超导：电、磁领域的终极解决方案

电阻为零本身已十分特殊，但超导态还具有绝对抗磁性（可应用于磁悬浮、磁屏蔽等）、超导隧道效应（可应用于量子计算机、超灵敏电磁探测器等）这些异于常理的极限特性，因此超导技术在许多领域被认为是终极解决方案。超导输电可以减少电能损耗，对于我国这样的超级大电网而言，其经济价值巨大；超导列车和超导船可在悬浮无摩擦状态下运行，实现高速静音；利用超导悬浮可制造无磨损轴承，将轴承转速提高到每分钟10万转以上……
超导的百年研究历程中，总共发现57种元素、几千种合金、化合物在特定低温环境下会呈现超导态。如此众多的材料，可粗略按超导转变温度划分为低温超导材料与高温超导材料两类。前者超导态可在液氦温区（4.2K附近）获得，后者大部分可在液氮温区（77K附近）实现。一方面，维持低温环境需要负载制冷系统，这会提升系统复杂度、增加成本支出，因此寻找更高转变温度甚至常温超导的材料是科研的重点方向。另一方面，受原料成本和生产难度等因素限制，目前真正做到产业化的超导材料屈指可数，如高温超导材料BSCCO、YBCO，低温超导材料NbTi、Nb₃Sn。

由超导态的特性和维持条件出发，超导技术目前主要应用于对成本和系统复杂度不太敏感的场景，如医疗磁共振成像设备（MRI）、磁控核聚变、超导电缆、磁悬浮列车等。对我国来说，超导行业表现出一个特质和一个趋势，即：

• “科民融合”特质——通过国家主导的大科学装置、重点科研项目，让实力企业参与，以此来培育行业有生力量。

• “商用渗透”趋势——随着技术的成熟与扩散，逐渐向市场空间更广阔的商用设备领域渗透。

  

  1986年，柏德诺兹（德国）和缪勒（瑞士）基于镧钡铜氧材料体系，首次发现了高温超导现象，并很快于次年获得诺贝尔物理学奖。1987年，MIT通过引入风险资本，将其高温超导技术成果剥离出来，成立了美国超导公司（AMSC）。1990年，AMSC推出第一个超导产品，并与Pirelli电缆公司展开合作。1991年，AMSC在纳斯达克上市，且存续至今。从这一系列紧凑的事件可以看出美国科技成果转化的效率之高，以及资本市场对科技创新的包容性之强，这也是其超导产业领先的重要原因之一。

   

   

  从世界范围看，超导产业主要由美国和日本引领，欧洲和韩国紧随其后，尤其是高温超导，日、美两国保持领先位势，以日本住友、藤仓、古河电气、美国超导等公司为代表。虽然我国超导研究和应用的起步较晚，但在低温超导材料、超导电子学方面已经同步国际先进水平，高温超导方面也呈现十分明显的追赶态势。统计Incopat平台上超导相关的专利数，中国、美国、日本分别以4.8万件、4.6万件、4.3万件位列前三，基本处于一个量级。国内在产业主体方面，也涌现出西部超导、法尔胜泓昇等一批具备国际竞争力的企业。
  

   超导领域部分代表企业（排名不分先后）
   

  多元发展：超导材料企业的破局之策

   

  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。由于超导材料生产难度大、技术壁垒高，其成本占超导产品应用成本的30%~40%左右，且毛利可高达50%，所以超导材料也是超导产业的核心。Conectus的调研显示，全球超导材料的市场规模近年来保持平稳增长（高温超导材料占比低，但增长率更快），目前约60亿欧元，因此可粗略估算超导应用产品的市场规模在150亿欧元左右。

  超导材料及其应用技术中，哪些已经产业化，或者尚未产业化的领域中，在未来中短期内是否有发展的确定性，在涉及超导业务的未上市企业中，又有哪些是值得关注的呢？

   

  如前所述，国内低温超导材料已经处于世界一流水平，以刚刚登陆科创板的西部超导公司为代表。高温超导材料也在加速追赶，以上海超导、上海上创超导、北京英纳超导等未上市的企业为代表。实际经营中，真正以超导材料为主营业务的企业都会面临发展困境——当前可争取的市场体量并不大，更重要的是绝大部分应用领域还未形成持续的供应关系，导致业务不稳定。超导材料企业不像古河电工、GE等综合类企业那样有强大的现金流保障、有自主可控的下游市场，要破局只能朝多元化方向发展。总结成功企业的发展历程，有如下两条路径。
  01基于核心技术的多元化发展
  西部超导能公开上市，来自超导业务的营收支撑并不大。从近三年营收结构看，其超导产品的业务占比很小，而且出呈下降趋势。其真正的业务基石是高端钛合金材料，营收占比已超过80%，这已经不能称为多元化了。但西部超导进行相关性多元化发展的策略是明确的，即基于核心技术与能力的横向业务拓展。如果说索尼的核心技术是光学技术、富士康的核心技术是模具技术、戴森的核心技术是电动马达技术，那西部超导的核心技术就是合金加工技术。如图8所示，其生产的低温超导材料NbTi本质上也是合金，加工工艺与钛合金、高温合金有类似之处。此次西部超导科创板上市募集的8亿元资金也主要用于高性能高温合金材料及粉末盘的生产项目。

