可控核聚變商業(yè)化應(yīng)用“前夜”，構(gòu)建未來世界基石的無限能源

核聚變技術(shù)被視為人類的終極能源解決方案之一，具有燃料豐富、清潔、安全性高、能量密度大等突出優(yōu)點(diǎn)。據(jù)Coherent Market Insights和SkyQuestt測(cè)算，預(yù)計(jì)2024年全球核聚變市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約3312.6億美元，預(yù)計(jì)到2031年將達(dá)到4915.5億美元，2024年至2031年的復(fù)合年增長率為5.8%。這一增長主要受到私人公司和政府對(duì)核聚變技術(shù)日益增加的投資推動(dòng)。

全球能源市場(chǎng)近年來發(fā)生巨大變化，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加速。中國核聚變產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化前景廣闊，一旦實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電的商業(yè)化應(yīng)用，將對(duì)中國的能源結(jié)構(gòu)和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

新技術(shù)興起與應(yīng)有迭代，我國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新突破

核聚變（nuclear fusion），即兩個(gè)較輕的核結(jié)合而形成一個(gè)較重的核和一個(gè)極輕的核（或粒子）的一種核反應(yīng)形式。

中國環(huán)流一號(hào)（HL-1）是中國第一個(gè)核聚變大科學(xué)裝置，于1984年建成，利用磁約束聚變?cè)硌芯靠煽睾司圩儭?/p>

中國環(huán)流二號(hào)（HL-2A）于2002年建成，是具有偏濾器位形的托卡馬克裝置，進(jìn)一步提升了核聚變研究的能力。

中國環(huán)流三號(hào)（HL-3M）于2020年建成，并于2023年實(shí)現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，標(biāo)志著我國磁約束核聚變裝置的運(yùn)行水平邁入國際前列。2024年6月13日，中國環(huán)流三號(hào)項(xiàng)目在國際上首次發(fā)現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)了一種先進(jìn)的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，這一突破為核聚變反應(yīng)的穩(wěn)定性和能量輸出帶來了前所未有的提升。

2023年4月12日，中國有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄，成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒，對(duì)探索未來的聚變堆前沿物理問題，提升核聚變能源經(jīng)濟(jì)性、可行性，加快實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電具有重要意義。

2024年6月18日，位于上海臨港的能量奇點(diǎn)能源科技（上海）有限公司宣布其研發(fā)的“洪荒70”高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置成功實(shí)現(xiàn)等離子體放電。這是世界上首個(gè)全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置，其成功運(yùn)行標(biāo)志著中國在核聚變能源領(lǐng)域達(dá)到了一個(gè)新的高度。

中國企業(yè)在核聚變領(lǐng)域在先進(jìn)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、高約束模式運(yùn)行、高溫超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新與突破。

中國環(huán)流三號(hào)項(xiàng)目在國際上首次發(fā)現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)了一種先進(jìn)的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)不僅提高了磁場(chǎng)的約束力，還能更加穩(wěn)定地維持高溫等離子體，為核聚變反應(yīng)的穩(wěn)定性和能量輸出帶來了顯著提升。

中國環(huán)流三號(hào)在100萬安培等離子體電流下實(shí)現(xiàn)了高約束模式運(yùn)行，這是磁約束核聚變中的一種先進(jìn)運(yùn)行模式，相比普通模式更具經(jīng)濟(jì)性，也是國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式。

洪荒70裝置的成功運(yùn)行驗(yàn)證了高溫超導(dǎo)托卡馬克的工程可行性，采用了局部螺旋磁通注入（電子槍）和離子回旋加熱（ICRF）兩種預(yù)電離方式，實(shí)現(xiàn)了等離子體的成功放電。這一技術(shù)路線在核聚變領(lǐng)域具有創(chuàng)新性。

商業(yè)化前景漸趨清晰，企業(yè)入局向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的持續(xù)支持，中國核聚變產(chǎn)業(yè)正逐步向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。多家企業(yè)已經(jīng)開始布局核聚變領(lǐng)域，推動(dòng)核聚變技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。

中國主要的核聚變企業(yè)包括中國核電等多家在核聚變技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面具有重要影響力的公司。

中國核電作為中國核電行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，中國核電在核能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)，其主要業(yè)務(wù)集中在傳統(tǒng)核電領(lǐng)域，但也可能在核聚變技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用方面有所布局或合作。

海陸重工公司在民用核能領(lǐng)域累積了豐富的制造和管理經(jīng)驗(yàn)，并完成多個(gè)項(xiàng)目的國際、國內(nèi)首件（臺(tái)）制造任務(wù)。設(shè)備供應(yīng)堆型包括但不限于二代+堆型、三代堆型（華龍一號(hào)、國和一號(hào)、AP1000、VVER、EPR）、四代堆型（高溫氣冷堆、鈉冷快堆、釷基熔鹽堆）以及熱核聚變堆（ITER）等國內(nèi)外主要核電機(jī)型。其參股企業(yè)聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)在核聚變超導(dǎo)磁體應(yīng)用方面取得了重要突破，并參與建設(shè)可控核聚變項(xiàng)目。

