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1、2021年 超 导 材 料 行 业 发 展 研 究 报 告 第 一 章 行 业 概 况 1.1产 业 生 态 圈 与 产 业 链 内 循 环 发 展 超 导 材 料，是 指 具 有 在 一 定 的 低 温 条 件 下 呈 现 出 电 阻 等 于 零 以 及 排 斥 磁 力 线 的 性 质 的 材 料，目 前 已 发 现 有 28种 元 素 和 几 千 种 合 金 和 化 合 物 可 以 成 为 超 导 体。全 球 超 导 市 场 以 低 温 超 导 为 主，低 温 超 导 行 业 产 业 链 主 要 包 括 上 游 原 材 料、超 导 线 材、超 导 磁 体、超 导 设 备 四 个 环 节。目
2、 前 低 温 超 导 材 料 的 绝 大 部 分 应 用 都 是 基 于 超 导 磁 体 产 生 的 强 磁 场，主 要 应 用 领 域 包 括 MRI、M C Z、N M R、ITER、加 速 器、科 研 用 特 种 磁 体 等。图 超 导 材 料 产 业 示 意 图 信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD经 过 研 究，超 导 体 不 仅 在 一 定 温 度 之 下 具 有 零 电 阻 特 性,而 且 在 一 定 的 条 件 下 具 有 高 密 度 载 流 能 力、完 全 抗 磁 性（迈 斯 纳 效 应）、约 瑟 夫 森 效 应 等 常 规 导 体 完 全 不 具
3、备 的 电 磁 特 性，因 而 在 电 气 与 电 子 工 程 领 域 具 有 广 泛 的 应 用 价 值，从 而 首 次 打 开 了 超 导 体 市 场 应 用。1.1.1事 件 驱 动 及 重 点 关 注 2021年 10月 8 日，由 深 圳 供 电 局 研 制 的 10千 伏 三 相 同 轴 高 温 交 流 超 导 电 缆 日 前 在 深 圳 正 式 投 入 使 用，为 深 圳 第 一 高 楼 一 一 深 圳 平 安 金 融 中 心 供 电，有 望“一 揽 子 解 决 大 城 市 电 网建 设 用 地 难、电 网 负 荷 需 求 持 续 增 长、城 市 输 配 电 走 廊 趋 于 饱
4、和 等 诸 多 问 题 和 挑 战。高 温 超 导 输 电，是 指 在 相 对 于 绝 对 零 度 而 言 的 接 近 零 下 200摄 氏 度 的 液 氮 环 境 下，利 用 超 导 材 料 的 超 导 特 性，使 电 力 传 输 介 质 接 近 于 零 电 阻，电 能 传 输 损 耗 接 近 于 零，从 而 实 现 低 电 压 等 级 的 大 容 量 输 电。电 缆 直 径 17.5厘 米，长 400米，输 电 容 量 高 达 43兆 优 安，输 电 能 力 是 常 规 10千 伏 电 缆 的 五 倍，输 电 损 耗 仅 是 常 规 电 缆 的 1/4到 1/5,非 常 适 用 于 高 负
5、 荷 密 度 区 域 供 电。表 超 导 技 术 的 已 知 应 用 领 域超 导 材 料 及 其 应 用 领 域 研 究 方 向 应 用 领 域 说 明 超 导 电 力 技 术 超 导 电 力 电 缆 高 效 大 容 量 电 力 输 送 基 于 零 电 阻、高 密 度 载 流 特 性、正 常 态 超 导 态 转 变 特 性 及 完 全 抗 磁 性 的 电 工 学 应 用 超 导 限 流 器 输 电 网 的 安 全 稳 定 性 超 导 储 能 系 统 电 力 质 量 调 节 和 电 网 稳 定 性 超 导 变 压 器 高 效 大 容 量 电 力 变 压 器 超 导 电 动 机 船 舶 电 力
6、推 进 超 导 发 电 机 大 型 发 电 机 和 同 步 调 相 机 超 导 磁 体 技 术 强 磁 场 磁 体 粒 子 物 理 和 核 物 理 类 的 大 科 学 工 程、核 磁 共 振、磁 分 离 技 术、磁 性 扫 雷 技 术、高 性 能 的 材 料 制 备、作 物 育 种 等 磁 悬 浮 技 术 磁 悬 浮 列 车 和 磁 悬 浮 推 进、飞 抡、轴 承 和 高 精 度 陀 螺 仪 等 微 波 应 用 于 单 光 子 探 测 滤 波 器 微 波 通 信 基 于 零 电 阻 特 性 的 电 子 学 应 用 谐 振 器 微 波 通 信 延 迟 线 微 波 通 信 单 光 子 探 测 器
