BEST主體工程(來源:安徽日報 徐旻昊)
2021年9月28日晚,時任中國科學技術大學校長的包信和在中科大東校區USTC1958咖啡館舉辦了一場沙龍。在這場主題為“碳中和與能源革命”的討論中,校長包信和院士轉向中科院等離子體所原所長李建剛院士,拋出一個困擾幾代科學家的問題:
“我上學的時候就知道聚變,現在我都快退休了,你說還有50年,我們到底什么時候能見證?”
另一個現場的提問則更直指本質。
“可控核聚變在將來40年內是否有商業化可能?”
李建剛在2015年當選為中國工程院院士,是中國磁約束核聚變學術帶頭人之一,負責了三代聚變裝置的技術發展、實驗計劃的制定和實施,也是國家大科學工程“聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施”的總指揮。
近4年后,在合肥科學島“人造太陽”EAST裝置的不遠處,緊湊型聚變能實驗裝置(BEST)項目工程總裝工作比原計劃提前兩個月啟動,建成后將有望演示聚變能發電。
2025年以來,長期被稱為“永遠的50年”的可控核聚變取得了多個重大突破,實現可控核聚變商業化的時間周期可能因此縮短。
01/
安徽“跑出”可控核聚變獨角獸
核聚變,指的是兩個輕原子核結合形成一個較重原子核,同時釋放大量能量的過程。它不僅驅動著太陽持續發光發熱,更引領著人類探索新能源的夢想。
可控核聚變,被譽為“人造太陽”,以其獨特優勢吸引著全球目光。與化石能源、風能、水能等相比,它不受自然條件限制,可再生且清潔安全。一旦實現商業化,可控核聚變將帶來穩定的電力供應,成為未來能源結構的關鍵支柱。
那場名為“碳中和與能源革命”的科學沙龍,匯聚了國軒高科李縝、合鍛智能嚴建文、蔚來汽車李斌等政企學界代表。提問和交流環節比原定時間延遲了1個多小時。
多年后,嚴建文履新,成為聚變新能(安徽)有限公司的董事長。
2023年5月,聚變新能(安徽)有限公司(以下簡稱“聚變新能”)正式成立。注冊資本50億;一年之后注冊資本由50億元增至145億元。
聚變新能,是中國科學院合肥物質院等離子體物理研究所磁約束核聚變領域的唯一成果轉化平臺。其致力于將可控核聚變技術由科學實驗階段提升至高成熟度的工程實踐和商業應用水平,這一目標無疑吸引了眾多投資機構的目光。
第三方平臺顯示:聚變新能由合肥產投新能科技合伙企業、安徽皖能豐禾聚變科技合伙企業、中國石油集團昆侖資本有限公司、合肥科學島控股有限公司和安徽省科創投資有限公司等6位股東共同持股。
聚變新能股東涵蓋安徽省與合肥市國有平臺、中央企業、中國科學院及社會資本。
國有平臺:
安徽皖能豐禾聚變科技合伙企業(持股20.5%)
皖能豐禾合伙人為皖能資本,后者背靠安徽省國資委。在安徽皖能豐禾聚變科技合伙企業合伙人系列中,安徽省產業轉型升級基金、皖能股份、安徽省混合所有制改革基金,均屬安徽省國資委旗下;
安徽省科創投資有限公司(持股14%)
安徽科創投大股東為安徽省國資委;
合肥產投新能科技合伙企業(持股20.5%)
產投新能由合肥市國資委控股。
央企:
中國石油集團昆侖資本有限公司(持股20%)
昆侖資本大股東為中國石油天然氣集團有限公司。
中國科學院:
合肥科學島控股有限公司(持股20%)【技術出資】
合肥科學島控股由中國科學院合肥物質科學研究院建立。
社會資本:
蔚聚科技(安徽)有限公司(持股5%)
蔚聚科技(安徽)由蔚來控股控股。
聚變新能”三步走“戰略(元新聞制圖)
02/
“人造太陽” 進度刷新
在聚變堆園區14號樓的聚變創新展覽館,一張階梯圖展示了“聚變合肥 中國方案”中國核聚變能研發“三步走”戰略:
聚變三步走(元新聞綜合制圖)
中國科學院合肥物質院等離子體物理研究所團委書記葉華龍指著“階梯”告訴元新聞記者:
全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)是基礎,意味著人類首次在實驗裝置上模擬出未來聚變堆高效穩態運行必備的環境,驗證了核聚變發電的可行性;
