未來材料:超導材料市場競爭格局與前景預測(30頁報告)
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行業集中度高,產能嚴重緊缺,龍頭廠商積極擴產。高溫超導材料技術壁壘較高,全球實現量產的企業較少,多數為國外企業,行業集中度較高。根據上海超導招股說明書,以供給能力劃分,目前全球廠商可以分為三個梯隊:第一梯隊為上海超導與FFJ,年產量已超過1000公里(12mm寬);第二梯隊包括SuperPower、Fujikura、SuperOx、SuNAM、Theva、美國超導、東部超導和上創超導等,年產量數十至數百公里不等;第三梯隊包括MetOx、SupremaTape、High Temperature Superconductors等公司,整體處于研發或樣品供給階段。

高溫超導材料供需緊缺,龍頭廠商積極擴產。從供需關系上看,根據上海超導招股說明書,當前商業化核聚變公司較多采用的緊湊型托卡馬克路徑,單臺裝置對高溫超導材料的需求在數千公里至數萬公里不等,核聚變產業化提速有效拉動高溫超導材料需求上行。例如,CFS團隊表示,目前在建的SPARC預計使用1萬公里超導帶材。但是從供給端看,即便是全球超導帶材龍頭上海超導,其產能、產量也才在2024年剛剛實現突破1000公里(12mm寬),遠遠無法滿足單臺裝置對高溫超導材料的需求。當前,全球頭部超導材料廠商積極擴產,上海超導、FFJ、SuperPower、SuNAM、東部超導等均積極投入到擴產計劃中,以滿足下游核聚變領域的高增需求。

全球可控核聚變的“科技競賽”加劇。根據核聚變工業協會,截至4M24,全球已有45家商業化核聚變公司,吸引了71億美元的投資,其中美國投入最多。國外公司主要包括CFS、TE等。我國對于核聚變的投入從2022年開始加速,2023-2024年每年支出保持在10億美元左右,追趕態勢明顯。目前我國商業化核聚變公司主要包括能量奇點、星環聚能等。目前全球大約70%的商業化核聚變公司表示預計在2035年之前能做出第一臺商業化的示范堆并完成核聚變發電并網。

可控核聚變技術的持續發展推動行業產業化進程,特別是商業化核聚變公司較多采用的緊湊型托卡馬克路徑,單臺裝置對高溫超導材料的需求在數千公里至數萬公里不等,隨著核聚變產業化提速,將有效拉動高溫超導材料需求上行。根據賽迪數據,2024年全球可控核聚變裝置使用的高溫超導材料市場規模為3.0億元,預計2030年將達到49.0億元,2024-2030年CAGR為59.3%。

2、超導電纜

利用第二代高溫超導帶材制成的超導電纜,可以通過低電壓大電流實現大容量、低損耗的電力傳輸,相較于傳統電纜具備輸電容量高、節省建設成本和占地面積、輸送損耗低,節能環保等優勢。上述優勢能夠擴展新的電力輸送場景,比如密集城市地區配電網的大容量局部增容、峽谷等輸電走廊受限區域的電力輸送等。

全球各國較為重視超導電纜技術研究,將其列為電力網絡未來發展的關鍵技術之一。例如,2020年歐洲提出了SuperLink項目,著力攻關15km長度級別的超導電纜工程建設技術。我國也高度重視超導電纜產業發展,2021年南方電網在深圳試點400米長超導電纜成功為平安大廈供電;同年12月,國家電網建設成功全球首條35千伏公里級超導電纜示范項目,全長1.2公里,為上海徐家匯地區4萬多戶家庭和核心商業街供電,是目前全球用戶數量最多的超導電纜。從全球范圍來看,超導電纜項目的安全性和穩定性正逐步得到驗證。

2024年全球超導電纜項目使用的高溫超導材料市場規模接近1億元,隨著示范項目數量的增加和工程的啟動,未來用于超導電纜的高溫超導材料規模還將繼續擴大,預計2030年將達到19.9億元,2024-2030年CAGR為67.5%。

傳統的單晶硅生產采用直拉法,生長速度較快,目前是生長單晶硅的主流技術。但隨著對單晶硅質量要求(高純度、低缺陷密度和高均勻性)的不斷提高,傳統的熱場控制方法逐漸面臨瓶頸。超導磁控技術通過在單晶爐中引入磁場,可以抑制熱對流、降低氧含量,使材料凝固液面更穩定,緩解同心圓和黑芯片問題,提高材料純度,增加產品產能,未來有望實現規?;瘧谩?/p>

目前超導磁控單晶爐主要采用低溫超導技術路線,而高溫超導具有一定替代優勢。高溫超導磁控單晶爐溫區更寬,較低溫超導磁控單晶爐失超的風險更小。目前,聯創超導的高溫超導磁控單晶爐已經進入應用推廣階段,整個市場將進入設備換代期。根據賽迪數據,2024年全球用于超導磁控單晶爐的高溫超導材料規模為0.6億元,預計2030年將增長至9.7億元,2024-2030年CAGR為60.2%。

超導感應加熱是指通過高溫超導材料繞制的超導磁體在鐵芯氣隙中產生強磁場,由機械傳動系統帶動金屬工件在磁場中旋轉,工件切割磁力線形成渦流并產生焦耳熱,實現對工件的熱處理。相比傳統的加熱方式,超導感應加熱具有加熱均勻性高、能量轉換效率高、工件尺寸適應性好等優勢,能夠將電磁感應加熱裝置40%左右的電熱轉換效率提高到80%以上,為高耗能領域帶來切實的節能降本、降低碳排放的效果??梢詮V泛用于鋁、銅、鎂、鈦、特種鋼材、高溫合金等金屬加工熱成型(包括擠壓、鍛造、軋制等)、金屬熔煉及半導體熔融等領域。

,2024年全球用于超導感應加熱裝置的高溫超導材料規模約為200萬元,隨著相關裝置的交付和運營,以及汽車輕量化、航空和民用高科技工業的加速發展,金屬加工市場對超導感應加熱裝置的需求逐年增長,存在良好的替代需求,市場規模將于2030年增長至3億元,未來有較大擴張空間。

除了在核聚變裝置、超導電纜、超導磁控單晶爐、超導感應加熱裝置等場景之外,高溫超導材料在超導電機、粒子加速器、磁共振成像、超導磁懸浮等場景也存在應用前景。目前國內外主流企業與科研單位正在進行相關應用的研發工作,拉動上游高溫超導材料市場需求不斷擴張。

綜合上述應用場景的不斷開拓,全球高溫超導材料市場有望持續擴容。根據上海超導招股說明書援引的賽迪數據,2024年全球高溫超導材料市場規模為7.9億元,同比增長77.3%,預計2030年市場將超百億規模,達到105.0億元,2024-2030年CAGR為53.9%。