7、精 密 测 量 结 型 器 件 应 用 量 子 干 涉 仪 用 于 微 弱 信 号 检 测，如 脑 磁、心 磁、大 地 探 测、无 损 检 测 等 基 于 约 瑟 夫 森 效 应 的 电 子 学 应 用 超 导 芯 片 低 能 耗 超 级 计 算 机 超 导 Qubit 超 导 量 子 计 算 机 局 频 应 用 THz高 频 电 磁 波 的 发 射 与 接 收 信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD随 着 全 球 超 导 技 术 的 不 断 研 发，以 及 超 导 在 各 个 领 域 的 应 用 规 模 不 断 扩 大，全 球 超 导 行 业 已 然 进 入 火 热
8、年 代。其 中，超 导 材 料 是 超 导 应 用 的 基 础，所 以 是 最 先 产 业 化 的 部 分，也 是未 来 最 具 确 定 性 的 领 域。全 球 超 导 材 料 的 市 场 规 模 近 年 来 保 持 平 稳 增 长，2018年 全 球 超 导 材 料 市 场 规 模 为 61.51亿 欧 元，同 比 增 长 6.1%,2019年 全 球 超 导 材 料 市 场 规 模 为 64亿 欧 元。超 导 材 料 具 有 的 优 异 特 性 使 它 从 被 发 现 之 日 起，就 向 人 类 展 示 了 诱 人 的 应 用 前 景。但 要 实 际 应 用 超 导 材 料 又 受 到 一
9、 系 列 因 素 的 制 约，这 首 先 是 它 的 临 界 参 量，其 次 还 有 材 料 制 作 的 工 艺 等 问 题。超 导 材 料 的 应 用 主 要 有：利 用 材 料 的 超 导 电 性 可 制 作 磁 体，应 用 于 电 机、高 能 粒 子 加 速 器、磁 悬 浮 运 输、受 控 热 核 反 应、储 能 等；可 制 作 电 力 电 缆，用 于 大 容 量 输 电（功 率 可 达 10000MVA）；可 制 作 通 信 电 缆 和 天 线，其 性 能 优 于 常 规 材 料。利 用 材 料 的 完 全 抗 磁 性 可 制 作 无 摩 擦 陀 螺 仪 和 轴 承。利 用 约 瑟 夫
10、 森 效 应 可 制 作 一 系 列 精 密 测 量 仪 表 以 及 辐 射 探 测 器、微 波 发 生 器、逻 辑 元 件 等。利 用 约 瑟 夫 森 结 作 计 算 机 的 逻 辑 和 存 储 元 件，其 运 算 速 度 比 高 性 能 集 成 电 路 的 快 10 20倍，功 耗 只 有 四 分 之 一。图 超 导 材 料 综 合 新 闻 指 数 走 势 图5信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD超 导 材 料 同 时 有 着 较 为 突 出 的 市 场 需 求，超 导 材 料 是 国 家 科 技 创 新 规 划 中 新 材 料 领 域 重 点 发 展 的 前 沿
11、 材 料 之 一，在 能 源、医 疗、交 通、国 防 工 业 等 领 域 都 有 广 阔 的 应 用 前 景，但 因 为 其 使 用 条 件 苛 刻、成 本 高，技 术 难 度 大，因 此 商 业 化 应 用 速 度 较 慢。目 前 全 球 超 导 市 场 以 低 温 超 导 材 料 为 主。除 ITER项 目 外,超 导 技 术 在 民 用 领 域 应 用 较 为 广 泛，主 要 包 括 M R I（核 磁 共 振）、MCZ（用 于 半 导 体 单 晶 硅）、大 科 学 工 程（CFETR、重 离 子 加 速 器）等 领 域。M RI主 要 用 于 核 磁 共 振 等 医 疗 产 品，已 广
12、 泛 运 用 于 全 身 各 部 位 脏 器 的 疾 病 诊 断 中，成 为 目 前 最 重 要 的 医 疗 诊 断 仪 器 之 一。据 统 计，截 至 2017年，美 国 和 德 国 每 百 万 人 口 M RI拥 有 量 分 别 为 37.56台 和 34.49台，其 他 主 要 发 达 国 家 每 百 万 人 口 M RI拥 有 量 也 多 在 10台 以 上，而 中 国 每 百 万 人 口 M RI拥 有 量仅 为 6.2台。考 虑 到 中 国 人 口 数 量 位 居 世 界 第 一，未 来 全 球 M R I 最 大 的 市 场 在 中 国，随 着 医 疗 水 平 的 提 高 和 城
