可控核聚變商業(yè)化進(jìn)程與融資額分析

全球可控核聚變技術(shù)里程碑事件頻頻出現(xiàn)，行業(yè)投資額持續(xù)增高。

1、國際：世界各國積極探索，目前已進(jìn)入工程可行性驗(yàn)證階段

（1）實(shí)驗(yàn)堆加快落地，商業(yè)堆緊隨其后。可控核聚變的商業(yè)化發(fā)展路徑為實(shí)驗(yàn)堆→示范堆→商用堆。可控核聚變的商業(yè)化落地需要逐級(jí)驗(yàn)證科學(xué) 可行性與經(jīng)濟(jì)可行性實(shí)現(xiàn)技術(shù)躍遷。實(shí)驗(yàn)堆階段需攻克能量凈增益與穩(wěn)定點(diǎn)火兩大基礎(chǔ)科學(xué)難題，通過 高溫等離子體約束技術(shù)實(shí)現(xiàn)可控的聚變反應(yīng)；示范堆階段需將實(shí)驗(yàn)成果工程化，在連續(xù)運(yùn)行、燃料自持 循環(huán)等維度提升 Q 值至商業(yè)化門檻，并驗(yàn)證成本可控性；商用堆則依賴規(guī)模化技術(shù)與工業(yè)體系支撐，通 過持續(xù)點(diǎn)火與高 Q 值運(yùn)行實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電。從單次點(diǎn)火到持續(xù)反應(yīng)，從能量虧損到經(jīng)濟(jì)增益，每個(gè)階段均 為下一層級(jí)提供不可替代的技術(shù)驗(yàn)證與風(fēng)險(xiǎn)緩釋。目前國內(nèi)外在運(yùn)的核聚變反應(yīng)堆以實(shí)驗(yàn)堆為主，根據(jù) IAEA 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2024 年實(shí)驗(yàn)堆的數(shù)量占到總聚變項(xiàng)目的 87%（其余 13%并不是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的商業(yè) 堆，而是部分通過等離子體放電實(shí)驗(yàn)積累的工程數(shù)據(jù)，如 2024 年日本 JT-60SA 實(shí)現(xiàn) 403 秒超導(dǎo)運(yùn)行 算作了“準(zhǔn)聚變電站”范疇）。

（2）ITER 為全球最大的國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆合作項(xiàng)目之一。可控核聚變的科學(xué)可行性已被托卡馬克裝置證明，目前進(jìn)入工程可行性驗(yàn)證階段。核聚變產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可 以分為五個(gè)階段：科學(xué)理論、科學(xué)可行性、工程可行性、商業(yè)可行性與商業(yè)堆。自 1934 年澳大利亞物 理學(xué)家奧利芬特（Oliphant）首次實(shí)現(xiàn)氘-氘核聚變反應(yīng)以來，幾乎每個(gè)工業(yè)化國家都建立了自己的聚變 物理實(shí)驗(yàn)室，到 20 世紀(jì) 50 年代中期，核聚變裝置已在蘇聯(lián)、英國、美國、法國、德國和日本運(yùn)行，通 過在這些機(jī)器上的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們對聚變過程的理解逐漸加深。1968 年，蘇聯(lián)取得了重大突破，其研 究人員利用托卡馬克裝置，獲得之前從來沒有的溫度水平和等離子體約束時(shí)間，之后托卡馬克就逐漸成 為了國際磁約束核聚變研究的主流設(shè)備，托卡馬克裝置的數(shù)量在全球范圍內(nèi)快速增加。直到 20 世紀(jì) 90 年代，歐盟的 JET、美國的 TFTR 和日本的 JT-60 這三個(gè)大型托卡馬克裝置在磁約束核聚變研究中獲得 許多重要成果。當(dāng)前全球已建成多個(gè)托卡馬克裝置。

