高温超导材料主要包括第一代高温超导材料(铋锶钙铜氧 BSCCO)、第二代高温超导材料(稀土钡铜氧 REBCO)、二硼化镁超导材料和铁基超导材料等。其中第一代高温超导材料在磁场下性能较低,且主流工艺原料为银,材料成本较高,大规模产业化应用性价比不高。二硼化镁超导材料临界温度低于液氮温区,且临界磁场较低,应用场景受限,目前全球仅有 2-3 家生产商在小批量供货。铁基超导材料发现与应用较晚,目前尚处于实验室研究阶段。
第二代高温超导带材是以 REBCO 为基础制备的工业化产品,具有较高的临界温度(液氮温区)、较高的载流能力、较高的临界场强、较高的力学强度,以及相对廉价的生产原料等优势,是目前综合性能最高、应用最广泛的高温超导材料。第二代高温超导材料自 1986 年被发现后,在随后的二十多年里,实用化带材的技术研发与创新突破主要由国外主导。2010 年前后,我国逐渐加大对这一领域的布局与投入。
经过十来年的耕耘与追赶,2020 年以来,随着部分技术领先企业大规模制备工艺的逐步成熟,生产效率与产品良率逐渐提升,生产成本不断下降,推动应用领域空间打开,在可控核聚变、超导电力、超导磁控单晶炉等下游领域的产业化进程正在加速推进。
第二代高温超导带材应用前景广阔,其中高温超导磁体类应用产业化进展最快。相比于常规磁体,超导磁体重量体积小,可以在几乎无焦耳热损耗的情况下,产生很高的运行电流,进而在大空间内产生高场强、高稳定性、高均匀性的磁场。同时,高温超导磁体由于材料特性,磁场强度可以做到更高,已经开始向多种低温超导磁体不能达到的高场应用领域渗透,可以更好地满足可控核聚变等高场磁体的设计需求。
根据赛迪数据,2024 年全球高温超导材料市场规模为 7.9 亿元,同比增长 77.3%,预计 2030 年市场将超百亿规模,达到 105.0 亿元,2024 至 2030 年间的复合增长率为53.9%。
2、高温超导材料行业在产业链中的地位及作用
高温超导材料行业处于产业链的中游位置,起承上启下的作用,是未来能源电力、高端制造等国民经济支柱行业实现产业升级的重要支撑,具有不可或缺的地位。整个产业链呈现出明显的层次结构和上下游关联,各个环节相互依存、相互促进,共同推动了高温超导产业的发展。
高温超导材料行业上游为矿产资源,包括稀土矿、银矿、铜矿、镍矿等,上游行业产品的供应、价格和质量水平对本行业的发展和盈利水平有着直接影响。高温超导材料作为前沿新兴材料,发展前景广阔,有望能将我国稀土资源优势转化为产业优势,并最终成为国家战略优势的关键中游产品之一。
高温超导材料下游应用领域主要集中在两个方向:一方面,在强电方向,其可用于增强载流量,减轻电工装备的重量、减小体积、减少占地面积以及提升能效等,主要用于电力领域,如超导电缆、超导限流器、超导电机(调相机)、超导储能系统等;另一方面,在高场方向,利用其大电流产生的大磁场,可广泛服务于可控核聚变、大科学装置、高端制造、医疗装备等领域。未来,随着技术的不断进步,高温超导材料有望在更多领域替代传统材料,进一步拓展应用范围并发挥更大的产业价值。
3、高温超导材料具体应用及市场情况
(1)可控核聚变装置
核聚变是指在极端高温高压条件下将两个或多个质量较轻的原子核(通常是氘和氚)聚合为一个或多个较重的原子核和其他粒子,并释放出能量的过程。核聚变的优势主要有四方面:
①能量密度高:每单位质量的核聚变燃料释放出的能量是核裂变的四倍,“燃烧”一千克氘相当于四千克铀,相当于七千吨汽油或一万吨煤。
②原材料充足:地球上氘的含量丰富,每升海水中含有 0.03 克氘,地球上仅在海水中就有 45 万亿吨氘。氚可通过中子和锂作用产生,而海水中含有大量锂。按目前全球能源消费的水平,核聚变燃料可供人类使用上亿年。
