中国商业核聚变启航 | 回望2024⑩

　　2024年的人类依旧没有实现可控核聚变，但中国商业核聚变公司开始走到台前。

　　自2021年起，美国联邦聚变系统公司(CFS)打造紧凑型聚变发电装置、美国国家点火装置(NIF)激光核聚变点火“成功”等消息，推动聚变产业持续成为能源领域的焦点，行业融资规模不断增加。

　　在人工智能(AI)热潮下，2024年数据中心耗电问题日益凸显，微软、OpenAI等科技巨头押注可控核聚变作为解决方案，进一步引发社会对该领域的广泛关注。

　　与此同时，AI技术的进步助力核聚变等离子体精准控制取得突破，高温超导材料规模化应用也为托卡马克装置小型化提供支持，助推核聚变商业化进程。

　　在全球涌现的商业核聚变初创公司中，中国初创公司在今年集中迎来了阶段性突破，在政策、资本的加持下，正式加入全球商业核聚变竞赛，技术路线更加多元、行业产业链不断完善。

　　商业核聚变曙光乍现

　　核聚变是轻原子核结合成较重原子核并放出巨大能量的过程。由于聚变原材料资源相对丰富，且无污染排放，因此可控核聚变被一直认为是人类解决能源问题的重要出路，视为“终极能源”。

　　当前可控核聚变技术路线主要有三种：重力场约束核聚变、激光惯性约束核聚变和磁约束核聚变。其中，磁约束核聚变研究装置包括托卡马克、仿星器、反向场箍缩、场反位形(FRC)及磁镜等。

　　由于实现条件极度困难，核聚变领域有着著名的“50年悖论”，即距离实现可控核聚变永远只有50年。作为全球最大的科研合作项目，国际热核聚变实验堆计划(ITER)就进展不顺，启动时间不断推迟，成本也从50亿欧元飙升至200亿欧元。

　　紧凑型托卡马克设计的出现，是一个重要的转机。它能显著降低成本和建造周期，进而允许私营企业建造商业化核聚变装置。

　　上文所述的CFS成立于2018年，技术源自美国麻省理工学院(MIT)，于2021年9月率先宣布成功研制出全球首个基于高温超导材料的聚变装置磁体，是该条技术路线最为前沿的企业。

　　高温超导是指特定材料在临界温度在液氮温度77K(-196℃)以上，出现超导电性的物理现象，即电流可以在材料中零电阻通过，且具有完全抗磁性。相比传统低温超导，高温超导能够极大降低制冷成本，并缩小托卡马克装置的体积。

　　近年来AI技术进步也帮助提高了聚变过程中对等离子的控制能力。

　　今年，美国普林斯顿大学团队的研究成果登上《Nature》，称他们开发了一套AI模型，实现了可控核聚变装置托卡马克中等离子体的实时预测，能提前300毫秒预测核聚变中的等离子不稳定态，并避免等离子体撕裂的问题。

　　在多种因素的推动下，聚变行业对圆梦“终极能源”的态度变得积极，已有初创公司预计实现聚变发电的时间节点不足10年。

　　当地时间7月17日，聚变行业协会(FIA)发布《2024年全球聚变行业报告》，全球共有45家核聚变商业企业参与调研，累计融资规模达到71亿美元，较2023年增加9亿美元，增幅近15%。

　　调研数据显示，在35家受访回复的企业中，有3家认为2030年之前，该公司就可以实现把电力输送到电网；22家认为，这将在2030-2035年之间实现。

　　在这些企业中，有8家企业采用仿星器技术路线、7家采用激光惯性约束。此外，采用托卡马克、球形托卡马克、FRC技术路线的商业公司均为3家。

　　当地时间12月17日，美国CFS公司宣布，计划在弗吉尼亚州建造世界上第一个电网规模的聚变发电厂，预计2030年代初投入发电。

　　中国商业公司崛起

　　“六七年后，造出可输出电能的示范‘人造太阳’，”今年2月，陕西星环聚能科技有限公司(下称星环聚能)创始人兼CEO陈锐在接受界面新闻专访时表明了近期的商业目标。

　　星环聚能成立于2021年10月，是中国具有代表性的核聚变商业公司之一。

　　可控核聚变商业化通常需要建造实验堆、工程堆和商业堆。陈锐表示，在成功建设商业示范堆后，将进入真正的商业化阶段，将聚变技术应用于实际电力生产。

　　托克马克被誉为“人造太阳”，其装置的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，像一个甜甜圈，在通电时内部会产生巨大的螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度。

　　目前，中国主要的商业核聚变公司还包括能量奇点能源科技(上海)有限公司(下称能量奇点)、聚变新能(安徽)有限公司(下称聚变新能)、 瀚海聚能(成都)科技有限公司(下称瀚海聚能)和新奥集团等，正通过装置建设突破和融资信息不断进入大众视野。