13、 镇 化 加 速,未 来 需 求 将 进 一 步 扩 大。图 全 球 部 分 国 家 每 百 万 人 口 MRI拥 有 量 统 计 全 球 部 分 国 家 每 百 万 人 口 M RI拥 有 量 统 计 信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD1.1.2超 导 材 料（新 材 料）“全 产 业 链”前 沿 新 材 料 产 业 链 中，上 游 为 主 要 原 材 料，中 游 为 六 大 前 沿 材 料 的 制 造，下 游 为 各 应 用 领 域。图 超 导 材 料 下 游：产 业 推 演信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD金 融 终 端 图 全 产
14、 业 链 图 示 彭 矿 La、RE矿 铀 矿、偲 矿 石 YBCO带 材 BSCCO带 材 MGB2带 材 铁 基 超 导 体 超 导 电 缆 超 导 储 能 超 导 游 波 超 导 限 流 器 超 导 发 电 机 其 他 应 用 信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD1.1.3超 导 材 料“全 产 业 链”上 游据 国 家 统 计 局 数 据，2020年 我 国 十 种 有 色 金 属 产 量 6168万 吨，同 比 增 长 5.5%,增 幅 同 比 扩 大 2 个 百 分 点。中 国 有 色 金 属 工 业 协 会 发 布 四 季 度 企 业 信 心 指 数 为
15、 50.1,连 续 两 个 季 度 保 持 在 临 界 点 以 上。图 有 色 金 属 采 矿 业：当 月 同 比 走 势 PPI:有 色 金 属 矿 采 选 业;当 月 同 比 套 看 2018 09 30 2019 02 28 2019-07 31 2019 12-31 2020 05 31 2020 10.31 2021 03 31 2021 08 31信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD表 超 导 材 料 产 业 链 上 游 企 业 代 表 有 色 金 属 原 材 料 支 持股 票 代 码 股 票 倚 称 现 价(元)概 跌(%)000630.SZ 铜 陇 有
16、 色 4.57 10.121600331 SH 宏 达 股 份 4.38 10.050002114.SZ 罗 平 悴 电 9.32 10.035603045.SH 福 达 合 金 15.36 10.029600497.SH 地 宏 锌 锌 6.04 9.222000751 SZ 锌 业 股 份 4.79 8.371688388.SH 嘉 元 科 技 150.20 7.895300811.SZ 伯 科 新 材 84.50 7.849000960.SZ 锡 业 股 份 20.27 7.249601677.SH 明 春 铝 业 34.90 7.154300057.SZ 万 顺 新 材 7.08 7.
17、110600961.SH 株 冶 集 团 9.93 7.004000060.SZ 中 金 岭 南 5.72 6.716000762.SZ 西 藏 矿 业 53.96 6.472600490.SH 射 欣 资 源 5.36 6.139002460.SZ 赣 锋 便 业 172.17 5.626000657.SZ 中 1M断 14.30 5.613601388.SH 怡 球 资 源 5.30 5.578002192.SZ 融 捷 股 份 123.12 5.411信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD1.1.4超 导 材 料“全 产 业 链”中 游 图 以 钢 材 为 例 的
18、 带 材 指 标 对 比生 产 资 料 价 格（周 环 比）:钢 材:热 轧 带 钢 指 标 对 比 总 编 辑 图 表 15-102014-07-18 2016-10-07 2017-09-08 2018-08-10 2019-07-12 2020-06-26 2021-06-04信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD在 全 世 界 超 导 研 究 热 潮 中，一 系 列 超 导 转 变 温 度 高 于 液 氮 温 度 的 超 导 体 被 发 现，包 括 BiSrCaCuO（根 据 超 导 相 不 同 分 别 简 写 为 Bi2223、Bi2212）、REBaCuO（
