2024年可控核聚变行业研究报告:可控核聚变技术快速发展,本世纪商业化目标已见曙光

  • 来源:方正证券
  • 发布时间:2024/04/01
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可控核聚变行业研究报告:可控核聚变技术快速发展,本世纪商业化目标已见曙光。中国发电量逐年平稳增长且结构多元,用电量增长动力主要来源于第二产业,发电装机不断扩容。实现可控核聚变有磁约束和惯性约束两种途径,惯性约束以美国国家实验室NIF为代表,2022年12月成功点火。国际磁约束主要进展:1)欧洲联合环JET2021年在5秒内产生了能量输出为59兆焦耳的稳定等离子体,目前已退役;2)2023年10月24日,世界上最新、规模最大的核聚变反应堆——JT-60SA(超导托卡马克装置)成功点火;3)“人造太阳”ITER项目目前正处于装配第一阶段,2024年3...

第一部分 中国发电量逐年平稳增长,世界电力需求保持弹性

1.1 中国发电量逐年平稳增长且结构多元,发电装机不断扩容

全国发电量逐年平稳增长且结构多元:2023年,全国规模以上电厂发电量8.91万亿千瓦时(+5.2%), 水电、核电、风电、 太阳能发电等清洁能源发电量31906亿千瓦时(+7.8%), 其中,水电发电量同比下降(-5.6%),煤电发电量占比仍接近六成。 全年全社会用电量9.22万亿千瓦时(+6.7%),其中11月用电量7360亿千瓦时(+11.6%)。 

全国发电装机不断扩容:2023年全国发电装机容量29.2亿千瓦(+13.9%),人均发电装机容量自2014年底历史性突破1千 瓦/人后,在2023年首次突破2千瓦/人,达到2.1千瓦/人。非化石能源发电装机在2023年首次超过火电装机规模,煤电装机 占比首次降至40%以下。具体来看,太阳能发电装机容量约6.1亿千瓦(+55.2%);风电装机容量约4.4亿千瓦(+20.7%); 水 电发电装机容量约4.2亿千瓦(+1.8%);火电装机容量约13.9亿千瓦(+4.1%);核电装机容量约0.6亿千瓦(+2.4%)。  预测到2024年底,全国发电装机容量预计达到32.5亿千瓦(+12%), 其中新能源发电累计装机规模将达到13亿千瓦左右, 占总装机容量比重上升至40%左右,首次超过煤电装机规模。 用电量逐年增长,仅靠发电机扩容已不能满足日益增长的用电需求。

1.2 中国用电量增长动力主要来源于第二产业,世界电力需求增速放缓

2023年全国全社会用电量92241亿千瓦时,增速比2022年提高3.1个百分点。全国人均用电量6539千瓦时,比上年增加 423千瓦时/人, 国民经济回升向好拉动电力消费增速同比提高。  分产业看,第一产业用电量1278亿千瓦时(+11.5%);第二产业用电量60745亿千瓦时(+6.5%);第三产业用电量16694亿千 瓦时(+12.2%); 城乡居民生活用电量13524亿千瓦时(+0.9%)。  2023年发达经济体用电量下降抑制了全球电力需求的增长。2023年全球电力需求增长了2.2%,低于2022年2.4%的增长 率。2023年,宏观经济环境低迷以及高通胀导致制造业和工业产出产出减少,发达国家电力需求大幅度下降。预计未来 三年全球电力需求将以更快的速度增长,到2026年平均每年增长3.4%。

1.3 电费:2024第一季度部分地区电价上涨,地区差异明显

2024年第一季度大部分地区电价开始上涨。其中,广东和深圳1-3月购电价格稳定攀升,并列位居第一名,海南省购电 价格大幅度下滑,处于第二位。价格末三名的地区分别为蒙东、新疆、云南。用电量需求越来越大,我们需要开发一种 可商业化的清洁能源来解决目前限电、电价贵、电供应不能满足需求的问题,而核能就是未来能源换代的新出路。

