經(jīng)觀頭條｜中國可控核聚變商業(yè)化競速：誰將成為能源界的Space X

經(jīng)濟觀察報 記者 沈怡然 2024年6月，中國可控核聚變商業(yè)化領域迎來了三項進展：兩家商業(yè)公司——陜西星環(huán)聚能科技有限公司（下稱“星環(huán)聚能”）和能量奇點能源科技（上海）有限公司（下稱“能量奇點”）——的核聚變裝置實現(xiàn)了重要突破。一家位于合肥的核聚變企業(yè)，成立一年的聚變新能（安徽）有限公司（下稱“聚變新能”），完成了新一輪增資，調(diào)整后，這家企業(yè)集齊了大型國有集團、私人資本、地方政府、科研機構等幾乎所有類型的出資人，并成為中國注冊資本規(guī)模最大的一家商業(yè)核聚變公司。

因其潛力巨大，有望徹底改變現(xiàn)有的能源生產(chǎn)和消費模式，所需資源又極易獲取，從上世紀60年代開始，各國不斷在可控核聚變領域進行投入。近年，多國可控核聚變逐步從實驗堆邁入工程堆階段。在創(chuàng)新技術的加持下，緊湊型的核聚變設備得到初步驗證，也為商業(yè)公司和社會資本進入這一領域提供了可能。

從2021年起，全球的核聚變投資快速增長。根據(jù)美國的聚變能產(chǎn)業(yè)協(xié)會（FIA）于2023年7月發(fā)布的《2023年聚變能產(chǎn)業(yè)報告》，截至2023年初，全世界核聚變公司吸引了超過60億美元的投資，較2021年初的18.72億美元增加四十多億美元。全球私營核聚變公司數(shù)量從2017年的5家增長至2023年的50家左右。這些項目背后，可以看見比爾·蓋茨、谷歌等投資人和商業(yè)化公司的身影。

中國可控核聚變商業(yè)化也呈現(xiàn)加速的態(tài)勢。目前，中國在核聚變領域初步形成了兩大國家項目和多家商業(yè)公司并舉的格局。2023年，兩大國家項目——"東方超環(huán)"(EAST)和"中國環(huán)流系列"——都突破了重大實驗進展；兩家新興的商業(yè)公司星環(huán)聚能和能量奇點也在2023年至2024年完成了實驗裝置的初建和運行，2024年6月完成增資的聚變新能被認為將成為推動可控核聚變商業(yè)化的重要力量。

站在這些商業(yè)化公司背后的，不僅有國資背景的投資人，也包括蔚來、米哈游等公司。這些可控核聚變商業(yè)公司正在做的事情，不僅包括推動緊湊型可控核聚變設備的實驗，同時也在推動可控核聚變上下游產(chǎn)業(yè)鏈的形成。商業(yè)化公司指向了同一個目標，加快可控核聚變的產(chǎn)業(yè)化進程。

“快速經(jīng)濟地實現(xiàn)核聚變”，這句標語被掛在了星環(huán)聚能的實驗場地。

可控核聚變離商業(yè)化還有“三個堆”的距離，即實驗堆、工程堆和商業(yè)堆。一位國資投資機構相關領域的投資人對經(jīng)濟觀察報表示，從全球到中國，核聚變實驗正處于從實驗堆邁入工程堆的階段，這也是諸多商業(yè)公司和社會資本進入產(chǎn)業(yè)的原因。

順為資本投資分析師生冀明對記者表示，核聚變技術發(fā)展至今，已經(jīng)解決了從0到1的突破，挑戰(zhàn)已經(jīng)不在基礎科學范疇，而是如何快速進行裝置實現(xiàn)和技術迭代，這本質(zhì)上是一個工程問題。而商業(yè)公司在產(chǎn)品迭代速度和成本控制上是有機會的。順為投資了星環(huán)聚能，生冀明是這個項目的參與者。

