聚变工业协会外展经理卡罗琳·安德森 (Caroline Anderson)详细介绍了聚变能领域的最新突破及其对未来的意义。
2022 年 12 月，地球上首次实现了净聚变功率。但是，聚变何时才能达到应对气候和能源危机的规模?将聚变商业化需要什么?
美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)在聚变能方面的突破引起了全球对聚变的关注。SNL 插话。Bill Nye 在 CNN 上发表了讲话。60 分钟在其上运行了一个功能。
Fusion 进入了世界各地的讨论，并继续出现在全球政策和气候讨论的前沿。但问题仍然存在，这种能源何时才能扩大到能够应对气候和能源危机的水平?
什么是聚变能?
聚变实际上是一种取之不尽的能源，因为它使用的过程与为太阳和恒星提供动力的过程相同。由于其高效、安全和零碳排放，聚变是“能源的圣杯”。虽然也是核能的一种形式，但可以理解为与核裂变恰恰相反。裂变——最常见的核能形式——通过将原子分裂在一起产生能量。聚变将原子融合在一起，并在此过程中释放出巨大的能量。这很难做到，而且只发生在极端条件下(如太阳)。在地球上，科学家多年来一直能够产生核聚变，但直到最近才能够输出比产生核聚变所需的能量更多的能量。这是一个巨大的成就，但要将核聚变商业化并获得众多巨大的好处，还有许多步骤要做。
我们现在在哪里?民营核聚变行业现状
私营核聚变行业正率先努力实现商业化。去年的增长非常显着，至少出现了八家新公司。这使得全球拥有超过 30 家融合公司的行业规模，拥有全球供应链。聚变公司的私人资金在一年内增长了一倍多，目前已超过 50 亿美元。谷歌、比尔盖茨、杰夫贝索斯、壳牌等公司的投资持续增长。
不仅行业规模大幅增加，而且企业对商业化时间表的信心也迅速增长。根据聚变工业协会的“2022 年全球聚变工业”报告，全球 93% 的聚变企业相信聚变将在 2030 年代或更早并网。这高于 2021 年版报告中 83% 的公司相信这一点——由于快速投资和科学技术突破，这一数字迅速而显着地跃升。
在过去的 18 个月里，私营部门的聚变工程和技术突破几乎变得司空见惯。Commonwealth Fusion Systems 于 2021 年 9 月创造了有史以来最强的 20 特斯拉磁铁，克服了聚变之路上最大的技术障碍之一。Helion Energy 是第一家在 2021 年 6 月超过 1 亿摄氏度的私营公司，这是一个重要的里程碑。等离子体产生和限制记录也是大多数聚变技术的关键，因为它通常是产生聚变的物质。总部位于英国的托卡马克能源公司在 2022 年 3 月实现了 1 亿摄氏度的等离子体温度，这是球形托卡马克的世界纪录。TAE Technologies 实现了超过 7500 万摄氏度的温度——超过他们的目标 250%——并展示了等离子体控制，导致在 2022 年 7 月获得为其下一个研究设备提供资金的投资。2022 年 1 月，General Fusion 实现了磁化目标聚变 (MTF) 性能目标，其原型设备为示范工厂提供了信息。Zap Energy 于 2022 年 6 月在其新装置中实现了首次等离子体。HB11 Energy 于 2022 年 3 月使用高功率激光实现了氢和硼 11 的多项非热聚变反应，这是世界第一。First Light Fusion 证明了其新的2022 年 4 月使用高速气枪进行惯性聚变的方法。清单还在继续，因为没有两家公司使用完全相同的方法。
商业化道路上的下一步是什么?
数十年的研究形成了科学技术基础和突破，证明了大规模实现聚变能的可行性。现在，公司正在建造科学的概念验证聚变设备和选址示范工厂，为未来的商业聚变发电厂提供信息。
两家公司——General Fusion 和 First Light Fusion——计划在英国原子能管理局位于牛津郡的卡勒姆中心建造示范工厂。General Fusion 本月早些时候获得了建筑许可，并计划于今年夏天开始建设。上周，First Light Fusion 宣布有意在此建厂。其他人也正在走向商业化。Commonwealth Fusion Systems 的示范工厂 SPARC 的建设正在进行中，并将通知其未来的发电厂 ARC。TAE Technologies 正在构建其概念验证设备，并预计其最新设备将在 2030 年代建成商业工厂。Helion 预计其计划中的原型机将在 2024 年之前展示净电力，然后将推进商业化。
展望 2020 年代后期，私营企业的目标是继续进行试点工厂的设计和建设。工厂运营和首次销售预计在 2030 年代进行。一旦成功，公司会将 2030 年代中后期作为商业融合开始的时代，然后扩大到全球部署。聚变行业的时间表雄心勃勃，部分原因是投资增长和技术突破，但也因为它必须如此。
为什么世界需要聚变?