1.4 聚变能是未来能源换代的根本出路

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。  1)安全可靠。国际原子能机构表示,可控核聚变在运行中不会出现类似裂变型的事故或核熔毁的“失控”链式反应。2) 环境 友好。氘氚核聚变反应的产物是惰性氦,不产生高放射性、长寿命的核废物,也不会产生有毒有害气体或者温室气体。3) 经济性明显。据测算,相比满足每年全球一次能源消耗需要98万吨天然铀、1451个三峡电站、200亿tce,聚变仅需消耗一 个标准泳池的重水,考虑到重水价格每克不足千元,聚变电站每年的重水消耗量仅为克级水平,远少于裂变电站。4)能量 密度高。1吨氘氚聚变反应释放的能量,相当5.7吨裂变燃料或700万吨原油燃烧释放的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为全 部可进行核裂变元素释出能量的1000万倍。 

各国都将核聚变能作为未来理想的清洁能源。2023年12月,美国气候特使在第28届联合国气候变化大会(COP28)宣布了 美国聚变能源国际参与计划,并为核聚变能源的发展布局。12月29日,由中核集团牵头,联合24家央企、科研院所、高校 等组成的可控核聚变创新联合体宣布成立,中国聚变能源有限公司揭牌,明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。  民营资本涌入也在推进产业发展。根据FIA数据,2022年全球私营核聚变公司获得超过48亿美元投资,比21年增加139%, 私人投资对核聚变的投资额首次超过政府资助。2023年,全球私营聚变公司获得的投资额从48亿美元增加至62亿美元。

第二部分 国内外可控核聚变项目持续推进

2.1 实现可控核聚变有磁约束和惯性约束两种途径

实现可控核聚变有磁约束和惯性约束两种途径。国际磁约束核聚变研究始于20世纪50年代, 经历了从最初的少数几个核 大国进行秘密研究阶段,到50年代末的技术解密,再到60年代后世界范围内很多国家合作参与的研究阶段。在磁约束可 控核聚变途径的探索方面,也经历了快箍缩、磁镜、仿星器等探索。从80年代开始,主要集中于以托卡马克装置为主的 研究途径上。虽然从发展聚变堆的角度来看,托卡马克目前仍有一些关键问题需要通过实验加以验证,公认的是只有它 才具备建造实验性聚变反应堆的基本条件。

2.1.1 国际惯性约束代表项目

NIF是世界上最大的激光驱动惯性约束聚变装置,于1997年开始建造,2009年正式建成投入使用,耗资约35亿美元。尽 管从驱动能量层面来看,NIF已经完全达到聚变点火的要求,但是从2010年10月首次进行集成点火实验,到2022年12月实 现可控聚变点火,经历了12年,期间受到大量质疑与批评。 在这12年中,科学家们从5000多次失败中不断完善和修正实验。从2010年到2012年,NIF启动NationalIgnitionCampaign( NIC)进行一系列点火实验,但是由于缺乏对大能量激光器强辐射驱动的预测能力,以及没有细致考虑参量不稳定性和流 体力学不稳定性问题引起驱动不对称性与燃料混合,最终实际达到压强只有聚变所需压强的1/3,在输入能量为1.8兆焦的 条件下,输出能量只有约2.5千焦,远远没有达到聚变点火的要求。 

2021年8月8日,NIF终于在实验中接近了点火阈值,到达了聚变点火的门槛。 2022年12月5日,NIF经过多次实验失败后终于实现了能量增益大于1,实现了聚变点火。 2023年7月30日,再次实现能量净增益,且产生了比12月更高的能量输出。

2.1.2 国际磁约束看见曙光,但道阻且长

20世纪80年代以来, 国际磁约束可控核聚变研究取得了显著进展,一批大型和超大型托卡马克装置(美国的TFTR、欧 共体的JET、日本的JT-60U、苏联的T-15等)相继建成并投入运行。多项聚变工程关键技术迅速发展, 主要物理参数已 接近达到为实现可控核聚变所要求的数值。在典型的装置上,聚变燃料已可被加热到2亿~4亿℃的高温,表征聚变反 应率最重要参数(聚变三乘积)已达到1.5×1021keV/m3·s ,人类已经看到了实现聚变能源的曙光。 

进入90年代, 国际可控核聚变研究取得了突破性的进展。1991年末,人类首次用可控的方法在欧洲共同体联合环JET装 置上进行了首次氘-氚放电实验。随后, 在美国普林斯顿大学的TFTR装置上的氘-氚放电也获得成功, 其输出的功率更高, 达到了10.7 MW,获得聚变能6.5 MJ。1997年JET装置创下了输出聚变功率16.1 MW、聚变能21.7 MJ的世界纪录。1998 年,在日本原子能研究所的JT-60U托卡马克装置上进行的D-D反应的实验,其等效的氘-氚聚变反应的能量增益因子Q (能量增益因子定义为,聚变反应产生的能量与输入装置能量之比)已达到1.25。 

