全球可控核聚变商业化投资在加速
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广东国能中林投资有限公司 日期：2024-07-31 1773 属于：行业动态
根据美国核聚变产业协会（Fusion Industry Association，FIA）最新发布的2024年报告，目前全球至少有45家公司致力于核聚变能源的商业开发。美国的TAE Technologies和Helion Energy等初创企业的计划取得了重大进展，使得核聚变发电的实现更加接近现实。例如，TAE Technologies与日本核融合科学研究所合作，利用大型螺旋装置（LHD）成功使用氢和硼-11作为燃料实现了核聚变反应。Helion Energy计划从2028年开始向微软提供核聚变电力，这份电力供应协议引发了全球的关注，这是核聚变商业化进程中的一个重要里程碑事件。
随着2030年-2040年商用核聚变发电的目标逐渐明确，近年来核聚变技术领域的初创企业吸引了大量投资，表明这一领域的商业潜力正日益受到关注。这些初创企业正在推动核融合技术的进步，并通过国际合作、融资和技术创新加速核融合发电的商业化进程。在全球核聚变能源的研发中占据了重要地位。核聚变技术的突破将为未来的能源结构带来深远的影响。
Commonwealth Fusion Systems (CFS)
TAE Technologies
Helion Energy
General Fusion
Tokamak Energy
Shine Technologies
Zap Energy
ENN
上述数据显示，核聚变技术的研究和开发正在快速推进，各种创新技术和实验结果表明，核聚变发电的商业化正变得越来越可行。尽管当前面临的技术挑战仍然存在，如等离子体的稳定性、能量增益的实现以及经济性的提高，但通过持续的研究和投资，核聚变有望成为未来清洁能源的重要组成部分。
在未来，随着技术的进一步成熟和市场的扩展，核聚变技术可能在全球能源结构中发挥关键作用。各国和企业之间的合作，以及持续的资本投入，将是推动这一领域发展的重要因素。总体而言，这份报告为了解核聚变技术的现状和未来提供了全面而有洞察力的分析，展示了核聚变在全球能源转型中的潜力和前景。
转载自国际清洁能源论坛
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随着2030年-2040年商用核聚变发电的目标逐渐明确，近年来核聚变技术领域的初创企业吸引了大量投资，表明这一领域的商业潜力正日益受到关注。这些初创企业正在推动核融合技术的进步，并通过国际合作、融资和技术创新加速核融合发电的商业化进程。在全球核聚变能源的研发中占据了重要地位。核聚变技术的突破将为未来的能源结构带来深远的影响。
- 资金：截至2024年，全球核聚变公司共筹集了约71.22亿美元资金。其中，政府的公共资金从2023年的2.71亿美元增加到2024年的4.26亿美元，增幅超过50%。这反映了各国政府对核聚变的兴趣增加，以及对私营企业推动示范性核聚变电厂建设的信心增加。
- 公司数量：2024年全球至少有45家核聚变公司，较2023年增加了3家公司。全球可控核聚变领域的公司数量及在世界各地的分布如图所示。
- 市场：核聚变的主要目标市场包括发电、航天、海洋、医疗、离网能源、氢气及清洁燃料和工业热能。
- 员工构成：核聚变行业的就业人数从2021年的1096人增加到2024年的4107人，反映了行业的持续增长。其中，科学家和工程师占员工总数的73%，显示了该行业在研究与开发方面的高技术要求。
- 技术方法：公司采用的技术方法多种多样，包括磁约束、惯性约束、混合磁/电静态约束等。
- 燃料来源：核聚变公司主要使用DT（氘氚混合）作为燃料，有些公司也在探索其他燃料，如DHe3（氘氦3）和pB11（质子-硼11）。
