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抬頭可見的太陽,時刻發生著聚變反應。聚變能因其清潔、安全,資源近乎取之不竭,被視為人類的終極能源。因為終極,所以漫長。
去年以來,核聚變“國家隊”與民企新銳在上海會師、落地,多家商業聚變公司或取得實質進展、或融資創紀錄,種種動作與跡象,打開了人們對這一未來產業的想象空間。因此,若以技術路線的全面、融資氛圍的濃厚及人才密度來界定全球可控核聚變創新高地,上海無疑是其一。
三股推力
如果可控核聚變實現,那么僅需84噸氘氚燃料,便可滿足人類一年能源需求。
但要在地球上復制太陽的聚變反應,等離子體需被加熱至?上億攝氏度?,須達到足夠的密度與能量約束時間,且這三大條件必須同時達成,工程落地難度極大。為此,中美歐日韓等國已探索數十年。
2018年之前,全球聚變商業公司不足10家。此后迄今,這個數字已超過50家。
各家公司的新聚變裝置都瞄準了Q值——Q大于1,指實現了輸出能量超過消耗能量的“凈能量增益”;若Q大于20將更讓人振奮,代表具備商業發電價值。
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法國在建ITER項目,使用低溫超導帶材,故體型巨大。
蓬勃的50余家企業背后,有三股推力。
其一,能顯著提升磁場的高溫超導材料取得技術、量產雙重突破,并被驗證可將托卡馬克(利用磁約束來實現受控核聚變的環形容器)的體積、造價縮減約50倍。
其二,聚變裝置運行中,“人算”難以企及的對磁場進行毫秒級的動態調整,迎來AI智能體的助攻,有望成倍提升裝置對等離子體的約束效率和能力。
其三,資本潮涌。2021年,美國商業化聚變公司CFS完成18億美元融資,成為史上可控聚變獲得的最大一輪融資。目前,全球聚變商業公司獲得的資本加持已超百億美元。
上海集聚
三股力量,托舉出在上海的現象級集聚——僅去年,就有5家以上聚變公司,或新落地上海,或在滬持續擴大運營規模。
去年7月22日,中國聚變能源有限公司在滬掛牌成立。同日,中國聚變公司還與中核集團、中國核電、中國石油集團昆侖資本有限公司等七方簽署增資擴股協議。此次交易完成后,中國聚變公司注冊資本達150億元,一躍成為國內注冊資本最高的商業聚變公司。
在“國家隊”落滬之前,諾瓦聚變于去年4月在上海成立,創始人郭后揚博士系美國能源部前首席科學家。諾瓦選擇了“場反位形(FRC)”新興技術路線,這也是美國聚變公司Helion Energy采納的路線,其好處在于建造成本低、迭代快,但尚需工程驗證。今年4月,諾瓦的驗證裝置“諾瓦一號”在臨港開工。
同樣于去年成立的東昇聚變,脫胎于復旦大學團隊。復旦大學現代物理研究所副教授楊洋介紹,不同于國際主流的氘—氚路線,東昇聚變選擇了幾乎無中子的氘—氦3聚變路線,力爭在未來12年內,分三階段實現Q大于1的目標。
去年底,星環聚能將公司注冊地變更至上海,同期完成10億元A輪融資,刷新了國內民營聚變企業單筆融資紀錄。今年5月,星環聚能又宣布完成5億元A+輪融資。至此,公司累計融資總額超過20億元。星環聚能自研的全球首臺原生負三角球形托卡馬克裝置NTST,預計今年下半年在嘉定啟動安裝。
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NTST環向場磁體杜瓦測試圖。
星環聚能創始人兼CEO陳銳是清華工程科班出身的經濟學博士,他高度在意托卡馬克的造價,以及商業發電價值。也因此,星環聚能押注基于球形托卡馬克的緊湊型重復重聯可控聚變技術方案,旨在更濃縮、更經濟,力爭擺脫傳統托卡馬克動輒百億元乃至千億元投資的桎梏。