  
  02由材料生产向设备制造与解决方案设备延伸
  第二条路径就是纵向延伸，即从单纯的材料生产向下游探索，将技术整合成一套设备或一套解决方案，典型代表是ASMC。ASMC最早从生产高温超导材料开始，逐渐进入到电力电子行业，其研发制造的动态无功补偿系统（D-VAR）处于世界领先地位，该系统可稳定和调节电网输电及工业运行中的电压，具有高效率、低能耗的特点，目前已广泛应用于风场并网中。
   

  多维视角探寻细分赛道

  超导材料与技术是一条极为明确的科创赛道，但要进一步寻找确定性较高的细分赛道并不容易，因为真正的爆发点、转折点潜藏在基础科研中（例如常温超导材料），而基础研究的不确定性又太高。退而求其次，我们可以从技术、市场、资源这三个可见维度出发来进行筛选，类似于从“浮在水面上的冰山”观察“洋流”的走向。

  技术层面主要考察技术成果富集度、技术成熟度等因素。从上图所示超导相关的专利岛图可知，大量的技术成果聚集在超导材料、MRI、超导限流器、磁悬浮、超导量子计算等领域。其中，超导量子计算虽是量子计算最主要的技术路线之一，但目前还处于早期研发阶段，离商用有一定距离。

   

  市场层面则关注需求、市场容量等条件。每个细分领域技术替换的难度与进程不同，其市场空间的释放也有差异。以技术相对成熟的超导磁悬浮为例，由于国内轨道交通主干网络至少在2030年以内都将以高铁普及为主，且高铁额定速度有升级到400Km/h的空间，因此超导磁悬浮列车在近中期内不会推广，而是作为600Km/h及以上的超高速铁路的储备技术，或以示范线形式存在。

   

  资源层面主要包含人才、企业、资本等要素。比如备受瞩目的高温超导输电，因其具有损耗低、容量大、体积小、无污染等优点，有望在城市电网改造、狭窄走廊主干电网、需求特殊且常规技术难以解决的场合进行工程应用和推广。今年2月21日，我国首条公里级高温超导电缆示范工程在上海宝山区城市工业园启动（材料供应商为上海超导），预计于年底实现挂网运行，以全面、系统验证方案的可靠性、稳定性和经济性。这标志着我国高温超导电缆已完成技术储备、工程建设、人才团队、产业承载的各项准备，资源层面的要素已经充分具备，对产业起步是重大利好。

   

  综合以上维度分析，除超导材料外，可筛选出超导磁体与MRI、超导电缆、超导限流器、超导滤波器等几条相对明确的赛道。
   

  认准优质企业，跑到弯道前边等车来

   

  即便是优质的超导技术企业，也有很大概率在中短期内不会出现业务的爆发增长。但只要方向明确，就可以跑到弯道前边等着“车”到来。这里以超导磁体与MRI为例进行分析。

  

  当前低温超导材料最大的商用市场在医学诊断领域，其中MRI设备超导磁体用线材市场规模约30亿欧元/年。对MRI设备而言，更大的磁通量能带来更加灵敏、清晰的成像，而超导磁体是大磁通量MRI的最佳技术路线。

   

  2017年我国医用MRI设备每百万人拥有量仅6.2台，与发达国家的平均40台相比落差明显，有极大增长空间。国家卫健委发布的《2018-2020年大型医用设备配置规划的通知》提出：到2020年底，全国规划配置大型医用设备22548台，新增10097台。其中，1.5T及以上磁共振成像设备新增台数为4451台，即使按每台1000万计算，也有450亿的市场空间。目前国内有西部超导、上海联影、奥泰医疗、苏州朗润、宁波健信、江苏美时等近20家企业在政策扶持下生产医用超导磁体或MRI，正成为国产替代的中流砥柱。这其中，除西部超导、上海联影外，绝大部分企业都还未上市。

   

  超导电缆、超导限流器、超导滤波器等也都有比较大的市场空间，但国内能做出产品的企业并不多。考虑科创能力、产品实力、市场潜力等因素，我们对其中未上市的优质企业做了简要梳理，如下表所示。

  

   

  结语

   

  已经发展了上百年的超导技术是高度确定的颠覆性技术，但对下游产业的颠覆性影响中短期内尚难以实现，而是会呈现逐渐渗透的态势，究其原因在于超导材料的研发应用是一个渐进的过程，相伴随的技术复杂度也较高。这也正是颠覆性技术发展的不确定性和风险所在。

   

  超导应用极其广泛，但电气工业领域将是其未来版图的核心，在研发驱动与应用带领的条件下，有理由相信我国超导产业必然会走向世界前列。这期间，又会有新的优质企业涌现，资本市场对技术创新的包容性、支持性如何，还是需要进一步探讨的话题。

  原创： 周攀