工程的参考基准；
- CFEDR总投资估算：根据BEST“125MW/150亿元”的功率-投资比（1.2亿元/MW），CFEDR规划一期200MW、二期1000MW，保守按1.2亿元/MW测算，总投资约1200亿元；
- 低温系统空间：1200亿元×6%=72亿元，若考虑二期扩容，长期市场空间有望超300亿元。
-
国内企业需突破的技术壁垒：
- 大功率氦制冷机可靠性：CFEDR需单台冷量超10kW@4.5K的氦制冷机，国内现有最大机型为3kW@4.5K（中科清能），需突破透平膨胀机效率（目标>85%）、长周期运行稳定性（连续5年无故障）；
- 系统集成能力：需实现制冷、分配、应用系统的一体化控制，动态响应磁体冷量需求波动（如脉冲运行时冷量需求变化±20%），国内企业当前多聚焦单机设备，系统集成经验需积累；
- 极低温材料与部件：-269℃（4K）下的密封件、阀门需耐受极端低温且低漏率（<1×10⁻⁹ Pa·m³/s），国内高端部件仍依赖进口（如瑞士博腾的低温阀门），需突破材料配方与精密加工工艺；
- 国际标准对接：CFEDR可能参与国际合作，需符合ITER低温系统标准（如氦气纯度、热损控制），国内企业需建立国际认可的测试与认证体系。
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