2020年12月4日，新一代人造太陽“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”(HL-3)在成都建成并實(shí)現(xiàn)首次放電，標(biāo)志著中國(guó)自主掌握了大型先進(jìn)托卡馬克裝置的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行技術(shù)，為我國(guó)核聚變堆的自主設(shè)計(jì)與建造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3年間，全球聚變產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。美國(guó)聚變產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)2023年7月12日發(fā)布《2023年全球聚變產(chǎn)業(yè)》報(bào)告，介紹了全球聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況。總體而言，聚變產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)：聚變公司數(shù)量大幅增加，融資金額持續(xù)增長(zhǎng)。

聚變產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)總部位于美國(guó)華盛頓，是一家非盈利機(jī)構(gòu)，由私營(yíng)聚變研發(fā)企業(yè)組成，致力于推進(jìn)聚變產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，加速實(shí)現(xiàn)聚變能商業(yè)應(yīng)用。該協(xié)會(huì)從2021年開始每年發(fā)布一份全球聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告，此次發(fā)布的是第3份年度報(bào)告，主要內(nèi)容是基于對(duì)全球43家私營(yíng)聚變公司的調(diào)查結(jié)果。

聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

一是公司數(shù)量快速增加。參與調(diào)查的公司數(shù)量從2022年33家增長(zhǎng)到43家：3家退出，13家新增。這些公司研發(fā)的技術(shù)差異很大，極少有多家公司研發(fā)同一種技術(shù)的情況。美國(guó)公司數(shù)量繼續(xù)位居第一，達(dá)25家。聚變公司的地理分布更加廣泛，共分布在12個(gè)國(guó)家，其中2家公司位于中國(guó)，即新奧科技發(fā)展公司和能量奇點(diǎn)公司。這表明越來越多的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)選擇加入聚變產(chǎn)業(yè)，技術(shù)路徑也越來越多元化。

二是融資總額持續(xù)增長(zhǎng)。截至2023年，全球聚變公司已累計(jì)融資超過62億美元,比2022年報(bào)告的48億美元增加了約14億美元，增幅達(dá)27%。這表明盡管面臨通脹和利率上升等宏觀環(huán)境壓力，投資者對(duì)聚變能商業(yè)應(yīng)用的興趣和支持仍在穩(wěn)步增長(zhǎng)。

三是公私合作模式廣泛應(yīng)用。至少18家公司已啟動(dòng)或準(zhǔn)備與政府開展公私合作項(xiàng)目，政府資助金額超7000萬美元。英國(guó)政府與托卡馬克能源公司、聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司、第一光聚變公司、京都聚變工程公司、通用聚變公司等企業(yè)簽署合作協(xié)議。美國(guó)、日本和德國(guó)2023年推出支持聚變能發(fā)展的新舉措和項(xiàng)目。這表明全球已出現(xiàn)公私合作推進(jìn)聚變技術(shù)研發(fā)的苗頭。

四是預(yù)期首座聚變電廠未來10年并網(wǎng)發(fā)電。盡管大部分公司認(rèn)為聚變能商業(yè)發(fā)電在等離子體科學(xué)、熱管理等方面仍存在技術(shù)和工程阻礙，且?guī)缀趺考夜揪硎窘ǔ墒鬃圩冸姀S面臨融資挑戰(zhàn)，但26家公司認(rèn)為首座聚變電廠可在2035年之前并網(wǎng)。

《2023年全球聚變產(chǎn)業(yè)》報(bào)告的分析

1.全球主要國(guó)家高度重視聚變能發(fā)展

主要國(guó)家正在積極采取行動(dòng)，大力推進(jìn)聚變能商業(yè)化。

一是發(fā)布或制訂國(guó)家戰(zhàn)略，明確聚變能發(fā)展方向，并創(chuàng)造有利的政策環(huán)境。美國(guó)政府表示將面向商業(yè)化牽頭制訂未來十年聚變能發(fā)展戰(zhàn)略;英國(guó)、日本、韓國(guó)發(fā)布聚變能發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略或長(zhǎng)期計(jì)劃;德國(guó)發(fā)布立場(chǎng)文件，表示將創(chuàng)建適于聚變能發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。

二是設(shè)立專項(xiàng)計(jì)劃，提供針對(duì)性支持。美已啟動(dòng)基于里程碑的聚變研發(fā)計(jì)劃，并于2023年5月宣布將在該計(jì)劃下向8家聚變公司提供總計(jì)4600萬美元資助，用于在未來18個(gè)月完成聚變?cè)囼?yàn)電廠預(yù)概念設(shè)計(jì)并制訂技術(shù)路線圖。英國(guó)啟動(dòng)總額為4210萬英鎊的“聚變產(chǎn)業(yè)計(jì)劃”，已為數(shù)十家企業(yè)和機(jī)構(gòu)提供資助。

三是啟動(dòng)聚變?cè)O(shè)施監(jiān)管框架建設(shè)，降低監(jiān)管不確定性。美國(guó)核管會(huì)將基于“副產(chǎn)物設(shè)施”框架對(duì)聚變?cè)O(shè)施實(shí)施監(jiān)管。英國(guó)正在修訂相關(guān)法律，以將聚變?cè)O(shè)施排除在針對(duì)裂變?cè)O(shè)施建立的現(xiàn)有監(jiān)管體系之外。