③安全可控:核聚变反应条件要求极端,需高达上亿摄氏度的超高温的条件下进行,且需要燃料的持续输入,某环节出现问题,反应就会自动终止,不会像核裂变一样出现“失控”链式反应。
④环保无污染:核聚变过程中只会产生少量的氦气,不产生高放射性、长半衰期的核废物,也不会产生二氧化碳或其他有害气体。2023 年国务院国资委启动实施未来产业启航行动,明确可控核聚变为未来能源的唯一方向。
实现核聚变反应,需要同时满足三个条件:足够高的温度、一定的等离子体密度和一定的能量约束时间,三者的乘积称为聚变三重积。根据劳逊判据,只有聚变三重积大于一定值,才能产生有效的聚变功率输出。目前,解决核聚变温度、密度、约束时间三个方面的“可控”主要有三种路径:引力约束、惯性约束和磁约束。其中引力约束为太阳的运行方式,在地球上不可实现。
惯性约束是通过高能激光或粒子束将燃料加热并压缩成等离子体,这种约束方式的时间尺度较短,形成的等离子体具有较高的温度和密度特征,且需要大量的能量输入和精确的控制技术。而磁约束是利用磁场约束等离子体运动,防止外泄,被认为是最有可能实现可控核聚变的途径,也是我国主要采用的技术路线。当前,磁约束核聚变装置主要有托卡马克、仿星器等。托卡马克在 1958 年由前苏联科学家发明,主要由环形真空室、产生磁场的磁体和其他辅助设施组成。
托卡马克的优点在于:
①结构简单、造价低,只需要真空室和磁体,磁体中线圈的结构是规则的,造价便宜且生产周期更短,装置迭代也更快。
②加热成本低,可以直接依靠磁体进行加热。因此,托卡马克是目前全球各国投入最大、最接近可控核聚变条件、技术发展最成熟的途径,约占全球核聚变装置的 50%。其中,超导材料用于制造超导磁体,超导磁体成本约占装置总成本的 30%-40%。
自发明以来,托卡马克相关研究发展迅速,经历了托卡马克→半超导托卡马克→全超导托卡马克的技术迭代升级。早期托卡马克的线圈由普通导体材料制成,为解决大电流和损耗问题,1978 年,前苏联第一次将低温超导材料应用到了部分线圈从而研制出的 T-7,是全球第一台半超导托卡马克,在工程上验证了超导线圈能够在托卡马克上实现连续稳态运行。
在此基础上,2006 年,我国 EAST 建成,是全球第一台在所有线圈上都使用低温超导材料的全超导托卡马克。同时,2006 年中国、美国、欧盟、俄罗斯等签署联合实施协定,全球最大核聚变装置 ITER 进入实施阶段,也是采用了全低温超导托卡马克路径。超导材料已被成功验证为托卡马克最核心的材料。
2018 年以来,为了规避磁场体积过大导致的成本问题(如 ITER 存在投资成本超预期、项目进度延后的问题),美国麻省理工学院等离子体科学与聚变中心(PSFC)和CFS 公司第一次开始研制全部使用第二代高温超导带材做线圈的托卡马克。
近年来,高温超导材料的突破性应用与 AI 技术在等离子体控制领域的深度融合,提高了装置的磁场强度与等离子体约束能力,促成了装置尺寸的显著缩小(装置尺寸与磁场强度的四次方成反比),进而大幅降低了单个装置的制造成本与建设周期,紧凑型托卡马克应运而生,商业化核聚变公司加速兴起。
商业化核聚变公司的定位主要集中在通过技术创新和工程化落地推动核聚变技术的产业化应用,目标是实现核聚变发电的经济性和可行性。这些公司致力于开发小型化、低成本的核聚变装置,以加速技术迭代和降低研发风险。高温超导材料的引入降低了装置的投资建设门槛,使得可控核聚变从过去仅“国家队”有能力参与的“大科学装置”变成了更多初创团队可以触及的工程项目。这在推动核聚变产业规模扩容的同时也打开了高温超导材料的需求空间,形成高温超导材料行业和可控核聚变行业规模提升与成本下降之间相互促进的正向循环。
