追寻终极能源——来自中国的商业化方案
聚变能被广泛认为是人类的终极能源,它有很多优势:第一,无限。海水中储存着丰富的氘与氯化锂(用于产氚),海水中的总储量可供人类使用百亿年;第二,安全。可控聚变反应燃料少,可随时停止;且无核废料及核辐射,只需采取防护措施;第三,绿色。无污染及燃烧产物排放,契合碳中和发展战略;材料获取对自然环境无任何破坏;第四,经济。制取氘的技术成熟,与产氘相关的费用低廉。氚可通过氚工厂实现氚自持;第五,能量密度是目前人类已知最高的能量产生方式。举个直观的例子,87吨的聚变材料就足够支撑全人类一年的用电消耗。
以前大家普遍认为可控核聚变是举国家之力,甚至是国家间联合才有能力做的事,比如国际热核实验堆(ITER)项目,是由中国、美国、俄罗斯、欧盟、印度、日本等35个成员国合力推动的。
但是,在过去三五年间,由于高温超导技术进步、AI技术引入以及聚变本身的工程化进步,让可控核聚变高速迭代,使得商业公司也能介入其中。
2017—2023年,全球出现了45家商业化核聚变企业,其中3家是中国企业。进入商业化核聚变领域的资本也在飞速提升,截至2022年底达到了超过60亿美元,仅2022年就达到近40亿美元。
星环聚能团队主要来自清华大学工程物理系核能所可控聚变实验室,核心成员全部毕业于清华大学工程物理系,拥有20年积累的可控聚变研究整体经验。
在中国大陆,目前运行有4部球形托卡马克装置,其中SUNIST和SUNIST-2由清华团队完成,而且是从设计、建造、运行到最后维护的全过程。其中,SUNIST-2无论是磁场强度,还是整体参数水平,目前都处于中国第一、全球第三的位置。
星环聚能团队最大的特点,是提出了全球独有的可控聚变运行方案,能够极大缩减装置建设成本,比如中科院等离子体所的BEST装置达到聚变条件的预算大约在100亿人民币,而星环聚能的预算大约在10亿人民币。因为我们基于过去20年的研究,提出了一套非常特别的方案,通过磁重连,然后使用高温超导,采取类似汽车内燃机的方式驱动可控聚变。
2022年,星环聚能获得第一轮天使轮融资之后,开始安装可控核聚变装置,我们在西安的装置区面积大约6000平方米,所有系统都是自行研发制作,包括电源系统、诊断系统、冷却水循环系统、信号采集系统、微波预电离系统、壁处理、集成控制等,全产业链自主可控。
2023年7月,装置开始正常运行。这意味着,我们仅用8个月就完成装置安装并点亮第一等离子体。2023年10月,我们又实现了等离子体电流翻番,提升到了220kA。
从获得融资,到初步验证自身的独特方案,星环聚能只用了一年半时间,这个进度在全球都是领先的。预计在2024年第二季度,星环聚能将实现重复重联方案将等离子体加热至1700万摄氏度,完成公司可控聚变方案初步工程验证的所有环节,之后我们将开始彻底验证公司方案的工程可行性。
目前,我们正在设计CTRFR-1装置,预计需要一年半时间的建设周期,还需要一年半时间将参数推到聚变条件。预计到2027年年中,我们将开始建设商业示范装置。如果情况乐观,我们将在2030年前后展示基于自身独特方案的商业化聚变电力输出。
(陈锐 星环聚能创始人、首席执行官)