經(jīng)濟(jì)觀察報 記者 沈怡然 2024年6月，中國可控核聚變商業(yè)化領(lǐng)域迎來了三項進(jìn)展：兩家商業(yè)公司——陜西星環(huán)聚能科技有限公司（下稱“星環(huán)聚能”）和能量奇點能源科技（上海）有限公司（下稱“能量奇點”）——的核聚變裝置實現(xiàn)了重要突破。一家位于合肥的核聚變企業(yè)，成立一年的聚變新能（安徽）有限公司（下稱“聚變新能”），完成了新一輪增資，調(diào)整后，這家企業(yè)集齊了大型國有集團(tuán)、私人資本、地方政府、科研機(jī)構(gòu)等幾乎所有類型的出資人，并成為中國注冊資本規(guī)模最大的一家商業(yè)核聚變公司。

因其潛力巨大，有望徹底改變現(xiàn)有的能源生產(chǎn)和消費模式，所需資源又極易獲取，從上世紀(jì)60年代開始，各國不斷在可控核聚變領(lǐng)域進(jìn)行投入。近年，多國可控核聚變逐步從實驗堆邁入工程堆階段。在創(chuàng)新技術(shù)的加持下，緊湊型的核聚變設(shè)備得到初步驗證，也為商業(yè)公司和社會資本進(jìn)入這一領(lǐng)域提供了可能。

從2021年起，全球的核聚變投資快速增長。根據(jù)美國的聚變能產(chǎn)業(yè)協(xié)會（FIA）于2023年7月發(fā)布的《2023年聚變能產(chǎn)業(yè)報告》，截至2023年初，全世界核聚變公司吸引了超過60億美元的投資，較2021年初的18.72億美元增加四十多億美元。全球私營核聚變公司數(shù)量從2017年的5家增長至2023年的50家左右。這些項目背后，可以看見比爾·蓋茨、谷歌等投資人和商業(yè)化公司的身影。

中國可控核聚變商業(yè)化也呈現(xiàn)加速的態(tài)勢。目前，中國在核聚變領(lǐng)域初步形成了兩大國家項目和多家商業(yè)公司并舉的格局。2023年，兩大國家項目——"東方超環(huán)"(EAST)和"中國環(huán)流系列"——都突破了重大實驗進(jìn)展；兩家新興的商業(yè)公司星環(huán)聚能和能量奇點也在2023年至2024年完成了實驗裝置的初建和運(yùn)行，2024年6月完成增資的聚變新能被認(rèn)為將成為推動可控核聚變商業(yè)化的重要力量。

站在這些商業(yè)化公司背后的，不僅有國資背景的投資人，也包括蔚來、米哈游等公司。這些可控核聚變商業(yè)公司正在做的事情，不僅包括推動緊湊型可控核聚變設(shè)備的實驗，同時也在推動可控核聚變上下游產(chǎn)業(yè)鏈的形成。商業(yè)化公司指向了同一個目標(biāo)，加快可控核聚變的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

“快速經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)核聚變”，這句標(biāo)語被掛在了星環(huán)聚能的實驗場地。

可控核聚變離商業(yè)化還有“三個堆”的距離，即實驗堆、工程堆和商業(yè)堆。一位國資投資機(jī)構(gòu)相關(guān)領(lǐng)域的投資人對經(jīng)濟(jì)觀察報表示，從全球到中國，核聚變實驗正處于從實驗堆邁入工程堆的階段，這也是諸多商業(yè)公司和社會資本進(jìn)入產(chǎn)業(yè)的原因。

順為資本投資分析師生冀明對記者表示，核聚變技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)解決了從0到1的突破，挑戰(zhàn)已經(jīng)不在基礎(chǔ)科學(xué)范疇，而是如何快速進(jìn)行裝置實現(xiàn)和技術(shù)迭代，這本質(zhì)上是一個工程問題。而商業(yè)公司在產(chǎn)品迭代速度和成本控制上是有機(jī)會的。順為投資了星環(huán)聚能，生冀明是這個項目的參與者。

盡管仍有爭議，但商業(yè)化勢力對可控核聚變的實現(xiàn)時間普遍抱有更加樂觀的態(tài)度。

國際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)計，到2050年世界第一座核聚變發(fā)電廠有望建成并投入運(yùn)行。但美國商業(yè)公司Common－wealthFusionSystems（下稱“CFS”）計劃在2030年代初建成第一座聚變發(fā)電廠。根據(jù)聚變工業(yè)協(xié)會對私營核聚變企業(yè)的調(diào)查問卷數(shù)據(jù)，70%的受訪企業(yè)認(rèn)為2030至2040年能夠?qū)崿F(xiàn)可控核聚變的商業(yè)并網(wǎng)。

