極客網(wǎng)·新能源10月18日 麥肯錫最近發(fā)布的一份報告預測,到2050年,全球電力消耗將會是目前的3倍。現(xiàn)在全球二氧化碳排放約有30%來自發(fā)電,如何達到零排放目標,這是人類未來幾十年需要面對的挑戰(zhàn)。
在現(xiàn)有的清潔電力中,最有前景的是風電、太陽能發(fā)電,到了2030年預計風電和光電會成為很多國家最便宜的電力。除此之外,地熱或潮汐能也值得期待,只是它們的成本比風電、光電貴不少。
人類如果想實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標,最理想的能源可能還是核聚變。可惜,到目前為止核聚變機器在技術上還行不通,輸入反應堆的能量比生成的能量還要高。
不過不要悲觀,報告認為,在過去5年里核聚變研發(fā)已經(jīng)觸及轉(zhuǎn)折點。
想實現(xiàn)核聚變發(fā)電難度很高,人類探索了60年,現(xiàn)在還沒有找到可以適應市場的解決方案。最大的難題在于如何防止能量流失,正是因為這個原因,現(xiàn)在核聚變反應堆消耗的能量高于創(chuàng)造的能量。
核聚變發(fā)電如此難,為何麥肯錫卻相信它走到轉(zhuǎn)折點呢?有如下幾個原因:
1、新技術讓核聚變有了打破瓶頸的條件。
有了3D打印技術,人類可以打印出具有復雜幾何形態(tài)的零部件,核聚變機器需要這樣的零件,它們可以降低成本,而且可以讓設計實現(xiàn)快速迭代。計算機技術突飛猛進,人類可以用代碼模擬核聚變反應,預測核聚變機器的性能,不需要花費大量金錢制造龐大的實驗設施。振動會導致能量從核心核聚變反應堆流失,最近幾年振動控制技術不斷在進步。
有了種種技術創(chuàng)新,核聚變正在快速進化。電動汽車發(fā)展100年原地踏步,但現(xiàn)在鋰電池技術的進步讓電動汽車騰飛。中國在2005-2008年實現(xiàn)低成本多晶硅太陽能電池板突破,使得太陽能發(fā)電在過去10年快速增長。也許核聚變也能上演奇跡。
2、核聚變研究方向發(fā)生了巨大變化,私人資本涌入。
在過去20年里,核聚變私人投資一直在增長,2021年的投資翻了近兩倍。這些資金有的來自傳統(tǒng)科技企業(yè)風險投資,有的來自能源企業(yè)戰(zhàn)略投資。比如意大利埃尼集團、能源公司Equinor就投資了Commonwealth Fusion Systems。有個人投資,比如Y Combinator掌門人Sam Altman投資了Helion Energy。有政府投資,比如英國Innovation & Science Seed Fund投資了Tokamak Energy。
有了充足的資金,私營企業(yè)才能建造更大的核聚變組件,設計更接近完整尺寸的原型機。數(shù)據(jù)顯示,2001-2005年時研究核聚變的私營企業(yè)只有1家,06-10年增至7家,2011年至2015年增至14家,2016年至2020年增至25家,2021年也是25家。
未來5-10年,核聚變將會迎來關鍵發(fā)展期,在未來5年里,我們或可看到一些突破。
首先,要讓核聚變反應堆達到一定的溫度和壓力條件需要注入強大的能量,反應堆產(chǎn)生的能量能否超過注入的能量,這是一項關鍵指標。
其次,要證明組件的性能是合格的。高溫超導磁體、等離子注入器、射頻加熱系統(tǒng)、新的容器壁材料都需要驗證,如果在2025年前證明這些重要的子系統(tǒng)和組件是可行的,那么到在2030年左右時有可能建造原型核聚變電廠并運行。
最后就是建造電廠,證明它在經(jīng)濟上可行,2026年之前我們應該能看到至少一座原型電廠。
聽起來美好,最后麥肯錫還是澆了一盆冷水。報告說:“技術還要繼續(xù)發(fā)展,我們不能保證現(xiàn)有的核聚變概念最終會產(chǎn)生凈能量。長久以來,我們一直在做著核聚變夢,但這一次的結(jié)果可能會有些不同。”
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