广发证券核聚变电源报告指出，聚变电源系统有功功率冲击补偿是当前面临的重要挑战。增加电网容量不具备经济性，加装脉冲发电机发电时间短维护成本高。储能技术在解决功率冲击问题上的优势明显。常用高倍率储能元件中，锂离子电容器（LIC）将锂离子电池的高能量与双电层电容器的高功率密度相结合，能量密度60-150Wh/kg，功率密度600-3000W/kg，循环寿命超20000次（10C放电），有望成为核聚变储能较优方案。
聚变电源有功功率冲击补偿的挑战
ITER装置运行时，等离子体状态具有很大不确定性，电源系统为电网带来频繁的有功/无功功率冲击和振荡，且幅值较大。磁体电源系统有功及无功功率冲击主要来自输出电压在工频周波时间尺度调节；加热电源相关功率冲击主要来自电源输出的宽频范围调制以及1MV高压直流电源输出极不可预期的闪络。有功冲击可瞬时达数百兆瓦，最大有功变化率达数百瓦每秒；无功功率可最大达到1000Mvar，周波内变化可达百兆乏。
根据法国电网运营商要求，ITER电力系统设计和运行时必须满足三个约束条件：电网可接受最大有功功率<500MW、最大无功功率<200Mvar、最大允许功率变化率<200MW/s。ITER脉冲功率输出时间占比不足整个周期的20%，幅值为稳态功率的数倍，电源系统容量利用率非常低。加装储能装置后脉冲功率由储能装置提供、稳态功率由电网提供，可有效降低电源系统参数需求。
常用高倍率储能元件对比
双电层电容器（EDLC）具有快速响应、高输入和输出电流、便于维护和更长使用寿命等优势，但单体电芯额定电压较低（2.7V左右），持续放电时间难以达到分钟级以上，电芯内阻较大，难以适用于未来聚变堆的长脉冲运行。
锂离子电池具有高能量密度特性，同时能实现短时大电流放电。但在高倍率放电场景下，锂离子电池的循环寿命相当低，在5C~10C放电倍率下循环次数仅能达到3000次。聚变装置脉冲功率支撑需维持分钟级以上，能量型储能技术为满足高功率要求将导致容量利用率大幅降低。
锂离子电容器（LIC）采用新型电容架构原理和材料技术，将锂电池的嵌入机制与双电层电容器阴极相结合。阴极表现出活性碳材料，电荷存储在碳和电解质之间的界面处，阳极掺杂有锂离子。LIC能量密度60-150Wh/kg，功率密度600-3000W/kg，单体电压3.6-4V，内阻仅0.3-0.6mΩ，在10C放电倍率下循环次数超过20000次。由于不含化学反应及重金属稀有金属，LIC比锂离子电池更安全，无爆炸危险。
锂离子电容器在核聚变储能的应用前景
聚变冲击补偿需求兼具能量型和功率型储能特征。混合型储能虽能满足要求，但系统进一步复杂且需求容量大、经济性差。LIC作为混合电容方案，可以将锂离子电池的高能量与双电层电容器的高功率密度相结合，同时具备优异循环寿命和安全性。
在托卡马克装置运行周期中，脉冲功率时间只占20%左右，80%时间里电源输出功率远小于脉冲峰值功率。加装LIC储能装置后，脉冲功率由储能装置提供、稳态功率由电网提供，可有效降低电源系统参数需求，降低主变压器和整流变压器容量，减小断路器、母线等元件成本。随着核聚变装置从实验堆向示范堆和商业堆推进，长脉冲运行需求增加，LIC储能方案的优势将进一步凸显。
储能方案投资机会
目前各国聚变团队在聚变电源储能方面的研究仍处于初期探索阶段，鲜有成熟理论及技术参照。但储能技术在电力工业界已积累大量经验，产业成熟度较高。随着ITER、BEST、CFETR等项目推进，聚变电源储能需求有望释放。
王子新材子公司宁波新容深耕金属化薄膜电容器领域，已获得核聚变客户认可，2024年为BEST项目磁体电源提供储能电容和支撑电容。宁波新容拥有省级高新技术企业研发中心，曾承担国家火炬计划新产品和国家级重点新产品开发研制，参与制定国家标准十余项。随着核聚变电源储能需求增长，相关电容、储能元件企业有望受益。
