“在全球能源結(jié)構(gòu)向清潔化、低碳化轉(zhuǎn)型的大背景下，核能憑借其能量密度高、資源儲(chǔ)備足、規(guī)?；瘽摿Υ?、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，有望成為未來(lái)理想的基荷能源，其中，Z箍縮聚變-裂變混合堆（Z-FFR）是我國(guó)先進(jìn)核能領(lǐng)域的一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，有望率先實(shí)現(xiàn)聚變工程能量增益，引領(lǐng)先進(jìn)核能開(kāi)發(fā)。”近日，中國(guó)工程院院士彭先覺(jué)表示。

　　彭先覺(jué)院士指出，聚變能源開(kāi)發(fā)可能重塑全球能源發(fā)展格局，但開(kāi)發(fā)機(jī)遇與技術(shù)挑戰(zhàn)并存。當(dāng)下正處于從科學(xué)研究到工程實(shí)踐、再到商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展轉(zhuǎn)折點(diǎn)，建議統(tǒng)籌聚變能源開(kāi)發(fā)中的重大問(wèn)題，合理加大支持力度并集中優(yōu)勢(shì)力量，加速我國(guó)聚變能源開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

　　核能應(yīng)成為未來(lái)理想的基荷能源

　　在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)的大背景下，人們對(duì)未來(lái)能源的性能寄予了多維度的期望：它既要清潔、低碳、環(huán)境友好，又要具備經(jīng)濟(jì)、持久、高效等特性。

　　“核能發(fā)展前景廣闊、潛力巨大，已經(jīng)成為大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。從能源屬性來(lái)看，核能憑借其不可替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與資源稟賦，正成為未來(lái)基荷能源的核心選項(xiàng)，其發(fā)展邏輯、技術(shù)突破方向與協(xié)同應(yīng)用價(jià)值，值得從多維度深入探究。”彭先覺(jué)院士認(rèn)為。

　　據(jù)了解，核能又稱“原子能”，指原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)釋放的能量。

　　彭先覺(jué)院士指出，根據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，截至2024年12月底，我國(guó)核電裝機(jī)占比僅1.8%，但其發(fā)電效率最高，發(fā)電量占比達(dá)4.7%。風(fēng)電和光電具有很強(qiáng)的波動(dòng)性和間歇性，當(dāng)前主要靠增加靈活性火電和少量抽水蓄能調(diào)峰來(lái)支撐其運(yùn)行。

　　他認(rèn)為，2030年后，火電裝機(jī)要逐步減少，最后維持在一個(gè)合理水平上；核電裝機(jī)則需要大幅增加。為應(yīng)對(duì)未來(lái)高比例可再生能源帶來(lái)的挑戰(zhàn)，亟須開(kāi)發(fā)長(zhǎng)時(shí)（天、周，甚至更長(zhǎng)時(shí)間）儲(chǔ)能，煤炭的清潔利用（含碳捕獲和封存）以及先進(jìn)核能等技術(shù)。

　　“核能之所以能在基荷能源競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)戰(zhàn)略地位，根源在于其能量密度超高，單位質(zhì)量核燃料釋放的能量遠(yuǎn)超傳統(tǒng)化石能源，而且可以24小時(shí)不間斷產(chǎn)生能源，不依賴大型儲(chǔ)能設(shè)備，占用地球資源最少；而且核能賴以發(fā)展的鈾資源在地球儲(chǔ)量充足，且隨著快堆和聚變-裂變混合堆等技術(shù)的進(jìn)步，還能進(jìn)一步提升資源利用率、拓展可利用資源范圍，為長(zhǎng)期供能提供了堅(jiān)實(shí)保障；此外，核能依托標(biāo)準(zhǔn)化的反應(yīng)堆技術(shù)與成熟的建設(shè)運(yùn)營(yíng)體系，能夠快速實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。”彭先覺(jué)院士向記者表示。

　　在彭先覺(jué)院士看來(lái)，隨著“雙碳”目標(biāo)的深入推進(jìn)，未來(lái)能源系統(tǒng)不再是“單一能源主導(dǎo)”，而是“核能+可再生能源+儲(chǔ)能+智慧電網(wǎng)”的協(xié)同體系，其中核能承擔(dān)“基荷核心”角色，可再生能源承擔(dān)“增量補(bǔ)充”角色，二者通過(guò)智慧電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”。

