通信行业市场前景及投资研究报告：踔厉奋发砥砺前行龙行龘龘

01新年献礼——五大行业前瞻核心观点➢

回顾2023年，我们看到在海内外数字化趋势坚定向前的趋势下，通信板块涌现出诸多投资机会：生成式AI带来的算力设备&光模块需求，科技巨头SpaceX、等带动的卫星互联网产业链、服务器、操作系统+智能终端相关需求。新年伊始，我们捕捉到科技领域五个非常有有想象空间的前瞻场景，这些科技场景都有巨大的潜力改变人类的生活方式，也将带来相关投资机会。➢

卫星互联网：6G网络最深刻的变革之一在于从传统的地面接入向空天地海全方位多维度接入的转变。天基（卫星互联网）是6G网络架构的重要环节。“5G兼容，6G融合”、“泛在连接，万物智联”，卫星互联网将是新一代通信网络的最基础设施。➢

人形机器人：随着大模型为机器人赋能，人形机器人将成为任务的“执行器”，助力解决人口老龄化、劳动力短缺的问题。同时我们认为“执行器”不局限于硬件层面，未来虚拟人助手的市场空间也相当可观。“执行器”的发展将为云计算、AI模组等领域带来强劲需求。➢

脑机接口：脑机接口的市场应用起点在于医学，在严肃医疗和消费医疗领域都有广阔的市场空间。除此之外，非侵入式的脑机接口可延伸应用于医疗、教育、家居、娱乐等多个场景，有望改变智能交互形式；未来元宇宙和脑机接口有望在信息层次相结合，是人类与未来世界通信的窗口。➢

AIGC应用：随着Pika的爆火，AI生成视频成为AI界热门的讨论方向。我们认为个性化视频的智能生成可能会重新颠覆重塑AI应用。同时，AI生成视频属于多模态应用，其复杂的算法对于算力的需求可能显著高于生成文字的需求。➢

能源变革：氢能是实现双碳目标的重要推动力。不仅由于氢储能能够平滑风光发电的间歇性和波动性，氢本身也可以作为燃料，用于炼钢等非电能源消费领域。可控核聚变则是用少量的质量获取巨大的可控能量，核心是突破能源的量效限制，“人造太阳”是人类的终级能源。➢

风险提示：AI落地不及预期；客户资本开支不及预期；国际形势变化风险。*01020304050607卫星互联网人形机器人脑机接口目录AIGC应用能源变革重点标的梳理及投资建议风险提示*01.卫星互联网*卫星互联网是第三代互联网基础设施革命1.1➢

卫星互联网即利用人造地球卫星作为中继站转发或发射无线电信号，从而实现两个或多个地球站之间的通信联结。卫星互联网通过一定数量的卫星形成规模组网，从而辐射全球，构建具备实时信息处理的大卫星系统，是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络。卫星互联网是继有线互联、无线互联之后的第三代互联网基础设施革命。➢

卫星通信优势主要体现在低时延、低成本、广覆盖、宽带化。➢

低轨卫星是卫星互联网建设的主要方案。虽然中高轨卫星具有寿命长、单星容量大等优势，但由于其轨道离地面的物理距离过长，因此无法提供低时延通信，并且无法实现全域覆盖。而低轨小卫星虽然单体寿命较短，单星容量较小，单星覆盖能力较弱，但受益于低轨道离地面的距离更短带来的更低传输时延以及大规模布网带来的总容量提升而成为主流选择。表1：卫星通信的特点图1：高低轨卫星可联合组网特点描述与传统光缆传输对比，卫星通讯的速度非常接近光速的理论值，比现在主流的光缆连接的解决方案相差近