- 时间表：89%的公司预计将在2040年前实现向电网供电，其中70%的公司认为这一里程碑将在2035年前实现。
- 全球核聚变产业的主要投资方
- 全球投资规模在2亿美元以上的核聚变企业
Commonwealth Fusion Systems (CFS)
- 背景: CFS是由麻省理工学院（MIT）等离子体科学和聚变中心的研究人员创立的初创企业，致力于通过创新的高温超导磁体技术实现核聚变能的商业化。
- 位置: 美国马萨诸塞州德文斯
- 成立时间: 2018年
- 创始人: Bob Mumgaard, Dan Brunner, Brandon Sorbom, Dennis Whyte, Martin Greenwald, Zach Hartwig
- 主要目标市场: 发电
- 资金: 约20亿美元
- 员工: 1000人
- 技术方法: 磁约束
- 核心技术: 该公司开发了一种基于高温超导磁体的紧凑型托卡马克反应堆设计。这些磁体能够产生极强的磁场，用于约束和稳定高温等离子体。与传统设计相比，CFS的托卡马克设计更加紧凑、高效，并有望更快地实现净能量增益。
- 燃料来源: DT（氘氚混合）
- 能源捕获方法: 锂中子“包层”
- 试点工厂时间表: 预计在2026年启动
- 预期商业运营设施的MWe: 400MW
- SPARC项目: CFS目前的主要项目是名为“SPARC”的紧凑型托卡马克反应堆。SPARC的设计目标是成为世界上首个实现能量净增益的核聚变反应堆，即输出能量大于输入能量。该项目计划于2025年完成并开始实验运行。
- 高温超导磁体的突破: 2021年9月，CFS成功测试了20特斯拉（T）的高温超导磁体，创造了世界上最强磁场的记录。这一成就对SPARC反应堆来说是一个重要的里程碑，因为强磁场对于有效约束高温等离子体至关重要。
- CFS计划在2025年实现SPARC反应堆的首次等离子体点火，目标是达到能量增益系数Q>10。公司计划在此后进行一系列实验，以验证反应堆的性能和核聚变技术的可行性。如果成功，CFS将开发更大型的商业核聚变反应堆ARC，目标是在2030年代早期推出全球首个商业核聚变反应堆。该公司致力于实现核聚变发电，这一技术的成功有望为全球能源市场带来革命性变化。
TAE Technologies
- 背景: TAE专注于利用氢-硼燃料的独特反应路径来实现清洁、可持续的能源生产。这种反应路径与传统的氘-氚反应不同，产生的中子显著减少，从而降低了放射性废物处理的需求。
- 位置: 美国加利福尼亚州Foothill Ranch以及英国、欧盟和瑞士的多个地点
- 成立年份: 1998年
- 创始人: 由物理学家诺曼·罗斯托克等创立
- 主要目标市场: 发电
- 迄今为止宣布的总资金: 超过12亿美元
- 员工（包括全职顾问）: 超过600人
- 技术方法: 磁约束
- 核心技术: 采用反转磁场配置型技（Field-Reversed Configuration），这是一种磁场约束的核聚变方法，有助于稳定高温等离子体。该技术已被证明能在保持等离子体稳定性的同时达到高温。
- 燃料来源: 主要研究p-B11，TAE的配置也可以适应其他核聚变燃料循环，如D-T（氘-氚）、D-He3（氘-氦3）和D-D（氘-氘）
- 能源捕获方法: 热捕获、常规热循环或直接能量转换
- 预期首个商业运营设施的 MWe: 350-500 MWe
- 等离子体温度突破: 2022年达到了7500万摄氏度以上的等离子体温度。
- Copernicus设施: 完成了Copernicus设施的建设，以及其辅助组件测试床的运营，完成了主要设计。
- 国际合作: 与日本核聚变科学研究所合作，在日本的大型螺旋装置（LHD）上进行了实验，首次成功演示了使用氢和硼-11作为燃料的核聚变反应。这是核聚变技术发展的一个重要里程碑。
