聚变能领域正以前所未有的速度演进。曾长期停留在实验研究阶段的聚变,如今正在成为各国研究与发展的战略优先事项。出版物《国际原子能机构2025年世界聚变展望》重点介绍了全球聚变能领域的关键进展。

1. 聚变能研究加速推进
聚变进入决定性新阶段。国际热核实验堆作为全球最大的聚变实验装置,仍然是推动科学技术进步的核心国际项目。这一由共33个国家和数千名工程师及科学家合作建造和运行的托卡马克磁约束聚变装置旨在验证聚变作为一种大规模无碳能源的可行性。
与此同时,各国政府、私营产业和公用事业公司正积极推出多项配套举措,推动全球聚变格局不断扩展。新设施陆续开工建设,公私合作倡议势头日益强劲,监管机构也在制定定制框架以跟上发展步伐。终端用户通过提前签署购电协议,展现出对聚变技术日益增强的信心。
2. 私人投资突破百亿美元
全球聚变领域的私人投资总额已突破百亿美元,反映出市场对该技术前景的坚定信心。资金主要来自主权财富基金、大型企业和能源用户,支持着新一代聚变开发商和技术发展。3. 聚变将在未来电力结构中扮演重要角色
聚变能有望在满足世界日益增长的清洁基荷电力需求方面发挥重要作用。《国际原子能机构世界聚变展望》首次引入了麻省理工学院开展的全球聚变能部署模拟研究,分析不同政策、成本和技术假设之下聚变可为未来电力结构做出的贡献。
在2050年2800美元/千瓦的最低资本成本假想方案中,到2100年,聚变发电的份额可能达到50%。即使在11 300美元/千瓦的最高成本假想方案中,预计到2100年,聚变能也将占全球发电量的10%。
此外,模拟研究还突显了聚变的经济价值:随着清洁电力需求增长,聚变发电有望为全球国内生产总值贡献数万亿美元。
4. 国际合作蓬勃发展
原子能机构于2024年成立的世界聚变能源集团正在促进全球对话与协调。目前已有160多座聚变设施处于运行、建设或规划阶段,国际合作也正通过多边平台不断拓展。尽管目前尚无全球统一的聚变电厂定义,但多个司法管辖区都认为,有必要为商业供电或供热的聚变装置建立明确的框架。
5. 聚变技术呈现多元化发展
聚变技术正沿多条路径并行推进。在国际热核实验堆等大型国际合作项目奠定的基础上,公共和私营部门正在开发一系列方案,例如托卡马克、仿星器、激光惯性约束概念、磁电机与惯性约束概念、磁镜装置、场反向位形、箍缩设计等等。这种多样性不仅激发创新活力,也增强了整个行业的韧性,为实现聚变能开辟多条路径。
6. 高温超导磁体推动聚变装置小型化
《国际原子能机构2025年世界聚变展望》特别关注了高温超导磁体,因为它有望彻底改变下一代聚变设施的设计。高温超导材料可用于设计更紧凑、更高效的聚变装置,但仍需在设计上做出重要妥协,并权衡工程因素。
高温超导磁体正日益广泛地应用于各种聚变概念,包括托卡马克、仿星器和磁镜装置。SPARC和WHAM等项目正积极采用高温超导线圈,以提高性能、缩小尺寸、降低成本并缩短研发时间。多个新兴设计方案也在评价是否能将高温超导技术作为其系统的核心组件。