超導磁體行業(yè)市場分析1.超導磁體性能優(yōu)異商業(yè)化進程加速，下游應(yīng)用多點開花超導磁體屬于多部件集成系統(tǒng)，一般是指用超導導線繞制的、利用超導材料零電阻與小截面導體卻可以承載超大電流的特殊性質(zhì)產(chǎn)生強磁場的裝置，包括超導線圈和其運行所必要的低溫恒溫容器。超導磁體主要由以下幾部分構(gòu)成：（1）超導線圈和鋁合金骨架（纏繞固定超導線）：超導線圈為磁體系統(tǒng)核心部件，根據(jù)對于磁場場強和均勻度的需求，由2或4個線圈呈對稱布置，超導線圈數(shù)量越多，產(chǎn)生的磁場場強和均勻度越高。（2）勵磁電源：為超導磁體提供電流，分為超導磁體內(nèi)部電流獨立于電源運行的閉環(huán)運行模式和持續(xù)由電源供電的開環(huán)運行模式。（3）低溫控制系統(tǒng)：干式制冷機、導冷板（將制冷機冷量傳導給線圈）、真空杜瓦（保證系統(tǒng)密閉性，維持低溫條件）、冷屏（降低外部輻射漏熱）。（4）失超保護系統(tǒng)：一旦磁體失超，將破壞磁體結(jié)構(gòu)，重新降溫勵磁使運行時間增加，因此需要對線圈進行浸漬、絕緣處理。（5）漏磁屏蔽系統(tǒng)等：超導磁體產(chǎn)生的磁場與設(shè)備的其他電磁系統(tǒng)會互相干擾，影響設(shè)備正常運行，因此需要鐵軛進行磁場屏蔽。超導線圈產(chǎn)生的磁場分布可以分為水平、垂直和勾形（Cusp）。以超導磁體在晶硅生長爐中的應(yīng)用為例，垂直磁場由于結(jié)構(gòu)原因無法消除單晶爐內(nèi)主要熱對流，很少被采用；水平磁場的磁場分量方向垂直于堝壁主要熱對流與部分強迫對流，可有效抑制運動，且有利于保持生長界面平整性，降低生長條紋；CUSP磁場因其對稱性，熔體的流動和傳熱性更為均勻，因此垂直與CUSP磁場為晶硅生長爐中的主流應(yīng)用。超導磁體具有磁場強度高、重量體積小、節(jié)省電耗等核心突出優(yōu)勢。通常電磁鐵是利用在導體中通過電流產(chǎn)生磁場，由于超導材料在低于某一極低溫度下具有零電阻特性，因此相比于常規(guī)磁體，超導磁體可以在不損耗焦耳熱的情況下，產(chǎn)生很高的運行電流，進而在大空間內(nèi)產(chǎn)生高場強、高穩(wěn)定性、高均勻性的磁場。低溫超導磁體技術(shù)發(fā)展時間較早，技術(shù)成熟，高溫超導磁體由于材料特性，磁體磁場強度可以做到更高，更滿足高場強需求場景。低溫超導材料NbTi超導線圈主要用于低場超導磁體，經(jīng)過發(fā)展，為了滿足高場需求，外層NbTi+內(nèi)層Nb3Sn復合線圈成為了較高場超導磁體主流產(chǎn)業(yè)化技術(shù)路線。1980s以來，第一代高溫超導材料Bi-2212、Bi2223和第二代高溫超導材料YBCO陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，相較低溫超導磁體，高溫超導磁體僅需液氮制冷，有著更高的臨界磁場、臨界溫度、臨界電流，可以運用在超高場大型設(shè)備中，更小的體積也使得大型設(shè)備成本大幅降低。經(jīng)過30多年的研究，高溫超導磁體的磁場上限已經(jīng)探索至45.5T，同時超導磁體的生產(chǎn)技術(shù)也正逐步成熟。超導磁體商業(yè)化進程加快，高品質(zhì)節(jié)能提效工業(yè)領(lǐng)域+緊湊型可控核聚變裝置等商業(yè)化下游應(yīng)用場景不斷打開。低溫超導磁體最初開始在下游設(shè)備中應(yīng)用時由于其制冷維護成本較高，起初僅應(yīng)用于成本不敏感的領(lǐng)域，如醫(yī)療：MRI（磁共振成像儀），科研：NMR（核磁共振波譜儀）、高能粒子加速器，能源：受控核聚變裝置等高場強、高均勻度磁場需求領(lǐng)域。隨著高溫超導技術(shù)發(fā)展，超導磁體能夠產(chǎn)生超高場場強，疊加超導材料價格的逐步下降因素，憑借場強高、體積小、節(jié)能等優(yōu)勢，超導磁體可以利用其節(jié)能提效優(yōu)勢對民用化、高品質(zhì)需求、節(jié)能化領(lǐng)域做到原有產(chǎn)品的替代升級，例如在工業(yè)：鋁感應(yīng)加熱、MCZ（磁控直拉單晶硅生長爐）、磁選礦，污水分離設(shè)備，交通：磁懸浮列車等，將帶動超導磁體大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。與此同時，在能源：緊湊型可控核聚變（托卡馬克裝置），特別是民營化領(lǐng)域，高溫超導磁體可以滿足因設(shè)備緊湊體積小，從而產(chǎn)生的超強磁場需求，同時帶來成本更低，研發(fā)周期更短的卓越優(yōu)勢。隨著未來超導磁體商業(yè)化應(yīng)用進程加快，長期內(nèi)超導磁體在更多下游應(yīng)用領(lǐng)域的滲透將不斷加深。2.超導磁體節(jié)能提效優(yōu)勢顯著，商業(yè)化設(shè)備應(yīng)用空間廣闊2.1.