安泰科技作為獨(dú)家供應(yīng)商為“人造太陽”EAST大科學(xué)工程裝置批量提供了上偏濾器全鎢復(fù)合部件。也是目前在建的國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER（號(hào)稱世界最大的“人造太陽”）鎢銅復(fù)合部件的重要供應(yīng)商。在核聚變?nèi)u偏濾器復(fù)合部件的研究和制造方面已經(jīng)走在了世界的前列。

聯(lián)創(chuàng)光電參股企業(yè)聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)在核聚變項(xiàng)目中發(fā)揮重要作用，主要作為主機(jī)裝置建設(shè)中的高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)和低溫制冷系統(tǒng)的供應(yīng)商。其研發(fā)與核聚變技術(shù)發(fā)展緊密相關(guān)，是產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)。

中國石油集團(tuán)正式涉足核聚變領(lǐng)域。聚變新能（安徽）有限公司（簡稱聚變新能）在近日發(fā)生工商變更，新增中國石油集團(tuán)昆侖資本有限公司為股東。據(jù)天眼查顯示，中國石油集團(tuán)昆侖資本、合肥科學(xué)島控股有限公司都是出資29億元、持有聚變新能股權(quán)比例均為20%。蔚來控股有限公司通過全資子公司蔚聚科技（安徽）有限公司持股5%。

另外，奧特迅、永鼎股份、國光電氣、沃爾核材等企業(yè)也在核聚變產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)有所布局。

近年來，中國政府高度重視核聚變技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，將其視為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和雙碳政策的重要一環(huán)。國務(wù)院、國家發(fā)改委、國家能源局等部門相繼出臺(tái)了一系列支持政策，加快構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，并明確可控核聚變領(lǐng)域?yàn)槲磥砟茉吹闹匾较颉?/p>

在政策支持下，中國核聚變產(chǎn)業(yè)的研發(fā)投入不斷增加。據(jù)相關(guān)報(bào)告，截至2023年，研究可控核聚變的公司共融資62億美元，其中私人投資占據(jù)了大部分比例。此外，國內(nèi)多家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)也在積極投入資源，推動(dòng)核聚變技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

中國在核聚變領(lǐng)域取得了多項(xiàng)重要技術(shù)成果。“神光-Ⅲ”主機(jī)裝置的成功研制，標(biāo)志著我國已具備十萬焦耳級(jí)ICF實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑸槲覈_展關(guān)鍵物理過程研究、高能量密度物理研究提供了重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。“中國環(huán)流三號(hào)”在試運(yùn)行中首次實(shí)現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，刷新了我國磁約束聚變裝置的運(yùn)行紀(jì)錄。同時(shí)，我國還在推動(dòng)更高功率的“神光”Ⅳ號(hào)裝置的建設(shè)。

此外，我國還在氚回收、等離子體穩(wěn)態(tài)高約束等方面取得了顯著進(jìn)展，提升了聚變落地的可行性。

資本加速入局聚變產(chǎn)業(yè)，未來能源有望成為現(xiàn)實(shí)

世界上共有50多個(gè)國家正在進(jìn)行140多項(xiàng)核聚變裝置的研發(fā)和建設(shè)。自20世紀(jì)50年代以來，物理學(xué)家一直試圖利用為太陽提供能源的核聚變反應(yīng)。

直到2022年12月5日美國的勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）實(shí)現(xiàn)了聚變點(diǎn)火，首次在可控核聚變實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的凈能量增益。

2017年，由6名麻省理工學(xué)院（MIT）教授聯(lián)合創(chuàng)立的“聯(lián)邦核聚變系統(tǒng)”（Commonwealth Fusion Systems）公司。2018年，從意大利埃尼集團(tuán)（Eni）籌集到5000萬美元的資金，還得到了“突破能源基金”（BEV）一筆數(shù)目不詳?shù)耐顿Y。突破能源基金的幕后金主包括比爾·蓋茨（微軟創(chuàng)始人），杰夫·貝佐斯（亞馬遜創(chuàng)始人），理查德·布蘭森（維珍集團(tuán)創(chuàng)始人）和馬克·扎克伯格（Facebook創(chuàng)始人）等。

2024年7月1日，國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆項(xiàng)目（ITER，又稱“人造太陽”計(jì)劃）迎來重要里程碑。經(jīng)過二十年的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造和組裝，這個(gè)跨國合作項(xiàng)目的大型環(huán)形場(chǎng)線圈在日本和歐洲成功完工并交付。據(jù)ITER官方發(fā)布的消息，19個(gè)巨型線圈都已運(yùn)抵法國南部，為這個(gè)巨型核聚變項(xiàng)目的首次等離子體實(shí)驗(yàn)鋪平了道路。在ITER項(xiàng)目中，各國的貢獻(xiàn)被細(xì)分為22個(gè)采購包和97個(gè)子包。我國承擔(dān)了其中12個(gè)子包的制造任務(wù)，包括制造關(guān)鍵零部件和系統(tǒng)，這些部件對(duì)于ITER裝置的成功建設(shè)和運(yùn)行至關(guān)重要。