1/3的光速，能够达到几十毫秒级别的较低延迟，这在对时延较为敏感的行业具有重要的现实意义。光缆的铺设不仅仅是光缆本身的成本，还得考虑到海底和陆地的部署、维护、运营，尤其是考虑到一些偏远的国家和地区。而与地面5G基站和海底光纤光缆等通信基础设施相比，卫星的研发制造成本低而且可控，软件定义技术还可以进一步延长在轨卫星的使用寿命，整体建设成本低于地面通信设施。相对来说部署快速灵活。卫星互联网长时间运营成本低，避免全球庞大基站建设。低时延低成本卫星互联网的最终目的在于接入更多没有接入互联网服务的用户，并非是要取代现有的基于陆地和海底光缆的网络基础架构，不受地形、地域限制，对于不容易建设基站的自然环境，如沙漠、海洋、热带雨林、沼泽地等区域可轻易实现覆盖。高频段、多点波束和频率复用等技术的使用显著提升了通信能力，降低了单位带宽成本，能满足高信息速率业务的需求，扩大应用场景。广覆盖宽带化料*图2：卫星互联网进程梳理进程梳理1.2✓短期内星座建设进度主要取决于火箭运力与成本问题。国家队在火箭领域占主导地位，但同时我国民营公司也积极发挥效率优势，在验证发动机燃料及火箭回收技术等方面做出了巨大的贡献，近两年成果斐然。结合在研及在建火箭情况，我们认为2023年只是开始，2024及后续年份将迎来火箭试飞及卫星发射的放量期，火箭的降本增效有望加速实现。✓手机直连是卫星互联网最重要的热点，也是商业航天

需

求

起

量

的

根

本

。

在

SpaceX

、

铱

星

、

ASTmobile、、苹果等公司积极参与下，手机等智能终端正在与卫星网络加速融合。我们认为手机直连卫星将为卫星通信服务带来大批量客户，同时催化汽车、ARVR等设备连接卫星。✓✓6G最深刻的变革在于从传统的地面接入向空天地海全方位多维度接入的转变。卫星互联网后续有望朝“5G兼容、6G融合”方向演绎，即在现阶段复用5G技术，并利用5G规模优势降本，在6G时代，卫星与地面蜂窝通信将统一空口、统一接入、统一认证方案，实现系统级的有机结合。料*前瞻：卫星互联网即是6G，开启“泛在连接，万物智联”新时代1.3➢

6G网络架构最深刻的变革之一在于从传统的地面接入向空天地海全方位多维度接入的转变。天基（卫星互联网）是6G网络架构的重要环节。我们认为在5G阶段，卫星互联网将以与5G兼容的技术路线为主，而6G新阶段，陆地移动通信将与高中低轨卫星通信实现系统层面的有机融合，在设计之始就与地面蜂窝通信统一空口、统一接入、统一认证方案。卫星将是新一代网络的最基础设施。图3：卫星互联网进程梳理✓

泛在连接：消除世界上所有的不联网地带。卫星互联网一方面能够让网络信号触达所有基站铺设成本高的欠发达地区，另一方面提高了信号抗毁性，即使发生了飓风、洪水等灾害破坏了手机信号塔，手机依然能够联网。✓

万物智联：6G在定位精度、长距离传输时延、传输速率、连接密度上都有显著提升，我们认为6G与物联网的深度融合能够催生更多创新应用，丰富数字化服务、数字金融、孪生医疗、全息教育、元宇宙媒体交互等服务业新场景，满足更多人群、更多领域的数字生活服务需求。➢

卫星互联网是国家将是贯穿“十四五”

的重要投资阵地。从1G到5G，移动通信的网络覆盖主要靠增加基站来实现，基站建设资金

一般为运营商的资本开划定的“新基建”信息基础设施，卫星互联网支。而卫星互联网的网络覆盖主要靠卫星网络实现，因此我们认为一方面卫星运营商与地面网络运营商的合作新模式可能带来商业模式的重构，另一方面若卫星“通导遥”功能打通，将进一步激发各类信息网络间的协同集群作用，拓展汽车等下游用户。料，*卫星互联网产业链4大环节:

卫星+火箭+运营与设备+终端应用1.4➢

卫星及其应用产业链较为复杂，总体分为四个环节:电器元件材料等卫星火箭配套厂商

+卫星研制商、发射服务提供商以及地面设备制造商

+卫星运营商与卫星应用服务提供商

+终端用户(

政府、企事业单位、个人)图4：卫星互联网产业链示意料*02.人形机器人*人形机器人：具身智能的重要载体，自行拆解任务的“执行器”2.1➢

具身智能（Embodied

AI）是指一种基于物理身体进行感知和行动的智能系统。具身智能能够通过感知器和执行器与环境进行交互，并根据环境的变化做出相应的决策和行动。机器人产业已经进入具身智能时代，相比传统的工业机器人、协作机器人等，具身智能机器人有着智能化程度高、工作场景限制小、能够自主规划复杂工作的特点。➢

