AI训练需要海量算力,算力背后是“每秒必争”的能源消耗。
在人工智能与算力革命浪潮席卷全球,能源需求正经历前所未有的爆发式增长。这种矛盾正在倒逼全球将目光投向“终极能源”——可控核聚变。
基于能量密度高、零碳排以及燃料资源近乎无限等诸多优势,可控核聚变一旦能实现商业化意味着将如蒸汽机、电气化的到来一样,主导新一轮科技革命,重塑全球能源格局。
对中国而言,聚变能源的战略意义更是不言而喻。
氢硼聚变破晓
4月16日,位于河北廊坊的新奥能源研究院爆发出雷鸣般的掌声,“玄龙-50U”实现国际首次氢硼聚变兆安级放电。
该项目的负责人、新奥聚变科学家石悦江博士回忆称,“当天的实验主题原本并不是大电流,但是我们发现那天等离子壁的状态非常好,我们就临时改变了实验目标。”
石悦江形容,“就像火箭发射的窗口期一样,如果错失这次机会,可能就要等待十几天后的下一次实验了。”
从最初预计的300千安,到最终达成百万安培(兆安)电流,实验团队的“临场决断”改写了氢硼聚变的工程进程。
新奥聚变首席科学家彭元凯博士告诉笔者,“电流达到一兆安以后,意味着新奥聚变装置真正进入了大科学装置的时代。”
这一突破意味着氢硼聚变将不再是实验室的乌托邦,而是可触摸的工程蓝图。
聚变能源燃料路线多元,在技术上氘氚聚变相对容易实现。此外,氘氘、氘氦、氢硼等不同方案也瞄准商业化推进。
“在没有抓到兔子之前,所有的猎狗都有机会。”北京大学应用物理中心特聘研究员康炜在第四届“受控核聚变与人工智能技术”学术会议期间谈到。
新奥能源研究院院长刘敏胜介绍,新奥选择氢硼聚变路线不仅是基于其商业化潜力,更因其技术路径在工程可行性上展现出独特优势。
相较于主流氘氚聚变依赖稀少氚燃料、需复杂中子屏蔽等技术瓶颈,氢硼燃料的聚变反应具有三大实现优势:其一,燃料获取成本低廉,自然界中硼-11储量丰富(占地壳丰度约80%),氢同位素可从水中提取,完全规避了氘氚燃料的供应链风险;其二,反应产物仅为无害的α粒子(氦核)和质子,无需处理放射性废料,彻底解决核废料处置难题;其三,聚变产生的高能质子可直接轰击金属板产生直流电,省去传统聚变发电的蒸汽轮机环节,理论发电效率提升一倍以上。
事实上,从产业链协同视角看,氢硼聚变路线与国内制造业基础高度契合。球形环装置核心部件的加工精度要求低于氘氚路线同类设备,中国成熟的超导材料、精密加工产业集群可为大规模制造提供支撑。
但同时,氢硼聚变需要更高的等离子体温度(约10-20亿摄氏度,超过氘氚的1-2亿摄氏度)和更优越的磁场约束条件及辅助加热功能。
眼下,通过将基础研究与产业化需求深度绑定,新奥将氢硼聚变从理论可能转化为工程现实,为中国抢占聚变技术制高点提供另一条路径。
可控核聚变研究分为六个阶段,原理探索、规模实验、燃烧实验、实验堆、示范堆及商用堆。
放眼全球,最顶尖的科学家们正在深思熟虑埋头苦干,以求更快地夺得这座能源革命的“圣杯”。当前主流技术路线预计可控核聚变将在2035年进入示范阶段,2050年前后实现商业化发电。
中国核工业集团提出2045年左右进入示范阶段,而中国聚变工程实验堆(CFETR)计划在2035年建成示范堆。国际热核聚变实验堆(ITER)因技术复杂性推迟至2039年运行,但全球科研界普遍认为2050年是商业化应用的关键节点。
中国可控核聚变领域近期捷报频传。
3月28日,中核集团新一代人造太阳中国环流三号(HL-3)成功突破“双亿度”。“我们中国环流三号实现‘双亿度’之后,综合参数大幅跃升,标志着我国核聚变研究挺进了燃烧实验的阶段。”中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所党委书记李永革介绍。
下一步,新奥聚变研发团队将继续基于“玄龙-50U”装置,冲击更高氢硼等离子体参数,开展氢硼聚变反应实验,为下一代氢硼热核聚变实验装置“和龙-2”奠定基础。
聚变研究撬动百亿投资
我国早在1983年就提出了“热堆-快堆-聚变堆”核能“三步走”发展总体战略。
2023年底,国务院国资委明确将可控核聚变视为未来能源的唯一方向,这引发资本加速涌入。
围绕力争要在2035年前实现发出“第一度电”的目标,民营企业和社会资本争相进入核聚变领域,与央企“国家队”优势互补、共同促进聚变商业化落地,给中国核聚变研发加快形成新质生产力持续注入新活力。
在合肥、成都、廊坊三地,中国的聚变能源科研团队均取得了不小的突破。
位于合肥的全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)多次刷新世界纪录;位于成都的HL-3正率先挺进聚变燃烧实验;位于河北廊坊的球形环装置“玄龙-50U”成为全球首个实现氢硼聚变兆安级放电的装置。
2023年底,由中核集团牵头,25家央企、科研院所、高校等组成可控核聚变创新联合体,正式揭牌中国聚变能源有限公司,并发布第一批关键技术攻关任务。这家新秀企业在今年的2月28日,获得中国核电(601985.SH)和浙能电力(600023.SH)两家国资合计17.5亿元的投资。
民营企业新奥集团对可控核聚变的投入堪称“豪赌”。根据规划,该公司未来五年将投入近百亿元用于“和龙-2”装置建设及人工智能研发。
远期来看,华泰证券估算,仅是磁约束托卡马克装置的建设,未来就将带动可控核聚变全球百亿元级的投资规模。
事实上,全球聚变能源历经70余年科研探索,科学可行性业已得到验证,目前处于工程可行性验证向商业化应用落地的关键过渡阶段。但同时,聚变能源难度超高、工程超级复杂,实现商业化并网发电仍需较长时期的技术攻坚也是难以回避的现实。
这并不影响全球各国对聚变实现突破的信心,并正竞相加大相关领域的投入。
根据聚变产业联盟(FIA)的统计,截至2024年底,全球核聚变行业有45家民营公司,2024年投入到私营聚变公司的公共资金增长了50%以上。
另一边,人工智能的多项突破有望加速可控核聚变的商业化进程。在等离子体控制、装置设计优化以及专家知识积累方面都已有所应用。
康炜判断,当前可控核聚变行业方兴未艾、蓬勃向上。对聚变能源的展望不再是“永远的50年”。
“目前来看,在2035年,我们就能够看到聚变商业应用的曙光了。”
本文仅供参考,不作为投资建议。