2023年11月，由日本和歐盟共同合作建造運(yùn)行的超導(dǎo)托卡馬克裝置JT-60SA成功點(diǎn)火。

日本的Kyoto Fusioneering是一家由京都大學(xué)研究人員于2019年創(chuàng)立的初創(chuàng)公司，總部位于東京。該公司致力于核聚變發(fā)電的商業(yè)化，并在被稱為“回旋振蕩管（gyrotron）”的等離子加熱裝置領(lǐng)域展現(xiàn)出較高的技術(shù)能力。Kyoto Fusioneering獲得了三菱商事、關(guān)西電力、日本政府旗下基金等16家企業(yè)合計(jì)投資約100億日元（約7360萬美元），計(jì)劃在2024年在日本國內(nèi)設(shè)置核聚變發(fā)電的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以驗(yàn)證回旋振蕩管等裝置能否穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)以及提取熱量等。

隨著新材料、3D打印等新技術(shù)進(jìn)步，可控核聚變商業(yè)化的確定性大幅增加。

根據(jù)聚變行業(yè)協(xié)會(huì)（FIA）發(fā)布的報(bào)告，全球可控核聚變行業(yè)的融資總額在過去幾年中持續(xù)增長。截至2024年4月，全球可控核聚變行業(yè)所獲得的總投資額已達(dá)到71億美元，較2023年同期增加9億美元，相比2022年同期增加23億美元，顯示出投資者對(duì)該領(lǐng)域的濃厚興趣。

參與融資的可控核聚變公司數(shù)量也在不斷增加。FIA的報(bào)告顯示，截至2024年，已有45家開發(fā)商業(yè)聚變的私營公司，高于2023年的43家、2022年的33家和2021年的23家，整個(gè)行業(yè)對(duì)市場(chǎng)進(jìn)入的信心呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢(shì)。

國際上，微軟與核聚變公司Helion Energy達(dá)成購電協(xié)議，進(jìn)一步證明了核聚變技術(shù)的商業(yè)潛力和市場(chǎng)價(jià)值。

作為美國核聚變領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)，CFS（Commonwealth Fusion Systems）在核聚變領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，并獲得了大量投資。該公司計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)SPARC的首次等離子體，并在此后不久實(shí)現(xiàn)Q>1（即生產(chǎn)的聚變能量超過機(jī)器運(yùn)行所需的能量）。CFS的融資來自Tiger Global等機(jī)構(gòu)。

Helion Energy采用磁慣性約束技術(shù)路線，并計(jì)劃在2028年完成其首個(gè)聚變?cè)蜋C(jī)Polaris。該公司已獲得包括微軟在內(nèi)的多家知名企業(yè)的投資，并在等離子體注射器測(cè)試中取得了關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展。

Xcimer Energy 和 SHINE Technologies這兩家美國聚變能源公司也在2024年獲得了較高的融資額度，分別為1億美元和9000萬美元，顯示出資本市場(chǎng)對(duì)核聚變技術(shù)的認(rèn)可。

瀚海聚能作為中國的核聚變初創(chuàng)公司，于2022年成立，并在今年4月完成了5000萬元的天使輪融資。該輪融資由華映資本、奇績創(chuàng)壇等機(jī)構(gòu)領(lǐng)投，將用于線性裝置物理和工程設(shè)計(jì)。

星環(huán)聚能已完成數(shù)億元人民幣的Pre-A輪融資。該輪融資由上海知識(shí)產(chǎn)權(quán)基金領(lǐng)投，資金將主要用于新一代聚變驗(yàn)證裝置的設(shè)計(jì)、研發(fā)和建造。

聚變新能在2023年完成了15億元的天使輪融資。

能量奇點(diǎn)在近兩年內(nèi)獲得了每輪約4億元的天使輪和Pre-A輪融資。

新能源成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要力量。隨著可控核聚變領(lǐng)域的融資熱度升溫，越來越多的投資機(jī)構(gòu)開始加碼布局這一領(lǐng)域。中科創(chuàng)星、蔚來資本等投資機(jī)構(gòu)投資了這一領(lǐng)域的多家企業(yè)，顯示出他們對(duì)可控核聚變技術(shù)商業(yè)化前景的看好。

未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的持續(xù)支持，中國核聚變產(chǎn)業(yè)有望迎來更加廣闊的發(fā)展空間。中國核聚變技術(shù)的不斷發(fā)展將為解決能源危機(jī)、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供重要支撐。可控核聚變的實(shí)際應(yīng)用，將為人類社會(huì)的能源利用帶來革命性的變化。