19、简 写 为 RE123,RE 为 Y、Gd 等 稀 土 元 素）、TIBaCaCuO（简 写 为 T12223）和 HgBaCaCuO（简 写 为 Hgl223）等 一 系 列 氧 化 物 高 温 超 导 材 料。采 用 薄 膜 外 延 生 长 制 备 的 双 轴 织 构 RE123涂 层 导 体 克 服 了 晶 界 弱 连 接 问 题，其 本 征 特 性 和 制 备 工 艺 决 定 了 RE123面 内 面 外 织 构 程 度 高，晶 界 弱 连 接 小，而 由 其 岛 状 生 长 机 制 提 供 的 大 量 位 错 缺 陷 形 成 的 高 密 度 有 效 磁 通 钉 扎 中 心，具 有 明
20、 显 优势。更 为 可 贵 的 是，其 基 带 可 选 择 价 格 低 廉 的 银 基 合 金 或 常 规 的 不 锈 钢 带，材 料 成 本 具 有 很 大 的 下 降 空 间。因 此，基 于 RE123的 第 二 代 高 温 超 导 带 材 成 为 实 用 高 温 超 导 材 料 的 研 究 热 点 和 应 用 期 盼。我 国 高 温 超 导 基 础 研 究 成 绩 斐 然，但 长 期 以 来 未 能 实 现 高 温 超 导 的 产 业 化 及 大 规 模 应 用。主 要 原 因 包 括：RE123材 料 具 有 强 各 向 异 性，载 流 能 力 强 烈 依 赖 晶 界 夹 角，必 须
21、实 现 原 子 级 晶 粒 的 双 轴 织 构 排 列 才 能 获 得 高 性 能 带 材；RE123属 于 陶 瓷 材 料，机 械 加 工 难 度 大，需 要 结 合 柔 性 基 带，制 备 工 艺 复 杂，成 膜 效 率 低，带 材 长 度 方 向 的 连 续 性、稳 定 性 问 题 难 以 解 决；批 量 化、连 续 化 制 备 的 专 门 装 备 系 统 缺 乏，成 本 居 高 不 下，影 响 下 游 产 品 的 开 发。图 研 究 到 工 业 级 装 备 的 设 计 和 集 成研 究 级 设 备 的 设 计 与 集 成 研 究 级 设 备 的 设 计 与 焦 成 自 主 设 计 一
22、先 进 加 工 一 填 朴 国 内 空 白 国 内 首 条 千 米 MOD生 产 装 都（研 究 级 到 工 业 级 装 备 的 设 计 与 集 成）信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD其 中 不 乏 较 为 优 秀 的 技 术 突 破，上 海“第 二 代 高 温 超 导 带 材 关 键 制 备 技 术”项 目 组，针 对 RE123材 料 实 用 化 瓶 颈 问 题，攻 克 双 轴 织 构 生 长 和 连 续 化 制 备 关 键 技 术 难 题，实 现 了 具 有 自 主 知 识 产 权 的 高 温 超 导 带 材 技 术 路 线。项 目 采 用 非 真 空 化 学
23、 法 技 术 路 线，具 有 组 分 易 控 制、溶 液 100%利 用，适 于 大 面 积、宽 带 化 和 批 量 化 制 备 等 优 点，是 高 温 超 导 带 材 低 成 本 产 业 化 的 理 想 路 径。图 具 有 自 主 知 识 产 权 的 高 温 超 导 带 材展 第 与 封 装 总 控 例 留 保 护 层：高 湛 品 化(具 有 自 主 知 识 产 权 的 离 温 超 导 带 材 技 术 路 线)信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD本 项 目 核 心 技 术 与 国 内 外 同 类 技 术 的 主 要 参 数 对 比，在 化 学 法 制 备 第 二 代
24、 高 温 超 导 带 材 领 域，在 成 材 效 率、载 流 性 能、单 根 长 度 和 产 能 等 方 面，达 到 美、日、德 等 发 达 国 家 水 平，部 分 指 标 处 于 领 先 地 位。本 项 目 在 第 二 代 高 温 超 导 带 材 的 关 键 基 础 问 题、关 键 制 备 技 术 和 产 业 化 装 备 方 面 取 得 了 重 要 突 破，建 立 了 我 国 具 有 自 主 知 识 产 权 的 带 材 生 产 线，实 现 了 带 材 产 业 化,填 补 了 国 内 空 白；打 破 了 发 达 国 家 对 中 国 第 二 代 高 温 超 导 带 材 市 场 的 垄 断，对 我
25、 国 超 导 电 力、大 科 学 装 置 等 许 多 领 域 具 有 深 远 意 义。1.1.5超 导 材 料“全 产 业 链”下 游 核 磁 共 振 成 像(Magnetic Resonance Imaging,简 称 MRI)技 术 是 在 人 工 制 造 的 强 磁 场 内，利 用 核 磁 共 振 原 理 来 探 测 生 物 体 内 部 组 织，采 集 数 据 并 由 计 算 机 处 理 后 成 像 的 技 术。它 既 不需 要 使 用 电 子 束 或 X 射 线，也 不 需 要 注 射 造 影 剂，而 且 也 未 发 现 强 磁 场 对 人 体 的 危 害，因 而 被 认 为 是 一