2.聚變能商業(yè)化存在重大技術(shù)和工程阻礙

一是需要更好地了解“燃燒”等離子體特性。迄今為止，等離子體研究主要基于由外源加熱的等離子體，僅美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置創(chuàng)造出利用聚變反應(yīng)能量供熱的“燃燒”等離子體。因此對(duì)“燃燒”等離子體的科學(xué)理解大多來自計(jì)算機(jī)模擬研究，未得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

二是現(xiàn)有材料無法長(zhǎng)時(shí)間承受聚變工況。研發(fā)出能夠長(zhǎng)期承受聚變電廠高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)輻射等極端工況的先進(jìn)材料,是聚變能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的重要前提。但目前沒有任何設(shè)施能夠在聚變工況下對(duì)材料進(jìn)行全面測(cè)試，尤其是沒有設(shè)施能夠產(chǎn)生類似聚變反應(yīng)的高能中子。

三是面臨復(fù)雜的系統(tǒng)集成問題。聚變電廠是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，需要應(yīng)對(duì)一系列工程技術(shù)難題，例如從等離子體中提取聚變副產(chǎn)物，創(chuàng)建易于維護(hù)和更換的受到等離子體直接照射的系統(tǒng)。

3.供應(yīng)鏈建設(shè)面臨挑戰(zhàn)

聚變產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)2023年5月發(fā)布《聚變產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈：機(jī)遇和挑戰(zhàn)》報(bào)告，明確指出供應(yīng)鏈建設(shè)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。一是供應(yīng)鏈企業(yè)能否及時(shí)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。滿足未來聚變能發(fā)展需求，需要供應(yīng)鏈企業(yè)提前擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。但相關(guān)企業(yè)不愿意在沒有訂單的情況下承擔(dān)投資風(fēng)險(xiǎn)。聚變企業(yè)目前難以作出提供長(zhǎng)期訂單的承諾。二是部分供應(yīng)商創(chuàng)新不足。部分傳統(tǒng)供應(yīng)商雖然技術(shù)水平很高，但缺乏創(chuàng)新精神，不能跟上私營(yíng)聚變企業(yè)技術(shù)革新的步伐。

相關(guān)建議

聚變能具有燃料豐富、清潔、安全性高、能量密度大等突出優(yōu)點(diǎn)，被視為終極能源。我國(guó)正在大力推進(jìn)托卡馬克磁約束聚變研發(fā)，積極參加國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)建設(shè)項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)建成和運(yùn)營(yíng)新一代“人造太陽”中國(guó)環(huán)流器三號(hào)裝置和全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，并計(jì)劃2035年建成聚變工程實(shí)驗(yàn)堆，開展大規(guī)模科學(xué)實(shí)驗(yàn)，2050年建成聚變商業(yè)示范堆。在全球聚變新浪潮下，我國(guó)宜抓住機(jī)遇，推進(jìn)聚變技術(shù)更好發(fā)展。

加強(qiáng)聚變技術(shù)分析研判，為制定我國(guó)聚變能發(fā)展戰(zhàn)略奠定基礎(chǔ)。全球已掀起一波聚變技術(shù)研發(fā)熱潮，部分企業(yè)認(rèn)為首座聚變電廠可能在未來10年并網(wǎng)發(fā)電，美、英、韓、日、德等國(guó)政府均持續(xù)為聚變研發(fā)提供政策和資金支持，以期在這場(chǎng)全球競(jìng)賽中占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。建議持續(xù)跟蹤研究全球聚變能研發(fā)進(jìn)展，加強(qiáng)分析研判，明確主要聚變技術(shù)研發(fā)進(jìn)展、優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)、面臨的挑戰(zhàn)及商業(yè)應(yīng)用前景等，為我國(guó)聚變能發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供有力支撐。

謀劃完善核監(jiān)管框架，助力聚變能商業(yè)化。相對(duì)于裂變電廠，聚變電廠具有固有安全性好，不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)壽命放射性廢物，不會(huì)發(fā)生重大放射性泄漏事故等特點(diǎn)。建議提前謀劃完善核監(jiān)管框架，根據(jù)聚變電廠技術(shù)特點(diǎn)制定和執(zhí)行合理、靈活的監(jiān)管模式,避免簡(jiǎn)單類比裂變電廠，降低合規(guī)成本,助力我國(guó)企業(yè)在聚變能商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)中取得先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)自主可控。為增強(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)式發(fā)展，打造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造更高附加價(jià)值，建議推進(jìn)完整聚變能產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)自主可控。一是構(gòu)建從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的一體化創(chuàng)新鏈，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用有效銜接;二是培育產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài),吸引更多企業(yè)進(jìn)入，構(gòu)建完整供應(yīng)鏈;三是加強(qiáng)核心技術(shù)和設(shè)備的自主研制,如超導(dǎo)磁體、射頻加熱系統(tǒng)、穩(wěn)態(tài)燃料循環(huán)系統(tǒng)等，確保將核心技術(shù)掌握在自己手中。(作者單位：中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院)