根据核聚变工业协会(FIA)资料显示,截至 2024 年 4 月,全球已有 45 家商业化核聚变公司,吸引了 71 亿美元的投资,其中美国投入最多。国外商业化核聚变公司主要包括 CFS 公司、TE 公司等。我国对于核聚变的投入从 2022 年开始加速,2023 年和2024 年每年支出均保持在 10 亿美元左右,追赶态势明显。目前我国商业化核聚变公司主要包括能量奇点、星环聚能等。
从统计情况来看,大约 70%的商业化核聚变公司表示预计在 2035 年之前能做出第一台商业化的示范堆并完成核聚变发电并网。尽管 ITER因技术复杂性多次延期,但商业化核聚变公司的时间表自 2021 年首次公布以来仍保持高度稳定,表明行业正在按实验装置—实验堆—工程堆—商业化原型电站的节奏逐步推进,凸显了对技术路径迭代和工程化落地的信心。
近年来,国际上各国政府均在积极推进可控核聚变,出台了一系列政策、规程,提供了强有力的支持。韩国依托“K-STAR”(Korea Superconducting Tokamak AdvancedResearch)装置,到 2025 年将建成首个中型实验聚变堆,并计划 2035 年推出商用原型反应堆。2023 年,英国修订了核聚变国家战略,明确提出支持建设全球首座核聚变原型电厂“STEP”,2025 年将完成第一阶段的概念设计。
2024 年,美国通过《聚变能源战略 2024》,明确提出到 2030 年前实现小型聚变反应堆的商业化应用。同年,日本发布了《核聚变能源创新战略》,提出在 2035 年前建成两座小型示范核聚变发电站,计划于 2025 年完成“小型高场托卡马克装置”的首次实验运行,为未来商业反应堆设计积累数据和经验。2025 年,德国新一届政府在首次联合声明中提出要“加强核聚变研究,目标是拥有世界第一个核聚变反应堆”。全球可控核聚变的“科技竞赛”已拉开帷幕。
国内方面,我国核聚变领域也逐步迈入快车道。全国政协委员段旭如在 2025 年两会时说道:“我国核聚变技术已从过去的跟跑到并跑,再到部分技术达到国际领先水平,目前已位于国际第一方阵。”2023 年 12 月,由中国核工业集团有限公司牵头,25 家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体宣布成立,中国聚变能源有限公司正式揭牌,目标是集中资源加速我国核聚变研究与发展。
2024 年 3 月,上海市印发《上海核电产业高质量发展行动方案(2024-2027 年)》,提出攻关核聚变关键技术,开展可控核聚变技术突破工程。目前已有多家核聚变公司和项目落户上海,已经初步形成核聚变与超导材料产业集群。2024 年 6 月,能量奇点的洪荒 70 成功实现等离子体放电,成为全球首台全高温超导托卡马克。2024 年 9 月,星环聚能宣布在球形托卡马克运行与控制、等离子体性能提升、高温超导磁体研发和聚变衍生技术产业化等方面都取得了重要进展。
2024 年 12 月,中国科学院合肥物质科学研究院 CRAFT 已建成国际最大超导磁体动态测试设施,预计于 2025 年底完成全部主体工程。2025 年 1 月,中国科学院合肥物质科学研究院 EAST 实现了 1 亿摄氏度 1,066 秒高约束模等离子体运行,创造了新的世界纪录。
2025 年 3 月,能量奇点经天磁体成功完成了首轮通流实验,产生了高达 21.7T 的磁场,创下大孔径高温超导 D 形磁体最高磁场纪录。同月,中核集团核工业西南物理研究院“中国环流器三号”率先实现原子核温度 1.17 亿度、电子温度 1.6 亿度的“双亿度”突破,标志着可控核聚变研究正式迈入燃烧实验阶段,在核心参数与关键技术上逐步跻身国际前列。我国在可控核聚变领域以多维度突破展现出强劲的竞争力与创新活力。