26、种 安 全 高 效 的 生 物 医 学 检 测 技 术。M R I 已 经 被 广 泛 应 用 在 心 脑 血 管 疾 病、胸 腔 腹 腔 内 器 官 疾 病、肿 瘤、肌 肉 及 软 组 织 等 的 检 查、诊 断 及 追 踪，正 发 挥 着 巨 大 的 作 用。M R I 的 清 晰 度 与 磁 场 强 度、磁 场 均 匀 度、磁 场 稳 定 性 有 重 要 关 系，磁 场 强 度 越 高、磁 场 均 匀 度 越 好、磁 场 稳 定 性 越 好，M R I 的 清 晰 度 就 越 高。M R I 装 置 主 要 由 磁 体 系 统、磁 共 振 波 谱 仪 系 统、数 据 处 理 和 图 像
27、重 建 系 统 这 三 个 组 成。其 中 磁 体 系 统 是 最 为 关 键 的 部 分，主 要 由 主 磁 体、匀 场 线 圈、射 频 线 圈、梯 度 线 圈 等 组 成。主 磁 体 可 以 使 用 常 规 电 磁 体、永 磁 体、超 导 磁 体 制 造。目 前 1.5 T 以 上 磁 强 的 M R I 采 用 的 主 要 是 超 导 磁 体，其 常 用 的 超 导 体 为 NbTi超 导 合 金，在 部 分 高 强 MRI磁 体 材 料 中 也 有 使 用 Nb3Sn超 导 合 金。图 核 磁 结 构 示 意 图(2)shielding coily(4)(ie rod(6)vacuum
28、 vessel(l)main coil(S)55 K thermalshield(4)tie rod(5)55 K thermalshield信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD在 超 导 体 被 用 来 承 载 强 电 流 以 前，常 导 电 磁 悬 浮 率 先 得 到 发 展。常 导 电 磁 铁 产 生 的 强 大 磁 力 可 用 来 克 服 重 力，从 而 实 现 悬 浮。但 随 着 超 导 应 用 技 术 不 断 成 熟，科 研 人 员 开 始 尝 试 将 超 导 材 料 应 用 在 磁 悬 浮 列 车 上，以 替 代 常 导 电 磁 铁。由 超 导 线（带）
29、材 烧 制 而 成 的 超 导 强 磁 体 以 及 超 导 块 材 是 主 要 应 用 形 式，成 为 超 导 磁 悬 浮 列 车 核 心 部 件 之 一。1.2以“超 导 磁 悬 浮”为 例 子 的 超 导 材 料 产 业 链 探 究 图 磁 体 超 导 行 业 产 业 链信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网 1.2.1传 统 磁 悬 浮 工 作 原 理 基 于 高 温 超 导 体 的 磁 悬 浮 系 统 设 计，可 以 利 用 超 导 体 的 完 全 抗 磁 性，实 现 超 导 体 在 磁 体 上 方 的 悬 浮。与 此 同 时，作 为 第 二 类 超 导 体，当 高 温 超
30、 导 体 处 于 外 磁 场 中，将 会 有 部 分 磁 力 线 穿 过 其 表 面 并 被 钉 扎 在 超 导 体 内 部。高 温 超 导 体 的 磁 通钉 扎 特 性，可 以 形 成 悬 浮 高 度 和 左 右 导 向 无 需 控 制 的 自 稳 定 系 统。专 家 预 计，载 人 高 温 超 导 磁 悬 浮 系 统 技 术 将 开 拓 在 磁 悬 浮 领 域 实 现 超 越 发 展 的 可 能 性，在 城 市 交 通 中 将 占 据 100亿 元 人 民 币/年 的 份 额，未 来 市 场 潜 力 巨 大。1 2 2 高 温 超 导 磁 悬 浮 工 作 原 理 图 高 温 超 导 磁 悬
31、 浮 工 作 示 意 图 CarriageH T S bulkPermanent magnetPermanent magneticguidewayLinear motorPedestal信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、iFinD高 温 超 导 磁 悬 浮 列 车 包 括 车 厢、高 温 超 导 块 材、永 磁 体、永 磁 导 轨、线 性 电 机 和 轨 道 组 成。其 中，永 磁 导 轨 包 含 两 根 平 行 的 永 磁 体 轨 道，轨 道 中 心 位 置 的 磁 通 密 度 最 高，高 温 超 导 块 材 置 于 轨 道 中 心 位 置 可 以 获 得 更 大 的 悬