- TAE正在建设第六代研究用核聚变反应堆“Copernicus”，该项目旨在通过进一步的实验和研究验证FRC技术的可行性和效率。Copernicus 预计将使用氢-硼燃料，这种燃料产生的中子较少，有助于减少核废料的产生。Copernicus设备将通过使用氢燃料在D-T平衡点操作，展示 TAE 概念在核聚变相关条件下的可行性。公司还计划与日本自然科学研究所合作，进一步研究氢-硼核聚变反应。2030年代建设原型p-B11核聚变发电厂。
Helion Energy
- 背景: Helion Energy专注于开发一种名为磁场-惯性复合（Magneto-Inertial Fusion）的独特核聚变方法。这种方法结合了磁场和惯性约束的优点，旨在实现更高效、更可控的核聚变反应。
- 位置: 美国华盛顿州埃弗里特
- 成立时间: 2013年
- 创始人: David Kirtley, Chris Pihl, George Votroubek, John Slough
- 主要目标市场: 发电
- 迄今为止宣布的总资金: 6亿美元
- 员工（包括全职顾问）: 300人
- 技术方法: 磁惯性约束
- 技术核心: 该公司利用脉冲磁场和等离子体冲击波来实现氘（D）和氚（T）的聚变反应。其核聚变装置能够在高频率下运行，提高能量输出和系统效率。
- 燃料来源: DHe3（氘-氦3）
- 能源捕获方法: 直接能量转换
- 试点工厂时间表: 2028年
- 预期商业运营设施的 MWe: 至少50 MWe
- 主要合作伙伴: 微软（Microsoft）；纽柯（Nucor）
- Trenta反应堆: 第六代原型反应堆Trenta已连续运行16个月，展示了超过1亿摄氏度的等离子体温度，并能够在反应堆内生成高能量的氦和中子。Trenta反应堆的设计目标是通过重复脉冲来增加能量输出，其运行频率高达每秒10次以上。
- Polaris反应堆: 目前正在建设名为Polaris的第七代反应堆，计划于2024年投入使用。Polaris反应堆旨在实现首个净能量输出的核聚变反应，即输出能量超过输入能量。如果实现，这将是核聚变领域的重大突破。
- 商业化努力: 2023年5月，Helion Energy宣布与微软达成协议，将从2028年开始向微软提供核聚变发电。这是全球首个核聚变电力供应协议，标志着核聚变技术向商业化应用迈出了重要一步。
- Helion Energy计划于2024年启用第七代反应堆“Polaris”，目标是实现净能量输出并提高反应频率，并计划在2028年实现试点工厂的运行。公司专注于使用场反转配置（FRC）方法进行核聚变研究，致力于建造世界上首个核聚变发电厂。Helion Energy的独特技术和创新思路为核聚变能的未来发展提供了新方向。
General Fusion
- 背景: General Fusion力于开发一种独特的磁场-惯性聚变（Magnetized Target Fusion, MTF）技术。这种方法将等离子体约束在一个由液态金属形成的空腔中，通过快速压缩来实现核聚变反应。
- 位置: 加拿大不列颠哥伦比亚省里士满
- 成立时间: 2002年
- 创始人: Dr. Michel Laberge
- 主要目标市场: 发电
- 资金: 3.25亿美元
- 员工: 140人
- 技术方法: 磁惯性约束
- 技术核心: MTF技术结合了磁场约束和惯性约束的优点，旨在通过更简单和更经济的方式实现核聚变反应。其核心是利用液态金属作为缓冲介质，这有助于减少对反应堆壁的损害并提高系统的耐久性。
- 燃料来源: DT（氘氚混合）
- 能源捕获方法: 液态金属热交换
- 预期商业运营设施的 MWe: 300MW
- General Fusion成功完成了多个关键技术组件的测试，包括等离子体注入器和液态金属涡流腔的设计和优化。这些测试结果为下一步的反应堆集成和全规模实验奠定了基础。
