一、      高温超导材料进入产业化新阶段

1、超导体具备零电阻等特性，高温超导材料优势显著

超导（Superconductivity，SC）是指某种材料在低于某一温度时，电阻突变为零的现象，该温度通常被称为超导临界温度Tc。超导体具有零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应三大基本特性。

根据临界温度，可以将超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料主要为铌基超导材料（NbTi和Nb3Sn），已成功应用于磁共振成像（MRI）、核磁共振波谱分析（NMR）等领域；高温超导材料主要包括铋系（BSCCO）、钇系（REBCO）、二硼化镁（MgB2）超导材料及铁基超导材料等，对于工作环境要求较低，未来发展潜力巨大。

图表 1 高温超导材料和低温超导材料特性对比

高温超导在液氮环境下运行，液氮资源丰富，可以从空气中提取，价格远低于液氦，因此在制冷成本上具有显著优势，此外液氮制冷效率更高，更符合环保节能的要求。而低温超导在液氦环境下运行，液氦是一种稀有气体，资源稀缺且不可再生，主要依赖进口，使用成本较高。

2、高温超导材料从实验室走向规模化工程示范

低温超导材料早在20世纪80年代就成功实现商业化，在MRI、NMR等领域中获得了大规模应用。

2020年以来，随着以REBCO为代表的二代高温超导材料部分技术领先公司大规模制备工艺的逐步成熟，产品良率明显提升，成本快速下降，逐步开始在研发、应用领域打开空间。二代高温超导材料在磁约束可控核聚变、高温超导电磁感应加热、电力超导电缆等下游领域的一系列工程示范正在加速推进。

图表 2高温超导重点应用领域商业化进展2023

根据欧洲超导行业协会（Conectus）数据，2022年全球超导产品市场规模68亿欧元，其中低温超导材料市场份额高达90%以上，高温超导材料市场规模增长较为迅速。

在高温超导材料领域，二代高温超导材料依托优异的磁场性能、高良品率、低成本等优势，已经成为高温超导材料的主流。高温超导材料的主要产品形式为带材，常见4mm、6mm、12mm宽度规格。

赛迪数据显示，2023年全球高温超导材料市场规模为4.5亿元人民币，2024-2026年间的复合增长率超过50%；2023年全球年产高温超导带材3,000km（12mm规格），市场需求量3,500km（12mm规格）。

图表 3 第二代高温超导带材REBCO基本结构

全球高温超导带材生产企业包括日本Faraday Factory Japan、俄罗斯SuperOX、美国Superpower、日本Fujikura、韩国SuNAM及国内的龙头企业上海超导等。在行业初期，约束高温超导材料进一步大规模应用的两大因素主要为产需匹配和产品价格。

产需匹配主要是指下游产业总体处于技术研发和示范工程阶段，用户对中高级别的带材需求呈现个性化，需要在制备环节进行定制生产。

价格方面，随着制造工艺的成熟，优势企业产能规模提升迅速，预计从2024年起随着产品放量，价格开始逐步进入具备使用性价比阶段，会有效推动下游应用需求的扩大。

3、REBCO主导二代高温超导材料

高温超导材料主要包括铋系（BSCCO）、钇系（REBCO）、二硼化镁（MgB2）等。第一代BSCCO高温超导材料制备通常用粉末套管法（PIT），即将材料粉末充填在金属套管（银管）里来制备，制备技术已比较成熟，第一代高温超导带材在77K下的不可逆场约为0.4T，临界电流易受磁场影响，在磁场下其临界电流衰减很快；另外，由于采用银套管等贵金属材料，生产成本较高，这些因素影响使得第一代高温超导材料应用推广范围相对较窄。

REBCO高温超导带材具有高载流能力、高不可逆场（可工作在强磁场下）、低交流损耗和规模化生产后的低成本等优势，因此是应用推广的主流高温超导材料。

REBCO制备有多种工艺路线，就超导层的制备环节，主要有以下四种工艺模式：

图表 4 超导层制备技术

目前二代高温超导带材产品最主流的生产工艺为PLD技术路线，有一致性高、生产效率高、高磁场下载流性能衰减低等多种优势。

图表 5 各厂商技术路线选择情况

4、高温超导磁体应用空间广阔

第二代高温超导材料已经具备十分广阔的应用前景，多个下游应用领域正处于商业化应用初期或从0到1的技术研发突破阶段，其中高温超导磁体类工程示范进度最快。

高温超导磁体具有磁场高、重量体积小等核心突出优势。相比于常规磁体，超导磁体可以在不损耗焦耳热的情况下，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。

图表 6 各类磁体性能对比

低温超导磁体技术发展时间较早，技术成熟，目前主要应用在MRI和NMR等高磁场领域。高温超导磁体由于材料特性，磁体磁场强度可以做到更高，已经开始向多种低温超导不能达到的高磁场应用渗透，并且可以更好地满足可控核聚变等高场磁体的设计需求。