可控核聚变技术的持续发展推动行业产业化进程,特别是商业化核聚变公司较多采用的紧凑型托卡马克路径,单台装置对高温超导材料的需求在数千公里至数万公里不等,随着核聚变产业化提速,将有效拉动高温超导材料规模化。根据中信证券研报测算,2030-2035 年间,全球可控核聚变装置市场规模累计有望达到 2.26 万亿元,其中超导材料(含高温超导材料与低温超导材料)市场规模累计有望超过 2,700 亿元。根据赛迪数据,2024 年全球可控核聚变装置使用的高温超导材料市场规模为 3.0 亿元,预计 2030年将达到 49.0 亿元,2024 至 2030 年间的复合增长率为 59.3%。
(2)超导电缆
利用第二代高温超导带材制成的超导电缆,可以通过低电压大电流实现大容量、低损耗的电力传输,相较于传统电缆具备多重优势:
①输电容量高:一般认为,交流超导电缆的输电容量为传统电缆的 4-9 倍;直流超导电缆没有交流损耗,输电容量为传统电缆的 10 倍以上。随着技术的持续进步,超导电缆输电容量仍有显著的增长空间。
②节省建设成本和占地面积:超导电缆无需升压送电再在用户端降压,因此可以低压传输电力,节省变压器等装置建设成本及占地面积,施工成本约为传统电缆的 20%,维护运营成本约为传统电缆的25%。同时超导电缆的体积也小,可以节省至少 1/3 地下管廊空间。地下管廊是城市地下用于集中敷设电力、通信、给排水、热力、燃气等市政管线的公共隧道,随着 5G 通信等技术的进一步发展,地下管廊中线路铺设愈发拥挤,超导电缆可以有效解决窄通道大容量输电的难题,消除负荷热点地区的供电困难现象。
③输送损耗低,节能环保:超导电缆采用高温超导材料作为导体,具有无阻传输电流的能力。在传输直流电流时电阻可以完全忽略;在传输交流电流时,交变磁场引发磁滞损耗、涡流损耗等会造成部分交流损耗。尽管如此,超导电缆的交流损耗亦远低于传统电缆,传输数千安培交流电流的损耗仅为瓦级/米。超导电缆这些特点能够扩展新的电力输送场景,比如密集城市地区配电网的大容量局部增容(也许是密集城市的电车充电桩扩容的解决方案)、峡谷等输电走廊受限区域的电力输送等。同时,在目前全球 AI 技术产业化加速推进、国内数字经济政策加速落地等多重因素催化下,数据流量以及电能消耗将加速上升,作为数据流量的管道光纤光缆以及输电通道的电缆建设将同步加速,推动超导电缆规模化产业应用。
发达国家高度重视超导电缆技术研究与应用,实施了一系列研究项目,将超导电缆列为电力网络未来发展的关键技术之一。
2019 年,美国联邦能源监管委员会批准了弹性电网(REG)项目,开始建设基于超导电缆的城市电网;2020 年,欧洲提出了 SuperLink项目,着力攻关 15km 长度级别的超导电缆工程建设技术,随后提出了 SuperRail 项目,探索超导电缆在轨道交通中的应用;2020 年,韩国提出了超导平台供电方案,旨在利用超导电缆替代传统电网架构,构建更高效、紧凑的城市供电系统。
与此同时,我国也密切跟踪并高度重视超导电缆产业化发展,通过多个国家级科研项目提供研究支持。上海市等地积极响应国家部署,精准培育超导电缆产业发展要素,目前基本形成了覆盖材料生产、低温制冷、电缆集成、电缆应用的完整产业链,整体技术水平处于国际前列。
2021 年 9 月,南方电网在深圳试点 400 米长超导电缆成功为平安大厦供电,标志着我国的超导电缆开始走入普通百姓的生活中。同年 12 月,国家电网建设成功全球首条 35 千伏公里级超导电缆示范项目,全长 1.2 公里,为上海徐家汇地区 4 万多户家庭和核心商业街供电,是目前全球用户数量最多的超导电缆。该项目连续稳定运行超过 1,000 天,经历了严寒和酷暑的考验,最大负载电流达 2,160A,充分验证了超导电缆在提升电网输电能力方面发挥的关键作用。
