2025-01-13 17:31來源：能源新媒

2030年代初的某一天，在美國弗吉尼亞州里士滿附近的一座新建發(fā)電廠，工程師將按下啟動(dòng)按鈕，引發(fā)與太陽核心相同的反應(yīng)。

（來源：能源新媒 作者：能源雜志）

在一個(gè)名為“托卡馬克”的環(huán)形機(jī)器中，氫同位素將以極快的速度發(fā)生碰撞并聚變成氦。這一過程將產(chǎn)生400兆瓦（MW）的清潔穩(wěn)定電力，足以滿足一座小城市的電力需求。這些電力將在幾納秒后迅速進(jìn)入弗吉尼亞州的電網(wǎng)，使當(dāng)?shù)鼐用癯蔀槭着芤嬗谏虡I(yè)聚變發(fā)電的人類。

等到他們的孩子退休時(shí)，核聚變有望成為世界的主要能源，開啟一個(gè)能源豐富而非匱乏的時(shí)代。核聚變將是最便宜、最可靠的能源，同時(shí)，它也是最清潔的能源。

以上內(nèi)容是一段美好的想象，但只要核聚變技術(shù)按照現(xiàn)在的計(jì)劃推進(jìn)，也并非不可實(shí)現(xiàn)。

以下是優(yōu)化后的內(nèi)容：核聚變無疑是全球能源行業(yè)極具潛力且近在咫尺的未來之星。盡管實(shí)際發(fā)展進(jìn)程或許不會(huì)如我們預(yù)期的那般精準(zhǔn)，但極有可能在當(dāng)選總統(tǒng)特朗普第二任期結(jié)束后不久，第一座核聚變發(fā)電廠便能投入運(yùn)營(yíng)。

當(dāng)下，全球能源市場(chǎng)面臨著兩大關(guān)鍵且緊迫的任務(wù)，即滿足呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的能源需求，同時(shí)確保在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。而核聚變恰為實(shí)現(xiàn)這兩大目標(biāo)提供了切實(shí)可行的路徑。據(jù)麻省理工學(xué)院對(duì)核聚變的首次市場(chǎng)分析等近期研究預(yù)測(cè)，核聚變有望超越當(dāng)前占全球電力34%的煤炭，進(jìn)而成為全球主要的電力供應(yīng)來源。

然而，這很可能只是一個(gè)相對(duì)保守的預(yù)估。核聚變具備諸多顯著優(yōu)勢(shì)，它屬于零碳能源，在生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，對(duì)環(huán)境十分友好；其安全性極高，不會(huì)像核裂變那樣出現(xiàn)失控的連鎖反應(yīng)，熱核反應(yīng)堆在事故狀態(tài)釋能增加時(shí)，會(huì)因等離子體與真空室壁相互作用強(qiáng)度增大而自動(dòng)停止聚變反應(yīng)，熔毀風(fēng)險(xiǎn)極低；并且核聚變可全天候穩(wěn)定供電，不受天氣、季節(jié)等因素影響。此外，核聚變的原材料氘在海水中儲(chǔ)量豐富，地球上海水覆蓋面積達(dá)71%，這意味著核聚變工廠能夠從海水中獲取充足的氫同位素，海洋中所蘊(yùn)藏的核聚變能量足以供人類使用數(shù)十億年。

盡管模擬核聚變能源對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的影響是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作，核聚變能源也曾被視作如同火的發(fā)現(xiàn)一般具有里程碑意義，并被譽(yù)為“人類所需的最后一種能源”，但通過對(duì)相關(guān)科學(xué)原理的深入探究以及對(duì)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)的持續(xù)觀察，我們已逐漸能夠初步了解核聚變能源將在何時(shí)以及以何種方式改變世界經(jīng)濟(jì)格局。

競(jìng)賽時(shí)刻

從人類首次飛行（用竹子、絲綢和羽毛制成“翅膀”）到萊特兄弟發(fā)明核聚變，已過去一千年。但一旦動(dòng)力飛行成功，航空業(yè)便突飛猛進(jìn)：人類在 66 年后登上了月球。核聚變現(xiàn)在正以同樣的指數(shù)級(jí)速度發(fā)展。

自1952年以來，科學(xué)家一直在進(jìn)行聚變反應(yīng)，但這些反應(yīng)消耗的能量總是多于產(chǎn)生的能量。隨后，在 2022 年，加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了“勞森標(biāo)準(zhǔn)”，首次從受控聚變反應(yīng)中獲得凈正能量。它只持續(xù)了極短的時(shí)間，但它證明了聚變可以成為一種能量來源，而不是能量消耗?，F(xiàn)在下一個(gè)挑戰(zhàn)來了：證明聚變可以以商業(yè)相關(guān)的方式產(chǎn)生凈正能量——物理學(xué)家稱之為“Q>1”。

40 多家核聚變初創(chuàng)企業(yè)正在加速實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。Commonwealth Fusion Systems將于 2027 年啟動(dòng)一座名為 SPARC 的示范發(fā)電廠?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，它將首先實(shí)現(xiàn)凈正能量生產(chǎn) (Q>1)，最終產(chǎn)生的能量將達(dá)到其消耗能量的十倍或更多 (Q>10)。這將是核聚變的萊特兄弟時(shí)刻。

接下來發(fā)生的事情可能看起來像是太空競(jìng)賽，但這一次不再需要七十年的時(shí)間才能到“達(dá)月球”。

好消息是，世界上第一座商用核聚變發(fā)電廠——一臺(tái) 400 兆瓦的機(jī)器，我們稱之為“ARC”——將在未來幾年破土動(dòng)工。上個(gè)月，CFS、Dominion Energy 和弗吉尼亞州州長(zhǎng)宣布了一項(xiàng)歷史性公告，將在弗吉尼亞州切斯特菲爾德縣建造世界上第一座商用核聚變發(fā)電廠。未來就在眼前。