ITER 是全球最大的國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆合作項(xiàng)目之一，旨在驗(yàn)證磁約束聚變能的工程技術(shù)可行性。 ITER 計(jì)劃（國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃，International Thermonuclear Experimental Reactor）是 1985 年由美蘇首腦倡議、國際原子能機(jī)構(gòu) IAEA 支持的超大型國際合作項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)堆位于法國南部，ITER的目標(biāo)是從等離子體物理實(shí)驗(yàn)研究實(shí)現(xiàn)到大規(guī)模電力生產(chǎn)的核聚變發(fā)電廠的轉(zhuǎn)變，ITER 建成后將成為 世界上最大的托卡馬克裝置。ITER 的主要科學(xué)目標(biāo)是，第一階段通過感應(yīng)驅(qū)動(dòng)獲得聚變功率大于 500MW、Q 值大于 10、脈沖時(shí)間 500s 的燃燒等離子體；第二階段，通過非感應(yīng)驅(qū)動(dòng)等離子體電流， 產(chǎn)生聚變功率大于 350MW、Q 值大于 5、燃燒時(shí)間持續(xù) 3000s 的等離子體，研究燃燒等離子體的穩(wěn)態(tài) 運(yùn)行，如果約束條件允許，將探索 Q 值大于 30 的穩(wěn)態(tài)臨界點(diǎn)火的燃燒等離子體(不排除點(diǎn)火)。ITER 項(xiàng) 目科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將為商用聚變堆的建造奠定可靠的科學(xué)和工程技術(shù)基礎(chǔ)。

ITER 項(xiàng)目由中國、美國、俄羅斯、歐洲等七方共同發(fā)起參與。ITER 成員國包括中國、歐盟（通過歐 洲原子能共同體 EURATOM）、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國，這七方成員作為 2016 年締結(jié) ITER 協(xié)議簽署方，將分擔(dān)項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營和退役的費(fèi)用，同樣還共享實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及制造、施工和運(yùn)營 階段產(chǎn)生的任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其中歐洲承擔(dān)了最大的建造成本（45.6%），其余部分由中國、印度、日本、 韓國、俄羅斯和美國平均分配（各占 9.1%）。

ITER 目前仍處于建設(shè)當(dāng)中，面臨技術(shù)挑戰(zhàn)進(jìn)度有所推遲、預(yù)算上漲。ITER 的基礎(chǔ)建設(shè)開始于 2010 年， 原計(jì)劃于 2025 年完成建設(shè)并正式開始等離子體試驗(yàn)，并在 2033 年實(shí)現(xiàn)全等離子體流，而根據(jù) ITER 理事會(huì)在 2024 年 6 月發(fā)布的最新版項(xiàng)目時(shí)間表，由于新冠肺炎全球的流程和部分部件面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)， 項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度進(jìn)一步推遲，計(jì)劃于 2034 年開始研究操作（Start of Research Operation，SRO），并 在 2039 年開始氘-氚反應(yīng)，較原計(jì)劃推遲 4 年。另外，根據(jù) 2001 年最初的設(shè)計(jì)，ITER 項(xiàng)目預(yù)計(jì)的總 投資額為 50 億歐元，但是隨著設(shè)計(jì)的更改、施工成本的上升，其預(yù)算也提高到了 200 億歐元。

（3）除了托卡馬兊裝置以外，激光慣性約束和仿星器的技術(shù)路線也取得了較大進(jìn)展。目前裝置中除了托卡馬克以外，激光慣性約束和仿星器路線也取得了不錯(cuò)的進(jìn)展：美國國家點(diǎn)火裝置 （National Ignition Facility，NIF）是世界上最大的慣性約束聚變設(shè)施和最大的激光裝置，由美國勞倫 斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）于 2009 年 2 月建造完成，2022 年 12 月 NIF 首次實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火，并 且實(shí)現(xiàn)了凈能量增益（輸入能量為 2.05MJ，輸出能量達(dá)到 3.15MJ），隨后在 2023 年連續(xù)三次實(shí)現(xiàn)點(diǎn) 火成功，并不斷刷新凈能量增益的記錄；位于德國的 Wandelstein X-7 是目前是世界上最大的仿星器裝 置之一，該裝置在 2015 年 10 月完工，在 2023 年實(shí)現(xiàn)了 1.3 吉焦耳的能量周轉(zhuǎn)，放電持續(xù)了 8 分鐘， 創(chuàng)下新的記錄。