盡管仍有爭議，但商業(yè)化勢力對可控核聚變的實現(xiàn)時間普遍抱有更加樂觀的態(tài)度。

國際原子能機構預計，到2050年世界第一座核聚變發(fā)電廠有望建成并投入運行。但美國商業(yè)公司Common－wealthFusionSystems（下稱“CFS”）計劃在2030年代初建成第一座聚變發(fā)電廠。根據(jù)聚變工業(yè)協(xié)會對私營核聚變企業(yè)的調(diào)查問卷數(shù)據(jù)，70%的受訪企業(yè)認為2030至2040年能夠?qū)崿F(xiàn)可控核聚變的商業(yè)并網(wǎng)。

中科創(chuàng)星創(chuàng)始合伙人米磊對記者表示，中小型化核聚變裝置的突破，降低了可控核聚變裝置成本，使得商業(yè)公司有了入局的可能。最重要的是，諸多公司的突破，讓大家對商業(yè)化的預期從還有幾十年，拉近到大約十年。

商業(yè)化開端

2021年9月，一家依托于美國麻省理工學院的商業(yè)公司CFS首次將高溫超導材料制成磁體加入核聚變實驗裝置，這一磁體性能最高場強達到20特斯拉，高于ITER裝置中預計使用的5.3特斯拉額磁場強度。ITER是國際熱核聚變實驗堆，被稱為全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一，參與者包括中國、美國、歐盟等七個經(jīng)濟體。

上海交通大學長聘教授、上海翌曦科技發(fā)展有限公司（下稱“翌曦科技”）創(chuàng)始人兼董事長金之儉對記者表示，超導磁體是磁約束可控核聚變中托卡馬克裝置的關鍵組成部分之一，幾乎占托卡馬克成本的一半。磁約束聚變中等離子體溫度超過1億度，只能依靠由強場磁體構成的磁籠（托卡馬克裝置）形成對等離子體的約束。如果磁場強度能得到有效提高，就可以大幅提升對等離子體的約束力，整個托卡馬克裝置的體積就可以大幅減小。

對于CFS的突破，金之儉說：“這意味著小型化聚變堆將成為可能，這不僅可以大幅降低成本，更重要的是可以大大縮短研發(fā)周期，原來30—50年預期的核聚變有望在10年的周期里實現(xiàn)?！?/p>

核聚變的基本科學原理是，將氫的兩種同位素——氘和氚的原子核在極高溫度和壓力下聚合在一起，觸發(fā)聚變反應，釋放出巨大的能量。氘這種原料在海水中含量豐富，提取成本很低；而氚可以利用聚變產(chǎn)生的中子與豐富的天然鋰反應產(chǎn)生。

在過去70年的發(fā)展過程中，核聚變一直被看作人類的終極能源。國際原子能機構曾表示，它可以顛覆現(xiàn)有的能源的生產(chǎn)和消費模式，包括化石燃料、核裂變、風能或太陽能等可再生資源。核聚變所需的資源容易獲取，實驗成功將帶來極大的變革，因此被看作是“一本萬利的發(fā)電裝置”。美國、歐盟、中國、日本、俄羅斯等國家和地區(qū)都將核聚變看作戰(zhàn)略性技術并投入大量資源進行研究。

然而，這項實驗的技術復雜度和集成度非常高，且跨越了超長的周期，因為它嘗試在地面上模擬太陽核心的極高溫和高壓條件，這極大挑戰(zhàn)了物理學的極限。更艱難之處在于，研究者們無法一次性做出一個完美的實驗裝置，需要經(jīng)過多次迭代，逐步靠近最終的技術指標。“就像一個人從沒有制造過汽車，就不可能立刻制造出一輛超級跑車?！标愪J表示。

從上世紀60年代起，托卡馬克就是各國推進可控核聚變實驗的主要設備。托卡馬克主要由環(huán)形真空室、產(chǎn)生磁場的線圈和其他輔助設施組成，上世紀80年代，美國、日本、韓國、歐盟等經(jīng)濟體相繼投入了大型托卡馬克設備，中國的東方超環(huán)EAST也在2006年完成放電實驗。這些托卡馬克設備體型巨大、造價昂貴、主要靠各國科研經(jīng)費投入，總體迭代緩慢。

