2024-08-10 10:58:44

经济观察报 记者 沈怡然 2024年6月，中国可控核聚变商业化领域迎来了三项进展：两家商业公司——陕西星环聚能科技有限公司（下称“星环聚能”）和能量奇点能源科技（上海）有限公司（下称“能量奇点”）——的核聚变装置实现了重要突破。一家位于合肥的核聚变企业，成立一年的聚变新能（安徽）有限公司（下称“聚变新能”），完成了新一轮增资，调整后，这家企业集齐了大型国有集团、私人资本、地方政府、科研机构等几乎所有类型的出资人，并成为中国注册资本规模最大的一家商业核聚变公司。

因其潜力巨大，有望彻底改变现有的能源生产和消费模式，所需资源又极易获取，从上世纪60年代开始，各国不断在可控核聚变领域进行投入。近年，多国可控核聚变逐步从实验堆迈入工程堆阶段。在创新技术的加持下，紧凑型的核聚变设备得到初步验证，也为商业公司和社会资本进入这一领域提供了可能。

从2021年起，全球的核聚变投资快速增长。根据美国的聚变能产业协会（FIA）于2023年7月发布的《2023年聚变能产业报告》，截至2023年初，全世界核聚变公司吸引了超过60亿美元的投资，较2021年初的18.72亿美元增加四十多亿美元。全球私营核聚变公司数量从2017年的5家增长至2023年的50家左右。这些项目背后，可以看见比尔·盖茨、谷歌等投资人和商业化公司的身影。

中国可控核聚变商业化也呈现加速的态势。目前，中国在核聚变领域初步形成了两大国家项目和多家商业公司并举的格局。2023年，两大国家项目——"东方超环"(EAST)和"中国环流系列"——都突破了重大实验进展；两家新兴的商业公司星环聚能和能量奇点也在2023年至2024年完成了实验装置的初建和运行，2024年6月完成增资的聚变新能被认为将成为推动可控核聚变商业化的重要力量。

站在这些商业化公司背后的，不仅有国资背景的投资人，也包括蔚来、米哈游等公司。这些可控核聚变商业公司正在做的事情，不仅包括推动紧凑型可控核聚变设备的实验，同时也在推动可控核聚变上下游产业链的形成。商业化公司指向了同一个目标，加快可控核聚变的产业化进程。

“快速经济地实现核聚变”，这句标语被挂在了星环聚能的实验场地。

可控核聚变离商业化还有“三个堆”的距离，即实验堆、工程堆和商业堆。一位国资投资机构相关领域的投资人对经济观察报表示，从全球到中国，核聚变实验正处于从实验堆迈入工程堆的阶段，这也是诸多商业公司和社会资本进入产业的原因。

顺为资本投资分析师生冀明对记者表示，核聚变技术发展至今，已经解决了从0到1的突破，挑战已经不在基础科学范畴，而是如何快速进行装置实现和技术迭代，这本质上是一个工程问题。而商业公司在产品迭代速度和成本控制上是有机会的。顺为投资了星环聚能，生冀明是这个项目的参与者。

尽管仍有争议，但商业化势力对可控核聚变的实现时间普遍抱有更加乐观的态度。

国际原子能机构预计，到2050年世界第一座核聚变发电厂有望建成并投入运行。但美国商业公司Common－wealthFusionSystems（下称“CFS”）计划在2030年代初建成第一座聚变发电厂。根据聚变工业协会对私营核聚变企业的调查问卷数据，70%的受访企业认为2030至2040年能够实现可控核聚变的商业并网。

中科创星创始合伙人米磊对记者表示，中小型化核聚变装置的突破，降低了可控核聚变装置成本，使得商业公司有了入局的可能。最重要的是，诸多公司的突破，让大家对商业化的预期从还有几十年，拉近到大约十年。

商业化开端

2021年9月，一家依托于美国麻省理工学院的商业公司CFS首次将高温超导材料制成磁体加入核聚变实验装置，这一磁体性能最高场强达到20特斯拉，高于ITER装置中预计使用的5.3特斯拉额磁场强度。ITER是国际热核聚变实验堆，被称为全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，参与者包括中国、美国、欧盟等七个经济体。