地球上有超过 80 亿人口，目前的能源系统是不可持续的。超过 10 亿人用不上电。还有数亿人无法获得可靠的电力。拥有稳定力量的国家与没有稳定力量的国家之间的经济差距是惊人的。
事实证明，我们当前的能源系统的影响是灾难性的——不仅对发展能力，而且对气候和地缘政治稳定。近年来，冲突和环境灾难激增。去年，俄罗斯对乌克兰的入侵提醒我们，那些在不那么有利的地区、拥有不那么有利的能源资源的国家对其他国家行使权力的灾难性后果。
日益恶化的气候危机和国际不稳定促使全球部署清洁、安全和廉价的能源。大规模聚变能检查所有方框。
全球聚变商业化的收益怎么强调都不为过。
它等同于世界上几乎任何地方生产的对环境安全的能源。凭借零碳排放和几乎无限的燃料，大规模核聚变成本低廉、效率高且可出口。想象一下清洁、全球电力可靠性的可能性……发展、创新、更大的全球平等、可及性、更稳定的地缘政治、产业形成、更清洁的世界和治愈的氛围。
聚变能有潜力成为全球均衡器。它将提高电网的可靠性，并在全球范围内获得清洁、稳定的电力，从而改善生活的方方面面。世界各国政府都同意。
全球活动
在国际和国家气候目标对话的最前沿出现了对聚变进步的需求。继 2015 年《巴黎协定》的 2050 年净零排放目标之后，世界各国政府和实体已将聚变能源纳入其路线图。在美国，白宫提出了“到 2050 年实现净零排放的五个优先事项”，其中包括大规模聚变能源。英国将聚变能源纳入首相的绿色工业革命 10 点计划，以实现净零排放。不到一年后，它制定了加速聚变商业化工作的战略。最近，英国前能源部长克里斯·斯基德莫尔 (Chris Skidmore) 发表了他的净零评论，强调核聚变是一个机会。全球管理咨询公司麦肯锡& 公司将聚变概述为实现净零目标的潜在来源：“我们的分析表明，[聚变]可能在实现 2050 年脱碳目标方面发挥重要作用，可能值得在政策、计划和投资中加以考虑。” 2022 年在埃及举行的 COP27 上，Fusion 连续第二年出现在联合国气候变化大会上。
主要政府和实体不仅将加速聚变能源纳入了实现气候目标的候选步骤清单，而且他们正在采取更直接的行动。
在美国，白宫于 2022 年 3 月举行了“为聚变能源制定大胆的十年愿景”峰会。美国能源部 (DOE) 在国际会议上宣布为一项新的基于里程碑的聚变公私合作计划提供资金9 月全球清洁能源行动论坛。美国能源部还资助了一个规模较小的公私合作计划 (INFUSE)，致力于使国家实验室和大学的研究与私营部门的雄心同步。该计划上周宣布了 230 万美元的最新奖项。国会连续第四年宣布 2023 财年美国联邦预算中的聚变研发支出创历史新高。9 月，参议院就聚变能和联邦政府在加速商业化中的作用举行了听证会。
在英国，政府——除了新兴的私营部门——推动聚变增长。有政府资助的项目旨在开发可运行的聚变试验工厂 (STEP)、聚变政府集群和致力于解决聚变最大障碍的研究中心。
在聚变加速方面，英国可能比其他任何国家都走得更远，英国已经在环境署 (EA) 和健康与安全执行局 (HSE) 内制定了聚变法规，保持必要且有利的聚变法规与裂变法规的分离。对其他国家来说是一个很好的榜样，因为这两个国家对安全的影响截然不同。聚变不存在放射性熔化的风险。与裂变不同，当聚变装置关闭时，能量产生会立即停止。
美国的聚变能源法规尚未得到巩固。核管理委员会 (NRC) 工作人员于 2023 年 1 月发布了一份选项文件，讨论了聚变的安全性，并概述了未来几个月委员会可以投票表决的潜在聚变监管方法。确保风险知情、聚变特定的监管框架对于确保聚变在有意义的时间表上商业化至关重要。预计其他国家将在未来几年效仿。
尽管大部分公共聚变活动都在美国和英国进行，但聚变开发工作是全球性的。中国一直致力于聚变商业化，目标是在 2027 年完成紧凑型聚变托卡马克 BEST，到 2035 年完成 CFETR。日本已经拥有三个聚变初创企业，已宣布政府将在今年正式制定聚变战略。韩国公费核聚变装置 KSTAR 在 2022 年 9 月达到了 1 亿摄氏度，该国正在加大力度在 2030 年代建成示范工厂 K-DEMO。聚变装置世界调查显示，全世界有 130 多个聚变装置，分布在 50 多个国家/地区。在法国南部，实验性 ITER 项目是一个多国合作项目，涉及中国、欧盟、印度、日本、韩国、
然而，归根结底，政府和监管机构目前的活动还不够。聚变商业化需要在应对气候和能源危机的时间表上进行。世界各国政府加强聚变推进战略是关键的第一步，但现在是政府和监管机构支持声明并更强有力地将其行动与聚变加速为电网供电的道路保持一致的时候了。增加联邦对聚变研究和开发的资助;发展有利的公私伙伴关系;创建创新计划，增加未来融合劳动力的规模和多样性;风险知情、特定于聚变的监管框架的确定性至关重要。像这样前瞻性的进步不仅会促进通往全球聚变力量的道路，他们将确定哪些国家是全球核聚变的领导者，至少在一开始是这样。气候和能源危机促使我们采取行动。随着冲突和环境灾难的加剧，国家点火装置的突破为聚变动力未来的可能性提供了证据。但要实现这一目标，政策制定者和监管机构需要与私营企业的雄心保持一致并采取慎重的行动。
