可控核聚變專題分析：商業化加速，能源發展有望迎來新突破.pdf

可控核聚變專題分析：商業化加速，能源發展有望迎來新突破。可控核聚變兼具三大優勢，能源發展有望迎來新突破。能量密度高：據測 算，目前主要研究方向的氘氚聚變中，1 克氘氚氣體聚變產生的能量約 等于 5 克鈾 235 裂變或 18 噸 5500 大卡煤炭燃燒所釋放的能量。原料來 源廣泛：氘可以通過提取并電解海水中的重水獲得，而氚可以通過熱中 子轟擊鋰 6 原子得到。根據我們的簡單測算，氘氚聚變的燃料成本約為 0.0050 元/kWh。安全性高：原料和產物放射性相對可控，不產生放射性 乏燃料；聚變反應可通過停止燃料供應立刻中斷，不存在熔毀風險。

積極參與 ITER 項目，國內兩大試驗堆取得多項成果。目前世界規模最大的 試驗堆是多國合作的 ITER 項目，最新預期 2029 年完工。我國最主要的 兩個聚變試驗堆分別是 HL-2M 和 EAST，已取得 1MA 等離子體電流、1 億 度等離子體溫度和 1000 秒等離子體約束時間等多項成果。此外，CFETR 項目正在建設，其中二期項目規劃達到 1GW 功率，能量增益因子達到 10， 預計 2035 年建成。

磁約束是主要的研究方向，托卡馬克裝置成熟度較高。根據聚變堆約束等 離子體的方式可將可控核聚變分為磁約束、慣性約束和重力約束，目前 以能源為目的的研究主要聚焦于磁約束方向。磁約束的典型裝置中，環 形托卡馬克被認為是最有可能實現可控核聚變的裝置。此外，球型托卡 馬克主要用于基礎物理研究，而仿星器仍存在新古典運輸等難點。

高溫超導突破，有望提升聚變堆參數。高性能磁約束聚變堆需要使用超導 磁線圈，世界首座非圓截面全超導托卡馬克 EAST 裝置仍使用低溫超導 體，冷卻成本較高。1986 年發現鑭-鋇-銅-氧化合物超導性質后，高溫 超導材料有較大的發展，臨界溫度最高已達 250K（-23℃）。若未來可 以發現臨界溫度更高的高溫甚至室溫超導材料并用于聚變堆磁線圈，聚 變堆性能有望進一步提高。

AI 發展超預期，助力仿真、設計和控制環節。由于聚變過程的復雜性，其 模擬仿真、裝置設計及控制存在一定的困難。人工智能的不斷發展和算 力的持續提升有望提高聚變研究和設計的效率。

資本市場對可控核聚變落地樂觀，首個聚變商業協議擬 2028 年發電。民營 企業也開始參與可控核聚變的研究。相關統計顯示，截至 2023 年 4 月， 已有 44 家聚變企業完成創建，其中僅 2022 年就創建了 9 家公司。這些 公司對聚變預期較為樂觀，超半數認為 2035 年首臺核聚變機組有望并 網發電。微軟公司與聚變公司 Helion Energy 簽署對賭協議，后者 2028 年起向微軟提供至少 50MW 電力，并承諾將核聚變發電成本降低至 1 美 分/kWh。