緊湊型聚變能實驗裝置(BEST)項目將在EAST裝置的基礎上,將真實產生能量,為中國聚變能的發展做出前瞻性和開創性貢獻;
聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施(CRAFT)將是國際聚變領域參數最高、功能最完備的綜合性研究及測試平臺,將為聚變實驗堆和工程堆核心部件的研發及建設保駕護航。
7月1日,元新聞記者跟隨”活力中國調研行“安徽主題采訪團,走進位于合肥三十崗鄉的聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施園區,緊湊型聚變能實驗裝置(BEST)園區工程工地上機器轟鳴。
BEST主體工程(來源:安徽日報 徐旻昊)
“現場裝配的部件數以萬計,總重高達6000噸,精度要求高,標準嚴苛。”緊湊型聚變能實驗裝置(BEST)園區工程有關負責人介紹,目前,BEST裝置已啟動工程總裝工作,是裝置建造過程中最關鍵的環節之一,要將包括超導磁體系統、磁體饋線系統、杜瓦、冷屏、包層以及偏濾器等在內的聚變堆“心臟”部件精確安裝至主機基坑內。
目前,總裝中首個需要落位的重要部件——杜瓦的施工也進展順利,涉及其余6個任務段的施工準備工作正有條不紊地向前推進。
BEST主體工程(來源:安徽日報 徐旻昊)
距此不遠處的合肥科學島,全球首臺全超導托卡馬克裝置EAST坐落于此。裝置直徑達8米,重400噸,憑借其先進穩態長脈沖等離子體運行,創下了多項世界紀錄。
1982年,李建剛踏上合肥“科學島”,開始了“人造太陽”的探索。2006年,等離子體所建成全球首個全超導托卡馬克裝置“東方超環”(EAST),此后,EAST多次刷新世界紀錄 。
EAST裝置(來源:安徽日報 徐旻昊)
葉華龍說,今年初,位于合肥科學島上的全超導托卡馬克裝置EAST獲得重大成果,成功實現1億攝氏度1066秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行,刷新世界紀錄。
現在,聚變研究在基礎科學上取得突破后,迅速轉向工程實踐。“BEST將在EAST裝置基礎上,首次實現聚變能發電演示。”嚴建文說道。前述聚變新能(安徽)有限公司正是BEST裝置建設的實施主體單位。
BEST園區效果圖
嚴建文告訴元新聞記者,BEST核心目標是首次實現氘氚燃燒等離子體的穩定運行并演示發電,填補從“實驗堆”到“示范堆”的工程化空白。BEST項目的啟動標志著我國在可控核聚變領域的技術突破和工程化應用邁入新階段。
離BEST園區不遠的是聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施(CRAFT)——“夸父”項目。CRAFT是合肥獲批綜合性國家科學中心后首個落戶的國家“十三五”重大科技基礎設施項目,該設施目標是建成國際核聚變領域參數最高、功能最完備的綜合性研究及測試平臺。
值得注意的是, 4月25日在上海舉行的“好望角科學沙龍”上,李建剛指出,預計可以在2027年建成緊湊型聚變能實驗裝置。“從實驗裝置到聚變實驗堆、工程示范堆,再到聚變能原型電站,是中國磁約束聚變能發展的技術路線圖。”
李建剛在活動中透露,緊湊型聚變能實驗裝置計劃2027年建成,中國聚變工程示范堆(CFEDR)已啟動方案設計。“中國聚變工程示范堆將完成從ITER到聚變原型電站之間的技術過渡和工業實踐,演示聚變能持續大功率、安全和穩定運行的可行性。 ”
03/
世紀之問背后的百舸爭流
因無限、清潔和安全的特性,可控核聚變被視作人類終極能源。自1952年第一顆氫彈試爆以來,各國都在嘗試將這項技術用于發電,但無一成功。“還有50年”成為行業長久以來的玩笑話。而近兩年國內外主流核聚變項目不斷刷新進度似乎正在打破這一魔咒。
當深秋的中科大東區USTC1958咖啡館中傳來“50年”的追問,這不僅是科學家間的對話,更是中國能源轉型的時代追問。