32、浮 力。与 常 导 电 磁 悬 浮和 低 温 超 导 电 动 悬 浮 相 比，高 温 超 导 磁 悬 浮 具 有 无 需 控 制、设 计 简 单 等 显 著 优 点。1.2.3 高 温 超 导 磁 悬 浮 的 性 能 研 究 对 于 高 温 超 导 磁 悬 浮 系 统 而 言，悬 浮 力 是 磁 悬 浮 列 车 能 否 正 常 运 行 的 关 键，而 悬 浮 力 的 大 小 和 超 导 块 材 的 超 导 特 性 密 切 相 关。磁 场、温 度、电 流 密 度 是 决 定 超 导 特 性 的 重 要 临 界 参 数，因 此，对 超 导 磁 悬 浮 系 统 的 研 究 也 主 要 围 绕 这 几
33、 个 方 面 展 开。分 别 论 述 了 冷 却 方 式、磁 场 分 布、工 作 温 度 以 及 块 材 厚 度 对 超 导 体 悬 浮 力 的 影 响。1.2.4 高 温 超 导 磁 悬 浮 的 应 用 研 究 由 于 高 温 超 导 体 的 独 特 性 质 以 及 超 导 磁 悬 浮 列 车 的 诱 人 前 景，世 界 各 工 业 国 家 先 后 开 展 高 温 超 导 磁 悬 浮 的 研 究 和 应 用,其 中 处 于 行 业 领 先 地 位 的 主 要 包 括 中 国、日 本 和 德 国。中 国 在 高 温 超 导 磁 悬 浮 领 域 起 步 较 早，在 理 论 研 究 和 模 型 研
34、 制 方 面 取 得 了 不 俗 的 成 绩。其 中，2 0世 纪 末 西 南 交 通 大 学 成 功 研 制 了 世 界 上 第 一 辆 载 人 高 温 超 导 磁 悬 浮 列 车“世 纪 号”,成 为 了 本 领 域 的 里 程 碑 事 件。利 用 高 温 超 导 体 的 完 全 抗 磁 性、磁 通 钉 扎 特 性，使 用 价 格 低 廉 的 液 氮 作 为 制 冷 剂 设 计 和 制 造 的 高 温 超 导 磁 悬 浮 列 车，有 望 在 未 来 作 为 新 型 交 通 工 具 实 现 城 市 间 的 快 速 连 接。但 是，在 完 成 实 际 应 用 之 前，还 有 相 关 技 术 问
35、 题 亟 待 解 决：(1)对 于 高 温 超 导 磁 悬 浮 系 统，需 要 对 YBCO块 材 的 冷 却 方 式、应 用 磁 场、工 作 温 度、块 材 尺 寸、电 流 密 度 等 参 数 进 行 优 化，实 现 悬 浮 性 能 最 优；(2)对 于 高 温 超 导 磁 悬 浮 列 车，除 了 悬 浮 系 统 之 外，还 要 实 现 导 向 系 统 和 驱 动 系 统 的 优 化，这 是 一 个 涉 及 多 专 业、跨 学 科 的 系 统 工 程。第 二 章 商 业 模 式 和 技 术 发 展 2.1 超 导 材 料 产 业 商 业 模 式 2.1.1 从 钛 工 业 产 业 链 透 视
36、 稀 有 金 属 供 给 在 西 部 超 导 综 合 钛 产 品 价 格 和 盈 利 性 领 先 业 内：目 前 上 市 企 业 中 主 营 钛 合 金 业 务 的 主 要 有 西 部 超 导、宝 钛 股 份 和 西 部 材 料。通 过 比 较 三 者 产 品 经 营 指 标，近 几 年 来 西 部 超 导 钛 材 价 格 持 续 抬 升，宝 钛 股 份 钛 产 品 销 售 价 格 小 幅 低 于 西 部 材 料，大 幅 落 后 西 部 超 导，2020年 单 吨 售 价 为 19.7万 元，仅 为 西 部 超 导 近 一 半 的 水 平；产 品 盈 利 性 方 面，西 部 超 导 毛 利 率
37、 大 幅 领 先 竞 争 对 手，主 要 原 因 是 由 于 西 部 超 导 的 军 用 钛 合 金 产 品 占 比 高 于 同 行,虽 然 2016-2019年 西 部 超 导 毛 利 率 有 所 下 滑，但 仍 高 达 近 40%,2020年 盈 利 水 平 再 次 抬 升，宝 钛 股 份 毛 利 率 近 几 年 较 为 稳 定(20%-25%),基 本 略 高 于 西 部 材 料。经 营 数 据 差 异 的 背 后，主 要 反 映 的 是 公 司 产 品 结 构 的 差 异：西 部 超 导 钛 合 金 产 品 主 要 为 棒 丝 材，90%偏 军 工 领 域 尤 其 是 航 空 产 品，