主要能源

了解核聚變對(duì)全球經(jīng)濟(jì)潛在影響的一種方法是觀察單一市場(chǎng)。麻省理工學(xué)院能源計(jì)劃就以新英格蘭電網(wǎng)為案例進(jìn)行了研究。

與全球多數(shù)地區(qū)相似，新英格蘭正大力投資風(fēng)能和太陽能。然而，這些能源本質(zhì)上具有間歇性；風(fēng)不總是吹，太陽也不總是照。這給電網(wǎng)帶來挑戰(zhàn)：有時(shí)能源過剩，有時(shí)能源短缺——而且目前我們還沒有足夠的儲(chǔ)能技術(shù)來捕獲和利用這些過剩能源。

核聚變發(fā)電具有可調(diào)度性和穩(wěn)定性，因此既能提供解決方案，又能降低成本。麻省理工學(xué)院的研究發(fā)現(xiàn)，到2050年，將核聚變發(fā)電納入新英格蘭電網(wǎng)，將使年度能源成本降低360億美元（即7%）。將這7%的成本降低擴(kuò)展到美國所有能源消費(fèi)領(lǐng)域，每年可為消費(fèi)者節(jié)省1190億美元，并有助于抑制通貨膨脹，因?yàn)槟茉闯杀臼窍M(fèi)者價(jià)格的重要驅(qū)動(dòng)因素。這可能成為全球競(jìng)爭(zhēng)力的重要來源。

隨著核聚變能源改變能源經(jīng)濟(jì)和地緣政治格局，它將重塑最需要核聚變能源的行業(yè)和地區(qū)。清潔、穩(wěn)定的核聚變能源是重塑難以減排的行業(yè)（包括鋼鐵、水泥、化工、航運(yùn)和航空等）的基石。核聚變也是實(shí)現(xiàn)由高能耗數(shù)據(jù)中心驅(qū)動(dòng)的激動(dòng)人心的人工智能應(yīng)用的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

考慮一下：麻省理工學(xué)院的分析顯示，在保守情況下，核聚變能源可以使全球GDP增加68萬億美元，在更激進(jìn)的情況下，可以增加175萬億美元。雖然這種GDP增長(zhǎng)可以幫助富裕國家在高債務(wù)負(fù)擔(dān)和人口老齡化的情況下實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，但其最大影響可能出現(xiàn)在南亞和非洲等地區(qū)，這些地區(qū)可再生能源稀缺，到本世紀(jì)末，電力需求將增長(zhǎng)近十倍。這些地區(qū)也將受益最多——不僅受益于豐富、清潔和負(fù)擔(dān)得起的能源，還受益于核聚變將為社會(huì)創(chuàng)造的積極外部效應(yīng)：更清潔的空氣、更好的水質(zhì)以及改善的人類健康和生活質(zhì)量。

全世界的努力

“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”所眷顧的對(duì)象，既涵蓋了企業(yè)，也囊括了國家。放眼全球，從美國到阿聯(lián)酋，各國政府紛紛投入海量資源，全力推動(dòng)核聚變的研發(fā)以及商業(yè)化進(jìn)程。英國自2021年對(duì)外公布首個(gè)核聚變戰(zhàn)略后，便一路高歌猛進(jìn)，更是順勢(shì)推出了一項(xiàng)斥資5000萬英鎊的核聚變產(chǎn)業(yè)計(jì)劃，旨在為核聚變產(chǎn)業(yè)的發(fā)展筑牢根基；而德國聯(lián)邦教育和研究部也沒閑著，正積極為在歐洲打造第一座核聚變發(fā)電廠披荊斬棘、鋪平道路，力求在這場(chǎng)能源變革中搶占先機(jī)。

盡管各國在具體的實(shí)施舉措方面各有千秋，但這些政府的目標(biāo)卻高度一致，那就是調(diào)配公共資金，助力研究人員和企業(yè)家去驗(yàn)證核聚變技術(shù)的可行性，并促使其順利走向市場(chǎng)。一旦達(dá)成這一目標(biāo)，核聚變能源便會(huì)依據(jù)市場(chǎng)需求，如水到渠成般地拓展至那些消費(fèi)者迫切需要穩(wěn)定電力供應(yīng)，同時(shí)又缺乏經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的清潔替代能源的市場(chǎng)領(lǐng)域，亦或是那些領(lǐng)導(dǎo)者已然立下雄心勃勃的氣候承諾，急需清潔能源助力實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的市場(chǎng)之中。

屆時(shí)，整個(gè)世界對(duì)于能源的思維模式將會(huì)發(fā)生天翻地覆的轉(zhuǎn)變，能源將不再被視作一種制約發(fā)展的因素，而是會(huì)成為取之不盡、用之不竭的資源，進(jìn)而對(duì)能源地緣政治進(jìn)行全方位的重塑。要知道，從化石燃料過渡到聚變能源，這場(chǎng)能源變革所帶來的影響，必定要比曾經(jīng)從燃燒木材轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵剂细鼮樯羁糖乙饬x深遠(yuǎn)。

當(dāng)下，全球范圍內(nèi)圍繞商業(yè)核聚變展開的激烈競(jìng)賽已然拉開大幕，而核聚變動(dòng)力所蘊(yùn)含的無限潛力與未來，才剛剛嶄露頭角，正等待著人們?nèi)ミM(jìn)一步探索和發(fā)掘呢。