眼下,被稱為“人造太陽”的可控核聚變正拉開新一輪能源變革的序幕。它代表著未來能源的一種想象:一滴海水就能釋放相當(dāng)于300升汽油的能量,這不僅將大大降低用電成本,還將為包括AI在內(nèi)的高能耗產(chǎn)業(yè)提供關(guān)鍵能源支撐。
10月13日,在安徽合肥,聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施CRAFT取得重要進(jìn)展——偏濾器原型部件順利通過專家組測試與驗(yàn)收。在此之前,緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置BEST主機(jī)關(guān)鍵部件——杜瓦底座研制成功并順利完成交付。這些大科學(xué)裝置的突破推動了中國在可控核聚變領(lǐng)域進(jìn)一步鞏固其全球領(lǐng)先地位。合肥之所以能在這一領(lǐng)域領(lǐng)先,是因?yàn)槠湟延谐^50年的投入。早在1974年,合肥就建成了環(huán)形托卡馬克裝置HT-6,成為全國初期的“人造太陽”雛形。隨后,一系列大科學(xué)裝置不斷落地,提升了合肥在中國可控核聚變領(lǐng)域的重要性。如今,隨著商業(yè)化的曙光出現(xiàn),合肥再次走在前列。
從科研布局來看,合肥在全球范圍內(nèi)具備競爭力的兩個未來產(chǎn)業(yè)之一就是可控核聚變??茖W(xué)島上,有被外界稱為合肥可控核聚變的“鐵三角”——BEST、CRAFT和世界首個全超導(dǎo)托卡馬克裝置EAST,這些構(gòu)成了合肥可控核聚變的核心地帶,背后的支持者是中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所。在全國可控核聚變科研格局中,中科院等離子體所也是重要一極。
目前,中國形成了以中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院和中科院等離子體所兩大科研院所為主,清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等高校及相關(guān)民營企業(yè)共同參與聚變能開發(fā)的格局。其中,兩大科研院所分別位于成都和合肥,各有分工。成都的“中國環(huán)流三號”與合肥的EAST和BEST各有側(cè)重,共同解決核聚變技術(shù)中的科學(xué)和技術(shù)難題。
今年內(nèi),已建成多年的EAST和“中國環(huán)流三號”分別迎來突破。1月,EAST實(shí)現(xiàn)1億攝氏度等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行1066秒,創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄;3月,“中國環(huán)流三號”首次實(shí)現(xiàn)原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度的“雙億度”運(yùn)行突破,綜合參數(shù)大幅躍升。
合肥的突圍不僅停留在科研階段。鐘武律認(rèn)為,可控核聚變要實(shí)現(xiàn)商用需經(jīng)歷大約六個階段,全球目前正處于燃燒實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)堆過渡的階段。2023年,安徽出臺《以創(chuàng)新模式加速推進(jìn)聚變能商業(yè)應(yīng)用戰(zhàn)略行動計(jì)劃(2022—2035年)》,確立了核聚變開發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)堆、工程堆和商業(yè)堆“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。BEST將在2030年前完成發(fā)電演示驗(yàn)證,2030年將建設(shè)中國聚變工程示范堆(CFEDR),2040年前后開展更高聚變功率的商業(yè)堆建設(shè)。
與此同時,越來越多國家和城市開始搶抓商業(yè)化賽道。國際能源署預(yù)測,到2030年,全球核聚變市場規(guī)模有望達(dá)到4965.5億美元。在美國,已有企業(yè)宣布計(jì)劃在2028年開始向微軟公司供電。在中國,合肥和成都是當(dāng)前國內(nèi)具備相對完善的核聚變產(chǎn)業(yè)集群的城市,上海也逐漸成為另一個發(fā)展極點(diǎn)。相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈也在進(jìn)一步延長,上游材料需求旺盛,中游核心設(shè)備正在積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn),下游仍處于探索階段。樂觀的態(tài)度漸成共識,多數(shù)企業(yè)認(rèn)為首個給電網(wǎng)送電的聚變堆及具備商業(yè)化價值的聚變堆有望在2031至2035年及以后誕生。