二、      高温超导材料下游应用前景广阔

高温超导材料的下游应用整体处于技术研发和工程示范阶段。从近期情况看，电磁感应加热、磁拉单晶炉市场推广进度较快；从中长期发展来看，磁约束可控核聚变、超导电缆将成为高温超导材料市场发展的主要推动力。

1、光伏技术路线更替为磁控直拉单晶炉打开市场机遇

光伏电池领域，P型电池接近效率极限，更高转化率的N型电池技术成为未来发展的主流方向。超导磁体产生的强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，提升电池片转换效率。同时，引入超导磁体能够提高拉晶良率和成晶率，提升单产率以及延长石英坩埚寿命。

晶盛机电、联创光电的磁拉单晶炉已经进入小批量供货阶段，预计整个市场2025年将进入设备换代期。

目前国内加热功率全球领先的首台套高温超导电磁感应加热装置也已经开始运营。

2、高温超导材料为磁约束可控核聚变装置2035年前后实现商业化运行提供重要支撑

依托高温超导磁体的小体积、高场强，可实现紧凑型托卡马克装置（Tokamak）和仿星器（Stellarator）的设计。紧凑型托卡马克装置具有结构简单、造价低、小型化等优势，是目前全球各国投入最大、最接近核聚变商业化运行的技术路线。根据核聚变工业协会（FIA）的统计，截至2023年，全球已有43家从事可控核聚变商业化研究的私人企业，吸引了62亿美元的投资。Commonwealth Fusion Systems（CFS）是全球范围内首家投资额超过20亿美元的公司。

CFS研发的SPARC项目，是全球首个采用高温超导材料REBCO带材做超导磁体的紧凑型托卡马克核聚变装置，其超导磁体使用了270km的REBCO高温超导材料，体积仅为国际热核聚变实验堆（ITER）的2%，大小相当于一个中型反应堆，磁场强度能够达到21T，设计功率为50~100兆瓦，几十分之一的体积仍可接近ITER同等级别的功率。SPARC项目首个高温超导磁体的成功，明确了REBCO作为未来磁约束可控核聚变超导磁体重要材料的地位，带动了国内外一大批机构加大对REBCO超导磁体的研制力度。

未来，磁悬浮、弹射、风洞、加速器、高频NMR、高场MRI、极高功率密度电机等领域，都将成为高温超导磁体应用研发的重点方向。

3、超导电缆示范工程稳步推进

利用零电阻特性可以设计制造出损耗极微、电流密度高、能承载大电流的电缆，从而实现低电压下以低损耗的方式大容量传输电流。

图表 7 超导电缆结构图

超导电缆在海缆和陆缆的建设中，都将发挥重要作用。陆缆主要应用于陆上配电网建设，随着经济增长和城镇化进程加快，社会用电需求快速增长，超导电缆能够以极小的占地满足高城市建筑密度区的电力扩容需求，具有较高的经济价值和综合社会效益。海缆是海上风电建设的重要组成部分，与传统海缆相比，超导海缆投资增长2-3倍，但输电能力能够提升10倍以上，且能大幅降低海上升压站、换流站的投资强度，并能解决传统铜海缆电流输运上限低等技术问题，具有良好的技术前景和极高的经济效益。

2021年9月，我国首条自主研制的10千伏三相同轴高温超导交流电缆在深圳投入运行，该工程是全球首个应用于高负荷密度供电区域的超导电缆示范工程，标志着我国全面掌握三相同轴超导电缆从设计、制造到建设的全套关键技术，上海超导为此工程超导材料的唯一供应商；2021年12月，世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程在上海投运，该工程位于上海市徐汇区长春变电站和漕溪变电站之间，线路全长1.2公里，设计电流2,200安培，是国家电网在国内首次建设的超导输电项目，是目前世界上输送容量最大、线路最长、全商业化运行的35千伏高温超导电缆，其导电层超导材料全部由上海超导提供。

欧洲Scarlet项目旨在利用超导电缆特性，实现在相同传输功率下由中压直流传输（MVDC）代替高压直流传输（HVDC），目标是验证千兆瓦级传输功率的超导电缆。该项目由14家机构参与，总预算19.6亿欧元，已于2022年9月1日启动，计划工期截至2027年2月28日，是目前全球投资规模最大的超导电缆项目。

超导电缆的可靠性已经通过了国内外电网企业的验证，未来随着高温超导带材价格的下降，超导电缆市场有望实现从示范项目到商业化应用的跨越式发展。在电工应用领域，国内外已经有多台高温超导限流器挂网运行多年，也已经得到了实践应用的有效验证。

综合来看，高温超导带材在产品可规模化供应的前几年，已经完成了多种应用场景的首台套验证，并推动了类似于核聚变等未来应用的新一轮全球研发热潮，行业发展的加速点已经出现。

文章来源：赛迪网

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