高溫超導感應(yīng)加熱設(shè)備進入放量階段金屬擠壓成型之前需要預(yù)熱，傳統(tǒng)方式是采用工頻爐或者燃氣爐進行預(yù)熱，高溫超導感應(yīng)加熱設(shè)備由于其超導特性產(chǎn)生磁場無損耗，相較于傳統(tǒng)加熱方式具備損耗低、透熱性好等優(yōu)點，未來有望大規(guī)模替代傳統(tǒng)加熱設(shè)備。超導直流感應(yīng)加熱采用的接近零電阻的帶材，超導線圈中功率損耗可忽略，超導感應(yīng)技術(shù)可以通過調(diào)整錠料的速度和增大磁場的強度，增大渦流效應(yīng)的透入深度以實現(xiàn)更均勻的幅向溫度，相對于傳統(tǒng)加熱爐可以得到更深入、更均勻的軸向溫度分布，使得加熱更有效率，同時可以通過改變磁場的密度來進行加熱溫度的分布，進行梯度加熱，實現(xiàn)不同部位的加熱需求，從而實現(xiàn)高穿透性、高能效性、溫度均勻性和梯度性靈活可控的全新高品質(zhì)加熱。聯(lián)創(chuàng)光電全球首臺兆瓦級高溫超導感應(yīng)加熱設(shè)備，2023年順利開啟批量化交付進程。聯(lián)創(chuàng)光電高溫超導感應(yīng)加熱設(shè)備加熱速度快、效率高、節(jié)能省電、產(chǎn)品均勻性高，加熱鋁棒由20℃至403℃，用時617秒，僅為原加熱時間的1/54，總耗電量68.95千瓦時，能效85.88%，表芯溫差僅3℃，加熱均勻性良好。設(shè)備折合成每噸鋁耗電量僅為131.8千瓦時，較之傳統(tǒng)工頻爐省電達150千瓦時，耗電量不及傳統(tǒng)工頻爐50%。設(shè)備2022年投入生產(chǎn)、完成驗收，并與廣亞鋁業(yè)等客戶簽訂合作協(xié)議，標志著高溫超導感應(yīng)加熱設(shè)備順利實現(xiàn)市場0-1突破；2023年4月20日成功投運，順利開啟批量化交付，目前在手訂單超60臺，本年度將交付十余臺套設(shè)備。高溫超導鋁感應(yīng)加熱設(shè)備具千億級廣闊市場。謹慎預(yù)計，全球范圍現(xiàn)有直徑300mm以上鋁型材擠壓機的加熱爐替換及新增約1400臺，航空鋁合金、鎂鋁合金、鈦合金等其他軍工、航天領(lǐng)域金屬壓延成型設(shè)備約200臺，將已有成熟超導熔煉加工、金屬回收技術(shù)嫁接于上述行業(yè)，將孕育出不同系列產(chǎn)品，市場容量或達千億級，應(yīng)用前景極其廣闊。2.2.光伏級晶硅生長爐打開超導磁體新應(yīng)用空間N型電池片產(chǎn)能大幅擴張，高品質(zhì)要求帶動超導磁體導入光伏級磁拉單晶硅領(lǐng)域。根據(jù)SMM，2022年Topcon電池產(chǎn)能快速擴張，目前已投產(chǎn)49.4GW，在建中的產(chǎn)能有60.5GW，預(yù)計2023年新增產(chǎn)能將達到228.5GW，帶動上游N型硅片需求擴大。P型電池光電轉(zhuǎn)換效率理論極限為24.5%，而N型電池片的理論極限高達28.7%。但N型電池對硅片的質(zhì)量要求更高、對硅片氧含量更敏感。TOPCon高溫過程較多，易激發(fā)硅片內(nèi)的氧原子形成同心圓，使電池片效率下降。常規(guī)降氧方式只能到10ppm，需要引入超導磁場才能降至7ppm以下。在硅棒生產(chǎn)環(huán)節(jié)增加超導磁場可以減少晶體材料里面的氧含量、提升生晶體生長的穩(wěn)定性，最終提升電池片光電轉(zhuǎn)換效率至少0.1%。在高溫過程中，硅溶液內(nèi)部容易出現(xiàn)熱流動，沖刷坩堝壁，造成晶體里含有較多的氧，后續(xù)加工過程中氧會沉淀形成雜質(zhì)，產(chǎn)生同心圓和黑芯片問題，使N型電池片轉(zhuǎn)換效率下降，對于N型硅片，雜質(zhì)含量超過7ppm之后，缺陷會急速上升，如果使用傳統(tǒng)降氧方法，只能做到10ppm，超導磁體產(chǎn)生的強磁場可以有效抑制熱對流，降低氧含量，使材料凝固液面更穩(wěn)定，緩解同心圓和黑芯片問題，提高材料純度，增加產(chǎn)品產(chǎn)能，增加電池片轉(zhuǎn)換效率。同時，引入超導磁場提升拉晶良率和成晶率，提升10%單產(chǎn)以及延長石英坩堝壽命。超導磁控晶硅生長爐優(yōu)勢明顯，隨著國內(nèi)企業(yè)加速技術(shù)迭代、產(chǎn)品降本，有望助力超導磁體規(guī)模化放量。當前光伏晶硅生長爐加裝超導磁體主要有三重優(yōu)勢：1）降低硅片含氧量，提升最終生產(chǎn)電池片光電轉(zhuǎn)換效率0.1%-0.8%；2）提升硅棒品質(zhì)，增加產(chǎn)出；3）延長晶硅生長爐坩堝壽命，由于加裝超導磁場可以控制硅液對坩堝沖刷，可有效延長坩堝壽命。隨著晶盛機電、聯(lián)創(chuàng)光電、連城數(shù)控等公司均積極展開超導磁體布局，“國產(chǎn)化”疊加“規(guī)?