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“终极能源”怎么走好商业化之路?

新闻来源:能源评论杂志 发布日期:2026-10-29

《中华人民共和国原子能法》明确国家鼓励和支持受控热核聚变的科学研究与技术开发,“十五五”规划明确将核聚变能列为未来能源,这标志着核聚变从长期基础研究升格为国家战略性未来产业。

核聚变作为“终极能源”,燃料资源潜力突出,在“双碳”目标背景下的战略价值很高。将核聚变纳入未来产业规划是极有远见的前瞻布局。

据美国聚变工业协会(FIA)统计,全球聚变领域累计私人投资已经超过140亿美元,超过60家商业公司给出各自装置的时间表。部分商业宣传将传统的“50年后商用”改写为“20年乃至10年实现商用发电”。但时间预期不等于科学定论。

国际原子能机构《2025世界聚变展望》明确提出,聚变目前处于由基础科学研究转向工程验证的过渡阶段,距离商业化还有多重门槛。研判核聚变前景需要区分三个不同维度的问题:科学可行性、工程可行性、商业经济性。

基础科研进展

近年来,核聚变领域出现了标志性的技术突破,深刻影响了行业发展态势。磁约束聚变方面,中国全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)实现了1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,刷新世界纪录。

美国麻省理工学院衍生的核聚变初创公司(CFS)的托卡马克装置(SPARC)依靠高温超导磁体的更高磁场尝试缩小堆体尺寸,是近期乐观预期的重要技术来源。惯性约束聚变方面,美国国家点火装置(NIF)2022年实现聚变输出能量大于激光靶体输入能量,完成“点火”。但是,该增益仅考虑激光靶体输入能量,没有计入激光器整体电力消耗,整体系统依然处于巨大净能耗状态,“点火”并不等于发电条件达成。

大型装置的时间表同样说明问题。国际热核聚变实验堆(ITER)计划在2036年实现全磁能运行,2039年开展氘氚燃烧实验。该计划只做科学实验,不对外发电,并且项目多次延期,预算大幅上涨,凸显大型聚变装置工程实施本身具有极高的不确定性。

国内路线图方面,中国聚变能源有限公司计划在2027年开启聚变燃烧实验,2035年建成我国首个工程实验堆,2045年建成我国首个商用示范堆。但是,示范堆主要验证整套系统能否稳定运行,距离市场化大规模应用还有较大差距。

支撑“10~20年商用”的底层问题仍未完全突破。如燃烧等离子体长期稳态约束是核心难题,尚未突破。人工智能辅助等离子体控制可显著提升仿真能力,但不能直接消除等离子体不稳定性的物理根源。

中国工程院的研究指出,抗高能中子辐照材料是聚变堆发展的关键瓶颈之一。氘氚聚变产生大量高能中子,持续轰击堆内部件,导致材料在长期辐照下发生脆化、肿胀和服役寿命下降。然而,目前仍缺乏长周期辐照考验数据,尚未形成成熟商用聚变堆材料体系。这意味着,即便等离子体物理条件跑通,堆芯材料能否支撑长周期运行仍是未知数。

氚自持循环系统同样关键。氚是聚变核心燃料,天然储量极少。如果不能实现氚自持,大规模聚变电站会面临燃料供给瓶颈,这是商业化核心挑战之一。

科研人才培养规模与深度

人才不是唯一瓶颈,但却是重要约束条件之一。

国内直接从事核聚变研究的人员主要在中国科学院等离子体所、核工业西南物理研究院两大核心院所,其余分散在高校、企业。其中,真正博士以上的等离子体物理核心科研人员数量有限,大量人才集中在基础物理实验方向,工程化人才缺口更加突出。

现状的结构性矛盾体现在几个方面。

一是基础科研人才相对尚可,工程链条人才储备不足。过去几十年聚变研究以基础科研为主,而示范堆、未来的商业堆需要大量装备设计、制造、运维、安全评估方面的工程师。目前行业现状是很多物理科研人员跨界承担工程任务,出现人才稀释现象,导致原有基础科研力量被分流,工程能力依旧不足。

二是学科建设起步晚,完整人才培养链条尚未成熟。过去国内开设等离子体物理专业的高校数量少。近年来,中国科学技术大学设置相关专业,教育部启动聚变卓越工程师专项计划,但总的招生体量还比较小,属于刚刚起步阶段。人才产出需要10年以上周期,不能短期快速输出大批成熟工程师。