让机器人产业进入具身智能时代最核心的推动力是大模型涌现成为真正的生产力。大模型的能力与机器人的需求十分契合，只需要告诉机器人它要做的任务是什么，机器人就会理解需要做的事情，拆分任务动作，生成应用层控制指令，并根据任务过程反馈修正动作，最终完成人类交给的任务，整个过程基本不需要或者仅需少量人类的介入和确认。表2：具身机器人发展历程图5：大模型推动机器人产业进入具身智能时代时间发展阶段智能化程度工作场景工作任务成熟度代表产品2008年以前工业机器人产线自动化机器智能机器智能人工智能固定简单重复工作人机协作完成复杂工作自主完成简单工作自主规划复杂工作成熟期机械臂、轨道机器人2008-2015年2015-2023年协作机器人智能机器人可移动可移动可移动成长期成长期培育期物流机器人等手术、陪护机器人等通用人形机器人2023年及以后

具身智能机器人料*人形机器人：具身智能的重要载体，自行拆解任务的“执行器”2.1➢

人形机器人在通用性、交互性等多方面独具优势，是现在与未来具身智能的重要载体。➢

人形机器人又称仿人机器人或类人机器人，指具有人的形态和功能的机器人，包括拟人的肢体、运动与作业技能（形似），以及感知、学习和认知能力（神似)。在通用性方面，由于人形机器人贴合人类形态设计，身体结构灵活度很高，具有广阔的工作活动空间，且这种设计有助于机器人快速模仿人类动作；交互性方面，由于人形机器人看起来与人类相似，因此能够提供更高的接受度和熟悉感，有助于营造人与机器之间更和谐的交互氛围。➢

人形机器人是具身智能的物理形态之一，由于人形机器人在通用性、适应性、交互性等方面存在优势，与具身智能的内涵非常契合，因此我们认为人形机器人是具身智能的重要载体，同时也是理想的任务执行器，有广阔的发展空间。马斯克预测未来全球人形机器人的数量有望达到100~200亿台。表3：人形机器人的优势优势内容人形机器人贴合人类形态进行设计，因此可以更大程度执行与人类活动能力相仿的任务，即人能做到的，人形机器人应该也能做通用性到；且在现有模仿学习技术下，人形机器人能更好地复制人类的动作，便于分析和完成复杂的工作。相较非人型机器人，人形机器人看起来与人类相似度更高，部分人形机器人具有面部表情、肢体语言和语音功能，使它们能够更交互性自然地与人类进行社交互动，在医疗和教育等对于有效沟通有较高要求的场景尤为有益。灵活性适应性人形机器人自由度多，结构灵活性高，适合执行需要灵活性和复杂动作的任务，比如医疗领域的手术辅助或者灾难救援人形机器人通过仿人设计理念更容易融入现实生活场景，而不用对现实生活场景做过多改造。料*进程梳理：大模型是机器人进入具身智能时代的核心推动力2.2图6：机器人操作系统的发展历程✓

操作系统是机器人的大脑，机器人操作系统经历了以下发展阶段：早期机器人使用以PLC为代表的控制系统，只能完成固定功能；后续ABB、KUKA等机器人巨头开发闭源操作系统，进入狭义操作系统时代；目前各厂商正积极基于ROS等开源系统打造全栈广义操作系统的时代。图7：大模型与机器人操作系统的结合✓

大模型与操作系统的结合是机器人进入具身智能时代的核心推动力。2023年以来随着大模型应用拓展，谷歌、微软、英伟达等公司都在积极布局前沿具身大模型或机器人操作系统。料*前瞻：执行器不局限于硬件层面，虚拟人将是更大空间2.3图8：上述主要制造业大国老龄化严重➢目前，老龄化已成为大多数制造业大国和资源国不得不面临的问题。对我国来说，全球化红利对于中国白领阶层的扩容已经临近顶峰，但同时劳动力供给端的白领化趋势使得劳动力市场出现供需错配，蓝领人群的结构供给不足同样构成短板。在这个背景下，更彻底的智能化产业转型、找到能够承担更多任务的“执行器”是可能的解决路径。➢➢➢以人形机器人为代表的具身智能机器人具有自我学习闭环，机器人在大模型的帮助下，理解指令，拆分子任务和动作，生成底层规划指令，并根据任务的执行效果进行改善和修正，极大地辅助了机器人的自主运行。仅需少量甚至无需人类介入和确认是具身智能机器人高“执行力”的关键。强大的大模型、算法和云等软件能力有望降低机器人对硬件的性能需求，进而实现机器人成本优化。智元远征A1预计成本不足20万元，特斯拉Optimus人形机器人价格预计仅为2万美元，未来人形机器人将开启万亿级别的蓝海市场。图9：虚拟人形象镜JING以人形机器人为代表的具身智能机器人只是“执行器”内涵的一部分，“虚拟人”可能会是执行器的扩充。除了体力劳动交由人形机器人外，我们可以把部分不需要物理作业的脑力劳动交由“虚拟人”解决（如教学、诊断等场景）。我们认为随着人工智能技术的进步，虚拟人也将有能力接手更多的脑力劳动。另一方面，人形机器人的发展同时也将加深人们对于具身智能、大模型的理解，步。“超脑”的进➢我们未来可以想象这样一个场景：每个人在未来都有一个虚拟人（物理载体可能是手机或电脑），我们在做出宏观决策后让虚拟人细化，随后指挥人形机器人执行。

