《2023年全球聚变产业》报告的启示与建议.pdf

25中国核工业CHINA NUCLEAR INDUSTRYM月度聚焦全球核聚变产业发展ONTHLYFOCUS2 0 2 3 年全球聚变产业报告的启示与建议伍浩松美国聚变产业协会2 0 2 3 年7 月1 2 日发布2 0 2 3 年全球聚变产业报告，介绍了全球聚变产业近一年发展情况。总体而言，聚变产业呈现蓬勃发展态势：聚变公司数量大幅增加，融资金额持续增长。聚变产业协会总部位于美国华盛顿，是一家非盈利机构，由私营聚变研发企业组成，致力于推进聚变产业协调发展，加速实现聚变能商业应用。该协会从2021年开始每年发布一份全球聚变产业发展报告，此次发布的是第3 份年度报告，主要内容是基于对全球4 3家私营聚变公司的调查结果。聚变产业发展趋势一是公司数量快速增加。参与调查的公司数量从2022年3 3 家增长到4 3 家：3 家退出，1 3 家新增。这些公司研发的技术差异很大，极少有多家公司研发同一种技术的情况。美国公司数量继续位居第一，达2 5家。聚变公司的地理分布更加广泛，共分布在1 2 个国家，其中2 家公司位于中国，即新奥科技发展公司和能量奇点NS4美国国家聚变点火装置（NIF）靶室公司。这表明越来越多的创业团队选择加人聚变产业，技术路径也越来越多元化。二是融资总额持续增长。截至2 0 2 3 年，全球聚变公司已累计融资超过6 2 亿美元，比2 0 2 2 年报告的4 8 亿美元增加了约1 4 亿美元，增幅达2 7%。这表明尽管面临通胀和利率上升等宏观环境压力，投资者对聚变能商业应用的兴趣和支持仍在稳步增长。三是公私合作模式广泛应用。至少1 8 家公司已启动或准备与政府开展公私合作项目，政府资助金额超7000万美元。英国政府与托卡马克能源公司、联邦聚变系统公司、第一光聚变公司、京都聚变工程公司、通用聚变公司等企业签署合作协议。美国、日本和德国2023年推出支持聚变能发展的新举措和项目。这表明全球已出现公私合作推进聚变技术研发的苗头。四是预期首座聚变电厂未来1 0 年并网发电。尽管大部分公司认为聚变能商业发电在等离子体科学、热管理等方面仍存在技术和工程阻碍，且几乎每家公司均表示建成首座聚变电厂面临融资挑战，但2 6 家公司认为首座聚变电厂可在2 0 3 5年之前并网。2 0 2 3 年全球聚变产业报告的分析1.全球主要国家高度重视聚变能发展主要国家正在积极采取行动，大力推进聚变能商业化。一是发布或制订国家战略，明确聚变能发展方向，并创造有利的政策环境。美国政府表示将面向商业化牵头制订未来十年聚变能发展战略；英国、日本、韩国发布聚变能发展国家战略或长期计划；德国发布立场26中核智库M月度聚焦全球核聚变产业发展ONTHLYFOCUS文件，表示将创建适于聚变能发展的生态系统。二是设立专项计划，提供针对性支持。美已启动基于里程碑的聚变研发计划，并于2 0 2 3 年5月宣布将在该计划下向8 家聚变公司提供总计4 6 0 0 万美元资助，用于在未来1 8 个月完成聚变试验电厂预概念设计并制订技术路线图。英国启动总额为4 2 1 0 万英镑的“聚变产业计划”，已为数十家企业和机构提供资助。三是启动聚变设施监管框架建设，降低监管不确定性。美国核管会将基于“副产物设施”框架对聚变设施实施监管。英国正在修订相关法律，以将聚变设施排除在针对裂变设施建立的现有监管体系之外。2.聚变能商业化存在重大技术和工程阻碍一是需要更好地了解“燃烧”等离子体特性。今为止，等离子体研究主要基于由外源加热的等离子体，仅美国国家点火装置创造出利用聚变反应能量供热的“燃烧”等离子体。因此对“燃烧”等离子体的科学理解大多来自计算机模拟研究，未得到实验验证。二是现有材料无法长时间承受聚变工况。研发出能够长期承受聚变电厂高温、强磁场、强辐射等极端工况的先进材料,是聚变能实现商业化应用的重要前提。但目前没有任何设施能够在聚变工况下对材料进行全面测试，尤其是没有设施能够产生类似聚变反应的高能中子。三是面临复杂的系统集成问题。聚变电厂是一个复杂系统，需要应对一系列工程技术难题，例如从等离子体中提取聚变副产物，创建易于维护和更换的受到等离子体直接照射的系统。3.供应链建设面临挑战聚变产业协会2 0 2 3 年5月发布聚变产业供应链：机遇和挑战报告，明确指出供应链建设领域面临的挑战。一是供应链企业能否及时扩大生产规模。满足未来聚变能发展需求，需要供应链企业提前扩大生产规模。但相关企业不愿意在没有订单的情况下承担投资风险。聚变企业目前难以作出提供长期订单的承诺。二是部分供应商创新不足。部分传统供应商虽然技术水平很高，但缺乏创新精神，不能跟上私营聚变企业技术革新的步伐。相关建议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。我国正在大力推进托卡马克磁约束聚变研发，积极参加国际热核聚变实验堆(ITER)建设项目，在国内建成和运营新一代 人造太阳”中国环流器三号装置和全超导托卡马克核聚变实验装置，并计划2 0 3 5年建成聚变工程实验堆，开展大规模科学实验，2 0 50 年建成聚变商业示范堆。在全球聚变新浪潮下，我国宜抓住机遇，推进聚变技术更好发展。加强聚变技术分析研判，为制定我国聚变能发展战略奠定基础。全球已起一波聚变技术研发热潮，部分企业认为首座聚变电厂可能在未来1 0 年并网发电，美、英、韩、日、德等国政府均持续为聚变研发提供政策和资金支持，以期在这场全球竞赛中占据先发优势。建议持续跟踪研究全球聚变能研发进展，加强分析研判，明确主要聚变技术研发进展、优势和劣势、面临的挑战及商业应用前景等，为我国聚变能发展战略的制定提供有力支撑。谋划完善核监管框架，助力聚变能商业化。相对于裂变电厂，聚变电厂具有固有安全性好，不会产生长寿命放射性废物，不会发生重大放射性泄漏事故等特点。建议提前谋划完善核监管框架，根据聚变电厂技术特点制定和执行合理、灵活的监管模式，避免简单类比裂变电厂,降低合规成本,助力我国企业在聚变能商业化竞争中取得先发优势。构建完整产业链，实现关键技术自主可控。为增强抗风险能力，实现良性循环式发展，打造竞争优势，创造更高附加价值，建议推进完整聚变能产业链的构建，实现关键技术自主可控。一是构建从基础研究到产业化的一体化创新链，实现产学研用有效衔接；二是培育产业链生态,吸引更多企业进人，构建完整供应链；三是加强核心技术和设备的自主研制,如超导磁体、射频加热系统、稳态燃料循环系统等，确保将核心技术掌握在自已手中。核（作者单位：中核战略规划研究总院）