但起步于2018年的CFS項目帶來了一些改變。一方面由于具有更強的磁場，高溫超導材料大幅度降低了托卡馬克裝置的體積和成本，讓緊湊型核聚變設備得到驗證；另一方面，這個項目背后站著比爾蓋茨、谷歌等商業(yè)投資人，也募集了大量資金。

米磊說，美國CFS公司運用創(chuàng)新技術做出先例，讓產(chǎn)業(yè)看到了另一種路徑的可能性。

CFS項目落地后，全球核聚變公司開始大量出現(xiàn)。根據(jù)核聚變行業(yè)協(xié)會（FIA）發(fā)布的《2024年全球聚變行業(yè)報告》，全球共有45家核聚變整堆企業(yè)，其中美國以25家公司的數(shù)量位居第一。除了CFS之外，還有包括HelionEnergy、TAE Technologies、Type OneEnergy、TheaEnergy等。

國際原子能機構在《2022年核聚變活動概述》中表示，在多種因素的推動下，近年來私人資本在全球核聚變領域的投資活動日益增多。國際組織正努力促進公共機構和私營機構的聯(lián)合研發(fā)。而且，核聚變實驗的商業(yè)化進程中，建立一套全面的通用設計標準和監(jiān)管框架非常關鍵。

中國可控核聚變商業(yè)化

2022年前后，順為資本決定投資一家核聚變企業(yè)。生冀明說，CFS項目突破的一個意義在于，核聚變實驗成本并非一個天文數(shù)字，這讓中國的社會資本看到了機會。

中國在可控核聚變領域的關鍵技術領域保持了競爭力。1993年，中國科學院等離子體物理研究所建成了第一臺超導托卡馬克裝置HT-7。2002年，核工業(yè)西南物理研究院建成了中國環(huán)流器二號A裝置（HL-2A）。2006年，世界上第一臺全超導托卡馬克裝置東方超環(huán)（EAST）首次成功放電。這意味著在中國也具有可控核聚變商業(yè)化的潛力。

順為資本曾投資過包括半導體、生物技術和航空航天在內(nèi)等多個科技領域。生冀明表示，機構當時的判斷是，即便在最順利的情況下，核聚變的商業(yè)化周期也比其他行業(yè)項目更長，實現(xiàn)商業(yè)化需要8到10年時間。而且項目的風險更高，因為到目前為止，無論是國家項目還是私營團隊，還沒有任何一個團隊實現(xiàn)聚變裝置的正能量增益。

生冀明說：“但是，如果我們投資的項目能夠領先于國家隊實現(xiàn)突破，那么它潛在的獲利空間將遠遠超過其他的科技項目。”當時，順為資本專門成立了投資規(guī)模達10億元人民幣的“順為探索計劃”，核聚變是投資領域之一。

順為在市場中發(fā)現(xiàn)了兩個商業(yè)化項目：能量奇點和星環(huán)聚能。

星環(huán)聚能成立于2021年，是清華大學科技成果轉(zhuǎn)化項目。公司創(chuàng)始人之一負責了中國第一臺球形托卡馬克的建設，有超過20年的磁約束核聚變研究經(jīng)驗。在2021年，創(chuàng)始團隊的技術路線也準備完畢，便決定把實驗裝置做成一家公司。

能量奇點成立于2022年，以高溫超導磁體、等離子體物理和人工智能為關鍵技術，打造高磁場、高參數(shù)的高溫超導先進托卡馬克裝置，還研制運行控制軟件系統(tǒng)。

順為資本在兩家公司中最終選擇了星環(huán)聚能。后來，多家投資機構也察覺到可控核聚變商業(yè)化的可能。同時，在政策的推動下，地方政府也開始察覺到這一領域的機會，一批早期投資機構和地方引導基金紛紛入場，投資可控核聚變初創(chuàng)企業(yè)和供應鏈上下游企業(yè)。此外，地方政府、科研機構也開始加入到對可控核聚變商業(yè)化的推動中。