；壁厔荩O(shè)備價格將有望下降，推進超導磁體在單晶硅生長爐領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)?；帕?。目前國內(nèi)低溫超導磁體與高溫超導磁體生產(chǎn)企業(yè)，均針對光伏晶硅生長爐應(yīng)用加速展開應(yīng)用布局。低溫超導磁體領(lǐng)域，連城數(shù)控推出KX420PVN型低氧單晶爐產(chǎn)品，深度掌握磁場模塊（永磁場、勾型磁場及水平磁場、超導磁場）用于光伏單晶生長的一系列方案。晶盛機電于23年5月發(fā)布的第五代單晶爐，通過低溫超導磁體方案解決TOPCon硅片的同心圓問題。截至2023年6月，晶盛機電第五代光伏低氧單晶爐的單晶爐已簽訂約3500臺設(shè)備訂單，預(yù)計今年出貨近300臺超導磁場。高溫超導領(lǐng)域，聯(lián)創(chuàng)光電晶硅生長爐用高溫超導磁體研發(fā)順利，預(yù)計2024年交付第一批高溫超導磁體不少于50臺，預(yù)計2024年到2025年，合作客戶硅單晶生長爐升級改造對高溫超導磁體的需求約300臺。2.3.半導體級晶硅生長爐中超導磁體國產(chǎn)替代加速半導體級晶硅生長爐需要磁場抑制熱對流、提升晶體品質(zhì)。高集成度芯片發(fā)展使半導體行業(yè)對硅單晶材料提出尺寸與質(zhì)量的要求。直拉法（CZ）可生成大尺寸硅單晶，但生長中產(chǎn)生熱對流，邊界層不穩(wěn)定，晶體易生雜質(zhì)。晶圓尺寸越大，芯片成本越低，隨著生成單晶尺寸的加大，熱對流、溫度梯度均勻性越發(fā)難以控制。太空微重力和磁場可以有效抑制熔體對流，但微重力下晶體生成費用高，工藝復雜且周期長，所以采用引入磁場的方式，即磁控直拉單晶硅技術(shù)（MCZ）。熔體硅具有導電性，在磁場作用下，熔體流動必然引起感生電流從而產(chǎn)生洛倫茲力（F=qv×B）。在洛倫茲力的作用下，熔體內(nèi)熱對流得到抑制，熔體液面處的氧、點缺陷及其他雜質(zhì)得到抑制。目前超導磁體廣泛應(yīng)用于12英寸半導體級晶硅生長爐以及少部分8寸晶硅生長爐。12英寸半導體硅片需求不斷增長，半導體級超導單晶硅生長爐國產(chǎn)化進程加速，高磁場要求促進高溫超導開啟規(guī)?；瘧?yīng)用。在5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、服務(wù)器等需求的帶動下，國內(nèi)12英寸半導體硅片市場持續(xù)向好，12英寸單晶硅晶體生長設(shè)備需求不斷擴大，研究預(yù)計中國大陸2022-2026年將新增25座12寸英寸晶圓廠，新增12英寸硅片產(chǎn)能2064萬片/年。2020年國內(nèi)半導體級超導單晶硅爐設(shè)備國產(chǎn)化率僅為30%，主要由國外供應(yīng)商日本住友、東芝、三菱等提供。目前西部超導實現(xiàn)12英寸直拉單晶硅超導磁體批量供應(yīng)，晶盛機電子公司慧翔電液自產(chǎn)超導磁體，12尺寸4000高斯半導體單晶爐累計賣出200臺。隨著當前對大尺寸高品質(zhì)單晶的需求不斷增長，單晶硅爐對磁場強度的要求更高，高溫超導可突破低溫超導磁場強度上限，并且配套更小的制冷系統(tǒng)。當前高溫超導帶材價格正加速下降，隨著國內(nèi)聯(lián)創(chuàng)光電為首的高溫超導設(shè)備廠商加速相關(guān)應(yīng)用研發(fā)，預(yù)計幾年后高溫超導磁體將在超導磁控單晶硅生長爐中開啟規(guī)模化應(yīng)用。3.高溫超導磁體突破磁場強度上限，加速可控核聚變裝置建設(shè)3.1.磁約束可控核聚變是聚變發(fā)電最佳路徑磁約束可控核聚變是目前實現(xiàn)可控核聚變的主流方式。可控核聚變，即一定條件下，控制核聚變的速度和規(guī)模，以實現(xiàn)安全、持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出的核聚變反應(yīng)。有激光約束核聚變、磁約束核聚變等形式。具有原料充足、經(jīng)濟性能優(yōu)異、使用安全、無環(huán)境污染等優(yōu)勢。實現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)點火，主要考察三個參數(shù)：1）燃燒等離子體的溫度，2）等離子體的密度，3）能量約束時間。當這三重參數(shù)乘積大于某一數(shù)值時，就意味著聚變反應(yīng)可以維持進行，不需要外部能量輸入實現(xiàn)自持燃燒，也稱為聚變反應(yīng)點火。可控核聚變實現(xiàn)路徑有3種：引力約束、慣性約束和磁約束，目前主流商業(yè)發(fā)電核聚變方式是磁約束可控核聚變，主要利用氫的同位素氘—氚作為聚變?nèi)剂稀鹘y(tǒng)銅導體磁體約束核聚變很難產(chǎn)生正能量增益，低溫超導磁體裝置體積龐大、成本昂貴，商業(yè)化應(yīng)用受限。運用銅導體線圈進行磁場約束，消耗的大量能量將超過核聚變產(chǎn)生的能量，同時需要過于龐大的冷卻系統(tǒng)將產(chǎn)生的熱量及時帶走，因此銅線圈裝置只能在較短時間內(nèi)運行。