比如科研工作者想了解一种技术，可以用虚拟人先对相关文献进行学习，然后虚拟人以对话或生成视频的方式传授给人类，人类学习后完成规划，并指挥相关人形机器人执行。料*03.脑机接口*3.1

脑机接口：人脑与外界直接交互的桥梁➢

脑机接口（Brain

Computer

Interface,BCI）：不依赖大脑的正常输出通路（即外围神经和肌肉组织）就可以实现人脑与外界（计算机或其他外部装置）直接通信的系统。脑机接口系统由七大部分组成：大脑、脑信号采集、脑信号预处理、信号解析、控制接口、外部控制设备和神经反馈，形成了一个闭环。外部设备可以是不同型号的计算机或各类器械设备，如日常的笔记本电脑，用于治疗用途的脑起搏器，或是轮椅、假肢等外部控制设备。图9：脑机接口工作方式示意图10：三种脑机接口机理与比较侵入式半侵入式非侵入式侵入式脑机接口通常直接植入到大脑的灰质，此类脑机接口主要用于重建特殊感觉（例如视觉）以及瘫痪病人的运动功能。半侵入式脑机接口一般植入到颅腔内，但是位于灰质外，优于非侵入式，且引发免疫反应和愈伤组织的几率较小。非侵入式脑机接口通常是方便佩戴于人体的非侵入式的装置，通过脑电EEG、脑磁、功能性磁共振成像等信号采集帮助刺激大脑。料*图11：脑机接口发展进程梳理进程梳理3.2巴西

Faceb世界

ook实杯用

现意念机械

打字外骨✓国外进展：自1973年加州大学洛杉矶分校教授雅克·维达尔提出“脑机接口”概念，关于脑机接口的科学论证已经进行了五十多年。21世纪初逐渐开始从理论研究转向应用实验及产品开发，在医疗卫生、娱乐游戏领域进展迅速。Cognixion公司发布基于脑机接口的AR头显Synchron实现两例人类脑机意念控制设备Synchron完成首个BCI植入体OpenBCI公司上市VR头显设备Galea骼开渐冻症患者在30分钟内使用大球脑操纵设备发送了两条推特2014年

2017年2020年2021年2022年7月2023年✓国内进展：国内在2021年正式启动“脑计划”，确定了“一体两翼”的发展战略，提供众多政策支持。据睿兽分析数据，2014年-2023年8月20日，中国脑机接口行业发生融资事件170起，已披露融资总额58.45亿人民币。中国电子天津大学促成中国天宫二号太空脑机交互实验标准院发布《脑机接口标准化白皮书（2021版）》南开大学牵头实现全球首例非人灵长类动物接入式脑机接口试验中国浙大植入式BCI协助患者喝可乐BrainCo强脑科技发布Easleep脑机智能安睡仪柔灵发布睡眠脑电监测设备Airdream杭州回车科技推出脑机接口BMIVR一体机2016年

2020年2021年2022年11月2023年3月2023年5月2023年6月✓Neuralink公司：

2016年由马斯克和八名其他联合创办者于美国成立，致力于脑机接口技术的研究及其商业化，其研究进展及产品在脑机领域具有代表性，核心技术为植入物“link”及线程（neutralthreads）

。Neuralink获得FDA的批准启动人体实验“PRIME”项目招募瘫痪患者志愿者进行大脑植入设备人体试验推出该公司第一个侵入式脑机接口设备完成小猴子Pager意念玩游戏实验公布N1