2021年,JET(欧洲联合环)完成核聚变研究的一项重大突破:在5秒内产生了能量输出为59兆焦耳的稳定等离子体, 打破了此前1997年同样由JET创下的21.7兆焦耳的纪录。然而,从单次实验到核聚变能源实用化仍道阻且长,需要世界 各国的共同研发。JET装置于2023年底完成了最后一次实验,此后将重新调整用途,进行退役,预计持续到2040年。

2.2 可控核聚变创新联合体成立,我国可控核聚变产业化或加速

早在1983年6月,国务院科技领导小组提出了中国核能发展“三步(压水堆—快堆—聚变堆)走”的战略,以及“坚持核燃料闭 式循环”的方针;在《国家能源发展“十二五”规划》中,提出了安全高效发展核电的主要任务,继续明确了坚持热堆、快堆、 聚变堆“三步走”的技术路线。从核能所使用的资源角度来看,中国核能发展的第一步,发展以压水堆为代表的热中子反应 堆,即利用加压轻水慢化后的热中子产生裂变的能量来发电的反应堆技术,利用铀资源中0.7%的235U,解决“百年”的核能发 展问题;第二步,发展以快堆为代表的增殖与嬗变堆,即由快中子引起裂变反应,可以利用铀资源中99.3%的238U,解决“千年” 的核能发展问题;第三步,发展可控聚变堆技术,希望是人类能源终极解决方案,“永远”的解决能源问题。 

近年来我国紧跟世界科研步伐,可控核聚变技术取得多项进展。  随着2023年12月美国在COP28宣布聚变能源国际参与计划,12月29日,我国以“核力启航聚变未来”为主题的可控核聚变 未来产业推进会在蓉召开,由25家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体正式宣布成立。会议表示,今 年以来,国务院国资委启动实施未来产业启航行动,明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。会议提出,可控核聚 变作为人类能源问题的理想解决方案,已成为大国科技竞争的前沿阵地。

2.2.1 国内惯性约束代表项目-“神光-Ⅲ”蓬勃发展

中国的惯性约束聚变研究起步稍晚,但也在蓬勃发展。“神光-Ⅲ”主机装置历经十余年研制,于2015年顺利完成建设 项目,全面达到设计指标,成为世界上投入运行的第二大激光驱动器,同时也是亚洲最大的高功率激光装置,在我国惯 性约束聚变(ICF)研究发展历史上具有里程碑的意义。目前,中国正在建造功率更高的“神光”Ⅳ号装置。  “神光-Ⅲ”主机装置包含48束阵列化的大口径高功率脉冲激光,主要由前端、预放、主放大级、靶场、光束控制与参 数测量、计算机集中控制等六大系统组成,具备三倍频180KJ/3ns,峰值功率60TW的输出能力。该装置的成功研制,标志 着我国已具备十万焦耳级ICF实验能力,为我国开展关键物理过程研究、高能量密度物理研究提供了重要实验平台,造 就了一支高素质的专业技术队伍,为我国研制更强驱动能力的激光装置奠定了坚实的技术基础。

2.2.2 国内磁约束研究进展-国家队、初创公司快步向前

1958年,在国际可控核聚变正式纳入原子能和平应用范围的推动下,我国在中国科学院物理研究所和原二机部401所(现 中国原子能科学研究院)几乎同步地相继展开实验研究。创始初期,都建造了最简单的直线箍缩装置,如“雷公”,为我 国第一代可控核聚变研究人员提供了真实的实验舞台。  1959年冬,在国家科学技术委员会召开的“第一次全国电工会议”上明确由黑龙江原子核物理研究所进行“磁镜”研究,该所 建立了可控热核反应研究小组。到1960年代中期,开始建造仿星器装置“凌云”。20世纪70年代,在当时国内生产技术极 为落后、对外封闭而不能交流的情况下,过早选用了超导技术,被迫从液氦制造设备、超导线材等研制开始,因未能获 得可供物理研究的等离子体而被迫中止。之后,转入以托卡马克为重点。 