超導線圈超導態(tài)下電阻幾乎為零，消耗能量低，只有超導裝置才能產(chǎn)生核聚變的正能量增益，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運行。起初裝置運用傳統(tǒng)銅導體，由于磁場強度低，只能通過提高裝置體積來獲得所需的聚變功率，聚變裝置往往體積龐大，導致裝置成本較為昂貴，限制其商業(yè)化推廣與應(yīng)用。隨著高溫超導技術(shù)逐漸成熟，高溫超導磁體相較于同體積下低溫超導產(chǎn)生的磁場更強，可以實現(xiàn)更高的聚變功率密度，在同聚變功率下，高溫超導托卡馬克裝置體積、重量更小，成本更加低廉，大幅縮短聚變裝置研發(fā)周期，增加迭代速度，開啟緊湊型可控核聚變商業(yè)化進程，美國CFS公司SPARC項目設(shè)計磁場B0=12T，等離子體大半徑只有R=1.65米，體積11立方米，是ITER的1/80，實驗堆規(guī)劃2025年完成，ARC設(shè)計磁場B0=9.2T，等離子體大半徑R=3.3米，體積140立方米，工程堆2030年實現(xiàn)聚變發(fā)電，研發(fā)周期大大縮短。可控核聚變項目從30年預(yù)期國際合作推動的巨額投資項目演變成了10年預(yù)期的風投熱點項目。高溫超導磁體突破低溫超導與常導磁體磁場強度上限，高場強高溫超導磁體是未來緊湊型核聚變裝置的最優(yōu)選擇。使用托卡馬克裝置建立核聚變反應(yīng)堆，需要在一定空間內(nèi)產(chǎn)生10T以上的兩級磁場。高溫超導在15T以上市場占據(jù)主導地位，相較于同體積下的低溫超導產(chǎn)生的磁場更強，突破低溫超導材料磁體磁場上限，推動了可控核聚變裝置小型化與成本降低，成本的大幅降低點燃了市場對可控核聚變商業(yè)化的熱情，越來越多的創(chuàng)業(yè)公司入局可控核聚變領(lǐng)域。2015年托卡馬克能源公司就推出了世界首臺完全高溫超導磁體的托卡馬克裝置ST25，首次實現(xiàn)連續(xù)29小時輸出等離子體，創(chuàng)下世界紀錄。近幾年新增的緊湊型、小型化托卡馬克可控核聚變裝置均采用高溫超導磁體。3.2.核聚變能研發(fā)進入工程可行性階段，裝置建設(shè)進入加速期各國政策大力支持，全球可控核聚變不斷取得技術(shù)突破，更接近聚變發(fā)電。美國“聚變能研究”項目計劃在2023－2027年每年撥款金額約10.26億、10.43億、10.53億、10.48億和11.14億美元研發(fā)可控核聚變。日本也制定核聚變產(chǎn)業(yè)化的國家戰(zhàn)略，并制定相應(yīng)的行動計劃，包括產(chǎn)業(yè)培育、技術(shù)開發(fā)、配套體制等，同時積極推動政企聯(lián)合、中小企業(yè)參與。中國EAST裝置運行15年來，先后實現(xiàn)了1兆安、1.6億度、1056秒的等離子體運行，美國LLNL以及NIF也曾實現(xiàn)凈能量增益，離核聚變發(fā)電更進一步?？煽睾司圩兩虡I(yè)化進程加速，項目頻出受到資本強烈追捧。據(jù)核聚變工業(yè)協(xié)會(FIA)統(tǒng)計，以CFS為代表的全球有超過30家公司正在致力于實現(xiàn)核聚變的商業(yè)化，目前這些公司已共計獲得了超過50億美元的融資。其中，2022年核聚變領(lǐng)域的私人投資額已經(jīng)接近30億美元，一年的投資額超過了此前的投資總和。2022年我國也有兩個商業(yè)公司先后布局商業(yè)化可控核聚變，獲得國內(nèi)知名機構(gòu)紅杉種子、蔚來資本、米哈游等投資，分別獲得數(shù)億元投資。在建設(shè)本國聚變示范堆目標下，通過ITER計劃獲得實驗堆設(shè)計、建造經(jīng)驗，并利用大型托卡馬克裝置獲得高性能聚變等離子體控制和運行經(jīng)驗。國際熱核聚變實驗堆ITER計劃由中國、歐盟、俄羅斯、美國、日本、韓國和印度等七方30多個國家共同合作。整個項目預(yù)計耗資超200億歐元，其中約一半由歐盟承擔，余下的部分將由參與合作的六方（中國、美國、日本、韓國、印度及俄羅斯）各方承擔9%。預(yù)計將在2025年啟動實驗實現(xiàn)第一束等離子體，2035年開始進行氘-氚聚變反應(yīng)。中國未來十年，重點將在（EAST、HL-2M）兩個主力裝置上開展高水平的實驗研究。隨著高溫超導技術(shù)與小型化可控核聚變裝置技術(shù)的突破，緊湊型可控核聚變商業(yè)化進程進入加速期，據(jù)核聚變工業(yè)協(xié)會（FIA）統(tǒng)計，全球有超30家公司正致力于實現(xiàn)核聚變的商業(yè)化，隨著商業(yè)化企業(yè)的增多，相關(guān)資本不斷加碼，上述公司已共計獲得了超50億美元的融資。