芯片2019年7月2020年8月2021年2023年5月2023年9月料*前瞻：最刚需应用场景——医疗3.3➢

脑机接口的应用起点在于医学，利用脑机接口技术获取上述大脑功能区的信息并进行分析，将有助于神经精神系统疾病诊断、筛查、监护、治疗与康复等工作的开展。根据麦肯锡的测算，全球脑机接口医疗应用的潜在市场规模在2030-2040年有望达到400亿-1450亿美元，其中严肃医疗应用潜在规模在150亿-850亿美元，消费医疗应用潜在规模在250亿-600亿美元。严肃医疗场景举例消费医疗场景举例1.改善失眠、抑郁——脑控助眠仪、脑控鼠标、冥想脑状态监测等产品适用于以神经反馈方式或神经刺激方式治疗疼痛、抑郁症、认知障碍等疾病。2023年，柔灵科技公司发布了一款小型化脑电监测设备Airdream，除通过脑电信号监测睡眠质量外，其搭载了家用睡眠脑电管理系统，通过脑电引导的周期性噪声刺激方式来增强慢波睡眠，辅助用户减压、放松，快速进入睡眠状态。1.视听损伤康复——Neuralink视觉芯片适用于失明、失聪患者。Neuralink公司创始人马斯克表示：Neuralink正在研发一种视觉芯片，预计几年后就能完成，帮助那些失明患者重见光明。2.四肢控制——MoveAgain

BCIby

Blackrock适用于瘫痪、脑卒中、截肢或其他类型的运动障碍患者重新掌控身体。在Blackrock公司进行的临床试验中，瘫痪患者使用MoveAgain

BCI控制机械臂执行任务，以控制自己的四肢和假肢的运动。同时该公司预计还将探索视觉假肢在人体中的应用，目标是到2028年首次在人体中展示Neuralace视觉假肢。2.无创经颅磁刺激、经颅超声刺激等治疗精神类疾病数药智能独立研发的《注意力强化训练软件》获得国内首张治疗儿童ADHD的数字疗法医疗器械证，成为国内ADHD数字疗法领域首款获批的“电子处方药”。非侵入脑机+数字疗法在脑神经疾病领域的应用越来越广泛，在儿童多动症、儿童孤独症、帕金森等相关脑神经疾病治疗领域的有效性已得到充分论证。图12：仿生手亦可演奏图13：注意力康复训练图14：深海豚脑机智能安睡仪图15：柔灵睡眠脑电监测设备料*前瞻：延伸应用——下一代智能交互3.3图16：脑机接口的下一代智能交互应用教育智能家居人车交互娱乐军事料*前瞻：延伸应用——人和未来数字世界的通道3.3➢

元宇宙和脑机接口能够在信息层次相结合，目前人类与虚拟空间的连接主要是通过感官实现（VR眼镜等），而脑机接口的发展则将带来更直接的、连接人与未来数字世界的通道，不仅是实现感官信息的传递，更是直接传达大脑的物理信息。图17：脑机接口将是人和未来数字世界的通道料*04.AIGC应用*AIGC崛起三要素：数据、算力、算法4.1➢

根据《生成式人工智能（AIGC）白皮书》，AIGC

既指使用人工智能生成的内容，也指使用人工智能的内容生产方式，还指使用人工智能生成内容所需的技术集合。➢

AIGC得以高速发展的三要素是数据、算力和算法。数据是训练模型参数的必备，是模型的“燃料”；算力是大模型的底层动力源泉；算法是机器学习的扩展子集，是计算机学习自己操作的方式。表4：AIGC崛起三要素要素具体描述海量的数据以及多种以

ChatGPT

为例，其在互联网开源数据集（训练数据包括手册页、互联网现象信息、公告板系统和

Python

编程语言）上进行训练，引入人工数据标注和强化学习两项功能，实现来自人类反馈的强化学习（reinforcement

learning

from

human

feedback，RLHF）。因此，相比于之前的模型，ChatGPT

可以用更接近人类思考的方式，根据上下文和情景，模拟人类的情绪和语气回答用户提出的问题。类的支持模型训于超算练参数强大算力大模型需要的算力极其夸张，基于

Transformer体系结构的大型语言模型（Large

LanguageModels）涉及高达数万亿从文本中学习的参数，这推动了算力需求的增长。伴随数据海量增长，算法模型趋向复杂，处理对象异构，计算性能要求高，AI

芯片在人工智能的算法和应用上进行针对性设计，可高效处理人工智能应用中日渐繁杂的计算任务。平台、AI

服务器、芯片的快速发展自然语言处理、计算自然语言处理使用机器学习来处理和解释文本和数据，使计算机能够解读、处理和理解人类语言。近年来，随着预训练技术（大模型）升级、算力提升以及海量数据的存储，大模型预训练在该领域取得显著突破。计算机视觉是指让计算机和系统能够从图像、视频和其他视觉输入中机视觉（CV）、多模态机器学习等