此外,该项目节约了 70%的地下管廊空间,解决了城市电网升级难题,被视为近十年电网核心技术突破的标志性成就。从全球范围来看,超导电缆项目的安全性和稳定性正逐步得到验证。
根据赛迪数据,2024 年全球超导电缆项目使用的高温超导材料市场规模接近 1 亿元,随着示范项目数量的增加和工程的启动,未来用于超导电缆的高温超导材料规模还将继续扩大,预计 2030 年将达到 19.9 亿元,2024 至 2030 年间的复合增长率为 67.5%。
(3)超导磁控单晶炉
直拉单晶炉是通过直拉法生产单晶硅的设备,广泛应用于光伏和半导体行业。直拉法以高纯度多晶硅为原料,在氩气环境中利用石墨加热器形成具有梯度变化的热场,通过旋转籽晶从多晶硅熔液中提取出连续生长的单晶硅棒,具有生长速度快的优点,目前是生长单晶硅的主流技术。在传统的直拉单晶炉中,晶体生长过程主要依赖于精确的温度控制和拉晶速度调节。
随着对单晶硅质量要求的不断提高,尤其是对高纯度、低缺陷密度和高均匀性的需求,传统的热场控制方法逐渐面临瓶颈。超导磁控作为一种新兴技术,通过在单晶炉中引入磁场,可以有效抑制热对流、降低氧含量,使材料凝固液面更稳定,缓解同心圆和黑芯片问题,提高材料纯度,增加产品产能。在半导体行业,目前超导磁控单晶炉已经是国际上生产 12 英寸以上大尺寸单晶硅的主要设备。
在光伏领域,P 型电池接近效率极限,更高转化率的 N 型电池成为未来发展的主流方向,而 N 型电池对硅片要求趋近半导体级,超导磁控单晶炉有望规模化应用。2025 年 3 月,由中国电工技术学会主持的“高温超导磁控硅单晶生长装备、技术及应用科技成果鉴定会”召开,专家委员会进行了评估,一致认为该技术填补了我国在高端硅晶体制造领域的多项空白,综合性能达到国际领先水平,高温超导磁控单晶炉可将硅片含氧量稳定控制在 5ppma(质量百万分比)以下,硅棒头尾利用率提升 4%以上,生产效率提升 12%,目前已拉出直径达 340 毫米的高品质硅棒。
目前超导磁控单晶炉主要采用低温超导材料技术路线,而高温超导材料具有一定替代优势,由于高温超导磁控单晶炉温区更宽,较低温超导磁控单晶炉失超的风险更小。在“双碳”目标与半导体独立自主的双重驱动下,高温超导磁控技术的突破,正为万亿级光伏与半导体产业注入全新动能。目前,联创超导的高温超导磁控单晶炉已经进入应用推广阶段,整个市场将进入设备换代期。根据赛迪数据,2024 年全球用于超导磁控单晶炉的高温超导材料规模为 0.6 亿元,预计 2030 年将增长至 9.7 亿元,2024 至 2030 年间的复合增长率为 60.2%。
(4)超导感应加热装置
超导感应加热是指通过高温超导材料绕制的超导磁体在铁芯气隙中产生强磁场,由机械传动系统带动金属工件在磁场中旋转,工件切割磁力线形成涡流并产生焦耳热,实现对工件的热处理。超导感应加热有望替代传统的天然气加热、电磁感应加热等技术路线,可以广泛用于铝、铜、镁、钛、特种钢材、高温合金等金属加工热成型(包括挤压、锻造、轧制等)、金属熔炼及半导体熔融等领域。天然气加热比较适用于中小型生产线,缺点是较难控制温度梯度及均匀性。
在中大型生产线上,高质量的工业型材以及航空材、结构材上,多采用电磁感应加热,而超导感应加热是在电磁感应加热原理上新型研制的技术。超导感应加热装置具有加热均匀性高、能量转换效率高、工件尺寸适应性好等优势,特别是能够将传统电磁感应加热装置 40%左右的电热转换效率提高到 80%以上,为高耗能领域带来切实的节能降本、降低碳排放的效果。