目前可控核聚變裝置處于實驗堆的工程可行性階段，巨量融資用于進行高溫超導磁體等技術(shù)研發(fā)、擴大團隊，加快助力實驗堆向工程堆、商業(yè)堆發(fā)展，據(jù)各公司規(guī)劃，CFS計劃2030s完成可用于商業(yè)的ARC裝置，能量奇點于2027年，將設(shè)計、建造一個穩(wěn)態(tài)、強磁場高溫超導先進托卡馬克，星環(huán)聚能計劃2030s最終實現(xiàn)聚變產(chǎn)能，我國政府CFTER工程堆將于2030s建造完成，2050s建設(shè)原型電站。4.超導磁體技術(shù)壁壘高，搶先布局企業(yè)有望充分受益4.1.低溫超導磁體技術(shù)更成熟，高溫超導磁體性能更優(yōu)目前實現(xiàn)規(guī)模商業(yè)化的超導材料主要有三類，即低溫超導材料（超導臨界溫度低于25k）、第一代高溫超導材料（Bi系）、第二代高溫超導材料（Y系）。低溫超導材料商業(yè)化程度非常成熟，帶材價格較為低廉，在15T及以下的磁場低場為主流應(yīng)用。高溫超導材料臨界磁場上限高、載流能力強，可以縮小超導設(shè)備體積，大規(guī)模應(yīng)用潛力更高。其中，第一代高溫超導材料BSCCO大部分帶材的制造很大一部分的原材料為銀，成本難以下降，商業(yè)化運用受到限制，而第二代高溫超導YBCO帶材基帶和緩沖保護層的原材料主要為不銹鋼+銅，成本下降空間較大，隨著多層薄膜制備技術(shù)進步、公里級長帶材大規(guī)模制造帶來規(guī)模效應(yīng)，第二代高溫超導帶材價格持續(xù)下降、產(chǎn)品良率提升，推動高溫超導技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進一步加速。超導磁體生產(chǎn)過程主要由線圈繞制、浸漬固化、絕緣、接線焊接、檢測和組裝等環(huán)節(jié)組成，核心工藝在于磁體繞制技術(shù)和失超檢測、保護技術(shù)。超導磁體失超檢測與保護技術(shù)：超導磁體在運行過程中可能由于存在接觸電阻、局部導體退化、某點的溫度過高等因素而導致超導帶材從超導態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌B(tài)，失超從局部某一點開始，會擴散至整個超導磁體，伴隨引發(fā)過電壓、超高溫、低溫介質(zhì)蒸發(fā)等問題，對磁體的穩(wěn)定性造成嚴重影響，甚至造成磁體的損壞，因此對于超導磁體的失超檢測與保護非常關(guān)鍵。（1）超導磁體失超檢測：超導體失超檢測一般使用通過直接測定匝間電壓的電壓檢測法，除此之外還有溫度監(jiān)測、光纖檢測、超聲波檢測及低溫介質(zhì)流速檢測等方法。（2）超導磁體失超保護：在磁體繞制過程中，需要對超導體進行浸漬固化、絕緣處理。在超導線圈勵磁過程中，超導線圈在自場下會受到很強的洛倫茲力，會使每匝產(chǎn)生位移，匝間出現(xiàn)摩擦生熱，最終導致導體失超，因此在繞制中需要運用環(huán)氧樹脂等材料對超導體進行浸漬固化。由于超導狀態(tài)下線圈電流在超導芯內(nèi)傳輸，但若超導材之間沒有絕緣，一旦失超，電流將選擇電阻最小路徑使線圈失穩(wěn)，因此要對帶材表面包裹聚酰亞胺等絕緣材料，進行絕緣處理。當檢測到失超后，需要運用加熱器分散熱能，進行主動失超保護。當線圈某個局部被觸發(fā)失超時，引入外部電流，或分流超導線圈內(nèi)部電流，輸入到加熱器中的高電阻率金屬薄片內(nèi)，金屬薄片通電后產(chǎn)生焦耳熱，從而對超導線圈進行加熱，觸發(fā)更多超導線圈區(qū)域失超，加快整個線圈的失超過程，使產(chǎn)生的熱能能夠在線圈中比較均勻的地釋放，避免局部點區(qū)域失超而引發(fā)的線圈燒毀事故發(fā)生。低溫超導磁體發(fā)展時間較長，繞制工藝成熟，帶材價格低廉，隨著小型化制冷機的發(fā)展，已形成替代傳統(tǒng)使用昂貴液氦浸泡冷卻的趨勢，有望解決低溫超導液氦依賴與制冷成本高的問題。超導帶材受到應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變，臨界電流會有所衰減，所以對于帶材機械性能更加良好的低溫超導磁體，其繞制工藝更為簡便，因技術(shù)發(fā)展開始時間較早，低溫超導帶材價格更低，繞制工藝更為成熟，缺陷之一需要稀缺而昂貴的液氦進行制冷，制冷成本較高，限制了其對傳統(tǒng)產(chǎn)品的替代。然而隨著4K制冷技術(shù)的逐漸成熟和可靠運行，小型化G-M制冷機技術(shù)的發(fā)展使得工作在64k以下溫區(qū)制冷機直接冷卻的超導磁體系統(tǒng)成為現(xiàn)實，制冷機冷卻方式節(jié)省液氦費用，無需頻繁補充液氦，系統(tǒng)可以長時間穩(wěn)定運行，失超維護簡單，裝置質(zhì)量和體積減小，因而超導磁體制冷方式由依賴液氦浸泡冷卻的濕式制冷逐漸轉(zhuǎn)向利用無需液氦的氦氣循環(huán)制冷機（無需補充氦氣的封閉系統(tǒng)）冷卻的干式制冷，從而有望解決低溫超導磁體液氦依賴與制冷成本高的問題。