从ITER的困境到商业核聚变的崛起:中国公司的机遇与挑战

文摘   2024-12-28 09:01   北京  

尽管 2024 年已悄然过半,完全实现可控核聚变这一宏伟愿景仍未达成,然而,当下全球核聚变产业发展态势迅猛,尤其是中国商业核聚变公司异军突起,正逐步迈向国际舞台的中央,为这场能源变革注入全新活力。

一、全球核聚变热潮涌动

自 2021 年起,全球核聚变领域仿若被按下了加速键,一系列重大进展引发广泛关注,促使聚变产业成为能源领域当仁不让的焦点话题,进而带动行业融资规模呈指数级增长。


美国联邦聚变系统公司(CFS)倾力打造紧凑型聚变发电装置,凭借先进的技术设计与工程工艺,试图突破传统核聚变装置的诸多局限,为商业化应用开辟道路。几乎同期,美国国家点火装置(NIF)高调宣布激光核聚变点火取得阶段性“成功”,这一成果瞬间点燃了科研界与产业界的热情,诸多科研团队与初创公司受此鼓舞,纷纷投身核聚变研发浪潮。

同一时段,人工智能(AI)技术蓬勃发展,数据中心的耗电问题随之急剧攀升,成为科技行业进一步拓展的巨大阻碍。微软、OpenAI 等科技巨头洞察到可控核聚变在解决这一困境上的巨大潜力,果断将资源向该领域倾斜,期望借此突破能源瓶颈,保障自身业务的可持续发展。这一举动不仅引发社会大众对核聚变的广泛热议,更吸引了大量跨领域资本涌入,加速了产业的发展节奏。

技术协同创新成为推动核聚变商业化的关键力量。一方面,AI 技术深度融入核聚变研究,助力科研人员攻克等离子体精准控制难题。以美国普林斯顿大学团队为例,他们今年于《Nature》杂志发表的重大成果表明,开发的 AI 模型可对可控核聚变装置托卡马克中的等离子体进行实时监测与精准预测,提前 300 毫秒捕捉等离子不稳定态,及时调整装置参数,有效避免等离子体撕裂风险,保障核聚变反应的稳定持续进行。


另一方面,高温超导材料规模化应用带来托卡马克装置的革新。相较于传统低温超导,高温超导材料临界温度在液氮温度 77K(-196℃)以上,具备零电阻导电与完全抗磁性特性,大幅降低制冷成本的同时显著缩小托卡马克装置体积,使得建造小型化、经济型核聚变装置成为可能,为商业化进程扫除诸多障碍。

行业乐观情绪高涨,初创公司纷纷立下雄心壮志。据聚变行业协会(FIA)发布的《2024 年全球聚变行业报告》,全球 45 家核聚变商业企业参与调研,累计融资规模高达 71 亿美元,较 2023 年新增 9 亿美元,增幅近 15%。


深入分析受访企业数据,3 家企业笃定 2030 年之前实现电力入网,22 家预计在 2030 - 2035 年达成这一目标。技术路线方面,呈现多元化格局,8 家采用仿星器技术,倚重其独特的磁场结构实现等离子体约束;7 家钟情激光惯性约束,借助高能激光驱动核聚变;托卡马克、球形托卡马克、场反位形(FRC)技术路线各有 3 家拥护者,凭借不同技术优势在市场中争得一席之地。美国 CFS 公司更是抛出重磅计划,于当地时间 12 月 17 日宣布拟在弗吉尼亚州建造全球首个电网规模聚变发电厂,预计 2030 年代初并网发电,一旦成功,将彻底改写人类能源版图。

二、中国商业核聚变公司崛起

在中国,商业核聚变公司蓬勃发展,2024 年迎来诸多关键突破,强势加入全球商业核聚变竞赛行列,展现出雄厚的技术实力与创新精神。

陕西星环聚能科技有限公司(简称星环聚能)成立于 2021 年 10 月,作为行业新生力量发展迅猛。今年 2 月,公司创始人兼 CEO 陈锐在接受界面新闻专访时明确表示,计划“六七年后打造出可输出电能的示范‘人造太阳’”。可控核聚变商业化进程复杂,需依次构建实验堆、工程堆与商业堆。星环聚能深知其中艰辛,致力于在商业示范堆建成后,迅速切入电力市场,将聚变技术转化为实际电能,为缓解能源供需矛盾贡献力量。

