可控核聚變行業(yè)專題報告：拆分不同技術(shù)路線，電源是核心驅(qū)動引擎.pdf

可控核聚變行業(yè)專題報告：拆分不同技術(shù)路線，電源是核心驅(qū)動引擎。

托卡馬克：電源負(fù)責(zé)等離子體約束、加熱、維持，價值量高

托卡馬克裝置通過強磁場將等離子體約束在小范圍內(nèi)實現(xiàn)聚變反應(yīng)，ITER 裝置運 行時電源主要作用為：1）為超導(dǎo)磁體線圈提供可控電流，控制等離子體的位置及 形狀；2）為輔助加熱裝置提供能量，加熱和驅(qū)動等離子體；3）提供失超保護。電 源環(huán)節(jié)投資占比較大，ITER 項目電源相關(guān)占比 15%左右，其中電源供應(yīng)系統(tǒng)投資 占比為 8%，加熱和電流驅(qū)動系統(tǒng)投資占比為 7%,遠期商業(yè)化項目 DEMO 中，電源相 關(guān)占比達 10%。ITER 項目中，中國承擔(dān)脈沖高壓變電站、無功補償和濾波系統(tǒng)、 極向場變流系統(tǒng)等產(chǎn)品，國內(nèi)廠家技術(shù)底蘊豐厚。

托卡馬克：磁體電源為超導(dǎo)線圈導(dǎo)通電流產(chǎn)生穩(wěn)定磁場

磁體電源系統(tǒng)主要包括磁體電源與脈沖高壓變電站、無功補償與濾波系統(tǒng)。線圈 供電系統(tǒng)有多個子電源系統(tǒng)，給不同功能的超導(dǎo)線圈磁體供電，磁體電源細(xì)分單 元主要有變流器單元、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元、快速放電單元等組成，核心器件為晶閘管 和開關(guān)。無功補償可以平抑晶閘管變流系統(tǒng)運行時產(chǎn)生無功沖擊和諧波污染，脈 沖高壓變電站設(shè)備包括高壓配電站的全部設(shè)備，主要用于穩(wěn)定電力傳輸。

托卡馬克：輔助加熱電源維持等離子體穩(wěn)定燃燒

歐姆加熱有上限，需要輔助加熱設(shè)備，主要輔助加熱手段有射頻波加熱及中性束 注入加熱。射頻波加熱主要分為離子回旋加熱（ICRH）、低雜波電流驅(qū)動加熱（LHCD） 和電子回旋共振加熱（ECRH）等形式；中性束注入主要功能為向等離子體注入高能 中性粒子。射頻波加熱、中性束注入均需要高壓電源，主要有 PSM 高壓電源，HVPS 逆變型高壓直流電源。

其他路線：Z-箍縮混合堆核心設(shè)備為電流驅(qū)動器

Z 箍縮（Z-Pinch）指用強脈沖電流通過導(dǎo)體負(fù)載產(chǎn)生的角向磁場將負(fù)載內(nèi)向箍縮， 極端壓縮等離子體可使中心氘氚燃料瞬間達到高溫高壓狀態(tài)，實現(xiàn)核聚變。核心 裝置 60-70MA 級驅(qū)動器占比 33%，驅(qū)動器要求電流功率大、脈沖信號高、可重復(fù)運 行、高可靠性和長使用壽命。

其他路線：電源驅(qū)動等離子體形成場反位形（FRC）

場反位形（FRC）由脈沖電源驅(qū)動形成，F(xiàn)RC 具有更高的β值，輸出的等離子體溫 度和密度更高。FRC 裝置主要包含磁體系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、注 氣系統(tǒng)、控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，電源系統(tǒng)為核心設(shè)備，F(xiàn)RC 電源分為形成區(qū)電源 和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電源，形成區(qū)電源用于形成初始等離子體和形成場反位形，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電源 在 FRC 形成并且傳輸?shù)街行氖液螅峁┏掷m(xù)、相對穩(wěn)定的電流，維持 FRC 的平衡， 形成區(qū)電源核心零部件為真空開關(guān)和電容。