三是人才转化问题。聚变相关专业的博士研究生大部分继续深造或者留在科研院所,直接流向装备制造企业、能源工程企业的比例偏低,科研人才向产业工程师转化通道尚未完全打通。

全球核聚变领域同样面临人才约束。FIA产业报告指出,全球聚变行业普遍存在复合型人才缺口。私营企业快速扩张之后互相挖人,进一步加剧人才竞争形势。

如果目标是10年实现商业化推广,不仅要有研究实验装置的科研人员,还需要数以千计的聚变堆系统工程师、材料研发工程师以及安全评审、供应链技术人员。当前人才存量不足以支撑快速商业化。若稳步发展,通过高校新增专业持续培育,20~30年内逐步扩充人才梯队,比较有现实可能性。

工程经济可行性

必须指出的是,示范堆建成不等于商业推广。示范堆证明技术跑通,商业化要求发电成本可以和其他电源(光伏、风电、裂变核电)竞争,投资者愿意持续投资建设一批又一批电站。

投资成本现状并不轻松。现阶段,ITER实验堆总预算超200亿美元,还不具备发电能力;示范堆造价预估会更高。就私营企业方案而言,不同机构测算:建设一座示范聚变电站,投资普遍为10亿~110亿美元。FIA调研显示:企业平均预估,约27亿美元才能建成商业聚变电站。不同技术路线差异巨大,但这些都属于企业自评估,尚未经过工程验证。

资本成本是度电成本的决定性因素。聚变堆属于重资产项目,建设成本占发电成本的绝大部分,但初期巨额基建折旧会拉高电价。

度电成本与降本难点更加现实。根据IAEA模型推演,按照现有设计的托卡马克聚变堆,度电成本区间为每千瓦时0.7~1.3元。而现阶段国内新建光伏发电、陆上风电度电成本已经低至每千瓦时0.2~0.3元。现有裂变核电度电成本为每千瓦时0.35~0.45元。如果维持现有成本水平,聚变电力将没有市场竞争力。

降本速度是另一个核心矛盾。新技术通常依靠“学习曲线效应”:累计产量每翻一倍,单位成本会按一个固定比例下降。相关研究提出,核聚变行业经验率预估仅2%~8%,中位数约5%,和传统裂变核电接近,显著低于光伏约20%的学习率。这意味着即便逐步建成聚变示范堆,后续成本下降速度也会较慢,很难快速实现电价大幅下探。

值得注意的是,学习率是成本学习曲线中的模型推演参数,不是实测数据,因为至今还没有商业聚变电站,没有迭代量产历史。乐观情景下,高温超导路线有望压低资本成本,但材料、磁体、氚循环系统等核心部件能否大规模量产降本仍有待验证。如果材料、磁体、氚循环全部取得重大突破,学习曲线下降快于预期,资本成本大幅下降,示范堆运行验证稳定可靠,逐步具备商业竞争力,大概率也要到2045~2060年才有可能逐步参与能源市场竞争。

然而,如果氚自持长期无法突破,即便示范堆发电成功,也可能长期困在高成本状态,难以商业化推广。

全链条供应链尚未形成,是另一重工程约束。聚变堆涉及超导磁体、真空系统、氚工厂、远程维护、偏滤器等复杂子系统,每个子系统都需要专门的工业能力支撑。但聚变行业与其他行业相容性差,培育和建立聚变供应体系需要多方协同发力。从产业链培育角度看,当前聚变供应体系仍处于培育阶段,尚未形成成熟的商业化供应链,这也是商业化核心挑战之一。

综合来看,应坚定将核聚变作为国家未来产业进行长期布局,不能被“10年商用”乐观叙事裹挟,同时也不能固守“永远还差50年”的完全悲观论调。更现实的目标是:未来10~20年主要完成多路线工程示范验证。真正的商业化推广取决于材料、氚循环、成本三重瓶颈能否同步突破,存在较大不确定性。

对于产业政策而言,一方面要持续支持基础科研与多技术路线并行验证,鼓励国家队与民营机构协同创新,另一方面要区分技术示范目标与商业化产业目标,理性设置预期,避免过度渲染短期商业化时间表。同时加强聚变学科建设与工程师人才培养,提前布局供应链,为远期产业化做好储备。

[作者:田力,系新核(北京)能源科技有限公司董事长。]