聚變未來(lái) · 綠色發(fā)展：擘畫(huà)未來(lái)能源新圖景【2025浦江創(chuàng)新論壇】

聚焦全球能源轉(zhuǎn)型與“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，“浦江創(chuàng)新論壇——未來(lái)能源板塊”在上海落下帷幕。論壇設(shè)可控核聚變論壇、可再生能源引領(lǐng)能源革命論壇、場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)綠色技術(shù)創(chuàng)新論壇、中德綠色科技與產(chǎn)業(yè)合作論壇四大板塊，其中可控核聚變論壇與可再生能源引領(lǐng)能源革命論壇作為核心板塊，成為本次未來(lái)能源主題論壇的“重頭戲”。

PUJIANG INNOVATION FORUM

PART01

向聚變邁進(jìn)：

科技引領(lǐng)下的清潔能源新未來(lái)

1.隨著人工智能和高溫超導(dǎo)等前沿技術(shù)的不斷突破，可控核聚變研究正迎來(lái)前所未有的創(chuàng)新機(jī)遇。

近年來(lái)，人工智能在聚變領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，其在等離子體穩(wěn)定性控制、故障預(yù)測(cè)、材料研究等方面展現(xiàn)出巨大潛力。復(fù)旦大學(xué)教授許敏指出，人工智能可用于燃燒等離子體的控制及材料體系的研究開(kāi)發(fā)，加速可控核聚變的創(chuàng)新突破。中國(guó)聚變能源有限公司總經(jīng)理張立波表示，中核集團(tuán)自主開(kāi)發(fā)了CODIS聚變裝置運(yùn)行操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化替代，“核聚變?cè)\斷數(shù)據(jù)生成式融合補(bǔ)全與質(zhì)量監(jiān)測(cè)”獲得首批中央企業(yè)人工智能戰(zhàn)略性高價(jià)值場(chǎng)景。民營(yíng)企業(yè)也在發(fā)力，能量奇點(diǎn)能源科技(上海)有限公司創(chuàng)始人兼CEO楊釗指出，人工智能在可控核聚變中的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)智能實(shí)時(shí)控制，提升等離子體性能與不穩(wěn)定性仿真能力，有效降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與調(diào)試成本，同時(shí)通過(guò)智能化測(cè)量減少測(cè)量需求與成本。

與此同時(shí)，高溫超導(dǎo)磁體被視為突破聚變磁場(chǎng)約束極限的關(guān)鍵技術(shù)。許敏強(qiáng)調(diào)，高溫超導(dǎo)磁體是未來(lái)反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)高磁場(chǎng)約束、提升能量密度的核心，但目前當(dāng)務(wù)之急是開(kāi)展真實(shí)工況下的可靠性驗(yàn)證。張立波指出，高溫超導(dǎo)磁體研制是中國(guó)聚變公司目前的重點(diǎn)工作，其中包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)和失超保護(hù)、20T原型磁體測(cè)試以及研制高溫超導(dǎo)聚變裝置(HL-4)。可以預(yù)見(jiàn)，AI與高溫超導(dǎo)協(xié)同發(fā)力，將為聚變技術(shù)的跨越式發(fā)展打開(kāi)新篇。

2.在推動(dòng)核聚變研發(fā)的道路上，政府、高校、研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)的協(xié)同努力，正在構(gòu)建起多元參與、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的創(chuàng)新生態(tài)。

當(dāng)前，核聚變研發(fā)已不再局限于科研院所，私營(yíng)企業(yè)的參與日益增強(qiáng)，成為推動(dòng)技術(shù)商業(yè)化的重要力量。

日本在推動(dòng)核聚變“公私合作”方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。日本國(guó)家聚變科學(xué)研究所NIFS聚變工程研究項(xiàng)目執(zhí)行主任Nagato YANAGI（柳長(zhǎng)門(mén)）指出，日本通過(guò)PPP（Public-Private Partnership，PPP）模式，整合政府支持與企業(yè)靈活性，加速了技術(shù)路線的探索與驗(yàn)證。例如，日本的螺旋聚變公司（Helical Fusion）與國(guó)立聚變科學(xué)研究所（NIFS）合作，開(kāi)發(fā)了名為 UROCOIC 的高溫超導(dǎo)磁體。而在“FAST工程”（先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克聚變裝置）項(xiàng)目中，京都聚變工程公司（Kyoto Fusioneering）牽頭，聯(lián)合多方力量推進(jìn)聚變技術(shù)研發(fā)。該項(xiàng)目是一項(xiàng)重要的公私合作工程，旨在推動(dòng)聚變發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的突破，并計(jì)劃于 21 世紀(jì) 30 年代完成聚變發(fā)電的技術(shù)驗(yàn)證。