上海交通大学长聘教授、上海翌曦科技发展有限公司（下称“翌曦科技”）创始人兼董事长金之俭对记者表示，超导磁体是磁约束可控核聚变中托卡马克装置的关键组成部分之一，几乎占托卡马克成本的一半。磁约束聚变中等离子体温度超过1亿度，只能依靠由强场磁体构成的磁笼（托卡马克装置）形成对等离子体的约束。如果磁场强度能得到有效提高，就可以大幅提升对等离子体的约束力，整个托卡马克装置的体积就可以大幅减小。

对于CFS的突破，金之俭说：“这意味着小型化聚变堆将成为可能，这不仅可以大幅降低成本，更重要的是可以大大缩短研发周期，原来30—50年预期的核聚变有望在10年的周期里实现。”

核聚变的基本科学原理是，将氢的两种同位素——氘和氚的原子核在极高温度和压力下聚合在一起，触发聚变反应，释放出巨大的能量。氘这种原料在海水中含量丰富，提取成本很低；而氚可以利用聚变产生的中子与丰富的天然锂反应产生。

在过去70年的发展过程中，核聚变一直被看作人类的终极能源。国际原子能机构曾表示，它可以颠覆现有的能源的生产和消费模式，包括化石燃料、核裂变、风能或太阳能等可再生资源。核聚变所需的资源容易获取，实验成功将带来极大的变革，因此被看作是“一本万利的发电装置”。美国、欧盟、中国、日本、俄罗斯等国家和地区都将核聚变看作战略性技术并投入大量资源进行研究。

然而，这项实验的技术复杂度和集成度非常高，且跨越了超长的周期，因为它尝试在地面上模拟太阳核心的极高温和高压条件，这极大挑战了物理学的极限。更艰难之处在于，研究者们无法一次性做出一个完美的实验装置，需要经过多次迭代，逐步靠近最终的技术指标。“就像一个人从没有制造过汽车，就不可能立刻制造出一辆超级跑车。”陈锐表示。

从上世纪60年代起，托卡马克就是各国推进可控核聚变实验的主要设备。托卡马克主要由环形真空室、产生磁场的线圈和其他辅助设施组成，上世纪80年代，美国、日本、韩国、欧盟等经济体相继投入了大型托卡马克设备，中国的东方超环EAST也在2006年完成放电实验。这些托卡马克设备体型巨大、造价昂贵、主要靠各国科研经费投入，总体迭代缓慢。

但起步于2018年的CFS项目带来了一些改变。一方面由于具有更强的磁场，高温超导材料大幅度降低了托卡马克装置的体积和成本，让紧凑型核聚变设备得到验证；另一方面，这个项目背后站着比尔盖茨、谷歌等商业投资人，也募集了大量资金。

米磊说，美国CFS公司运用创新技术做出先例，让产业看到了另一种路径的可能性。

CFS项目落地后，全球核聚变公司开始大量出现。根据核聚变行业协会（FIA）发布的《2024年全球聚变行业报告》，全球共有45家核聚变整堆企业，其中美国以25家公司的数量位居第一。除了CFS之外，还有包括HelionEnergy、TAE Technologies、Type OneEnergy、TheaEnergy等。

国际原子能机构在《2022年核聚变活动概述》中表示，在多种因素的推动下，近年来私人资本在全球核聚变领域的投资活动日益增多。国际组织正努力促进公共机构和私营机构的联合研发。而且，核聚变实验的商业化进程中，建立一套全面的通用设计标准和监管框架非常关键。

中国可控核聚变商业化

2022年前后，顺为资本决定投资一家核聚变企业。生冀明说，CFS项目突破的一个意义在于，核聚变实验成本并非一个天文数字，这让中国的社会资本看到了机会。

中国在可控核聚变领域的关键技术领域保持了竞争力。1993年，中国科学院等离子体物理研究所建成了第一台超导托卡马克装置HT-7。2002年，核工业西南物理研究院建成了中国环流器二号A装置（HL-2A）。2006年，世界上第一台全超导托卡马克装置东方超环（EAST）首次成功放电。这意味着在中国也具有可控核聚变商业化的潜力。