我国是全球范围内少数几个能够独立开展可控核聚变技术研究和聚变装置组建的国家之一。中科院合肥物质科学研究院 等离子体物理研究所先后建成了“合肥托卡马克6号模拟装置”(HT-6B、HT-6M)、“合肥超环-7”(HT-7)、“东方超环” (EAST)、紧凑型聚变能实验装置(BEST)等多台磁约束聚变装置。“九五”期间,中国环流器二号A(HL-2A)装置通 过国家立项建造,由中国核工业集团西南物理研究院在2002年建成并成功投入实验运行。  HL-2A装置是我国第一个具有偏滤器位形的大型托卡马克装置。至2009年,以中国环流器二号A(HL-2A)和EAST两个 聚变装置为代表,标志着我国磁约束核聚变研究已经跻身于世界中等规模实验装置的行列,综合实力和科学技术达到和 接近了国际水平,大大提高了中国聚变研究在国际上的地位。

我国的环流系列发展:环流器一号装置(HL-1)(1984-1992)、环流器新一号装置(HL-1M)(1994-2001)、环 流器二号A(HL-2A)(2002)、环流器二号M装置(HL-2M)。HL-2M装置的建造目的是研究未来聚变堆相关物理及 其关键技术,研究高比压、高参数的聚变等离子体物理,为下一步建造聚变堆打好基础。  核工业西南物理研究院(西物院)的“环流系列”不断研发与突破。2020年12月,中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都 建成并实现首次放电;2023年8月,“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,标志着我国 磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。 

2023年8月25日,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模 式运行,再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录,突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦 合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题,是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑,标志着我国磁约束核聚变研究向 高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。在实现百万安培等离子体电流高约束模式运行的基础上,新一代人造太阳“中 国环流三号”团队,将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术,实现堆芯级等离子体运 行,研究前沿聚变物理,为我国开展聚变燃烧实验、自主建造聚变堆奠定坚实基础。

由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所(等离子所)自主设计研制的具有完全知识产权的世界首个全 超导非圆截面托卡马克装置EAST可以对磁约束核聚变相关的前沿物理问题开展实验研究和工程验证,为未来稳态、安 全、高效的聚变堆提供物理和工程技术基础。  EAST内部部件是指所有装在EAST真空室内部的硬件结构,其主要作用为在未来EAST长脉冲放电时作为真空室结构的 屏蔽第一壁,抵抗核聚变反应产生的热流和粒子流。2023年4月12日,中外合作的世界首个全超导托卡马克核聚变实验 装置EAST获重大成果,成功实现了403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,创造了托卡马克装置高约束模式运行新 的世界纪录。4月13日,团队再次重复了403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,标志着EAST装置高参数长脉冲稳态 运行的可靠能力。  2023年下半年,BEST(紧凑型聚变能实验装置)在合肥市庐江区招标。2023年11月已经完成园区基坑施工,计划2024 年年初启动园区建筑土建施工。

聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)是《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》中优先部署的大科学 装置。为我国开展聚变堆设计及核心部件研发、大规模低温和超导技术研究、强流离子束与基础等离子体研究等提供技术 支撑。工程目标是建成参数高、功能完备的综合性研究设施。 CRAFT主要面向磁约束核聚变堆开展近堆芯等离子体行为研究,并对超导磁体和偏滤器等关键部件在聚变堆条件下的 可靠性、稳定性和安全性进行探究和评估。 CRAFT主要建设内容为超导磁体研究系统和偏滤器研究系统,其中超导磁体 研究系统要建设三个大型超导磁体,包括:纵场(TF)原型线圈磁体、中心螺线管模型线圈(CSMC)磁体、高温超导中 心螺线管缩比线圈磁体。 

2021年7月,下一代“人造太阳”——中国聚变工程实验堆已完成工程设计。目前,聚变堆主机关键系统综合研究设施 (CRAFT)尚未完成全部建设,2022年3月26日CRAFT园区正式在合肥交付启用。根据中国磁约束核聚变路线图,未来瞄 准建设世界首个聚变示范电站。这是磁约束核聚变领域又一个国家重大科技基础设施项目,CRAFT全面建成后将是最高 参数和最完备功能的磁约束核聚变研究平台,保证未来聚变工程堆建设和关键部件研发的顺利进行。