中科創(chuàng)星創(chuàng)始合伙人米磊對記者表示，中小型化核聚變裝置的突破，降低了可控核聚變裝置成本，使得商業(yè)公司有了入局的可能。最重要的是，諸多公司的突破，讓大家對商業(yè)化的預(yù)期從還有幾十年，拉近到大約十年。

商業(yè)化開端

2021年9月，一家依托于美國麻省理工學(xué)院的商業(yè)公司CFS首次將高溫超導(dǎo)材料制成磁體加入核聚變實驗裝置，這一磁體性能最高場強(qiáng)達(dá)到20特斯拉，高于ITER裝置中預(yù)計使用的5.3特斯拉額磁場強(qiáng)度。ITER是國際熱核聚變實驗堆，被稱為全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項目之一，參與者包括中國、美國、歐盟等七個經(jīng)濟(jì)體。

上海交通大學(xué)長聘教授、上海翌曦科技發(fā)展有限公司（下稱“翌曦科技”）創(chuàng)始人兼董事長金之儉對記者表示，超導(dǎo)磁體是磁約束可控核聚變中托卡馬克裝置的關(guān)鍵組成部分之一，幾乎占托卡馬克成本的一半。磁約束聚變中等離子體溫度超過1億度，只能依靠由強(qiáng)場磁體構(gòu)成的磁籠（托卡馬克裝置）形成對等離子體的約束。如果磁場強(qiáng)度能得到有效提高，就可以大幅提升對等離子體的約束力，整個托卡馬克裝置的體積就可以大幅減小。

對于CFS的突破，金之儉說：“這意味著小型化聚變堆將成為可能，這不僅可以大幅降低成本，更重要的是可以大大縮短研發(fā)周期，原來30—50年預(yù)期的核聚變有望在10年的周期里實現(xiàn)。”

核聚變的基本科學(xué)原理是，將氫的兩種同位素——氘和氚的原子核在極高溫度和壓力下聚合在一起，觸發(fā)聚變反應(yīng)，釋放出巨大的能量。氘這種原料在海水中含量豐富，提取成本很低；而氚可以利用聚變產(chǎn)生的中子與豐富的天然鋰反應(yīng)產(chǎn)生。

在過去70年的發(fā)展過程中，核聚變一直被看作人類的終極能源。國際原子能機(jī)構(gòu)曾表示，它可以顛覆現(xiàn)有的能源的生產(chǎn)和消費模式，包括化石燃料、核裂變、風(fēng)能或太陽能等可再生資源。核聚變所需的資源容易獲取，實驗成功將帶來極大的變革，因此被看作是“一本萬利的發(fā)電裝置”。美國、歐盟、中國、日本、俄羅斯等國家和地區(qū)都將核聚變看作戰(zhàn)略性技術(shù)并投入大量資源進(jìn)行研究。

然而，這項實驗的技術(shù)復(fù)雜度和集成度非常高，且跨越了超長的周期，因為它嘗試在地面上模擬太陽核心的極高溫和高壓條件，這極大挑戰(zhàn)了物理學(xué)的極限。更艱難之處在于，研究者們無法一次性做出一個完美的實驗裝置，需要經(jīng)過多次迭代，逐步靠近最終的技術(shù)指標(biāo)。“就像一個人從沒有制造過汽車，就不可能立刻制造出一輛超級跑車。”陳銳表示。

從上世紀(jì)60年代起，托卡馬克就是各國推進(jìn)可控核聚變實驗的主要設(shè)備。托卡馬克主要由環(huán)形真空室、產(chǎn)生磁場的線圈和其他輔助設(shè)施組成，上世紀(jì)80年代，美國、日本、韓國、歐盟等經(jīng)濟(jì)體相繼投入了大型托卡馬克設(shè)備，中國的東方超環(huán)EAST也在2006年完成放電實驗。這些托卡馬克設(shè)備體型巨大、造價昂貴、主要靠各國科研經(jīng)費投入，總體迭代緩慢。