顺为资本曾投资过包括半导体、生物技术和航空航天在内等多个科技领域。生冀明表示，机构当时的判断是，即便在最顺利的情况下，核聚变的商业化周期也比其他行业项目更长，实现商业化需要8到10年时间。而且项目的风险更高，因为到目前为止，无论是国家项目还是私营团队，还没有任何一个团队实现聚变装置的正能量增益。

生冀明说：“但是，如果我们投资的项目能够领先于国家队实现突破，那么它潜在的获利空间将远远超过其他的科技项目。”当时，顺为资本专门成立了投资规模达10亿元人民币的“顺为探索计划”，核聚变是投资领域之一。

顺为在市场中发现了两个商业化项目：能量奇点和星环聚能。

星环聚能成立于2021年，是清华大学科技成果转化项目。公司创始人之一负责了中国第一台球形托卡马克的建设，有超过20年的磁约束核聚变研究经验。在2021年，创始团队的技术路线也准备完毕，便决定把实验装置做成一家公司。

能量奇点成立于2022年，以高温超导磁体、等离子体物理和人工智能为关键技术，打造高磁场、高参数的高温超导先进托卡马克装置，还研制运行控制软件系统。

顺为资本在两家公司中最终选择了星环聚能。后来，多家投资机构也察觉到可控核聚变商业化的可能。同时，在政策的推动下，地方政府也开始察觉到这一领域的机会，一批早期投资机构和地方引导基金纷纷入场，投资可控核聚变初创企业和供应链上下游企业。此外，地方政府、科研机构也开始加入到对可控核聚变商业化的推动中。

2024年6月，根据国家企业信用公示系统，聚变新能出现了一轮增资。股东新增中国石油集团昆仑资本有限公司、合肥科学岛控股有限公司。这家公司股东列表中还包括蔚聚科技、合肥产投、安徽省科创投资、安徽皖能丰禾聚变，公司注册资本也由50亿元增至145亿元。其中，蔚聚科技是蔚来控股的全资子公司。

经济观察报从项目相关人士处获悉，聚变新能是中科院和地方产业基金合作投资的项目，在产业链上属于综合性装置平台公司，公司将主导建设一款叫BEST的实验装置，这款装置基于中国科学院等离子体物理研究所的东方超环（EAST）装置基础上进行建设，同时负责供应链的采购和牵引工作。

紧凑型设备的竞赛

星环聚能所建造的第一台实验装置仅有30余吨重，成本约1.5亿元，这与传统大型核聚变装置有着很大区别。以国际合作项目ITER为例，根据ITER官网，这座实验装置重达23000吨，工程建设持续了多年，总体项目费用大约220亿美元。

星环聚能CEO陈锐说：“传统的托卡马克装置，它的等离子体形状有点像甜甜圈，而我们装置在构造上有一些区别，等离子体形状更像一个球形。”

目前，市场上的三家商业公司都在加速建造一种紧凑型、小型化的实验装置，这可以降低材料和建设成本，减少整个项目的投资。

陈锐表示，相比国家项目，商业公司在保证实验安全有效的前提下，更加追求性价比和速度。星环聚能公司的原则是“快速经济地实现核聚变”。

陈锐同时表示，除了高温超导材料的突破，AI、3D打印以及其他多项新技术的应用，都对提高实验效率，缩小实验装置，降低实验成本起到了帮助作用，可以说聚变技术的发展是多方面技术进步的结果。

星环聚能给出了一个更为大胆的规划：在未来十年内实现聚变发电，目前公司已经建设了第一代实验装置，后面陆续进行两次迭代。预计在2027年建成下一代实验装置CTRFR-1，连续稳定地通过重复重联方案将等离子体加热至一亿摄氏度，彻底验证工程可行性，接下来，再用3至5年的时间建设一个能够输出电能的商业化示范聚变反应。

