核风细雨
来源:风电流域
2023年被称为“AI时代开启元年”,在AI耀眼的光芒下,公众往往忽略了2023年的其它科技成就,比如可控核聚变发电。
核聚变迈入新时代
2023年12月14日,Nature公布了2023年度十大科学人物榜单(Nature’s 10),旨在选出10位在本年度做出重大科学突破的学者。其中,美国国家点火装置首席设计师、物理学家安妮·克里奇(Annie Kritcher)被称为 Fusion igniter 聚变“点火者”。
2022年底,Annie帮助美国能源部下属的国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)实现了数十年来全球实验室一直未能达成的目标:实现核聚变,产生多于反应所消耗的能量,即输入能量<输出能量。
2023年4月,她还入榜了“2023年最具影响力的TIME100人名单”,入榜理由是“这位物理学家帮助美国国家点火装置产生了曾经只能在氢弹和恒星中看到的核反应。”
NIF将激光聚焦到一个金圆柱体上,
圆柱体上装有一个充满氢同位素的金刚石胶囊
“作为一名科学家,我认为聚变能是不可避免的”,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的前科学家Pravesh Patel说,“问题在于我们希望它以多快的速度发挥作用,这取决于研发资金。
如果,我是说如果,人类真的实现了可控核聚变,那么风电、光伏、水电和火电,这些能源是不是就没有存在的必要了?
“十年之内,核聚变商业化”
2023年5月10日,美国初创公司Helion宣布,将在5年内启动世界上第一座核聚变发电厂。绝大多数人可能并没有听说过这家公司,但它的风险投资公司可是家喻户晓,是的,正是开发了ChatGPT大模型和Sora文生视频模型的OpenAI公司。
此外,加拿大General Fusion公司(GF)已经着手建设一座核聚变示范站。这座示范站计划于2025年开始运行,且在2030年后出售。
不只是这些公司和国家,俄罗斯、英国、德国、法国、日本和印度等国也对核聚变发电寄予了厚望,投入大量的研究资源研制出了各种可控核聚变装置,并正在朝着商业化核聚变发电的方向持续探索。
中国的核聚变计划
2023年12月6日,全球首座第四代核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程正式投入商业运行。
2023年12月29日,由25家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体正式宣布成立。国务院国资委明确表示:可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。我们并没有找到官方的红头文件,不能确定这条消息的可靠性,但多家主流媒体均采用了这种说法。
关于某种资源的剩余寿命,有一个“永远50年”的笑话,小时候课本上写,50年后煤炭将会被用完,但现在书上写的时间还是50年。由于可控核聚变技术的难度,其应用时间被一再推迟,它也有距离50年的说法。
不过,中国的可控核聚变可能真的要来了。众所周知,中国科学家的表态通常极为严谨,在没有充分把握的前提之下,绝不轻易妄下断语。即使说了什么,也往往为自己留足余地。
中国的核聚变突破
在2019年央视《开讲啦》节目中,北京航空航天大学物理科学与核能工程学院院长吕广宏作了《聚变未来,你也可成钢铁侠》的演讲,其中隐晦地使用一个说法:“有生之年”,核聚变好像离我们不远了。
在2023年11月腾讯新闻20周年特别策划《20年20人20问》中,关于“未来20年能否实现可控核聚变的商业发电,并成本可控?”的问题,中核集团核工业西南物理研究院郑雪的回答干脆利索:预计再经过20多年的时间,也就是到本世纪中叶(2050年左右),聚变能可以实现应用。”
郑雪说,“基于目前聚变技术的发展情况”……技术是一个变量,通常是会不断迭代进步,积累经验越多,进步越快;投入力量越大,向前突破的机会也就越大。所以,若把“20年”作为保守估计,那么,我们实际上已经站在核聚变边上了。
中国核聚变方案:三管齐下
中国的托克马克“东方超环EAST”于2006年启动,EAST是我国自行设计研制的世界上第一个“全超导非圆截面托卡马克”核聚变实验装置,已多次打破世界纪录,如1.2亿度101秒等离子体运行、1.6亿度20秒等离子体运行、1056秒长脉冲高参数等离子体运行等。
“托克马克Tokamak”是一种极为重要(并不是唯一)的可控核聚变装置,它所提供的约束电磁场方式却是实现可控核聚变的“金科玉律”。
另一家核聚变研究机构——核工业西南物理研究院,旗下备受瞩目的“中国环流三号”,在2023年8月实现了100万安培等离子体电流下的高约束运行模式。12月14日,中国环流三号”面向全球开放,邀请全世界科学家来中国集智攻关,共同追逐“人造太阳”能源梦想。
2018年,又一种新型聚变堆设计方案在合肥开工,即“中国聚变工程研究堆”(CFETR)。在尺寸和工程参数上,CFETR更加大型化和复杂化,被称为“下一代太阳”,它的关键设施被命名为“夸父”——“聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)”, 是迄今为止国际上最大、最先进、最复杂的大型受控核聚变装置,预计2025年全部建成。
中国的核聚变方案有并行的三条,几乎可以确定的是,正是因为有了上面的技术突破,中国科学家才能自信地说出:我们距离可控核聚变只剩20年了。
传统的新能源走到尽头了吗?
通过上面的介绍,似乎可控核聚变发电马上就要实现了,那是不是意味着光伏,风电和生物质能等传统的清洁可再生能源没有存在的必要了呢?
根据业内相关人士的推测,中国核聚变更有希望领先于全球合作项目,在 2040~2045 年开始进行象征性地并网发电,然后就是全面商业应用阶段。也就是说,实现核聚变发电到商业化成熟应用还有很长的一段路,当前发展太阳能、风能和水电仍然是非常必要的。
其次,风电、光伏等能源涉及的人员非常庞大,国家不可能忽视就业问题。但是,大势所趋,风电光辉灿烂的日子可能撑不到2060年碳中和了。也许风电是能源部现在的香饽饽,但一旦核聚变成功,风电便会被打入冷宫。当时代抛弃风电的时候,连一声再见都不会说。如果你今年30岁,至少在你退休之前,风电这个饭碗还是有保障的,但如果你更年轻一点,那么在业余时间,你可能需要考虑辅修一个其它专业。
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