- 公司与英国核能机构合作，正在英国建设一个示范工厂，该示范工厂将展示其MTF技术的可行性和稳定性，计划于2025年启用，目标是实现商用核聚变。长期目标是实现核聚变能的商业化生产。General Fusion计划在示范工厂成功运行的基础上，开发更大规模的商用核聚变反应堆，预计在2030年代初推出首个商用核聚变发电厂。
Tokamak Energy
- 背景: Tokamak Energy致力于通过开发小型、高效的托卡马克（tokamak）反应堆，实现核聚变能量的商业化。公司技术的重点是使用高温超导磁体产生强大的磁场，从而约束和稳定高温等离子体。
- 位置: 英国牛津郡
- 成立时间: 2009年
- 创始人: David Kingham, Mikhail Gryaznevich
- 主要目标市场: 发电
- 资金: 1.5亿美元
- 员工: 200人
- 技术方法: 磁约束（球形托卡马克）
- 核心技术: Tokamak Energy开发了一种紧凑型球形托卡马克（Spherical Tokamak），这是一种更小、更高效的托卡马克设计。公司采用高温超导磁体来产生超强磁场，这有助于提高等离子体的稳定性和反应堆的能量增益。
- 燃料来源: DT（氘氚混合）
- 能源捕获方法: 锂中子“包层”
- 试点工厂时间表: 2030年代初
- 预期商业运营设施的 MWe: 250 MWe
- ST40实验装置: 2022年3月，Tokamak Energy成功使用其ST40实验装置达到了1亿摄氏度的等离子体温度。这是核聚变反应所需的关键温度门槛，标志着公司在技术开发方面的重要里程碑。ST40是目前世界上最紧凑的托卡马克装置之一，专为验证高温超导磁体技术而设计。
- ST80-HTS反应堆: 公司目前正在开发下一代反应堆ST80-HTS，计划于2025年投入使用。ST80-HTS将采用最新的高温超导磁体技术，并进一步优化反应堆设计，以实现更高的等离子体稳定性和长时间的约束。这一项目的目标是验证持续稳定运行的可行性，为未来的商用核反应堆奠定基础。
- Tokamak Energy正在开发新型高温超导磁体的反应堆“ST80-HTS”，计划在2030年代中期推出商用核聚变发电厂。长期目标是开发一个名为ST-E1 的商用核聚变反应堆，预计在2030年代早期实现商业化。ST-E1将基于ST80-HTS的技术成果，旨在提供稳定、可持续的清洁能源。Tokamak Energy通过创新的托卡马克设计和高温超导磁体技术，在核聚变能源的开发中处于领先地位。
Shine Technologies
- 背景: Shine Technologies致力于通过非反应堆技术生产医用同位素，并开发用于工业和医疗领域的创新核技术解决方案。公司特别关注医用同位素的生产，如钼-99，这是一种关键的医用同位素，用于医学成像。
- 位置: 美国威斯康星州
- 成立时间: 2010年
- 创始人: Greg Piefer
- 主要目标市场: 发电、医疗同位素生产
- 资金: 1.3亿美元
- 员工: 200人
- 技术方法: 聚变-裂变混合
- 核心技术: 使用加速器驱动的次临界系统来生产放射性同位素，这种方法比传统的反应堆生产方式更安全、更环保。该技术特别适用于钼-99的生产，这是一种用于生成技术镝-99m的放射性同位素，后者广泛应用于医学影像诊断。
- 燃料来源: DT（氘氚混合）
- 能源捕获方法: 液态金属热交换
- 试点工厂时间表: 2030年
- 预期商业运营设施的 MWe: 100 MWe
- Shine Technologies已完成钼-99生产设施的建设，这将显著提高全球对这种重要医用同位素的供应。公司正在推进一系列新技术的开发，包括用于放射治疗的靶向放射性药物和工业应用的中子源技术。这些技术将扩大Shine在核医学和工业核技术领域的产品组合。