2024年6月，根據(jù)國家企業(yè)信用公示系統(tǒng)，聚變新能出現(xiàn)了一輪增資。股東新增中國石油集團昆侖資本有限公司、合肥科學島控股有限公司。這家公司股東列表中還包括蔚聚科技、合肥產(chǎn)投、安徽省科創(chuàng)投資、安徽皖能豐禾聚變，公司注冊資本也由50億元增至145億元。其中，蔚聚科技是蔚來控股的全資子公司。

經(jīng)濟觀察報從項目相關人士處獲悉，聚變新能是中科院和地方產(chǎn)業(yè)基金合作投資的項目，在產(chǎn)業(yè)鏈上屬于綜合性裝置平臺公司，公司將主導建設一款叫BEST的實驗裝置，這款裝置基于中國科學院等離子體物理研究所的東方超環(huán)（EAST）裝置基礎上進行建設，同時負責供應鏈的采購和牽引工作。

緊湊型設備的競賽

星環(huán)聚能所建造的第一臺實驗裝置僅有30余噸重，成本約1.5億元，這與傳統(tǒng)大型核聚變裝置有著很大區(qū)別。以國際合作項目ITER為例，根據(jù)ITER官網(wǎng)，這座實驗裝置重達23000噸，工程建設持續(xù)了多年，總體項目費用大約220億美元。

星環(huán)聚能CEO陳銳說：“傳統(tǒng)的托卡馬克裝置，它的等離子體形狀有點像甜甜圈，而我們裝置在構造上有一些區(qū)別，等離子體形狀更像一個球形。”

目前，市場上的三家商業(yè)公司都在加速建造一種緊湊型、小型化的實驗裝置，這可以降低材料和建設成本，減少整個項目的投資。

陳銳表示，相比國家項目，商業(yè)公司在保證實驗安全有效的前提下，更加追求性價比和速度。星環(huán)聚能公司的原則是“快速經(jīng)濟地實現(xiàn)核聚變”。

陳銳同時表示，除了高溫超導材料的突破，AI、3D打印以及其他多項新技術的應用，都對提高實驗效率，縮小實驗裝置，降低實驗成本起到了幫助作用，可以說聚變技術的發(fā)展是多方面技術進步的結(jié)果。

星環(huán)聚能給出了一個更為大膽的規(guī)劃：在未來十年內(nèi)實現(xiàn)聚變發(fā)電，目前公司已經(jīng)建設了第一代實驗裝置，后面陸續(xù)進行兩次迭代。預計在2027年建成下一代實驗裝置CTRFR-1，連續(xù)穩(wěn)定地通過重復重聯(lián)方案將等離子體加熱至一億攝氏度，徹底驗證工程可行性，接下來，再用3至5年的時間建設一個能夠輸出電能的商業(yè)化示范聚變反應。

商業(yè)公司的特點之一是能夠在每一次迭代中加入更新的技術，同時將性能指標提高一些，以此來減少迭代次數(shù)，大幅度地縮短研發(fā)周期。

陳銳表示，商業(yè)公司能更靈活地進行創(chuàng)新，但所有創(chuàng)新都伴隨的風險。如何在風險與創(chuàng)新之間找到平衡，這實際上是一個決策問題?！安煌膱F隊有不同的風格，有的保守，有的激進，并沒有所謂的最優(yōu)解或唯一解?！?/p>

今年6月，能量奇點設計研發(fā)建造的“洪荒70”裝置成功實現(xiàn)等離子體放電。公開資料顯示，“洪荒70”之后，下一代強磁場高溫超導托卡馬克裝置“洪荒170”已在物理設計階段，明年將開始工程設計。該裝置以實現(xiàn)氘氚等效能量增益大于10為目標，預計2027年建成。