2022年，西部超導子公司西安聚能成功研發(fā)10T125mm超長均勻區(qū)無液氦超導磁體，并成功實現(xiàn)出口美國，標志著我國在高場大孔徑、超長均勻區(qū)類型無液氦磁體領(lǐng)域達到國際領(lǐng)先水平。低溫超導磁體對環(huán)境溫度較為敏感，失超風險較大，需要復雜的失超保護措施，來保證低溫超導磁體安全、可靠地運行。低溫超導磁體在低磁場要求場景下更具價格優(yōu)勢，但由于低溫超導體轉(zhuǎn)變溫度很窄、n值較高、工作溫區(qū)較小、其最小失超能較小，失超后傳播速度較快，使得普通的低溫超導磁體在受到很小的機械或溫度擾動時，更容易會迅速從超導態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，同時，干式制冷的制冷機直接冷卻方式缺少冷卻介質(zhì)傳熱，導冷系統(tǒng)的超導磁體處于近似絕熱狀態(tài)，對于環(huán)境溫度較為敏感，使得比濕式制冷的低溫超導磁體失超穩(wěn)定性差，安全性有所降低。因此干式制冷低溫超導磁體需要采用良好的安全穩(wěn)定措施，來保證低溫超導磁體安全、可靠地運行。低溫超導骨架之間要進行絕緣處理，且為了固定處于磁場中的超導體，防止機械擾動產(chǎn)生熱量導致失超，在繞制過程中或者繞制完成后需要用環(huán)氧樹脂固化，且需要加熱器進行主動失超保護。高溫超導磁體具有產(chǎn)生磁場場強高、運行穩(wěn)定性強、失超風險和制冷成本低、體積小的性能優(yōu)勢，商業(yè)化應(yīng)用潛力較強，應(yīng)用范圍更廣。（1）高溫超導磁體臨界磁場上限高，目前最高可產(chǎn)生45T場強，可以運用在15T以上NMR（核磁共振波譜儀）、緊湊型可控核聚變等高場磁場需求領(lǐng)域。（2）高溫超導磁體運行穩(wěn)定性強、失超風險較低，可以運用無絕緣方式進行處理，大幅提高超導磁體魯棒性。通常高溫超導材料臨界溫度在液氦溫區(qū)77k以上，與低溫超導材料相比，高溫超導材料具有轉(zhuǎn)變溫區(qū)寬、工作溫區(qū)相對較大、失超傳播速度較慢、最小失超能較大的特點；從承受熱量的角度考慮，液氦的氣化潛熱為2.6kJ/L，液氮的氣化潛熱為160kJ/L，高溫超導體能夠承受比低溫超導體大得多的熱量累積；同時，高溫超導帶材的合金基帶材料可以阻止磁通運動，降低釋放的熱量，失超現(xiàn)象發(fā)生的風險更低。高溫超導磁體的穩(wěn)定性更強，機械擾動產(chǎn)生的摩擦熱量不足以使高溫超導磁體失超，因此繞制時可選擇無需環(huán)氧樹脂進行固化，同時也可以運用非絕緣方式進行處理，無絕緣高溫超導磁體，帶材的基帶和保護層相當于超導層的匝間“電絕緣”材料，一旦發(fā)生失超，超導層電阻會迅速攀升至和這些金屬材料相當?shù)牧考墸糠蛛娏骺梢酝ㄟ^匝間的接觸自動分流繞過失超點，有效抑制失超進一步發(fā)展，相比傳統(tǒng)絕緣線圈，大幅提高超導磁體的魯棒性和整體工程電流密度，由于非絕緣線圈是自穩(wěn)的，一般不需要加熱器等主動保護系統(tǒng)。（3）高溫超導磁體的制冷成本較低，相比需要多臺二級制冷機制冷的干式低溫超導磁體，高溫超導磁體只需單級制冷機進行磁體冷卻，磁體系統(tǒng)的體積相對較小。4.2.高溫超導磁體生產(chǎn)工藝復雜，技術(shù)壁壘較高（1）高溫超導帶材質(zhì)地較脆，受應(yīng)力應(yīng)變影響大，繞制技術(shù)存在較大挑戰(zhàn)。由于高溫超導材料YBCO超導層為氧化物陶瓷質(zhì)地，其拉伸和彎曲等機械特性比傳統(tǒng)低溫超導帶材差，且高溫超導帶材為層狀結(jié)構(gòu)，不僅受軸向張應(yīng)力，還受橫向張應(yīng)力，因此在帶材受到應(yīng)力應(yīng)變時，臨界電流衰減速度更快。高溫超導磁體可應(yīng)用于高場強，需要面對大電流、強磁場、高應(yīng)力、極低溫等考驗，這便給高溫超導磁體的繞制帶來挑戰(zhàn)，首先，用于高溫超導磁體的單/雙餅式繞制，容易產(chǎn)生工藝細節(jié)控制不當或使用中帶材受力超標的問題，極易導致超導帶材損傷；其次，而對于緊湊型可控核聚變用超高場磁體的繞制，其難度遠大于一般中低場，考慮到快速控制等離子體位形的需要，超導體的載流能力必須不斷提高，這就要求聚變強場磁體需要采用大電流集束纜線繞制，設(shè)計目標參數(shù)高達100kA/20T，需將上百根超導帶材堆疊絞制成纜，過程中添加增強介質(zhì)，提高導體的機械強度和載流能力，從而減少線圈繞制的匝數(shù)，減小電感。2022年，翌曦科技團隊已研發(fā)完成了國內(nèi)首條可定制化參數(shù)的超導磁體集束纜線產(chǎn)線，在纜線接頭與磁體繞制等方面也完成了工程樣機研發(fā)，后續(xù)將著力進一步提高設(shè)計參數(shù)。（2）高溫超導磁體接頭需做到低電阻，高接頭電阻將加大磁體失超風險。高溫超導帶材由于工藝限制，制造長度較短，在磁體繞制時，需進行帶材焊接，焊接接頭需做到低電阻，如果電阻過高，通電產(chǎn)生的焦耳熱容易使線圈失超，同時也會增大制冷負荷。