2008 年,德国齐内吉电力公司成功开发出全球首台超导感应加热装置,并在维斯拉卢铝业公司工厂投入使用。2023 年 4 月,由联创超导研制的全球首台兆瓦级超导感应加热装置在黑龙江中铝集团东北轻合金公司成功投入使用,标志着我国超导感应加热技术从实验室正式步入产业化新阶段。该装置只需十分钟即能够将一块 500 多公斤的铝锭从 20℃加热到 403℃,而传统电磁感应加热至少需要 9 小时,同时,能效转化率提升一倍,节能 50%,碳排放减少一半以上。
2024 年 10 月,超导感应加热首个国家标准《电热和电磁处理装置基本技术条件 第 37 部分:超导直流感应透热装置》正式发布,作为具有前瞻性和引领性特征的创新标准,有力地提升了超导感应加热装置在铝型材加工行业以及相关金属热加工领域的知名度与认可度,为超导感应加热装置的大规模推广应用夯实了坚实基础。
目前,产业化的、大功率的超导感应加热装置仍是相对新兴的技术,工程实践经验还在积累中。预期随着技术的不断进步,未来,超导感应加热装置将在铝型材加工行业得到更为广泛的普及与应用,并将逐步拓展至铝合金、钛合金、铝镁合金等高端型材加工领域,进一步降低电能消耗,提升高端型材的加工品质,有望形成对传统高能耗装置的更新换代浪潮,为我国高端制造业的转型升级提供强有力的技术支撑与保障。
根据赛迪数据,2024 年全球用于超导感应加热装置的高温超导材料规模约为 200万元,预计随着相关装置的交付和运营,以及汽车轻量化、航空和民用高科技工业的加速发展,金属加工市场对超导感应加热装置的需求逐年增长,存在良好的替代需求,市场规模将于 2030 年增长至 3 亿元,未来有较大扩张空间。
(5)其他应用场景
除了在上述应用场景渗透率不断提高之外,高温超导材料凭借其特殊的物理性能,在超导电机、粒子加速器、磁共振成像、超导磁悬浮等场景也存在应用前景。目前国内外主流企业与科研单位正在进行相关应用的研发工作,对上游高温超导材料形成了市场需求,并不断扩张。
超导电机是指一种利用高温超导磁体替代原电机中的常规绕组或者永磁体,实现高效能、低能耗的电机,具有体积小、重量轻、电阻小、寿命长等优点,有助于提高能源利用效率。可以应用于风力发电上,并进一步与超导电缆配套使用;也可以应用于船舶、航空等大功率动力领域。
医用加速器如质子/重离子癌症治疗仪是一种获得高能粒子束进行癌症治疗的高端医疗设备,其工作原理是通过电场和磁场的相互作用来对粒子进行加速,使其达到高能量状态,实现对癌细胞的精准打击。
强场磁体是治疗仪等多个重要医疗装置核心零部件,而高温超导磁体凭借其体积小、重量轻、无需液氦制冷等突出优势,将是下一代医疗粒子加速器的重要研发方向。磁共振成像(MRI)是一种常用的医学成像技术,通过利用磁场和无害的无线电波来生成人体内部器官高清的影像。而更高的磁场强度能够提供更高清晰度的成像效果,从而提高疾病诊断的准确性。
早期磁共振设备主要使用永磁体,磁场强度通常低于 0.5T。21 世纪后,低温超导材料逐步替代永磁体,1.5T 和 3T 机型已成为临床主流。目前,磁共振设备的磁场强度仍在不断追求极限,7T、11.7T 甚至更高场强的设备正在研发和应用中,以满足脑神经疾病检查、脑功能与脑科学研究等方面的更高要求。在此背景下,高温超导材料也开始被应用于磁共振设备的研究与开发中,有望发挥更加重要的作用。
高温超导磁悬浮系统速度快、稳定性高,具有实用化潜力,可以应用于磁悬浮列车等场景。多年来,我国在高温超导磁悬浮技术上的研究持续突破。2013 年,国内首条载人高温超导磁浮环形试验线在西南交通大学研制成功。