38、因 此 产 品 售 价 和 毛 利 率 都 显 著 高 于 其 他 企 业；西 部 材 料 钛 产 品 主 要 为 板 材 和 管 材，出 于 避 免 同 业 竞 争 问 题，和西 部 超 导 错 位 竞 争，军 品 占 比 约 30%；宝 钛 股 份 基 本 涵 盖 全 系 列 钛 合 金 产 品，产 品 下 游 应 用 广 泛，除 了 航 空 航 天 等 高 端 领 域 外，下 游 还 覆 盖 了 大 量 民 用 领 域，同 时 公 司 钛 产 品 口 径 当 中 包 含 了 价 格 和 毛 利 率 偏 低 的 原 材 料 海 绵 钛，因 此 相 较 之 下 综 合 指 标 表 现 偏 弱
39、。从 产 能 规 模 来 看，宝 钛 股 份 目 前 钛 材 产 能 为 2万 吨，位 居 全 国 第 一；西 部 超 导 目 前 产 能 近 5000吨，2024年 可 达 10000吨；西 部 材 料 目 前 钛 及 钛 合 金 板 带 材 产 能 为 1万 吨，但 实 际 钛 合 金 熔 铸 能 力 只 有 5000吨 左 右，正 通 过 定 增 弥 补 熔 炼 能 力 短 板，届 时 钢 材 产 能 也 将 真 正 达 到 1万 吨。总 体 来 看，三 者 作 为 行 业 头 部 公 司，都 在 通 过 募 投 方 式 进 一 步 提 高 生 产 能 力,中 长 期 具 备 公 司 成
40、 长 属 性。2.1.2.开 拓 下 游 应 用 市 场 图 超 导 材 料 下 游 应 用 市 场电 工 学 应 用 电 子 学 应 用 研 究 方 向 应 用*域 说 明 超 导 电 力 电 城 高 效 大 容 电 力 0送 Ifi号 电 力 技 术 畿 导 限 流 器 e电 同 的 安 全 物 定 性 超 导 偌 能 系 统 电 力，节 和 电 网 稔 定 性 超 导 变 压 器 高 效 大 容 电 力 变 压 器 超 导 电 动 机 taie电 力 推 迸 笃 于 零 电 阻.高 密 度 能 流 特 性、正 常 态 超 导 号 发 电 机 大 型 发 电 机 和 同 步 响 相 机 有
41、 转 变 特 性 及 克 全 抗 磁 性 的 电 工 学 应 用 超 导 磁 体 技 术 强 磁 场 磁 体 帕 子 梅 理 和 核 物 理 类 的 大 科 学 工 程.核 磁 共 振.磁 分 网 技 术、磁 性 扫 雷 技 术、襦 性 虢 的 材 料 制 备.作 物 育 种 等 磁 易 浮 技 术 取 悬 浮 列 车 和 磁 悬 浮 推 迸、飞 依.岫 承 和 离 精 度 昵，仪 舞 滤 波 2S州 波 遍 值 微 波 应 用 与 单 光 子 探 测 必 波 通 信 基 于 零 电 用 樗 性 的 电 子 学 应 用 延 迟”微 波 通 信 光 子 探 测 器|用 密 募，量 子 干 部 仪
42、 用 于 费 狎 值 号 检 测,如 脑 磁、心 破.大 地 媒，.无 损 检 滤 等 络 型 31件 应 用 蟠 号 芯 片 低 能 标 题 缎 计 的 机 尊 于 约 夫 森 效 应 的 电 子 学 应 用 fiHQubit超 导，子 计 机 急 频 应 用 THz舄 舞 电 磁 波 的 发 射 与 接 收 信 息 来 源：千 际 投 行、资 产 信 息 网、WIND2.1.3从 超 导 材 料 到“电 力 技 术”由 于 超 导 线 的 载 流 能 力 可 以 达 到 100 1000A/mm2（大 约 是 普 通 铜 导 线 或 铝 导 线 的 载 流 能 力 50 500倍），且 其
43、 直 流 状 态 下 的 传 输 损 耗 为 零，因 此 利 用 超 导 线 制 备 的 电 力 设 备，具 有 损 耗 低、效 率 高、占 空 间 小 的 优 势。由 于 超 导 线 在 电 流 超 过 其 临 界 电 流 时，会 失 去 超 导 性 而 呈 现 较 大 的 电 阻 率，因 而 用 超 导 线 制 成 的 限 流 设 备（超 导 限 流 器，FCL）可 以 在 电 网 发 生 短 路 故 障 时 自 动 限 制 短 路 电 流 的 上 升，从 而 有 效 保 护 电 网 安 全 稳 定 运 行。此 外，利 用 超 导 线 研 制 的 超 导 储 能 系 统（SMES）是 一
44、种 高 效 的 储 能 系 统（效 率 可 达 95%以 上），且 具 有 快 速 高 功 率 响 应 和 灵 活 可 控 的 特 点，对 于解 决 电 网 的 安 全 稳 定 性 和 瞬 态 功 率 平 衡 问 题 也 具 有 潜 在 应 用 价 值。进 入 2 1世 纪 以 来，国 内 外 在 超 导 电 力 技 术 研 发 方 面 取 得 了 长 足 的 进 步，公 里 级 的 超 导 输 电 电 缆、容 量 达 到 1MVA以 上 的 超 导 变 压 器、输 电 电 压 等 级 的 超 导 限 流 器（UOkV及 以 上）、M W级 的 超 导 储 能 系 统、36.5MW级 的 超