商业公司的特点之一是能够在每一次迭代中加入更新的技术，同时将性能指标提高一些，以此来减少迭代次数，大幅度地缩短研发周期。

陈锐表示，商业公司能更灵活地进行创新，但所有创新都伴随的风险。如何在风险与创新之间找到平衡，这实际上是一个决策问题。“不同的团队有不同的风格，有的保守，有的激进，并没有所谓的最优解或唯一解。”

今年6月，能量奇点设计研发建造的“洪荒70”装置成功实现等离子体放电。公开资料显示，“洪荒70”之后，下一代强磁场高温超导托卡马克装置“洪荒170”已在物理设计阶段，明年将开始工程设计。该装置以实现氘氚等效能量增益大于10为目标，预计2027年建成。

上述国资投资机构人士对记者表示，相比传统的低温超导材料，高温超导材料的大规模制备技术还不够成熟稳定。国家队项目的实验装置更大，对材料的用量也更大，磁体作为实验中的关键部分，即便高温超导材料提供了很多便利，国家队也谨慎采用这种技术。

产业链集成

翌曦科技成立于2022年6月，该公司的核心目标就是突破高温超导聚变强场磁体技术。金之俭表示，按照公司的规划，2027年开始将实现强场磁体的规模化供应能力。

可控核聚变是高温超导材料的目标市场之一。作为复杂的集成系统，可控核聚变的产业化需要供应链的支撑。

根据慧博智能投研报告，核聚变产业链包括上游原材料供应到中游技术研发、设备生产制造及下游核电应用等。上游原材料需要有色金属（钨、铜等）、特种钢材、特种气体（氘、氚）等原料供应，还有高温超导材料的供应。中游涉及到第一壁、偏滤器、蒸汽发生器、超导磁线圈等组件及仿真、控制软件的开发。目前A股市场有联创光电（600363.SH）、永鼎股份(600105.SH)、西部超导(688122.SH)、安泰科技(000969.SZ)等企业具备相关组件的供应能力。

这一庞大实验需要整个产业链的协同工作，负责装置建造的主导企业，也相当于链主的角色。上述国资投资机构人士称，供应链方面，中国的工业生产能力和产业链基本能够满足可控核聚变的产业需求，部分领域存在一些技术瓶颈。但是，随着每一代实验装置的要求越来越高，项目在材料选择、结构设计、制造工艺、检验测试等环节的标准也越加严格。

该人士称，这增加了采购的复杂性。供应链企业中，很多不仅服务于核聚变实验，也面向其他市场。如何牵引这些供应商在一定时间内供应合适的材料，并投入资源共同研发，尤其初期还很难获得回报，这单靠市场机制很难实现，靠国家牵引来整合资源是更高效、快速的。

陈锐表示，对于核聚变，国内尚未形成一套完整的监管规则或国家层面的正式文件。目前，公司也正在配合相关部门做调研和意见收集的工作。国家队和商业化公司的技术路线不同，两者之间是一个补充，并不冲突。

上述国资投资机构人士表示，未来在中国，可能只有不超过三家企业能够存活下来，专门制造核聚变实验的整体装置。目前还很难准确预测是哪几家企业，成功的项目可以将其他公司收购，国企主导的大型装置也可以收购私营公司或者以私营公司作为供应商。

生冀明说，从机构的角度出发，当项目方提出需要10年时间来做成这件事，是能够接受的，但很多机构的预期过于乐观，期望在两三年看到成果。“机构已经为最坏的情况做好了准备，如果最终技术上没有实现目标，也能够接受。那些无法承受这一风险或者对回报周期要求高的机构，就不会选择进场。”

上述国资投资机构人士称，很多投资人发现，核聚变实验规律本身决定了它必然是一个投入非常高、周期非常长的事情，这不是灵活的机制和创新技术所能改变的，仅仅靠商业公司去做会非常难，即便是国家项目，单靠某一个参与者来支撑起全部的实验装置，也并不容易。