但起步于2018年的CFS項目帶來了一些改變。一方面由于具有更強(qiáng)的磁場，高溫超導(dǎo)材料大幅度降低了托卡馬克裝置的體積和成本，讓緊湊型核聚變設(shè)備得到驗證；另一方面，這個項目背后站著比爾蓋茨、谷歌等商業(yè)投資人，也募集了大量資金。

米磊說，美國CFS公司運(yùn)用創(chuàng)新技術(shù)做出先例，讓產(chǎn)業(yè)看到了另一種路徑的可能性。

CFS項目落地后，全球核聚變公司開始大量出現(xiàn)。根據(jù)核聚變行業(yè)協(xié)會（FIA）發(fā)布的《2024年全球聚變行業(yè)報告》，全球共有45家核聚變整堆企業(yè)，其中美國以25家公司的數(shù)量位居第一。除了CFS之外，還有包括HelionEnergy、TAE Technologies、Type OneEnergy、TheaEnergy等。

國際原子能機(jī)構(gòu)在《2022年核聚變活動概述》中表示，在多種因素的推動下，近年來私人資本在全球核聚變領(lǐng)域的投資活動日益增多。國際組織正努力促進(jìn)公共機(jī)構(gòu)和私營機(jī)構(gòu)的聯(lián)合研發(fā)。而且，核聚變實驗的商業(yè)化進(jìn)程中，建立一套全面的通用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管框架非常關(guān)鍵。

中國可控核聚變商業(yè)化

2022年前后，順為資本決定投資一家核聚變企業(yè)。生冀明說，CFS項目突破的一個意義在于，核聚變實驗成本并非一個天文數(shù)字，這讓中國的社會資本看到了機(jī)會。

中國在可控核聚變領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域保持了競爭力。1993年，中國科學(xué)院等離子體物理研究所建成了第一臺超導(dǎo)托卡馬克裝置HT-7。2002年，核工業(yè)西南物理研究院建成了中國環(huán)流器二號A裝置（HL-2A）。2006年，世界上第一臺全超導(dǎo)托卡馬克裝置東方超環(huán)（EAST）首次成功放電。這意味著在中國也具有可控核聚變商業(yè)化的潛力。

順為資本曾投資過包括半導(dǎo)體、生物技術(shù)和航空航天在內(nèi)等多個科技領(lǐng)域。生冀明表示，機(jī)構(gòu)當(dāng)時的判斷是，即便在最順利的情況下，核聚變的商業(yè)化周期也比其他行業(yè)項目更長，實現(xiàn)商業(yè)化需要8到10年時間。而且項目的風(fēng)險更高，因為到目前為止，無論是國家項目還是私營團(tuán)隊，還沒有任何一個團(tuán)隊實現(xiàn)聚變裝置的正能量增益。

生冀明說：“但是，如果我們投資的項目能夠領(lǐng)先于國家隊實現(xiàn)突破，那么它潛在的獲利空間將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他的科技項目。”當(dāng)時，順為資本專門成立了投資規(guī)模達(dá)10億元人民幣的“順為探索計劃”，核聚變是投資領(lǐng)域之一。

順為在市場中發(fā)現(xiàn)了兩個商業(yè)化項目：能量奇點和星環(huán)聚能。

星環(huán)聚能成立于2021年，是清華大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化項目。公司創(chuàng)始人之一負(fù)責(zé)了中國第一臺球形托卡馬克的建設(shè)，有超過20年的磁約束核聚變研究經(jīng)驗。在2021年，創(chuàng)始團(tuán)隊的技術(shù)路線也準(zhǔn)備完畢，便決定把實驗裝置做成一家公司。

能量奇點成立于2022年，以高溫超導(dǎo)磁體、等離子體物理和人工智能為關(guān)鍵技術(shù)，打造高磁場、高參數(shù)的高溫超導(dǎo)先進(jìn)托卡馬克裝置，還研制運(yùn)行控制軟件系統(tǒng)。

順為資本在兩家公司中最終選擇了星環(huán)聚能。后來，多家投資機(jī)構(gòu)也察覺到可控核聚變商業(yè)化的可能。同時，在政策的推動下，地方政府也開始察覺到這一領(lǐng)域的機(jī)會，一批早期投資機(jī)構(gòu)和地方引導(dǎo)基金紛紛入場，投資可控核聚變初創(chuàng)企業(yè)和供應(yīng)鏈上下游企業(yè)。此外，地方政府、科研機(jī)構(gòu)也開始加入到對可控核聚變商業(yè)化的推動中。