2023 年 3 月,由中车长客自主研制的国内首套高温超导电动悬浮全要素试验系统在长春完成首次悬浮运行,运行速度可达 600 公里/小时以上,为推动工程化应用夯实了基础。2023 年 9 月,中国航天科工三院成功完成高温超导电动悬浮试验装置,在 380 米线路上实现了 234 公里/小时的试验速度,创造了当时国内高温超导电动悬浮最高运行速度纪录。
4、高温超导材料行业未来发展趋势
(1)应用技术发展提高产品渗透率
高温超导材料凭借独特的物理性质、极低的资源消耗与高附加值的产品属性,展现出显著的市场竞争优势与革命性应用潜力,在强电和高场两大应用领域具有广阔的发展前景,有望实现“颠覆性”的科技革命,是名副其实的“新质生产力”。
高温超导材料作为一种前沿技术,其发展与应用不仅能够有效促进科技创新与产业链的深度融合,还为解决能源和科技领域的部分重难点问题提供新的思路和路径。因此,一方面,其在可控核聚变、超导电力、大科学装置等新兴领域能够实现创造性的、不可替代的效用,促进国家科技进步和重大技术突破。另一方面,其能够为光伏及半导体制造、金属加热加工、磁共振成像等相对成熟产业的升级与迭代提供强大动力。
目前,随着国内外高温超导材料不断发展及下游应用场景的持续丰富,产业内将形成技术创新与需求升级相互驱动的良性循环,高温超导材料在已有应用领域的渗透率预期将进一步提升并将逐步打开新的应用场景。
(2)产能扩张,性能提升,价格下降
近年来,可控核聚变等应用领域的快速发展,拉动了高温超导材料的市场需求,国内外生产商都积极进行扩产,产能扩张成为行业发展趋势。形成规模效应的同时,也牵引技术得到进步,生产工艺更加成熟、生产效率逐步提高,从而使得产品价格也有所降低,更加适应大规模商业化应用的趋势。
同时,下游应用领域的加速发展与应用领域的不断开拓也对产品性能提出了更高的要求,针对不同应用场景的迥异需求,各生产商一方面继续提升电流和长度等核心参数表现,另一方面也积极开发定制化指标,产品性能不断提高,紧跟下游迭代的性能需求,提升适配性与竞争力。
(3)国际竞争加剧,全产业链国产化发展
在核聚变目标、传统产业升级、双碳政策等多重驱动下,各国均加速高温超导产业的布局,从上游高温超导材料,至下游各应用领域,均得到高度重视,国际竞争也日益加剧。在此背景下,一方面,我国通过重大科技项目实现弯道超车,在超导材料、超导磁体、核聚变工程等方面形成了一定领先优势,为我国输出技术标准提供战略机遇,有望促进行业格局重构,加大我国产业链话语权。
另一方面,我国对部分原材料及零部件仍然存在一定的进口依存度,在当前国际形势复杂多变的背景下,保障高温超导产业链的供应安全对于我国发展可控核聚变等战略性产业至关重要,因此全产业链的国产化发展也是行业趋势。
5、高温超导材料行业竞争格局及主要企业
高温超导材料属于先进前沿新材料,技术门槛较高,目前全球能够批量供货的生产商较少,多数为国外企业,行业呈现集中度较高的竞争格局。在下游应用持续渗透的背景下,获得大批量、高质量的供给能力至关重要,行业内各主要生产商如超导科技、FFJ、SuperPower、SuNAM、东部超导等均积极投入到扩产计划中,也吸引了一批新进入者参与到研发与生产活动中。
各生产商扩产意愿强烈,跨区域的竞争将逐渐显现,行业竞争逐渐走向交锋态势。以供给能力进行划分,目前全球生产商大致可以分为三个梯队:第一梯队生产商有两家,分别为超导科技与 FFJ,年产量已超过 1,000 公里(12mm 宽);第二梯队生产商主要包括 SuperPower、Fujikura、SuperOx、SuNAM、Theva、美国超导、东部超导和上创超导等,年产量数十至数百公里不等;第三梯队生产商主要包括 MetOx Technologies,Inc.、SupremaTape S.R.L.、High Temperature Superconductors, Inc.等公司,整体处于研发或样品供给阶段。
