中國儲能網訊：當地時間3月16日23時，日本福島縣附近海域發(fā)生7.4級強烈地震，震源深度為57公里。這是繼2011年福島里氏9.0級大地震后，福島附近海域發(fā)生的第二次強級地震。地震的發(fā)生，讓世界的目光再次聚焦到福島核電站上。
根據新華社的消息，地震發(fā)生后，福島第一核電站2號和5號機組、第二核電站1號和3號機組乏燃料池冷卻系統(tǒng)停止工作。截至17日4時，福島第一核電站2號機組乏燃料池冷卻系統(tǒng)仍未恢復工作，其他3座受影響機組乏燃料池冷卻系統(tǒng)已經恢復運行。
自2011年福島核事故以來，是否減少或停止核電站運營的爭論從未停止，“去核”抗議也從日本國內一直延伸至不少太平洋沿岸國家。
那么，日本政府為何在輿論的高壓下，仍不放棄并堅持使用核能呢？簡單來說，核能所提供的能量巨大，是其他能源無法相比的。
1925年，經濟學家康德拉季耶夫（Nikolai D. Kondratieff）發(fā)現，市場經濟中存在一個50~60年的周期，這就是我們今天經常聽到的康波周期。
推動康波周期的核心要素有兩個：人口和技術。人口意味著需求，需求是推動市場發(fā)展的主要動力；技術意味著創(chuàng)新，創(chuàng)新能推動經濟實現快速發(fā)展，推動經濟與技術周期波動，進而讓人類社會持續(xù)前進。
按照規(guī)律，在未來三十年，康波周期將進入新一輪上升期，這意味著，全球將迎來革命性的科學技術突破。這種突破將體現在四個方面：一是能源，二是材料，三是人工智能，四是生物技術。也就是說，這四方面的科技突破，將決定未來50~100年的發(fā)展。
一種普遍的觀點認為，以光伏為代表的新能源將是推動綠色發(fā)展的核心技術。但除了光伏，核聚變技術，即我們熟悉的“人造太陽”同樣是能源行業(yè)的終極解決方案。
另一種能源解決終極方案
從17世紀至今，全球能源體系已進行了四輪演替。按照能源出現的順序，四輪演替依次是木柴時代、煤炭時代、石油時代和天然氣時代。接下來要登場的將是核聚變時代。核聚變技術之所以能在眾多技術中脫穎而出，成為改變未來能源行業(yè)核心技術，我認為原因有三。
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第一，核聚變釋放的能量比核裂變更大；第二，核聚變不產生高水平核廢料，可降低對環(huán)境造成污染的風險；第三，核聚變所需的燃料供應充足。地球上重氫有10萬億噸，每1升海水中含30毫克氘，理論上30毫克氘聚變產生的能量相當于300升汽油。
在未來三十年，核聚變技術有望實現突破。一旦突破，它會讓發(fā)電成本降至0.05元/千瓦時，綜合用電價格降至0.1元/千瓦時。低廉的用能成本，將有助于解決能源供給、糧食安全、環(huán)境治理等諸多難題。
核聚變通常有三種方式：重力場約束（太陽）、慣性約束和磁約束。在能源領域，主要的可控核聚變方式有兩種：一種是激光約束核聚變（慣性約束的一種），我國的神光計劃、美國的國家點火計劃都是這種技術方式；另一種是磁約束核聚變（托卡馬克、仿星器、磁鏡、反向場、球形環(huán)等），這種方式被認為更具應用前途。
2 月 9 日，歐洲核聚變研發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟（EUROfusion）、英國原子能管理局（UK Atomic Energy Authority，UKAEA）和國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）聯(lián)合宣布，2021 年 12 月 21 日，來自歐洲的研究團隊創(chuàng)造了受控核聚變能量的新紀錄：他們在目前世界上最大的聚變反應堆，即歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）中，將氫的同位素氘和氚加熱到了 1.5 億攝氏度并穩(wěn)定保持了 5 秒鐘，同時核聚變反應發(fā)生，原子核融合在了一起，釋放出 59 兆焦耳的能量。
5秒內產生了59兆焦耳能量，也就是每秒平均產生11.8兆焦耳能量，大約相當于每秒產生3.3千瓦時電能，一小時可以生產接近1.2萬千瓦時電，足夠供應數萬個家庭使用。
JET是目前全世界唯一能夠使用氘和氚的混合燃料進行運行的裝置，它位于英國牛津郡卡勒姆（Culham）的英國原子能管理局基地。盡管JET完成了此次實驗，但這并不意味著核聚變所發(fā)的電力能很快流入電網中。因為實現應用的前提，是其產生的能量需達到此次核聚變反應能量的 3 倍。
國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）也在同時推進。這項計劃的裝置位于法國南部，由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國七個成員共同資助，總耗資約為 250 億美元，計劃于 2025 年開始運行。但要讓項目產生足夠多的電力，仍需等到 2035年。
中國“人造太陽”已經入2.0階段
當前，我國對核聚變技術方向已進入2.0階段，我們可以重點關注磁約束的兩個主力裝置：一是全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）、二是中國環(huán)流器二號M裝置（HL-2M）。
全超導托卡馬克核聚變實驗裝置的運行原理是在裝置的真空室內加入少量氫的同位素氘或氚，通過類似變壓器的原理使其產生等離子體，然后提高其密度、溫度使其發(fā)生聚變反應，反應過程中會產生巨大的能量。
2021年12月30日，中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所展開實驗，在為全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）注入能量達到1.73吉焦的條件下，實現7000萬攝氏度、1056秒的長脈沖高參數等離子體運行。這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運行的最長時間。
中國環(huán)流器二號M裝置則是HL-2A的改造升級版。HL-2A是我國第一個具有偏濾器位形的大型托卡馬克裝置，該裝置利用德國ASDEX裝置主機3大部件改建而成，具有由相應的線圈和靶板組成的偏濾器，可以運行在雙零或單零偏濾器位形。這對開展高約束模（H模）物理和邊緣物理研究及提高等離子體參數是非常關鍵的。該裝置1999年正式動工建設，2002年獲得初始等離子體。
HL-2M屬于工業(yè)西南物理研究院，其建造目的是研究未來聚變堆相關物理及其關鍵技術，研究高比壓、高參數的聚變等離子體物理, 為下一步建造聚變堆打好基礎。2020年12月4日，裝置首次放電成功。
HL-2M裝置在“東方超環(huán)”“中國環(huán)流器2M”托卡馬克裝置上開展的實驗，將為中國聚變工程實驗堆（CFETR）物理相關的驗證性實驗奠定堅實基礎。在“十三五”后期，我國已經開始獨立建設20萬～100 萬千瓦的聚變工程實驗堆，在2030年前后建成中國聚變工程實驗堆。
相較于目前在建的國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER），中國聚變工程試驗堆主要解決未來商用聚變示范堆必需的穩(wěn)態(tài)燃燒等離子體的控制、氚的循環(huán)與自持、聚變能輸出等問題。在工程技術與工藝上，對中國聚變工程實驗堆的研發(fā)將重點聚焦于聚變堆材料、聚變堆包層、聚變能發(fā)電等ITER不能開展的工作。上述研發(fā)，將有助于我國掌握并完善建設商用聚變示范堆所需的工程技術。
（作者系中油資產管理有限公司副總裁，張昭貴對本文亦有貢獻）