45、导 电 动 机、79MW的 超 导 发 电 机、8 lOMVar的 超 导 同 步 调 相 机 等 均 已 经 在 实 际 电 网 进 行 示 范，取 得 良 好 的 示 范 效 果。我 国 超 导 电 力 技 术 应 用 研 发 总 体 上 处 于 国 际 同 行 的 前 列 水 平，并 具 有 自 身 的 特 色 和 优 势。我 国 在 超 导 材 料 及 其 应 用 领 域 总 体 上 处 于 国 际 先 进 行 列,基 本 掌 握 了 各 种 实 用 化 超 导 材 料 的 制 备 技 术，在 多 个 应 用 方 面 也 取 得 了 良 好 的 发 展。今 后，我 国 超 导 材 料
46、及 其 应 用 领 域 应 进 一 步 加 强 超 导 材 料 及 其 应 用 装 置 的 制 备 工 艺 研 究，不 断 探 索 更 高 临 界 温 度 的 超 导 体，并 加 强 与 超 导 技 术 应 用 密 切 相 关 的 低 温 制 冷 技 术 和 低 温 系 统 的 研 究，以 进 一 步 全 面 提 升 我 国 的 超 导 材 料 及 其 应 用 技 术 的 发 展 水 平。2.2商 业 模 式 分 析：以 西 部 超 导 为 例 2.2.1 公 司 介 绍 西 部 超 导 材 料 科 技 股 份 有 限 公 司 2003年 成 立 于 西 安 经 济 技 术 开 发 区，总 股
47、 本 44,127.2万 股。公 司 主 要 从 事 高 端 钛 合 金材 料、高 性 能 高 温 合 金 材 料、超 导 材 料 的 研 发、生 产 和 销 售，是 我 国 航 空 用 钛 合 金 棒 材 的 主 要 研 发 生 产 基 地，是 目 前 国 内 唯 一 实 现 超 导 线 材 商 业 化 生 产 的 企 业，也 是 国 际 上 唯 一 的 镉 钛 铸 锭、棒 材、超 导 线 材 生 产 及 超 导 磁 体 制 造 全 流 程 企 业。公 司 于 2019年 7 月 22 日 在 上 海 证 交 所 科 创 板 上 市，股 票 代 码：688122c西 部 超 导 主 要 产
48、品 包 括 钛 合 金 棒 材、丝 材、异 型 材、高 温 合 金 棒 材；花 钛（NbTi）超 导 线 材、锯 三 锡（Nb3Sn）超 导 线 材 等 先 进 材 料；以 及 超 导 磁 体、热 工 装 备、特 种 医 疗 器 械 等 高 端 装 备。其 中，钢 材 主 要 用 于 生 产 航 空 锻 件（包 括 飞 机 结 构 件、紧 固 件 和 发 动 机 部 件 等）、生 物 植 入 物 及 医 疗 器 械 制 造；高 温 合 金 用 于 制 造 新 型 航 空 发 动 机 及 燃 气 轮 机；超 导 线 材 主 要 用 作 高 场 磁 体 制 造，最 终 用 于 大 型 科 学 工
49、程、先 进 装 备 制 造 领 域，包 括 新 能 源（国 际 热 核 聚 变 实 验 堆 ITER、中 国 聚 变 反 应 堆 CFETR）、磁 共 振 成 像 仪（M R D、核 磁 共 振 谱 仪（N M R）、磁 控 直 拉 单 晶 硅（M C Z）、质 子、重 粒 子 加 速 器 等。公 司 自 成 立 之 初 就 瞄 准 国 内 紧 缺 领 域，产 品 定 位 于“国 内 空 白、国 际 先 进“，主 要 产 品 均 为 国 家 急 需 产 品。2.2.2技 术 进 步 上 游 行 业 主 要 是 Nb、Ti、Sn、Cu 等 原 材 料，由 于 低 温 超 导 线 材 行 业 对
50、原 材 料 的 消 耗 量 并 不 大，因 此 上 游 原 材 料 对 超导 线 材 行 业 的 影 响 并 不 明 显，超 导 线 材 行 业 的 发 展 主 要 取 决 于 技 术 进 步。西 部 超 导 作 为 国 内 仅 有 少 数 几 家 企 业 掌 握 低 温 超 导 线 生 产 技 术，涉 及 NbTi锭 棒 和 线 材、Nb3Sn线 材（包 括“青 铜 法”和“内 锡 法”）和 超 导 磁 体 的 生 产，是 全 球 唯 一 的 铝 钛（NbTi）锭 棒、超 导 线 材、超 导 磁 体 的 全 流 程 生 产 企 业。在 NbTi锭 棒 领 域：全 球 仅 有 西 部 超 导