- 公司计划进一步扩展其在医用同位素生产领域的能力，并加速新型放射性药物的开发。同时，Shine Technologies还将探索新的工业应用领域，如材料分析和安全检查中的中子源技术。通过创新的非反应堆同位素生产技术和持续的技术开发，Shine在核医学和核技术应用领域占据了重要地位。
Zap Energy
- 背景: Zap Energy专注于开发无磁场等离子体约束的核聚变技术，即剪切流Z-pinched（Sheared Flow Z-Pinch）技术。这种技术通过电流生成等离子体，并利用剪切流稳定等离子体，避免了传统托卡马克和激光惯性约束核聚变中复杂的磁体系统。
- 位置: 美国华盛顿州西雅图
- 成立时间: 2017年
- 创始人: Benj Conway, Uri Shumlak, Brian Nelson
- 主要目标市场: 发电
- 资金: 1亿美元
- 员工: 100人
- 技术方法: Z-pinched等离子体的研究和应用
- 技术核心: Z-pinched技术利用电流直接驱动等离子体产生核聚变条件所需的高温和高密度。通过剪切流的稳定作用，克服了Z-pinched技术中传统上存在的等离子体不稳定性问题。
- 燃料来源: DT（氘氚混合）
- 计划能源捕获方法: 液态金属热交换
- 试点工厂时间表: 2030年
- 预期商业运营设施的 MWe: 500 MWe
- Zap Energy已成功开发和测试了一系列实验装置，其中最著名的是Z-pinch装置。最新的装置实现了稳定的等离子体生成，为进一步提高等离子体温度和密度奠定了基础。公司在其Z-pinch装置中取得了一些关键进展，包括成功实现高温等离子体的稳定性和较长的维持时间。这些结果表明Zap Energy的技术路线在实现核聚变的可行性方面具有显著潜力。
- Zap Energy的未来计划包括进一步优化其Z-pinch技术，提升等离子体的温度和密度，以接近核聚变反应的条件。公司的目标是在未来几年内实现能量增益，并为开发商业化核聚变反应堆奠定基础。Zap Energy通过创新的Z-pinched技术路线，在核聚变能量开发中开辟了一条不同于传统托卡马克和激光惯性约束的道路。公司的进展显示出Z-pinched技术在核聚变领域的独特潜力，并且随着技术的不断优化和实验的推进，未来有望在核聚变领域取得突破性进展。
ENN
- 背景: 新奥集团成立于1989年，主要业务涵盖天然气、光伏、清洁能源和智能能源等领域。近年来，新奥集团进入了核聚变技术的研究和开发领域。
- 位置: 中国河北廊坊
- 成立年份: ENN科技发展有限公司成立于2006年，ENN核聚变技术研发中心成立于2018年
- 创始人: 王玉锁
- 主要目标市场: 发电
- 迄今为止宣布的总资金: 4亿美元
- 员工（包括全职顾问）: 150人
- 技术方法: 磁约束
- 核心技术: ENN在核聚变领域的技术研发主要集中于磁约束核聚变技术，类似于球形托卡马克和其他磁场约束方式。
- 燃料来源: pB11
- 计划的能源捕获方法: 直接能量转换
- 预期商业运营设施的 MWe: 200 MWe
- 总结
上述数据显示，核聚变技术的研究和开发正在快速推进，各种创新技术和实验结果表明，核聚变发电的商业化正变得越来越可行。尽管当前面临的技术挑战仍然存在，如等离子体的稳定性、能量增益的实现以及经济性的提高，但通过持续的研究和投资，核聚变有望成为未来清洁能源的重要组成部分。
在未来，随着技术的进一步成熟和市场的扩展，核聚变技术可能在全球能源结构中发挥关键作用。各国和企业之间的合作，以及持续的资本投入，将是推动这一领域发展的重要因素。总体而言，这份报告为了解核聚变技术的现状和未来提供了全面而有洞察力的分析，展示了核聚变在全球能源转型中的潜力和前景。
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