2017年,中国推出比ITER规模更大的聚变工程实验反应堆(CFETR),计划到2035年建成,开始大规模科学实验,中 国核聚变研究由此开启新征程。CFETR计划分三步走,完成“中国聚变梦”。第一阶段到2021年,CFETR开始立项建 设;第二阶段到2035年,计划建成聚变工程实验堆,开始大规模科学实验;第三阶段到2050年,聚变工程实验堆实验成 功,建设聚变商业示范堆,完成人类终极能源。CFETR将为世界提供关键的能力,以开发和实验未来商用电厂所需的关 键元素。CFETR将为中国立足于聚变能发展前沿提供强大基础。

洪荒70是全球首台全高温超导托卡马克装置,率先在完整装置层面验证高温超导托卡马克技术路线的工程可行性。装 置由能量奇点设计、研发和建设,总体安装由中国核工业第五建设有限公司承建。洪荒70的设计工作开始于2022年3月, 2023年8月启动总体安装。2024年3月,洪荒70托卡马克总体安装完工,这标志着装置建设工作全部结束至此建成,洪荒 70将开始磁体降温和调试运行,以尽快实现等离子体放电。洪荒170为公司下一代托卡马克装置,预计到2027年完成。  能量奇点能源科技(上海)有限公司,成立于2021年,位于上海市,是一家以从事科技推广和应用服务业为主的企业。 企业注册资本174.6233万人民币,并已于2023年完成了Pre-A轮,交易金额近4亿人民币。董事长兼总经理为杨钊,董事 有叶雨明、吴頔,监事为董阁。公司核心技术有高温超导磁体,基于高温超导材料的先进磁体系统是实现聚变商业发电 的关键一环。高温超导磁体可以显著提升装置性价比,显著增强聚变能源商业化潜力。先进等离子体物理,实现等离 子体长时、稳定运行的科学和工程基础正在逐步构建。人工智能技术,人工智能技术在可控核聚变领域具有广阔应用空 间。

2023年第三季度,由清华大学设计、星环聚能与清华大学联合建设的聚变实验装置SUNIST-2球形托卡马克关键等离子 体参数和脉冲大功率电源性能较上一季度翻倍提升,环向磁场等指标在球形托卡马克领域已达国内第一、世界第三;星 环聚能在高温超导磁体、重复重联运行方式和非感应启动等关键聚变工程和物理领域取得了一系列显著进展。  陕西星环聚能科技有限公司,成立于2021年,位于陕西省咸阳市,是一家以从事科技推广和应用服务业为主的企业。企 业注册资本140万人民币,实缴资本112万人民币,并于2023年1月完成了Pre-A轮投资。2024年3月,由上海知识产权基 金领投,公司再次完成了数亿元Pre-A轮投资,资金将主要用于星环聚能新一代聚变验证装置的设计、研发和建造。公司 创始团队核心成员均来自清华大学工程物理系核能所团队,该团队运行国内首个球形托卡马克(SUNIST)近二十年, 在球形托卡马克及其技术等方面有深厚的积累,是目前国内系统性从事磁约束可控聚变研究的顶尖团队之一。

第三部分 资本市场对可控核聚变投入逐渐爆发

3.1 国内外可控核聚变融资快速增长,逐渐呈现爆发趋势

根据FIA2023年度报告,截至2023年7月,研究可控核聚变的公司共融资62亿美元,其中私人投资59亿美元,政府资助 2.72亿美元。从2022到2023年,新增14亿美元投资,新增了13家聚变公司。国际上知名投资者有比尔盖茨、谷歌公司、 索尼公司、尼康公司,等等。行业内创造出了975个新职业,提供了大概3000个工作岗位。从2022年至2023年,全球在 可控核聚变领域的整体融资规模呈现快速增长。

根据FIA2023年度报告,聚变公司前景广阔,具有较强商业价值。近年来,全球范围内新建立的聚变公司数量呈现爆 发式增长。  国内的能量奇点、星环聚能被列为独角兽公司,市场对聚变公司的未来比较乐观。