2024年6月，根據(jù)國家企業(yè)信用公示系統(tǒng)，聚變新能出現(xiàn)了一輪增資。股東新增中國石油集團(tuán)昆侖資本有限公司、合肥科學(xué)島控股有限公司。這家公司股東列表中還包括蔚聚科技、合肥產(chǎn)投、安徽省科創(chuàng)投資、安徽皖能豐禾聚變，公司注冊資本也由50億元增至145億元。其中，蔚聚科技是蔚來控股的全資子公司。

經(jīng)濟(jì)觀察報從項目相關(guān)人士處獲悉，聚變新能是中科院和地方產(chǎn)業(yè)基金合作投資的項目，在產(chǎn)業(yè)鏈上屬于綜合性裝置平臺公司，公司將主導(dǎo)建設(shè)一款叫BEST的實驗裝置，這款裝置基于中國科學(xué)院等離子體物理研究所的東方超環(huán)（EAST）裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)，同時負(fù)責(zé)供應(yīng)鏈的采購和牽引工作。

緊湊型設(shè)備的競賽

星環(huán)聚能所建造的第一臺實驗裝置僅有30余噸重，成本約1.5億元，這與傳統(tǒng)大型核聚變裝置有著很大區(qū)別。以國際合作項目ITER為例，根據(jù)ITER官網(wǎng)，這座實驗裝置重達(dá)23000噸，工程建設(shè)持續(xù)了多年，總體項目費用大約220億美元。

星環(huán)聚能CEO陳銳說：“傳統(tǒng)的托卡馬克裝置，它的等離子體形狀有點像甜甜圈，而我們裝置在構(gòu)造上有一些區(qū)別，等離子體形狀更像一個球形。”

目前，市場上的三家商業(yè)公司都在加速建造一種緊湊型、小型化的實驗裝置，這可以降低材料和建設(shè)成本，減少整個項目的投資。

陳銳表示，相比國家項目，商業(yè)公司在保證實驗安全有效的前提下，更加追求性價比和速度。星環(huán)聚能公司的原則是“快速經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)核聚變”。

陳銳同時表示，除了高溫超導(dǎo)材料的突破，AI、3D打印以及其他多項新技術(shù)的應(yīng)用，都對提高實驗效率，縮小實驗裝置，降低實驗成本起到了幫助作用，可以說聚變技術(shù)的發(fā)展是多方面技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。

星環(huán)聚能給出了一個更為大膽的規(guī)劃：在未來十年內(nèi)實現(xiàn)聚變發(fā)電，目前公司已經(jīng)建設(shè)了第一代實驗裝置，后面陸續(xù)進(jìn)行兩次迭代。預(yù)計在2027年建成下一代實驗裝置CTRFR-1，連續(xù)穩(wěn)定地通過重復(fù)重聯(lián)方案將等離子體加熱至一億攝氏度，徹底驗證工程可行性，接下來，再用3至5年的時間建設(shè)一個能夠輸出電能的商業(yè)化示范聚變反應(yīng)。

商業(yè)公司的特點之一是能夠在每一次迭代中加入更新的技術(shù)，同時將性能指標(biāo)提高一些，以此來減少迭代次數(shù)，大幅度地縮短研發(fā)周期。

陳銳表示，商業(yè)公司能更靈活地進(jìn)行創(chuàng)新，但所有創(chuàng)新都伴隨的風(fēng)險。如何在風(fēng)險與創(chuàng)新之間找到平衡，這實際上是一個決策問題。“不同的團(tuán)隊有不同的風(fēng)格，有的保守，有的激進(jìn)，并沒有所謂的最優(yōu)解或唯一解。”

今年6月，能量奇點設(shè)計研發(fā)建造的“洪荒70”裝置成功實現(xiàn)等離子體放電。公開資料顯示，“洪荒70”之后，下一代強(qiáng)磁場高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置“洪荒170”已在物理設(shè)計階段，明年將開始工程設(shè)計。該裝置以實現(xiàn)氘氚等效能量增益大于10為目標(biāo)，預(yù)計2027年建成。

上述國資投資機(jī)構(gòu)人士對記者表示，相比傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)材料，高溫超導(dǎo)材料的大規(guī)模制備技術(shù)還不夠成熟穩(wěn)定。國家隊項目的實驗裝置更大，對材料的用量也更大，磁體作為實驗中的關(guān)鍵部分，即便高溫超導(dǎo)材料提供了很多便利，國家隊也謹(jǐn)慎采用這種技術(shù)。

