核能正重新获得投资者和媒体的关注，因为超过 20 个国家已承诺到 2050 年将其核电装机容量提高两倍。人工智能数据中心的蓬勃发展，正促使谷歌、亚马逊、Meta、OpenAI 和微软等科技巨头探索将核能作为清洁能源的可能性。继与私营核聚变公司 Helion 签订购电协议（PPA）之后，微软最近又宣布了另一项为期 20 年的购电协议，以重启三里岛 1 号裂变核设施。核能的两种基本形式是裂变和聚变，如下所示。根据方舟投资（ARK）的研究，聚变仍面临重大挑战，这使得自 20 世纪 50 年代以来就为美国电网供电的裂变，成为更可行的选择。相较于裂变，聚变能因其清洁、安全和更高的能量密度而备受赞誉，但在过去约 40 年里，它一直处于 “还需 30 年才能实现” 的状态，如下所示。根据研究，核聚变要实现大规模应用，必须先达成三个里程碑：科学收支平衡、工程收支平衡和商业收支平衡，如下所示。科学收支平衡 —— 也称为 “Q>1”，是指输出功率与注入燃料以产生该输出功率所需的输入功率之比。2022 年 12 月，美国国家点火装置（NIF）实现了核聚变领域的首个科学收支平衡。通过基于激光的惯性约束技术，它实现了约 1.54 的 Q 值，随后又提高到约 2.36。尽管他们确实达到了一个重大科学里程碑，但核聚变反应仅持续了几十亿分之一秒，并且损失了引发反应所需能量的约 99%，如下所示。专家们一致认为，这种核聚变方法不太可能达到商业可行性所需的效率。至少从理论上讲，一种有可能实现商业可行性的方法是磁约束核聚变（MCF）。然而，尽管经过了约 75 年的研究，它仍未实现科学收支平衡（Q>1），如下所示。目前的记录是 1997 年由欧洲联合环面（JET）创造的约 0.67 的 Q 值。展望未来，大规模的国际热核聚变实验堆（ITER）项目目标是到 2039 年实现 Q 值为 10。也就是说，虽然国家点火装置已实现科学收支平衡，但尚无项目达到工程收支平衡。即使科学和工程方面的挑战都能得到解决，商业收支平衡也会因多种原因而极具难度。首先，一种关键的核聚变燃料 —— 氚，在自然界中几乎不存在，它主要是重水反应堆中核裂变的副产品。事实上，基于监管和技术因素，重水反应堆及相关的氚生产可能会在 2060 年前逐步淘汰。虽然核聚变反应堆在运行过程中也能产生氚，但启动时需要一定的供应，而且不太可能产生足够的量来实现自给自足。另一个监管方面的考量是，美国核管理委员会（NRC）尚未最终确定针对核聚变反应堆的指导方针，并且目前的研究表明，基于成本因素，核聚变与现有能源相比可能缺乏竞争力。尽管存在这些障碍，仍有约 45 家私营核聚变公司在追逐这一机遇。其中，联邦核聚变系统公司（Commonwealth Fusion Systems, CFS）最具前景。凭借其 SPARC 反应堆，CFS 目标是在 2027 年左右实现 Q>1，比 ITER 提前十多年。高温超导磁体可能使 SPARC 以 ITER 体积的四十分之一达到相同的性能。在我们看来，目前工程收支平衡是关键的监测变量。虽然私营公司对实现科学收支平衡的追求令人振奋，但核裂变的发展历程表明，核聚变发电厂的商业化可能还需要约 15 年，如下所示。也就是说，由于核聚变的核扩散风险较低，如果能取得更快速的研究突破并拥有更简化的监管流程，其商业化进程可能会比核裂变更快。鉴于核聚变面临着巨大的科学、工程和商业障碍，核裂变似乎为满足全球不断增长的电力需求提供了更有前景的核能解决方案。自 20 世纪 50 年代以来，核裂变一直为美国电网可靠供电，它很可能是有助于推动全球经济在 2050 年前实现净零排放的核技术。当然，与此同时，我们也会持续关注核聚变朝着同一目标的进展。欢迎加入我们，连接10万+汽车产业链人员、1000+汽车行业投资机构人员、10000+汽车产业链企业、1000+汽车行业专家、100+地方政府、100+汽车猎头、1000+科创企业！！！！
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