“聚變能源永遠差50年”的魔咒源自其極端技術難度。
八分之一真空室 (來源:安徽日報 徐旻昊)
有業內人士指出,實現可控核聚變必須跨越勞遜判據的門檻——即溫度(T)、密度(n)和約束時間(τ)的乘積需超過5×1021 keV·s/m3。這被科學家稱為“聚變三重積”。
2025年成為核聚變研究的爆發之年,商業化競速也隨之開啟。盡管技術路線并不完全一致,但今年來核聚變裝置獲得的突破性進展,已然讓科幻敘事照進了現實。
1月,EAST裝置實現1億度高約束模等離子體1066秒穩態運行,刷新世界紀錄;
3月,“中國環流三號”在成都首次達成“雙億度”——原子核溫度1.17億℃、電子溫度1.6億℃雙億度”突破,并大幅提升等離子體電流、能量約束時間綜合參數;
4月,國際熱核聚變實驗堆(ITER)組織宣布,這一由30多國數十年共建的“人造太陽”已完成其“電磁心臟”——世界最大、最強的脈沖超導電磁體系統的全部組件建造;
5月,合肥緊湊型聚變能實驗裝置(BEST)項目工程總裝工作比原計劃提前兩個月啟動,力爭在2027年完成項目建設。
行業認為,隨著高溫超導磁體等技術進步加速、國內外主流聚變裝置不斷取得階段性突破、資本與政策的支持以及AI賦能,聚變研究正從“永遠50年”進入“10-20年”窗口期,商業公司的高效運作或將進一步縮短時間。
據國家能源局官網披露,我國核能發展遵循了“熱堆—快堆—聚變堆”三步走戰略。在此背景下,越來越多的企業和資本開始入局攻關核聚變技術。
目前,中國在核聚變研究上形成了兩股主要力量:以中國科學院合肥物質科學研究院和中核集團核工業西南物理研究院為主的“國家隊”;另一邊則是迅速崛起的商業化公司。
2023年,中國科學院合肥物質院等離子體所在EAST的基礎上,開始推進緊湊型聚變能實驗裝置BEST的建設。后者采用市場化模式建設、運作,聚變新能應運而生。
“國家隊”建造的是“大型人造太陽”,為未來真正點亮“人造太陽”打基礎、做準備。商業化企業則采取“小型人造太陽”的模式,通過開發小型、模塊化的聚變反應堆,提供更低成本、更高效率的清潔能源。
在國內,商業化企業正以多元技術路線并進的方式展開探索:有的聚焦高溫超導托卡馬克技術,追求能量增益的突破;有的則嘗試結構更為緊湊的直線型路線,力圖在成本和效率之間找到平衡點;還有團隊從實驗室走出,用最短時間完成第一等離子體實驗,將多年科研積淀快速轉化為工程實踐。
聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施園區(來源:安徽日報 馬二虎)
2024年,科技部、工業和信息化部、國務院國資委等七部門聯合發布《關于推動未來產業創新發展的實施意見》,明確提出要加強以核聚變為代表的未來能源關鍵核心技術攻關。這一頂層政策信號,被業內視為“吹響了我國可控核聚變邁向落地應用的沖鋒號”。
各地也在迅速響應。2023年,安徽出臺《以創新模式加速推進聚變能商業應用戰略行動計劃(2022—2035年)》,確立核聚變開發應用實驗堆、工程堆和商業堆“三步走”發展戰略。
合肥市發展改革委綜合性國家科學中心工作處處長李辰介紹,目前,合肥形成了覆蓋科學研究、工程集成、未來商業發電原型裝置的大科學裝置集群,并依托中國科學院、中國科學技術大學等科研機構和高校的科研基礎,匯聚了世界一流的人才。
合肥科學島(來源:安徽日報 馬二虎)
在產業鏈方面,截至目前,合肥已匯集聚變能源產業鏈企業近60戶,涵蓋上游超導線材等生產(夸父超導、上超材料等)、中游主機設備制造、工程建設(曦合超導、聚能電物理等)、下游設計運營商(聚變新能公司)全產業鏈。依托2023年在合肥成立的聚變產業聯合會,已匯集會員企業200余家,覆蓋超導材料、磁體系統、真空設備等10大產業鏈環節。
許多投資人都堅信,可控核聚變將是人類的終極能源。
(元新聞記者 常誠 梁巍 “尋龍訣”系列報道⑨)