2、國內(nèi)：國家戰(zhàn)略與民企創(chuàng)新共推中國可控核聚變加速突破

（1）中國可控核聚變發(fā)展歷史。我國聚變研究開始于 20 世紀(jì) 50 年代，基本與國際同步。早在 1955 年，錢三強(qiáng)和李正武等一批具有遠(yuǎn) 見卓識(shí)的科學(xué)家，便提議開展中國的“可控?zé)岷朔磻?yīng)”研究，以探索核聚變能的和平利用；1958 年，位于 北京的 401 所（現(xiàn)中國原子能科學(xué)研究院）及中國科學(xué)院物理研究所等科研單位陸續(xù)開展磁約束可控核 聚變研究，先后設(shè)計(jì)研制建造了包括脈沖磁鏡、仿星器、角向箍縮裝置和托卡馬克等類型各異的磁約束 聚變研究裝置；1972 年，受到蘇聯(lián) T-3 托卡馬克裝置的啟發(fā)，合肥中科院物理所開始小型托卡馬克裝置 的建設(shè)，取名 CT-6，意思是“中國托卡馬克”。總體來說，從 20 世紀(jì) 50 年代的起步到 80 年代，更加專 注于理論基礎(chǔ)研究及對各個(gè)技術(shù)路線的實(shí)驗(yàn)，屬于“小規(guī)模多途徑”的初步探索的階段。 從 80 年代開始，在核能發(fā)展“三步走”路徑的明確指引下，我國聚變能源的研究步入了快速成長的黃金 時(shí)期。1983 年，原國家計(jì)委、國家科委聯(lián)合召開“核能發(fā)展技術(shù)政策論證會(huì)”，首次提出我國核能“熱堆快堆-聚變堆三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略，在國家核能“三步走”發(fā)展路徑的指引下，我國的聚變科學(xué)研究也步入 了快速發(fā)展的快車道。1984 年，在四川樂山建成的中國環(huán)流器一號(hào)（HL-1），是中國核聚變研究史上 的重要里程碑，這是中國核聚變領(lǐng)域的第一座大科學(xué)裝置。后續(xù)建成了中國第一個(gè)超導(dǎo)托卡馬克裝置 HT-7、中國第一個(gè)具有偏濾器位形的托卡馬克裝置中國環(huán)流器二號(hào) A（HL-2A），世界上第一個(gè)全超導(dǎo) 非圓截面托卡馬克裝置東方超環(huán)（EAST）。

21 世紀(jì)以來，我國核聚變實(shí)現(xiàn)不斷突破，已具備引領(lǐng)全球核聚變發(fā)展的潛力。通過多年的持續(xù)投入和 不懈努力，中國在核聚變領(lǐng)域取得了一系列重要成就，中國可控核聚變研究在國際上已處于非常先進(jìn)的 水平。EAST 裝置自 2006 年建成運(yùn)行以來，等離子體運(yùn)行次數(shù)超過 15 萬次，不斷刷新托卡馬克裝置高 約束模運(yùn)行新的世界紀(jì)錄，在 2012 年實(shí)現(xiàn) 30 秒高約束模，2016 年實(shí)現(xiàn) 60 秒高約束模，2017 年實(shí)現(xiàn) 101 秒高約束模，2023 年實(shí)現(xiàn) 403 秒高約束模，2025 年實(shí)現(xiàn) 1066 秒高約束模，在穩(wěn)態(tài)等離子體運(yùn)行 的工程和物理上始終保持國際引領(lǐng)。此外，中國環(huán)流三號(hào)（HL-3）在 2023 年 8 月 25 日，宣布首次實(shí) 現(xiàn) 100 萬安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行。并且在這一時(shí)期，能量奇點(diǎn)、新奧集團(tuán)、星環(huán)聚能等 民營企業(yè)和民間資本陸續(xù)成立和加入可控核聚變的開發(fā)，中國在可控核聚變領(lǐng)域的研究正在加速前行。