2021年創立的上海能量奇點也是重要入局者。有意思的是,諾瓦聚變的郭后揚博士曾擔任過能量奇點的聯合創始人、首席技術官。目前,能量奇點的托卡馬克裝置已從“洪荒70”進展到了“洪荒170”。前者的使命,在于驗證全高溫超導材料建設托卡馬克的工程可行性,于2024年6月建成運行,建設用時僅兩年。“洪荒170”的目標則是產出Q值大于10的結果,但也需要近20億元的資金投入。
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能量奇點“洪荒70”。
聚變之“鏈”
這些聚變公司之所以集聚上海,產業鏈是最大考量。
高溫超導帶材,是以哈氏合金為基,進行氧化鎂、超導層、銅層等共11層精密鍍膜,在12毫米寬、厚度不足A4紙的橫截面,實現800安培以上的載流能力。2011年從上海交大孵化成立的上海超導,目前是全球唯二的產能過千公里的高溫超導帶材提供商(另一家在日本)。
上海超導的客戶有南方電網、中科院、能量奇點、中車長客等,也覆蓋境外企業和研究機構,其中就有創下全球融資紀錄的美國CFS公司。
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上海超導檢測人員正對產品進行品控。
有了超導帶材,便能鍛造強磁場磁體,在真空腔內形成用來約束高溫等離子體的“磁籠”。中國聚變公司正在謀劃建設一座新的聚變實驗裝置——“中國環流四號”,主要用于驗證其在上海研發的高溫超導磁體技術。
從上游的超導帶材、磁體、特種電源、低溫制冷設備、AI控制系統等,到中游的各類聚變裝置,上海正在著力完善、補齊聚變之“鏈”。
在美國,Helion Energy公司連薄膜電容器都要自己建產線、自己繞制;在法國,多國合作的國際熱核聚變實驗堆(ITER)最初計劃耗資數十億歐元,但受部件制造精度、材料故障修復及成本超支等工程挑戰,如今預算已飆升至260億歐元以上,進度也大幅推遲。
而在上海,星環聚能有望將極致緊湊的托卡馬克裝置實現Q大于1的造價控制在15億元左右。陳銳說:“更小的裝置,意味著結構設計、機械性能、材料都將面對更嚴苛挑戰,容錯空間更小。我們所面臨的問題并未減少,但在上海,我們解決問題的速度急劇變化了。”
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星環聚能上海實驗基地俯瞰圖。
“彈藥”充盈
陳銳還留意到,上海是國內最早在我國“十五五”規劃綱要出臺前就開始關注可控核聚變行業的大城市。
如上海國投公司于2024年5月就啟動聚變產業前瞻布局,挖掘30個科學家團隊,布局東昇聚變、星環聚能、翌曦科技等一批重點項目,帶動社會資本超百億元。
“給錢”,只是上海支持聚變企業發展的一部分。為營造生態、強化鏈主之力,去年3月起,上海國投牽頭與上海多家市屬國企組建出資平臺,并聯合國家綠色發展基金,參與中國聚變公司增資擴股,占股比15%,推動中國聚變公司總部正式落滬。同時,上海國投又全力推動協助中國聚變公司的新一代高溫超導托卡馬克裝置“中國環流四號”落地上海。該裝置預計將形成百億級直接投資,系統性帶動上海聚變產業集群發展。
“我們的打法核心是,通過裝置的巨大牽引作用,帶動整個產業鏈集聚。”上海國投未來產業基金投資執行總經理劉理鵬表示,基金先后投資孵化了一眾頭部裝置企業,通過這些裝置企業的訂單需求,又自然帶動了上游材料、磁體、制冷等環節的發展。
聚變之路長且孤獨,上海超前布局的政策、多技術路線并舉、產業鏈上下游協同、資金“彈藥”持續充盈,正加快形成日益繁茂、更具活力的聚變能源創新生態。
來源:懂經
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