AI技术

获取有意义的信息，并根据该信息采取行动或提供建议。多模态机器学习指使用多种不同的数据模态来训练模型，这些模态可能包括文本、积累图像、音频、视频等，将各种数据类型与多种智能处理算法相结合，提高模型的准确性和泛化能力。料*发展进程：以Chatgpt为出圈点，后续终端应用落地不断4.2➢

软件层面：AIGC+办公、教育、影视、电商等应用场景图18：AIGC为影视作品制作海报图19：Copilot

的上线有望引领办公软件生成式

AI革命浪潮图20：大模型迭代推动教育应用能力升级➢

硬件层面：AI可穿戴产品层出不穷，如AI

PIN、Rewind智能吊坠、Meta智能眼镜、WHOOP智能手环等。图21：AI

Pin图22：Rewind

Pendant图23：Ray-BanMeta料*前瞻：AI生成视频产生巨大颠覆；AI+终端带来新增长周期4.3➢

传统AI生成视频技术，与早期手绘动画类似，首先生成多帧静止图像，之后将这些图像连接起来，并通过一帧帧图像的渐变，实现画面的运动。Pika引领AIGC进入“梦幻电影”时代，其使AI生成内容从静态的文本/图片走向了动态的视频。我们认为Pika的火爆或带动市场出现更多AI产品，过去的应用壁垒可能会被AI应用重新颠覆重塑。同时，AI生成视频属于多模态应用，其复杂的算法对于算力的需求可能显著高于图24：Pika可实现通过文字指令实时改变视频内容生成文字的需求。抽象形象个性化视频可能成为今后大模型呈现给用户的交互方式协助电视剧、电影创作模型能够理解人类逻辑生成个性化视频模型能够理顺生成内容逻辑➢

回顾PC及智能手机的发展，改善交互的代表包括1980s-1990s图形交互界面的出现及完善、2010s以来触屏手机快速成长，我们判断AIPin等产品带来交互变革，推动终端市场进入新的增长周期。图25：终端交互趋势——更加直观、便携、无形化料*05.能源变革*氢能：潜力巨大的清洁二次能源5.1➢

氢能是氢和氧进行化学反应释放出的化学能，是一种二次清洁能源。➢

氢能作为能源具有诸多优点，包括热值高、利用形式多、无毒无害、储运灵活、环保绿色等。➢

二次能源是一次能源和能源用户的中间纽带，又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。电能是应用最广的过程性能源；柴油、汽油则是应用最广的含能体能源。由于过程性能源很难大量直接贮存，因此含能体能源有其不可替代性。传统的汽油柴油等终会枯竭，而氢能是独特的、无需依赖化石燃料的、储量丰富且可再生的含能体能源，从这个层面来讲氢能可能成为和电能同等重要的二次能源。表5：氢能的优点图26：未来氢能会是和电能同样重要的二次能源优点环保具体表现氢气和氧气可以通过燃烧产生热能，也可以通过燃料电池转化成电能;而在氢转化成电和热的过程中，只产生水，并不产生温室气体或细粉尘热值高热值可达到143MJ/kg，约为汽油的3倍，酒精的

3.9

倍，焦炭的

4.5

倍氢气在单位质量下具有很高的能量密度，比传统燃料如汽油和柴油更高。这意味着相对较少的氢气可以提供更多的能量，使其在储存和运输方面具有优势高能量密度氢气可以通过水电解、生物质转化、太阳能和a风能等可再生能源的利用来生产。这些能源的可再生性可再生性使得氢能成为可持续发展的能源选择氢可以气态、液态或固态的金属氢化物等形态出现，能适应不同场景的要求。相比电池等其他能源储存技术，氢气具有更高的能量密度和较长的储存时间储运灵活损耗少可以取消远距离高压输电，以远近距离均可的管道输氢为取代，安全性相对提高，能源无效损耗减少氢能不仅可以用作燃料，还可以在许多领域进行应用。例如，氢气可以用于发电、供暖和工业生产过程中的燃料，也可以用于氢燃料电池车辆的动力源。此外，氢气还可以作为能源储存和传输的媒介多样性应用料*氢能：耦合风光发电，是碳达峰、碳中和的最终解决方案5.2➢