目前高溫超導產(chǎn)業(yè)界能工業(yè)化實現(xiàn)的接頭電阻已經(jīng)可以滿足高溫超導磁體的多數(shù)應(yīng)用需求。目前，國內(nèi)高溫超導磁體接頭技術(shù)不斷進步，等離子體所研制的高溫超導接頭電阻只有0.76納歐，遠小于其他同類型裝置中的超導接頭，上海超導自主研發(fā)的帶材接頭電阻可低至2.3納歐，為全球工業(yè)接頭最低電阻，阻值均勻分布、過流穩(wěn)定性好。（3）高溫超導磁體失超傳播速度慢，失超檢測難度較大。由于高溫超導材料失超傳播速度較慢，電壓上升速度較慢，當電壓變化量達到預(yù)設(shè)失超閾值時，所需時間較長，而磁體失超后2秒內(nèi)局部溫度可超過1000攝氏度，如果僅靠電壓檢測裝置對磁體進行監(jiān)測，將無法在磁體嚴重發(fā)熱前監(jiān)測到磁體的失超臨界電壓，到監(jiān)測到電壓時，超導帶材已燒壞，因而需要光纖或聲波技術(shù)來檢測失超，失超檢測技術(shù)存在挑戰(zhàn)。隨著國內(nèi)上海超導、聯(lián)創(chuàng)光電、西部超導（西安聚能）、翌曦科技、上創(chuàng)超導等一眾企業(yè)與科研院所高溫超導磁體技術(shù)得到逐步突破，高溫超導磁體商業(yè)化進程將不斷加快。4.3.終端應(yīng)用加速發(fā)展，高溫超導磁體產(chǎn)業(yè)正加速成熟強磁場高溫超導磁體技術(shù)不斷突破，解決下游高場強應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展瓶頸，終端領(lǐng)域應(yīng)用加速成熟，帶動上游高溫超導帶材需求大幅增長，推動高溫超導產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展。在緊湊型可控核聚變領(lǐng)域，對托卡馬克等離子體的控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟，高溫超導磁體強場技術(shù)成為核聚變裝置的發(fā)展瓶頸，近年來，強磁場高溫超導磁體技術(shù)得到突破，2021年9月，MIT聯(lián)合CFS成功研發(fā)20T高溫超導強場聚變磁體，打破聚變磁場記錄，磁體將在2025年用于第一個能夠?qū)崿F(xiàn)能量增益的核聚變裝置SPARC項目，11月獲得18億美元融資。2023年TokamakEnergy公司聯(lián)合英國原子能管理局UKAEA使用38公里高溫超導帶材制造新Demo4設(shè)施，磁場強度將超過18T。高場強超導磁體技術(shù)不斷突破，緊湊型可控核聚變領(lǐng)域加速成熟，帶動上游高溫超導帶材需求持續(xù)擴張，英國原子能管理局UKAEA2026-2028年帶材需求預(yù)計將達數(shù)十萬km，需求量遠高于全球現(xiàn)有總產(chǎn)能，美國CFS的SPARC項目高溫超導帶材應(yīng)用需要1萬公里，2050年預(yù)計制造10000個ARC，帶材需求量將達每年80平方公里。高溫超導帶材需求大幅增長，帶動全球高溫超導帶材產(chǎn)能持續(xù)擴張，價格加速下降，高溫超導產(chǎn)業(yè)鏈高速成熟，驅(qū)動高溫超導磁體在終端領(lǐng)域的進一步探索與滲透，長期內(nèi)高溫超導磁體或?qū)⒊蓱?yīng)用終局。低溫超導需要液氦制冷，而我國液氦資源有限需要進口，為了保證產(chǎn)業(yè)鏈安全，轉(zhuǎn)向高溫超導技術(shù)以液氮替代液氦成為趨勢。隨著高溫超導強磁體技術(shù)的不斷突破，高溫超導磁體終端領(lǐng)域應(yīng)用不斷成熟，帶動上游高溫超導帶材需求持續(xù)擴張，同時，歐美日等技術(shù)發(fā)達國家先后突破第二代高溫超導帶材長線制備技術(shù)，公里級帶材生產(chǎn)工藝日漸成熟，為應(yīng)對高溫超導終端領(lǐng)域帶材需求，全球多家?guī)Р钠髽I(yè)加速擴產(chǎn)，隨著產(chǎn)業(yè)鏈的高速成熟，高溫超導帶材價格將持續(xù)下降，具有高場強、高穩(wěn)定性、低維護成本優(yōu)勢的高溫超導磁體在終端領(lǐng)域滲透將不斷加速。超導磁體位于產(chǎn)業(yè)鏈中游，為下游應(yīng)用裝置的核心部件，國內(nèi)廠商布局全面，同時布局低溫超導與高溫超導。上游原材料與帶材制作覆蓋低溫超導、一代高溫超導以及二代高溫超導帶材，其中低溫超導材料主要有NbTi和Nb3Sn，NbTi超導線性能良好，制備更簡易，帶材價格不到10元/米。第一代高溫超導材料Bi系帶材生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，但原材料成本高昂難以進一步下降，商業(yè)化運用受到限制。第二代高溫超導帶材YBCO價格持續(xù)下降、產(chǎn)品良率持續(xù)提升，且國內(nèi)高溫超導帶材核心供應(yīng)商規(guī)劃五年內(nèi)實現(xiàn)高溫超導帶材實現(xiàn)十倍以上產(chǎn)能擴張，推動超導磁體在下游各領(lǐng)域應(yīng)用。