　　聚變能源的出路在于聚變與裂變結(jié)合

　　2050年后，隨著能源需求的進(jìn)一步增長(zhǎng)與技術(shù)突破，核能技術(shù)將進(jìn)入“多元化競(jìng)爭(zhēng)”階段。“未來(lái)核能技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)方向?qū)⒓性诳於?、磁約束聚變-裂變混合堆、Z箍縮聚變裂變混合堆三大路線，競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)圍繞‘安全性、經(jīng)濟(jì)性、與可再生能源的兼容性、環(huán)境友好性’四大維度展開(kāi)。”彭先覺(jué)院士指出。

　　據(jù)了解，核能包括裂變能和聚變能。裂變能中熱堆已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用，目前正在開(kāi)發(fā)滿足“四代堆”標(biāo)準(zhǔn)的快堆。聚變能是最有潛力的未來(lái)發(fā)展方向。聚變指帶電的輕原子核，如氫的同位素氘、氚，在極高的溫度和壓力條件下聚合，由于質(zhì)量虧損而釋放能量的過(guò)程。“可控核聚變”的目標(biāo)，是通過(guò)技術(shù)手段“約束”核聚變反應(yīng)，讓能量連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)釋放，最終轉(zhuǎn)化為電能。

　　純聚變能源面臨實(shí)現(xiàn)高增益聚變?nèi)紵y、能否實(shí)現(xiàn)氚自持尚無(wú)定論、耐輻照材料開(kāi)發(fā)進(jìn)展緩慢、實(shí)現(xiàn)高可利用率難度極高等4大技術(shù)挑戰(zhàn)和經(jīng)濟(jì)可行性挑戰(zhàn)，可概括為“技術(shù)極難”“造價(jià)極貴”，距離發(fā)展為有競(jìng)爭(zhēng)力的能源還有很大的鴻溝。

　　“Z箍縮聚變-裂變混合堆是我國(guó)先進(jìn)核能領(lǐng)域的一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，有望率先實(shí)現(xiàn)聚變工程能量增益，引領(lǐng)先進(jìn)核能開(kāi)發(fā)。”他認(rèn)為，Z箍縮聚變-裂變混合能源巧妙利用裂變技術(shù)克服聚變瓶頸，利用聚變技術(shù)破解裂變難題，克服了純聚變能源“技術(shù)極難”且“造價(jià)極貴”的困境，又為壓水堆乏燃料和貧鈾的直接利用創(chuàng)造了條件，在工程可行性和商業(yè)可行性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，有望在2040年實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

　　加速推進(jìn)我國(guó)聚變能源開(kāi)發(fā)進(jìn)程

　　“聚變能源前景廣闊，但開(kāi)發(fā)機(jī)遇與技術(shù)挑戰(zhàn)并存。當(dāng)下正處于從科學(xué)研究到工程實(shí)踐、再到商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展轉(zhuǎn)折點(diǎn)。面向能源應(yīng)用的聚變技術(shù)路徑尚未通過(guò)閉環(huán)驗(yàn)證，聚變研究距離開(kāi)發(fā)出具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的聚變能源還有‘鴻溝’。”彭先覺(jué)院士表示。

　　當(dāng)前，我國(guó)在磁約束聚變、Z-FFR方向處于國(guó)際先進(jìn)水平，Z-FFR有望在2040年后實(shí)現(xiàn)商業(yè)演示。根據(jù)我國(guó)磁約束聚變發(fā)展規(guī)劃，有望在2030年前后突破科學(xué)能量“得失相當(dāng)”、2050年前后率先實(shí)現(xiàn)聚變能源商業(yè)演示。

　　“聚變能源開(kāi)發(fā)可能重塑全球能源發(fā)展格局，建議統(tǒng)籌聚變能源開(kāi)發(fā)中的重大問(wèn)題，合理加大支持力度并集中優(yōu)勢(shì)力量，加速我國(guó)聚變能源開(kāi)發(fā)進(jìn)程。”彭先覺(jué)院士認(rèn)為。

　　在磁約束聚變方面，應(yīng)深入?yún)⑴c國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃和相關(guān)國(guó)際合作，攻關(guān)商用聚變堆關(guān)鍵物理與工程技術(shù)；建設(shè)好新一代聚變能實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)展氘氚聚變?nèi)紵龑?shí)驗(yàn)，驗(yàn)證科學(xué)能量增益；著力研發(fā)中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR）主機(jī)關(guān)鍵部件，適時(shí)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)CFETR。在Z-FFR方面，加快“電磁驅(qū)動(dòng)大科學(xué)裝置”建設(shè)，實(shí)施聚變能源關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)Z-FFR的工程演示和商業(yè)應(yīng)用。

原標(biāo)題：集中優(yōu)勢(shì)力量加速開(kāi)發(fā)聚變能源
責(zé)任編輯：趙宇
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