能源结构转型是必由之路，碳达峰、碳中和背景下，可再生能源发电将逐渐成为发电主体。但风能、太阳能等可再生能源具有间歇性和波动性，必须发展大规模的储能来进行储存和调节。氢储能可以利用风光富余电能电解水制氢，再在应用环节转化为电能或直接使用，帮助电网实现大规模调峰和跨季节、跨地域储能，加速推进各行业低碳化进程。➢

氢能相比电化学储能，是一种大规模、集中式、长周期的方式，因此氢能将是日后实现深度脱碳的必然选择。（氢能无自衰减，因此长时储能边际成本低，更适配长周期储能；氢能扩充只需要同比例增加储氢罐的数量，边际成本低，但短时间内储氢效率低，因此更适配大规模、集中式的储能背景。）图27：储能与发电的耦合过程料*可控核聚变：释放巨大能量，反应条件苛刻5.3➢

核聚变是两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。第一代核聚变反应堆的原理是氘（氢的同位素，一个质子和一个中子组成）和氚（氢的同位素，一个质子和两个中子组成）之间发生聚变反应，产生氦和1个中子，并释放能量。➢

聚变能具有燃料丰富、清洁、安全性高、能量密度大等突出优点，被视为终极能源。➢

但核聚变反应发生的条件较为苛刻。一是需要足够高的温度，使燃料变成超过1亿摄氏度的等离子体；二是一定的密度（n），这样两原子核发生碰撞的概率就大；三是一定的能量约束时间（TE），等离子体在有限的空间里被约束足够长时间；三者的乘积称为聚变三乘积。根据劳逊判据，只有聚变三乘积大于一定值，才能产生有效的聚变功率输出。表6：核聚变作为能源的四大优势图28：核聚变的过程优势丰富具体描述核聚变的原料是重水，可以直接从海水中提炼。据测算，海水中氘的质量浓度为0.03g/L，因此，地球上仅在海水中就有45万亿t氘。1L海水中所含的氘经过核聚变可提供相当于300L汽油燃烧后释放出的能量。如果把海水中的氘全部用于核聚变反应，其释放出的能量足够人类使用几百亿年。虽然在自然界中不存在氚，但利用反应堆产生的中子轰击氟化锂、碳酸锂或锂镁合金就可以大量生产氚，而海水中含有大量的锂。原料核聚变的过程及其产物均不会对环境造成污染，也不会造成核泄漏的危害。核聚变不同于核裂变，其反应后产生的物质是惰性气体氦，不产生放射性物质，不会污染环境。清洁无污染释放能量大核聚变产生的能量是核裂变反应的四倍，而且聚变反应可以成为未来聚变动力堆的基础。理论上，只要有几克这些反应物，就有可能产生一太（万亿）焦耳的能量，这大约是发达国家的一个人在

60

年内所需要的能量。聚变反应堆不会产生高放射性、长寿命的核废物，而且聚变反应堆几乎不可能发生熔毁。核聚变的产物质量小，半衰期极短，不产生放射性核废料。而且只要去掉核聚变反应条件中的任何一项，反应就会彻底停止。安全性更加可控料*磁约束是实现聚变能开发的有效途径，托卡马克是主流装置5.4➢

由于实体容器不可能约束极高温度的热核聚变燃料（但反应也需要在特定容器内进行），只有场可以进行约束，从场的类型来看，实现核聚变有引力约束、磁约束和惯性约束三种。➢

三类约束方式中，引力约束无法在地球上实现，惯性约束难以实现持续的聚变功率输出，因此磁约束核聚变是实现聚变能开发的有效途径。磁约束利用磁场对运动原子核产生的洛伦兹力产生约束，聚变燃料在极高温下会完全电离为由原子核和自由电子组成的等离子体，倘若让这团等离子体置身于强磁场的空间，带电的原子核与电子在垂直于磁场方向不再自由只能沿着磁场方向做回旋运动，从而受到约束。➢

磁约束核聚变常用的实现方式是托卡马克和