　　今年6月，能量奇点宣布，由该公司设计、研发和建造的洪荒70装置成功实现等离子体放电。这是全球首台全高温超导托卡马克装置，也是全球首台由商业公司研发建设的超导托卡马克装置。

　　能量奇点计划在2027年完成下一代强磁场高温超导托卡马克装置——洪荒170的建设，该装置以实现Q>10为目标。

　　聚变三重积(等离子体温度、密度和能量约束时间的乘积)是衡量聚变效果的参数，学术界认为该数值达到10的22次方时，聚变反应输出的功率才能大于等于为驱动这一反应而输入的功率，达到点火条件(Q>1)，Q>10则是商用条件。

　　中国的商业公司也开始押注托卡马克以外的技术路线。

　　瀚海聚能选择的技术路线就是磁约束中的场反位形(FRC)的直线型装置。FRC是没有环形场线圈的较简单的磁约束系统，内部等离子体产生的反向电流会形成与外部磁场反向的磁场，使得等离子整体形成一个封闭的磁场结构，从而实现对等离子体的约束。

　　今年8月，瀚海聚能的相关负责人曾向界面新闻透露，该公司已在为装置工程化做准备，今年下半年第一代实验装置将开建，并于2025年建成。

　　“第二代装置预计从2026年开始规划建造，目标是能够净发电。”该负责人说，到2028-2030年，公司不断迭代的装置将实现10-50兆瓦的发电能力。

　　2024年3月，合肥星能玄光科技有限责任公司(下称星能玄光)成立，技术来源于中国科学技术大学核学院。该公司称，将专注于研发直线型场反磁镜可控核聚变技术。

　　资本涌入助推产业化

　　国内商业核聚变公司进展不断的背后，是政策和资本的强力支持。

　　早在1983年，中国就提出了“热堆-快堆-聚变堆”三步走的核能发展总战略。2023年，中国国务院国资委启动实施未来产业启航行动，明确可控核聚变领域为未来能源的重要方向，由25家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体也在年末成立，为国内核聚变产业添上一把火。

整理制图：戴晶晶

　　今年3月，国家发改委提请十四届全国人大二次会议审查《2024年国民经济和社会发展计划草案》，提到要开展“人工智能+”行动，加快氢能等未来能源产业创新发展，持续推进核聚变等前沿技术研究开发。

　　以上海为首的地方政府也已出台核聚变产业发展规划。

　　今年3月，上海市经信委、市发改委等部门联合印发《上海核电产业高质量发展行动方案（2024-2027年）》，提出要开展磁-惯性约束聚变能源系统的实验物理、核心技术和关键设备等研发，建成国际先进的聚变能源中心。

　　在政策引领下，今年11月20日，上海未来聚变能源科技有限公司正式成立，注册资本10.26亿元。该公司经营范围包括：新兴能源技术研发、企业管理咨询、企业管理、投资管理。

　　天眼查APP显示，该公司股东包括上海国投科创投资有限公司、上海电气控股集团有限公司、上海申能诚毅股权投资有限公司，持股比例分别为49.3177%、31.1891%、19.4932%。这三家股东均由上海市国资委直接或间接100%控股。

　　今年，国内资本继续强势注入核聚变行业，融资消息不断。

　　其中较为突出的，是聚变新能(安徽)有限公司(下称聚变新能)在今年的注册资本由50亿元增至145亿元，调整后股东涉及大型国有集团、私人资本、地方政府、科研机构等几乎所有类型的出资人，包括中国石油集团昆仑资本有限公司和蔚来控股有限公司。

　　2023年5月，聚变新能已完成15亿元的天使轮融资，投资方包括皖能电力(000543.SZ)、蔚来汽车和合肥产投集团等；今年5月，该公司又获得了来自安徽国控集团、皖能电力、中石油昆仑资本和中国科学院合肥物质院的A轮融资，融资金额未披露。

　　今年3月，星环聚能也宣布，完成数亿人民币的Pre-A轮融资， 由上海知识产权基金领投，华成创投跟投，老股东中科创星、和玉资本跟投。资金将主要用于星环聚能新一代聚变验证装置的设计、研发和建造。

　　可控核聚变商业化离不开上下游产业链的建立，重点环节已成投资热点。

　　银河证券研报称，核聚变产业链主要由上游材料，中游超导磁体、第一壁相关结构、真空模块及下游的电站运营等组成。

　　上海翌曦科技发展有限公司(下称翌曦科技)创始人兼董事长、上海市高温超导材料与系统工程技术中心主任金之俭对界面新闻指出，高温超导强场磁体是紧凑型托卡马克最核心的部件，技术门槛和商业价值都非常高，在托卡马克系统成本中占到40%-50%。

　　今年10月，翌曦科技宣布完成近亿元天使轮融资，由上海道禾、华控基金联合领投，锡创投、成都空港共同参与投资。

（文章来源：界面新闻）

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