目前全球核聚变公司,美国有25家,领先于其他国家;其次是日本、英国、德国,分别有3家;中国有4家核聚变公司。 大部分核聚变公司主要聚焦于电力和工业用热两大领域,但是清洁能源作为潜在市场势头强劲,前景广阔。2023年新 增的核聚变公司中,美国新增4家,中国新增2家(能量奇点,聚变新能),日本新增1家,德国新增2家,瑞典新增1 家。此外,国内核聚变公司还包括新奥集团,星环聚能,翌曦科技。

截至2023年7月,国内外最广泛的核聚变途径是磁约束(21家)、其次是惯性约束(9家),还有有5家公司同时进行磁 约束和惯性约束的研究;使用最广泛的磁约束聚变途径是托卡马克(6家)、其次是仿星器(6家)。我国的聚变公司 主要项目是托卡马克。从2022年到2023年,新增6家公司选择磁约束的实现途径,而2家公司放弃了磁约束的方法,也 有公司选择了新的方法,如非热激光聚变、里德伯物质燃料基聚变等。可见磁约束仍是主流方向,但是也有公司在不 断创新。大多数公司使用氘氚作为核聚变燃料,其次是氘氘。

3.2 国际可控核聚变融资快速增长-部分核聚变公司主要进展

3.2.1 国际可控核聚变融资快速增长—Commonwealth Fusion 托卡马克

2021年12月,Commonwealth Fuison从比尔·盖茨(Bill Gates)、盖茨的气候投资公司Breakthrough Energy Ventures、谷 歌(Google)、约翰·多尔(John Doerr)、科斯拉风险投资公司(Khosla Ventures)、低碳资本(Lowercarbon Capital)、马克·贝尼奥夫(Marc Benioff)的TIME Ventures等筹集了20亿美元的风险投资资金;2023年6月份, Commonwealth Fusion作为美国能源部选择的八家公司之一,获得了美国能源部4600万美元资金。  Commonwealth 正专注于建造名为 SPARC 的托卡马克,目标是在 2025 年启用它,它将展示净能量增益。 Commonwealth在2021年开始在园区内建造SPARC大楼、制造工厂和公司总部。SPARC和ITER都是托克马克装置,即 利用磁场约束核聚变过程,但是SPARC使用高温超导磁体(HTS)实现与ITER相似的性能,但是体积要小40多倍。  预计在2025年通过SPARC从聚变中获得具有商业相关性的净能源;预计21世纪30年代初完成第一座名为ARC的聚变发 电厂建设。

3.2.2 国际可控核聚变融资快速增长—Helion 聚变原型机

2020年9月23日,Helion Energy,一家致力于通过聚变发电创造零碳电力新时代的清洁能源公司,宣布在最近一次融资后, 其估值为125亿美元。2020年9月22日,Helion 完成了4000万美元的D轮融资,由投资者和企业家 Asana 联合创始人兼首 席执行官兼 Facebook 联合创始人 Dustin Moskovitz 领投。这笔新资金将使该公司能够加快其第6个核聚变原型Trenta的 工作。2021年11月,Helion完成5亿美元的E轮融资,此轮融资由OpenAI的首席执行官和Y Combinator的前总裁Sam Altman领导。  2021年,Helion 成为了第一个达到一亿摄氏度的私营公司,核聚变的理想温度大约是这个温度的两倍,这一成就对于 实现高效核聚变反应非常重要。Trenta是Helion的第6代核聚变原型机,是第一个达到商业相关聚变条件的私人资助的 聚变装置。北极星是第七代聚变原型机,具有更强的磁铁,脉冲速度比Trenta快100倍,北极星有望成为第一台展示聚 变发电的核聚变机。  Helion宣布了建造世界上第一座核聚变发电厂的计划,该发电厂将于2028年运营。同时,2023年5月10日,微软与 Helion签署购电协议。

3.2.3 国际可控核聚变融资快速增长—General Fusion 磁化靶聚变技术

General Fusion于2023年8月9日宣布了2500万美元的新资金,并计划在不列颠哥伦比亚省建造一台演示机。聚变能源公司 正试图复制太阳和恒星的力量,将原子粉碎在一起,并捕获反应产生的能量。这家拥有21 年历史的公司已经筹集了大 约3.3 亿美元的资金,最新一轮融资由现有投资者BDC Capital和GIC参投,其中包括不列颠哥伦比亚省政府的370万加元 赠款。  General Fusion的新型磁化目标聚变机被称为劳森机26(LM26),其尺寸约为其计划中的商业聚变装置的一半。反应堆 应该能够达到超过1亿摄氏度-比太阳中心的温度高出六倍以上。该公司的目标是到2025年使LM26达到核聚变条件, 并在2026年实现科学的盈亏平衡等效值——指使用氘作为燃料达到氘-氚盈亏平衡等效。General Fusion的目标是到2030 年代初将其技术商业化,并与两个美国国家实验室建立了合作伙伴关系,以推进这一目标。