(1)FFJ
日本企业,成立于 2011 年,原名 SuperOx Japan,为 SuperOx 的日本子公司。后加入美国 Faraday 集团。目前是全球第二代高温超导带材主要供应商之一,计划继续扩大产能,以支撑下游可控核聚变的快速发展。
(2)SuperPower
美国企业,成立于 2000 年,自 2012 年起隶属于日本 Furukawa 集团,是一家领先的第二代高温超导带材制造商和供应商,主要为可控核聚变、电力、医疗、科研等领域提供基于超导技术的基础材料。目前,SuperPower 计划进一步扩展产能以满足高场磁体应用的不断增长的需求。
(3)Fujikura(5803.T)
日本企业,成立于 1885 年,日本证券交易所上市公司,是一家主要从事电线电缆、光纤、电子材料、汽车零部件和房地产等业务的综合型企业,高温超导材料是 Fujikura的业务之一。Fujikura 自上世纪 90 年代开始研制高温超导材料,拥有深厚的研发和应用经验,目前计划投资约 40 亿日元用于产能扩建。
(4)SuperOx
俄罗斯企业,成立于 2006 年,是一家专注于高温超导技术开发和应用的高科技公司,目前主营第二代高温超导带材与超导应用,包括超导磁体、超导限流器、超导电缆等。
(5)SuNAM(294630.KS)
韩国企业,成立于 2004 年,韩国证券交易所上市公司,主营第二代高温超导带材的研发、生产和销售,专注于开发第二代高温超导带材制造技术和高场磁体制造技术,产品广泛应用于能源、医疗、交通和科研等领域。目前,SuNAM 计划进行产能扩建。
(6)Theva
德国企业,成立于 1996 年,是一家专注于高温超导材料和物理气相沉积技术的公司,主要产品包括第二代高温超导带材、超导线圈、超导材料涂层测量装备等。Theva最初是慕尼黑工业大学的孵化项目,经过多年发展,已成为高温超导领域的重要参与者。2023 年 11 月获得了 1,100 万欧元的融资,用于进一步扩大生产。
(7)美国超导(AMSC.O)
美国企业,成立于 1987 年,美国纳斯达克证券交易所上市公司,主营电力系统服务和高温超导材料,主要产品包括第一代和第二代高温超导带材,以及在电网、海上风电、军工上的应用,包括提供先进的电网系统与工程规划服务,提供风力涡轮机系统与工程规划服务,提供海军舰船推进系统与电磁轨道炮等。其高温超导材料自用为主。
(8)东部超导
我国企业,成立于 2017 年,是上市公司永鼎股份(600105)的子公司。专业研发千米级第二代高温超导带材,发展新型高温超导材料应用技术(超导电缆、超导磁体、超导电机等),实现第二代高温超导带材及相关应用技术的产业化。
(9)上创超导
我国企业,成立于 2011 年,由上海大学与核心团队共同投资组建,是集“产、学、研、用”为一体的,致力于第二代高温超导带材及下游应用产品研发和生产的国家高新技术、专精特新企业。
(10)上海超导
我国企业,成立于2011年,总部位于中国上海,是一家以新材料等学科为基础、利用镀膜技术,从事第二代高温超导带材研发、应用及销售的高新技术企业。公司经过多年的探索和发展,掌握了第二代高温超导带材的一系列核心技术并不断优化。经两位院士领衔的成果评价委员会评价,基于 IBAD+PLD 技术路线,形成的第二代高温超导带材超高速批量化制备技术及装备总体达到国际领先水平。
公司牵头或参与 4 项国家级科研项目,制定 8 项高温超导领域的国家、行业或团体标准,取得授权专利 90 项,形成了完善的自主知识产权体系,产品性能指标处于国际一流水平。深厚的研发积累、完善的创新体系、突出的技术成果构筑了公司较强的竞争优势。