上述國資投資機構人士對記者表示，相比傳統(tǒng)的低溫超導材料，高溫超導材料的大規(guī)模制備技術還不夠成熟穩(wěn)定。國家隊項目的實驗裝置更大，對材料的用量也更大，磁體作為實驗中的關鍵部分，即便高溫超導材料提供了很多便利，國家隊也謹慎采用這種技術。

產(chǎn)業(yè)鏈集成

翌曦科技成立于2022年6月，該公司的核心目標就是突破高溫超導聚變強場磁體技術。金之儉表示，按照公司的規(guī)劃，2027年開始將實現(xiàn)強場磁體的規(guī)?；芰Α?/p>

可控核聚變是高溫超導材料的目標市場之一。作為復雜的集成系統(tǒng)，可控核聚變的產(chǎn)業(yè)化需要供應鏈的支撐。

根據(jù)慧博智能投研報告，核聚變產(chǎn)業(yè)鏈包括上游原材料供應到中游技術研發(fā)、設備生產(chǎn)制造及下游核電應用等。上游原材料需要有色金屬（鎢、銅等）、特種鋼材、特種氣體（氘、氚）等原料供應，還有高溫超導材料的供應。中游涉及到第一壁、偏濾器、蒸汽發(fā)生器、超導磁線圈等組件及仿真、控制軟件的開發(fā)。目前A股市場有聯(lián)創(chuàng)光電（600363.SH）、永鼎股份(600105.SH)、西部超導(688122.SH)、安泰科技(000969.SZ)等企業(yè)具備相關組件的供應能力。

這一龐大實驗需要整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同工作，負責裝置建造的主導企業(yè)，也相當于鏈主的角色。上述國資投資機構人士稱，供應鏈方面，中國的工業(yè)生產(chǎn)能力和產(chǎn)業(yè)鏈基本能夠滿足可控核聚變的產(chǎn)業(yè)需求，部分領域存在一些技術瓶頸。但是，隨著每一代實驗裝置的要求越來越高，項目在材料選擇、結(jié)構設計、制造工藝、檢驗測試等環(huán)節(jié)的標準也越加嚴格。

該人士稱，這增加了采購的復雜性。供應鏈企業(yè)中，很多不僅服務于核聚變實驗，也面向其他市場。如何牽引這些供應商在一定時間內(nèi)供應合適的材料，并投入資源共同研發(fā)，尤其初期還很難獲得回報，這單靠市場機制很難實現(xiàn)，靠國家牽引來整合資源是更高效、快速的。

陳銳表示，對于核聚變，國內(nèi)尚未形成一套完整的監(jiān)管規(guī)則或國家層面的正式文件。目前，公司也正在配合相關部門做調(diào)研和意見收集的工作。國家隊和商業(yè)化公司的技術路線不同，兩者之間是一個補充，并不沖突。

上述國資投資機構人士表示，未來在中國，可能只有不超過三家企業(yè)能夠存活下來，專門制造核聚變實驗的整體裝置。目前還很難準確預測是哪幾家企業(yè)，成功的項目可以將其他公司收購，國企主導的大型裝置也可以收購私營公司或者以私營公司作為供應商。

生冀明說，從機構的角度出發(fā)，當項目方提出需要10年時間來做成這件事，是能夠接受的，但很多機構的預期過于樂觀，期望在兩三年看到成果?！皺C構已經(jīng)為最壞的情況做好了準備，如果最終技術上沒有實現(xiàn)目標，也能夠接受。那些無法承受這一風險或者對回報周期要求高的機構，就不會選擇進場?！?/p>

上述國資投資機構人士稱，很多投資人發(fā)現(xiàn)，核聚變實驗規(guī)律本身決定了它必然是一個投入非常高、周期非常長的事情，這不是靈活的機制和創(chuàng)新技術所能改變的，僅僅靠商業(yè)公司去做會非常難，即便是國家項目，單靠某一個參與者來支撐起全部的實驗裝置，也并不容易。