（2）目前在核聚變領(lǐng)域初步形成了西物院和等離子體所牽頭，多家商業(yè)公司積極參與 的栺局。我國的核聚變研究以核工業(yè)西南物理研究院和中科院等離子體物理研究所這兩大科研機(jī)構(gòu)為核心，都是 我國較早致力于可控核聚變和等離子體物理研究的專業(yè)科研院所，分別依托“中國環(huán)流（HL）系列”和 “東方超環(huán)（EAST）”，推動(dòng)核聚變的基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)。 與此同時(shí)，2020 年之后國內(nèi)也涌現(xiàn)了多家商業(yè)公司，包括聚變新能、中國聚變能源、新奧能源、能量 奇點(diǎn)、星環(huán)聚能等等，均都獲得了數(shù)億元的融資，這些商業(yè)公司的畫像以高校與科學(xué)家為主，通過高溫 超導(dǎo)托卡馬克、場反位形（FRC）等前沿技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置的快速迭代。同時(shí)大多采用“科研院所 +商業(yè)公司”的協(xié)同模式，未來有望憑借其靈活的市場機(jī)制和創(chuàng)新能力，在推動(dòng)核聚變技術(shù)應(yīng)用和商業(yè)化 方面扮演著重要角色。 今年以來，聚變新能（安徽）、中國科學(xué)院等離子體所等公司的項(xiàng)目招標(biāo)工作進(jìn)入加速階段，累計(jì)招標(biāo) 已超過 46 項(xiàng)。

（3）中國根據(jù)自己的國情，制定了中國磁約束聚變能發(fā)展路線圖。為了盡早地實(shí)現(xiàn)可控聚變核能的商業(yè)化，充分利用我國現(xiàn)有的托卡馬克裝置和資源，制定了一套完整的 符合我國國情的中國磁約束聚變發(fā)展路線示意圖。中國磁約束聚變能的開發(fā)將分為 3 個(gè)階段：第一階段， 力爭在 2025 年推動(dòng)中國聚變工程試驗(yàn)堆立項(xiàng)并開始裝置建設(shè)；第二階段，到 2035 年建成中國聚變工 程試驗(yàn)堆，調(diào)試運(yùn)行并開展物理實(shí)驗(yàn)；第三階段，到 2050 年建成商業(yè)聚變示范電站。其中，CFETR 將 著力解決一系列存在于 ITER 和 DEMO 之間的科學(xué)與技術(shù)挑戰(zhàn)，包括實(shí)現(xiàn)氘氚聚變等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行， 公斤級(jí)氚的增殖、循環(huán)與自持技術(shù)，可長時(shí)間承受高熱符合、高中子輻照的第一壁和先進(jìn)偏濾器材料技 術(shù)等。合肥綜合性國家科學(xué)中心的“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施”項(xiàng)目 正在建設(shè)中，將瞄準(zhǔn)聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制，建設(shè)國際一流開放性綜合測試和研究設(shè)施，這為中 國掌握未來聚變堆必備的關(guān)鍵工程技術(shù)創(chuàng)造了有利條件。

（4）近幾年支持政策不斷推出，“從上到下”支持可控核聚變發(fā)展。在“雙碳”目標(biāo)下，從中央到地方政府制定了一系列政策，來支持可控核聚變的研究和發(fā)展，國務(wù)院 《2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》要求推進(jìn)可控核聚變技術(shù)研究；國家發(fā)改委、國家能源局《“十四五”現(xiàn) 代能源體系規(guī)劃》在專欄中指出支持受控核聚變的前期研發(fā)。

3、全球可控核聚變行業(yè)融資額持續(xù)高增

全球可控核聚變技術(shù)里程碑事件頻頻出現(xiàn)，行業(yè)投資額持續(xù)增高。自 ITER 成立各國開展研究合作后， 各國基于 ITER 技術(shù)平臺(tái)開展探索并分別取得多項(xiàng)里程碑式成就。此外，近兩年各國政府及企業(yè)在核聚 變領(lǐng)域陸續(xù)開展投資活動(dòng)，投融資金額持續(xù)升高。核聚變行業(yè)目前已經(jīng)進(jìn)入加速階段。

核聚變行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。全球核聚變行業(yè)成立公司持續(xù)增多，2024 年核聚變公司已經(jīng)增長至 45 家。2024 年行業(yè)累計(jì)融資金額已經(jīng)超過 71 億美元，相較于 23 年增加 9 億美元。

核聚變行業(yè)普遍預(yù)期聚變商業(yè)化時(shí)點(diǎn)將近，商業(yè)化落地時(shí)間預(yù)計(jì)在 2031-35 年。根據(jù)《The global fusion in dustry in 2024》報(bào)告，多數(shù)公司對于核聚變實(shí)現(xiàn)發(fā)電、進(jìn)入商業(yè)化落地階段的預(yù)測時(shí)間在 2030 年附近。