5.投資分析5.1.聯(lián)創(chuàng)光電：國內(nèi)光電器件領(lǐng)軍企業(yè)，高溫超導技術(shù)領(lǐng)跑全球國內(nèi)高溫超導技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)，聚焦三大主業(yè)推進產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級。近年來，公司將業(yè)務(wù)重心放在智能控制器、激光產(chǎn)品和高溫超導三大業(yè)務(wù)板塊。公司的智能控制器產(chǎn)品從高端家電智能控制器拓展至新能源汽車、工業(yè)控制領(lǐng)域的智能控制器、高端光耦等。激光產(chǎn)品系列由公司與我國中物院十所合作成立中久激光經(jīng)營，公司將中物院十所的先進激光技術(shù)科研成果產(chǎn)業(yè)化，現(xiàn)已具備國內(nèi)功率最高的泵浦源和高質(zhì)量光纖激光器生產(chǎn)能力，目前激光武器“光刃Ⅰ”已通過驗收，等待列裝，“光刃Ⅱ”也已臨近驗收。公司是全球唯一的高溫超導感應(yīng)設(shè)備供應(yīng)商，在該領(lǐng)域構(gòu)建了極高的技術(shù)壁壘，產(chǎn)品目前主要應(yīng)用于鋁、銅等非磁金屬熱加工領(lǐng)域，正布局將高溫超導技術(shù)向晶硅生長爐、可控核聚變等領(lǐng)域拓展，且光伏用單晶硅生長爐用超導磁體研發(fā)順利，已收到客戶提前采購訂單。全球首臺兆瓦級感應(yīng)加熱設(shè)備投產(chǎn)，高溫超導磁體技術(shù)全球領(lǐng)先。目前全球僅有德國和韓國各有一臺工業(yè)級超導感應(yīng)加熱裝置，分別為720kW和300kW。這些設(shè)備的工業(yè)生產(chǎn)效率遠落后于公司的產(chǎn)品。公司的設(shè)備功率是其他產(chǎn)品的1.5倍以上；可加熱鋁錠的最大直徑是韓國設(shè)備1.9倍，是德國設(shè)備的2.5倍；可加熱錠坯的長度為韓國設(shè)備的2.14倍，為德國設(shè)備的2.17倍；產(chǎn)能是韓國設(shè)備的3.9倍，是德國設(shè)備的2.6倍。工業(yè)生產(chǎn)效率上的差異，保障了公司產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。23年有望快速放量，目前在手訂單突破70臺。產(chǎn)品矩陣加速完善，提前布局產(chǎn)能擴張蓄力長期成長，布局新領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)打開長期成長空間。1）高溫超導感應(yīng)加熱設(shè)備：公司該產(chǎn)品主要應(yīng)用于下游大型金屬加工領(lǐng)域，公司規(guī)劃布局單工位、雙工位、四工位、八工位的超導加熱裝置。公司目前銷售產(chǎn)品以單工位和雙工位產(chǎn)品為主，正重點打磨多工位產(chǎn)品以及推進感應(yīng)加熱設(shè)備產(chǎn)品標準化，提升公司盈利能力。公司目前超導設(shè)備產(chǎn)能在50臺左右。后期公司計劃在鋁產(chǎn)業(yè)集中的區(qū)域附近布局超導產(chǎn)業(yè)園，進一步擴大超導板塊產(chǎn)品相關(guān)產(chǎn)能。2）晶硅生長爐領(lǐng)域：公司當前正加速研發(fā)光伏級與半導體級晶硅生長爐用高溫超導磁體，當前產(chǎn)品研發(fā)順利，且光伏晶硅生長爐用超導磁體已收到下游客戶提前采購訂單，預(yù)計明年開始量產(chǎn)出貨。3）可控核聚變、熔煉爐、磁選礦等領(lǐng)域：公司正基于自身高溫超導磁體國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)能力，展開進一步布局。5.2.永鼎股份：深耕光電領(lǐng)域數(shù)十年，高溫超導發(fā)展加速國內(nèi)老牌光通信重點企業(yè)，業(yè)務(wù)拓展聚焦光電產(chǎn)業(yè)。公司歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈不斷拓展，目前已形成“光電交融、協(xié)同發(fā)展”的戰(zhàn)略布局。1）光通信產(chǎn)業(yè)：聚焦“新基建”，提供5G/固網(wǎng)寬帶“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)、DCI(數(shù)據(jù)中心互聯(lián))綜合解決方案，以及數(shù)據(jù)收集與信息服務(wù)解決方案，未來將持續(xù)加大對“光模塊、光器件和光芯片”的研發(fā)投入，順應(yīng)“雙千兆”提速與數(shù)據(jù)中心擴容的發(fā)展趨勢。