奔向超导产业发展的星辰大海
节选来源：民生证券
分析师：邱祖学；研究助理：孙二春，李挺
国内超导产业链
✓ 超导材料具有常规材料不具备的零电阻、完全抗磁性等宏观量子现象，是典型的量子材料。超导体因为具有绝对的零电阻和完全的抗磁性两大特性，在所有涉及电和磁的领域都有超导体的用武之地，应用领域广泛，包括电子学、生物医学、科学工程、交通运输、电力等领域。
超导体的应用领域
超导材料主要强电运用领域
超导材料及其应用领域
✓ 低温超导应用场景拓展。NbTi超导线材用量占整个超导材料市场的90%以上。目前已实现商业化的包括 NbTi（铌钛，Tc=9.5K）和 Nb3Sn（铌三锡，Tc=18k），NbTi 超导线材由于具有优异的中低磁场超导性能、良好的机械性能和加工性能、价格优势，其用量占整个超导材料市场的90%以上。
低温超导产业链
全球低温超导主要企业
✓ 高温超导技术突破，产业化蓄势待发。高温超导临界温度较高，制冷成本更低，具有更加广阔的应用前景。高温超导广泛运用在超导电缆、超导感应加热等领域。2022年，永鼎股份二代高温超导带材在磁感应加热设备中实现产业化供货，2023年 4 月 20 日，联创超导自主研制的世界首台兆瓦级高温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运，高温超导材料产业化开始加速。
二代高温超导应用领域
高温超导行业产业链
二代高温超导带材参数
✓ 下游应用场景持续突破，超导产业星辰大海
1. MRI 带动超导材料需求释放。超导磁体是 MRI 设备中产生主磁场的核心部件, 1.5T 磁共振超导磁体成本占比在 30%~40%，3.0T 磁共振超导磁体成本占比在 50%~60%。我国 MRI 设备市场保有量持续增长，未来3.0T MRI设备的占比将进一步提高，带动低温超导线材需求释放。
MRI（磁共振成像仪）
MRI 行业产业链
在竞争格局方面，第一梯队主要以跨国医疗器械企业为主，这些企业市场占有率高，研发能力较强，高端超导MRI 市场基本上被GE、飞利浦、西门子三家国际巨头垄断。第二梯队为我国本土企业，包括成都上海联影、东软医疗等企业，目前已实现1.5T 和3T 超导 MRI 的商业化生产。
2022 年MRI 设备各厂商销售份额
2. 大科学装置将需要高性能低温和高温超导材料近 20000 吨。新一代环形正负电子对撞机及超级质子对撞机（CEPC/SPPC）磁场水平达到国际最高水平 20T、中国聚变工程试验堆（CFETR）磁场水平达到 15T、欧洲环形对撞机（FCC）磁场水平达到 15T，大科学装置将需要高性能低温和高温超导材料近20000 吨。
托卡马克基本结构
超导材料在中国聚变工程试验堆（CFETR）的线圈中发挥了重要的作用。中国聚变工程实验堆（CFETR），是中国自主设计和研制并联合国际合作的重大科学工程，也是我国聚变实用化研究的关键一步。虽然我国自20 世纪 90 年代开始托卡马克研究，并先后建成运行合肥超环(HT-7)、中国环流器二号(HL-2A)及东方超环(EAST)等装置。然而目前来看，要填补未来商用聚变示范堆（DEMO）之间的技术空白还有很大的差距，很多的工程技术难题也还没有解决。CFETR将着力解决 ITER与 DEMO 之间存在的物理与工程技术难题，为我国2050 年前后独立自主建设聚变电站奠定坚实的基础。
EAST 装置
中科院等离子体所自主研制并建成世界上第一个全超导托卡马克实验装置EAST（东方超环），标志着聚变能发展步入全超导托卡马克时代。
ITER 聚变实验堆
除了发展EAST 和CFETR，我国还积极参与国际大工程科学计划--ITER计划。ITER 计划全称“国际热核实验堆”，于 1985 年确立。在上个世纪五十年代氢弹爆炸成功之后，人们就开始了聚变核电站的研制研究工作。最初的聚变研究是作为国家机密，每个国家各自进行研究。但是由于受控聚变的实现难度超乎寻常，超越了任何一个国家的承受能力。于是从60 年代开始，世界各国开始谋求合作以进行人类聚变能的开发。在这种背景下，ITER计划最终确立，并以建造一个可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆为目标。目前合作承担ITER 计划的七个成员是欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国，这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家。ITER计划共需要超导线材802 吨，其中我国西部超导承担了208吨的超导线材供应工作，于2017 年全部交付，得到国际同行的高度评价。
射频超导腔是粒子加速器关键部件
射频超导腔是新一代粒子加速器中的关键部件，采用铌超导腔的粒子加速器具有运行稳定好、平均流强高、加速梯度高、低损耗、运行成本低的特点。
3. 高温超导感应加热技术产业化前景广阔。高温超导感应加热装置是以超导体为核心的新型电磁感应加热设备，相较传统加热方式，吨料耗电可节约120kWh。2023 年 4 月，联创超导自主研制的世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置于黑龙江投用，标志我国超导热加工技术在全球实现重大突破。联创超导预计2024 年兆瓦级超导感应加热器达到年产能达100 台。
4. 二硼化镁（MgB2）超导材料有望逐步迈入商业化。MgB2可用于核磁共振成像（MRI）系统、特殊电缆、风力发电电机及空间系统驱动电机等领域。基于MgB2 高温超导线带材制备的开放式医用核磁共振成像系统有望投入使用，并逐步向商业化发展。
高温超导技术在电力工业具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。超导电力的结合包括高温超导限流器、高温超导电缆、高温超导变压器等一系列产品，且均已在实际生活中得到使用，其中高温超导输电电缆在超导体实现规模化的商业应用过程中，率先迈向产业化，目前已有多个长距离高温超导电缆挂网运行。
超导电力技术应用场景
高温超导材料在电力系统应用场景
超导电动悬浮列车最具实用化前景。根据磁悬浮列车的悬浮方式不同，可以将磁悬浮列车划分为：电磁悬浮（electromagnetic
suspension，EMS）列车、电动 悬 浮 列 车 （ electrodynamic suspension ， EDS ） 、 超 导 钉 扎 悬 浮（superconducting pinning
levitation，SPL）列车。电动悬浮按照场源形式可以划分为超导电动悬浮和永磁电动悬浮，超导电动悬浮按照磁体的工作温度又可以划分为高温超导电动悬浮和低温超导电动悬浮。在上述的几种电动悬浮方式中，日本研发的线圈式超导电动悬浮列车最具实用化前景。电动悬浮、超导磁悬浮列车具有运行速度高、车辆轻、悬浮间隙大等优点，是目前超高速磁悬浮列车发展的主流趋势。
车载超导磁体是核心部件，承担着与地面线圈（驱动、悬浮、导向线圈）相互作用，实现列车驱动、悬浮、导向的任务。根据超导线圈的绕制线材不同，超导磁体 可 以 分 为 基 于NbTi 低 温 超 导 线 绕 制 的 低 温 超 导 （low temperature superconducting,LTS）磁体、基于 Bi 系一代高温超导带材绕制的高温超导（high
temperature superconducting,HTS）磁体和基于ReBCO 二代高温超导带材绕制的高温超导磁体，基于高温超导带材绕制的超导线圈可以大幅降低超导磁体的运行成本。日本磁悬浮列车的车载超导磁体采用低温超导线NbTi 绕制超导线圈。磁体系统主要由超导线圈、内杜瓦、支撑系统、冷屏、外杜瓦、液氮罐、液氦罐等设备组成。
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