“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、資源儲備足、規(guī)模化潛力大、容易實現(xiàn)等優(yōu)勢，有望成為未來理想的基荷能源，其中，Z箍縮聚變-裂變混合堆（Z-FFR）是我國先進核能領(lǐng)域的一項顛覆性技術(shù)，有望率先實現(xiàn)聚變工程能量增益，引領(lǐng)先進核能開發(fā)?！苯?，中國工程院院士彭先覺在接受《經(jīng)濟參考報》記者專訪時表示。

彭先覺院士指出，聚變能源開發(fā)可能重塑全球能源發(fā)展格局，但開發(fā)機遇與技術(shù)挑戰(zhàn)并存。當下正處于從科學研究到工程實踐、再到商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展轉(zhuǎn)折點，建議統(tǒng)籌聚變能源開發(fā)中的重大問題，合理加大支持力度并集中優(yōu)勢力量，加速我國聚變能源開發(fā)進程。

核能應(yīng)成為未來理想的基荷能源

在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與“雙碳”目標推進的大背景下，人們對未來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、持久、高效等特性。

“核能發(fā)展前景廣闊、潛力巨大，已經(jīng)成為大國競爭的一個關(guān)鍵領(lǐng)域。從能源屬性來看，核能憑借其不可替代的技術(shù)優(yōu)勢與資源稟賦，正成為未來基荷能源的核心選項，其發(fā)展邏輯、技術(shù)突破方向與協(xié)同應(yīng)用價值，值得從多維度深入探究?！迸硐扔X院士認為。

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

彭先覺院士指出，根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，截至2024年12月底，我國核電裝機占比僅1.8%，但其發(fā)電效率最高，發(fā)電量占比達4.7%。風電和光電具有很強的波動性和間歇性，當前主要靠增加靈活性火電和少量抽水蓄能調(diào)峰來支撐其運行。

他認為，2030年后，火電裝機要逐步減少，最后維持在一個合理水平上；核電裝機則需要大幅增加。為應(yīng)對未來高比例可再生能源帶來的挑戰(zhàn)，亟須開發(fā)長時（天、周，甚至更長時間）儲能，煤炭的清潔利用（含碳捕獲和封存）以及先進核能等技術(shù)。

“核能之所以能在基荷能源競爭中占據(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超傳統(tǒng)化石能源，而且可以24小時不間斷產(chǎn)生能源，不依賴大型儲能設(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量充足，且隨著快堆和聚變-裂變混合堆等技術(shù)的進步，還能進一步提升資源利用率、拓展可利用資源范圍，為長期供能提供了堅實保障；此外，核能依托標準化的反應(yīng)堆技術(shù)與成熟的建設(shè)運營體系，能夠快速實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展?！迸硐扔X院士向記者表示。

在彭先覺院士看來，隨著“雙碳”目標的深入推進，未來能源系統(tǒng)不再是“單一能源主導”，而是“核能+可再生能源+儲能+智慧電網(wǎng)”的協(xié)同體系，其中核能承擔“基荷核心”角色，可再生能源承擔“增量補充”角色，二者通過智慧電網(wǎng)實現(xiàn)“優(yōu)勢互補”。

聚變能源的出路在于聚變與裂變結(jié)合

2050年后，隨著能源需求的進一步增長與技術(shù)突破，核能技術(shù)將進入“多元化競爭”階段?！拔磥砗四芗夹g(shù)核心競爭方向?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，競爭焦點圍繞‘安全性、經(jīng)濟性、與可再生能源的兼容性、環(huán)境友好性’四大維度展開?！迸硐扔X院士指出。

據(jù)了解，核能包括裂變能和聚變能。裂變能中熱堆已實現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用，目前正在開發(fā)滿足“四代堆”標準的快堆。聚變能是最有潛力的未來發(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程?！翱煽睾司圩儭钡哪繕耍峭ㄟ^技術(shù)手段“約束”核聚變反應(yīng)，讓能量連續(xù)或準連續(xù)釋放，最終轉(zhuǎn)化為電能。

在彭先覺看來，純聚變能源面臨實現(xiàn)高增益聚變?nèi)紵y、能否實現(xiàn)氚自持尚無定論、耐輻照材料開發(fā)進展緩慢、實現(xiàn)高可利用率難度極高等4大技術(shù)挑戰(zhàn)和經(jīng)濟可行性挑戰(zhàn)，可概括為“技術(shù)極難”“造價極貴”，距離發(fā)展為有競爭力的能源還有很大的鴻溝。

“Z箍縮聚變-裂變混合堆是我國先進核能領(lǐng)域的一項顛覆性技術(shù)，有望率先實現(xiàn)聚變工程能量增益，引領(lǐng)先進核能開發(fā)?！彼J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，有望在2040年實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

加速推進我國聚變能源開發(fā)進程

“聚變能源前景廣闊，但開發(fā)機遇與技術(shù)挑戰(zhàn)并存。當下正處于從科學研究到工程實踐、再到商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展轉(zhuǎn)折點。面向能源應(yīng)用的聚變技術(shù)路徑尚未通過閉環(huán)驗證，聚變研究距離開發(fā)出具有經(jīng)濟競爭力的聚變能源還有‘鴻溝’?！迸硐扔X院士表示。

他指出，當前，我國在磁約束聚變、Z-FFR方向處于國際先進水平，Z-FFR有望在2040年后實現(xiàn)商業(yè)演示。根據(jù)我國磁約束聚變發(fā)展規(guī)劃，有望在2030年前后突破科學能量“得失相當”、2050年前后率先實現(xiàn)聚變能源商業(yè)演示。

“聚變能源開發(fā)可能重塑全球能源發(fā)展格局，建議統(tǒng)籌聚變能源開發(fā)中的重大問題，合理加大支持力度并集中優(yōu)勢力量，加速我國聚變能源開發(fā)進程?！迸硐扔X院士認為。

他認為，在磁約束聚變方面，應(yīng)深入?yún)⑴c國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃和相關(guān)國際合作，攻關(guān)商用聚變堆關(guān)鍵物理與工程技術(shù)；建設(shè)好新一代聚變能實驗裝置，開展氘氚聚變?nèi)紵龑嶒?，驗證科學能量增益；著力研發(fā)中國聚變工程實驗堆（CFETR）主機關(guān)鍵部件，適時建設(shè)和運營CFETR。在Z-FFR方面，加快“電磁驅(qū)動大科學裝置”建設(shè)，實施聚變能源關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推進Z-FFR的工程演示和商業(yè)應(yīng)用。