3.2.4 国际可控核聚变融资快速增长—Zap Energy Z箍缩

Zap Energy在2021年5月5日通过B轮融资0.275亿美元,2022年6月7日通过C轮融资1.6亿美元,领投方为Lowercarbon Capital, 2023年5月31日,美国能源部拨款500万美元。截至2023年6月,公司的总资金约为 2 亿美元的风险投资和 1280 万美元的政府拨款。  ZAPEnergy正在开发一种Z箍缩技术,通过过热材料灯丝驱动电流,产生强大的磁场,从而压缩等离子体。电流越强, 等离子体的温度和密度越大,从而达到实现核聚变的条件。  ZAP Energy正在建造一个低成本,紧凑并且可扩展的模块化聚变能源平台,每个模块都是一个紧凑的氘氚反应堆,能 够承受高能中子撞击,反应堆通过限制和压缩等离子体的方式实现聚变,而不需要磁性线圈或高功率激光器。每个模 块预计产生50兆瓦的电力,模块化设计能够向小社区供电,规模化可以满足城市的用电需求。

3.2.5 国际可控核聚变融资快速增长—First Light Fusion 惯性约束

作为牛津大学的核聚变分支机构,First Light的使命是用最简单的机器解决聚变发电的问题。公司使用的弹丸聚变技 术(Peojectile Fusion)是一种新的惯性聚变方法,通过利用弹丸撞击含有核聚变燃料的目标,使其内爆达到核聚变发生所 需要的温度和密度,这种方法更简单、更节能、物理风险更低。  First Light的两个核心目标分别是放大器和燃料舱。放大器通过增加弹丸撞击产生的压力降低所需的撞击速度,同时, 放大器也使得能量收敛,撞击使得燃料从许多方向被压扁,这对于达到聚变所需的最终密度至关重要。  公司预计在2024年开始建造M4-聚变示范装置,预计2027年建造完成。该装置将是世界上最大的脉冲功率驱动器,使 用公司独特的靶技术和相应弹丸技术,有望成功实现“点火”,这是实现核聚变能源的关键一步,同时该装置也是试点 聚变发电厂的基石。公司希望建造一座发电量约为150兆瓦的发电厂,每30秒实现一次聚变,成本不到20亿美元。发 电厂具有防止中子损伤,运用锂产生氚燃料,以及约束聚变能量三大优势。

3.2.6 国际可控核聚变融资快速增长—Avalanche Energy 聚变微型反应堆

Avalanche Energy2023年4月24日宣布了4000万美元的融资,ChrisSacca的Lowercarbon Capital 领投了A轮融资,Founders Fund 和Toyota Ventures 参投。  公司第二代聚变装置Marty实现在200 kV(千伏)下运行,打破了威斯康星大学麦迪逊分销之前创造的190千伏记录。 Avalanche的目标是在2024年4月之前达到300kV。  2022年, Avalanche赢得了五角大楼国防创新部门(DIU)的合同,开发一种名为Orbitron的模块化5Kw微型聚变反应 堆,该装置将在运输行业与氢燃料电池竞争,也可以接入更小的电网使用,或者与清洁能源结合使用。预计到 2027 年 底Orbitron 聚变设备将用于飞行演示。

3.2.7 国际可控核聚变融资快速增长—Fuse 混合堆

不同于NIF激光驱动惯性约束聚变的方法,Fuse使用脉冲驱动(释放一个巨大的电池发送能量脉冲,进入聚变目标,使其 内爆)。Fuse正在组装世界上第一个也是最高功率(1TW)的驱动器-TITAN,这也是实现磁化线性惯性聚变(MAGLF)的重 要步骤。Fuse是唯一一家致力于MagLIF的美国公司。  Fuse正在建造下一代脉冲功率机器(NGPP),同时也在运行一个获得许可的脉冲中子发生器。

 

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