產(chǎn)業(yè)鏈集成

翌曦科技成立于2022年6月，該公司的核心目標(biāo)就是突破高溫超導(dǎo)聚變強(qiáng)場磁體技術(shù)。金之儉表示，按照公司的規(guī)劃，2027年開始將實現(xiàn)強(qiáng)場磁體的規(guī)模化供應(yīng)能力。

可控核聚變是高溫超導(dǎo)材料的目標(biāo)市場之一。作為復(fù)雜的集成系統(tǒng)，可控核聚變的產(chǎn)業(yè)化需要供應(yīng)鏈的支撐。

根據(jù)慧博智能投研報告，核聚變產(chǎn)業(yè)鏈包括上游原材料供應(yīng)到中游技術(shù)研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)制造及下游核電應(yīng)用等。上游原材料需要有色金屬（鎢、銅等）、特種鋼材、特種氣體（氘、氚）等原料供應(yīng)，還有高溫超導(dǎo)材料的供應(yīng)。中游涉及到第一壁、偏濾器、蒸汽發(fā)生器、超導(dǎo)磁線圈等組件及仿真、控制軟件的開發(fā)。目前A股市場有聯(lián)創(chuàng)光電（600363.SH）、永鼎股份(600105.SH)、西部超導(dǎo)(688122.SH)、安泰科技(000969.SZ)等企業(yè)具備相關(guān)組件的供應(yīng)能力。

這一龐大實驗需要整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同工作，負(fù)責(zé)裝置建造的主導(dǎo)企業(yè)，也相當(dāng)于鏈主的角色。上述國資投資機(jī)構(gòu)人士稱，供應(yīng)鏈方面，中國的工業(yè)生產(chǎn)能力和產(chǎn)業(yè)鏈基本能夠滿足可控核聚變的產(chǎn)業(yè)需求，部分領(lǐng)域存在一些技術(shù)瓶頸。但是，隨著每一代實驗裝置的要求越來越高，項目在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、檢驗測試等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)也越加嚴(yán)格。

該人士稱，這增加了采購的復(fù)雜性。供應(yīng)鏈企業(yè)中，很多不僅服務(wù)于核聚變實驗，也面向其他市場。如何牽引這些供應(yīng)商在一定時間內(nèi)供應(yīng)合適的材料，并投入資源共同研發(fā)，尤其初期還很難獲得回報，這單靠市場機(jī)制很難實現(xiàn)，靠國家牽引來整合資源是更高效、快速的。

陳銳表示，對于核聚變，國內(nèi)尚未形成一套完整的監(jiān)管規(guī)則或國家層面的正式文件。目前，公司也正在配合相關(guān)部門做調(diào)研和意見收集的工作。國家隊和商業(yè)化公司的技術(shù)路線不同，兩者之間是一個補(bǔ)充，并不沖突。

上述國資投資機(jī)構(gòu)人士表示，未來在中國，可能只有不超過三家企業(yè)能夠存活下來，專門制造核聚變實驗的整體裝置。目前還很難準(zhǔn)確預(yù)測是哪幾家企業(yè)，成功的項目可以將其他公司收購，國企主導(dǎo)的大型裝置也可以收購私營公司或者以私營公司作為供應(yīng)商。

生冀明說，從機(jī)構(gòu)的角度出發(fā)，當(dāng)項目方提出需要10年時間來做成這件事，是能夠接受的，但很多機(jī)構(gòu)的預(yù)期過于樂觀，期望在兩三年看到成果。“機(jī)構(gòu)已經(jīng)為最壞的情況做好了準(zhǔn)備，如果最終技術(shù)上沒有實現(xiàn)目標(biāo)，也能夠接受。那些無法承受這一風(fēng)險或者對回報周期要求高的機(jī)構(gòu)，就不會選擇進(jìn)場。”

上述國資投資機(jī)構(gòu)人士稱，很多投資人發(fā)現(xiàn)，核聚變實驗規(guī)律本身決定了它必然是一個投入非常高、周期非常長的事情，這不是靈活的機(jī)制和創(chuàng)新技術(shù)所能改變的，僅僅靠商業(yè)公司去做會非常難，即便是國家項目，單靠某一個參與者來支撐起全部的實驗裝置，也并不容易。