能量奇点能源科技(上海)有限公司(简称能量奇点)在技术创新上成绩斐然。今年 6 月,由其自主设计、研发与建造的洪荒 70 装置成功实现等离子体放电,创造两项“全球首台”纪录:既是全球首台全高温超导托卡马克装置,也是全球首台商业公司主导研发建设的超导托卡马克装置,彰显中国企业在前沿技术攻坚中的卓越实力。公司乘胜追击,规划 2027 年建成下一代强磁场高温超导托卡马克装置——洪荒 170,剑指 Q>10 商用目标。这里需明确,聚变三重积(等离子体温度、密度和能量约束时间的乘积)是衡量聚变成效的关键指标,学术界公认该数值达到 10 的 22 次方为点火条件(Q>1),Q>10 则是迈向商业化运营的重要里程碑。

瀚海聚能(成都)科技有限公司(简称瀚海聚能)独辟蹊径,聚焦磁约束中的场反位形(FRC)直线型装置。FRC 装置摒弃环形场线圈,依靠内部等离子体反向电流生成反向磁场,构建封闭磁场结构实现高效等离子体约束。今年 8 月,公司相关负责人向界面新闻透露关键节点:已全力筹备装置工程化,今年下半年首代实验装置将开工建设,预计 2025 年竣工;此后按规划推进,第二代装置 2026 年启动设计建造,终极愿景是实现净发电,预期 2028 - 2030 年公司迭代装置可达成 10 - 50 兆瓦发电能力,有望填补国内相关技术空白,助力能源结构优化。

2024 年 3 月成立的合肥星能玄光科技有限责任公司(简称星能玄光),依托中国科学技术大学核学院科研力量,专注直线型场反磁镜可控核聚变技术研发。这一细分领域技术难度颇高,但潜在应用价值巨大,星能玄光旨在深挖技术潜力,为中国商业核聚变产业发展添砖加瓦。

三、政策资本强力助推

中国商业核聚变公司的腾飞,离不开政策的精准引导与资本的鼎力支持,二者紧密配合,为产业发展筑牢根基。

回溯至 1983 年,中国高瞻远瞩地制定“热堆 - 快堆 - 聚变堆”三步走核能发展战略,为后续几十年核能产业发展铺就坚实道路。步入新时代,政策扶持持续加码。2023 年,国务院国资委启动未来产业启航行动,明确可控核聚变为未来能源核心方向,同年末,由 25 家央企、科研院所、高校组成的可控核聚变创新联合体宣告成立,整合各方优势资源,为产业发展注入强大动力。

2024 年政策利好频传。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》,着重强调开展“人工智能 +”行动,加快包括核聚变在内的未来能源产业创新发展,推进前沿技术研究。地方政府积极响应,以上海为例,上海市经信委、市发改委等联合印发《上海核电产业高质量发展行动方案(2024 - 2027 年)》,聚焦磁 - 惯性约束聚变能源系统关键环节研发,志在打造国际先进聚变能源中心。在此背景下,上海未来聚变能源科技有限公司于 11 月 20 日成立,注册资本 10.26 亿元,股东涵盖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,均由上海市国资委直接或间接控股,为公司发展提供雄厚资金保障。

资本层面同样热情高涨。2023 年 5 月,聚变新能(安徽)有限公司完成 15 亿元天使轮融资,投资方汇聚皖能电力、蔚来汽车、合肥产投集团等。2024 年,公司发展势头迅猛,注册资本从 50 亿元跃升至 145 亿元,股东结构多元化,涵盖大型国有集团、私人资本、地方政府、科研机构等,如中国石油集团昆仑资本有限公司、蔚来控股有限公司等纷纷入局。同年 5 月,公司再获安徽国控集团、皖能电力、中石油昆仑资本和中国科学院合肥物质院 A 轮融资。星环聚能也在今年 3 月宣布完成数亿人民币 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,资金精准投向新一代聚变验证装置研发建设。

产业链角度,银河证券研报指出,核聚变产业链涵盖上游材料、中游超导磁体、第一壁相关结构、真空模块及下游电站运营等关键环节。其中,高温超导强场磁体作为紧凑型托卡马克核心部件,技术门槛高、商业价值大,占托卡马克系统成本 40% - 50%。市场敏锐捕捉商机,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,为高温超导强场磁体研发注入活力。

综上,2024 年全球核聚变产业在技术、市场、企业等多维度协同发力下,大步迈向商业化。中国商业核聚变公司借助政策与资本东风,在技术创新与产业布局上成效显著,未来有望在全球能源变革中担当关键角色。

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