在韓國(guó)，韓國(guó)聚變能源研究院聚變工程中心主任Woong Chae KIM提到，公私合作模式的典型案例，可見(jiàn)于韓國(guó)首家聚變領(lǐng)域初創(chuàng)企業(yè) ——EnableFusion，同時(shí)韓國(guó)成立了一個(gè)連接產(chǎn)業(yè)界、科研界與學(xué)術(shù)界的活躍的聚變能源聯(lián)盟，并與行業(yè)聯(lián)盟合作探索未來(lái)聚變的商業(yè)化路徑。

法國(guó)也在積極推動(dòng)多元化合作機(jī)制。法國(guó)CEA聚變研究機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人Jér?me Bucalossi談到，歐盟正在建設(shè)一個(gè)由政府實(shí)驗(yàn)室、高校、私營(yíng)企業(yè)共同參與的新型創(chuàng)新聯(lián)盟體，旨在構(gòu)建完整的聚變供應(yīng)鏈和人才體系，推動(dòng)核聚變從科研走向工程化應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)也在積極探索多方協(xié)作模式。未來(lái)，隨著公私合作機(jī)制的日益成熟，我們將見(jiàn)證更多突破性成果的誕生。

3.可控核聚變不僅是科學(xué)挑戰(zhàn)，更是全球共同課題。

國(guó)際合作不僅加快了技術(shù)共享和突破節(jié)奏，也為未來(lái)核聚變能源的全球普惠提供了堅(jiān)實(shí)保障。ITER國(guó)際組織副總干事羅德隆指出，中國(guó)深度參與ITER計(jì)劃，不僅有力推動(dòng)了國(guó)內(nèi)可控核聚變產(chǎn)業(yè)鏈的完善，成功突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題，還培養(yǎng)了一批高素質(zhì)的相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人才。他進(jìn)一步指出，未來(lái)應(yīng)持續(xù)加大該領(lǐng)域的國(guó)際合作力度，以加速全球可控核聚變技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)程。日本的柳長(zhǎng)門(mén)則指出，中日兩國(guó)在聚變領(lǐng)域已保持35年的合作，未來(lái)將圍繞實(shí)驗(yàn)裝置與高溫超導(dǎo)技術(shù)繼續(xù)深化合作。韓國(guó)的Woong Chae KIM認(rèn)為，構(gòu)建開(kāi)放且具備全球聯(lián)動(dòng)性的科研生態(tài)系統(tǒng)對(duì)可控核聚變的發(fā)展是至關(guān)重要的。法國(guó)也持續(xù)發(fā)揮樞紐作用，CEA的Jér?me Bucalossi表示，歐盟正致力于在全球范圍內(nèi)構(gòu)建更加開(kāi)放、協(xié)同的國(guó)際合作網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)聚變發(fā)電早日實(shí)現(xiàn)。

4.盡管可控核聚變前景廣闊，但在材料耐受、系統(tǒng)集成與經(jīng)濟(jì)性等方面，仍面臨眾多科學(xué)與工程挑戰(zhàn)，制約著其實(shí)用化進(jìn)程。

許敏指出，目前聚變研發(fā)主要面臨三大核心難題：一是燃燒等離子體的穩(wěn)態(tài)自持運(yùn)行，二是材料在高熱與高能中子環(huán)境下的性能維持，三是氚的循環(huán)與自持。

張立波提到，中國(guó)聚變公司尚面臨三大主要科學(xué)技術(shù)挑戰(zhàn)——燃燒等離子體穩(wěn)態(tài)自持運(yùn)行、耐高能中子轟擊及高熱負(fù)荷材料、氚增殖與自持循環(huán)，以及三大主要工程技術(shù)難題——強(qiáng)場(chǎng)高溫超導(dǎo)磁體、等離子體運(yùn)行與控制、熱量傳導(dǎo)。

羅德隆則強(qiáng)調(diào)，在工程系統(tǒng)集成方面，磁體、真空等多個(gè)系統(tǒng)必須高度協(xié)同，這對(duì)整體工程設(shè)計(jì)、制造能力和可靠性提出了非常嚴(yán)苛的要求。這些領(lǐng)域的持續(xù)突破，將是實(shí)現(xiàn)聚變商業(yè)化的重要前提。

5.在科技的持續(xù)突破與全球協(xié)作下，人造太陽(yáng)的光芒正在照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，可控核聚變的未來(lái)可期。

近年來(lái)，隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，核聚變從“科學(xué)探索”向“工程實(shí)現(xiàn)”逐步邁進(jìn)。清華大學(xué)長(zhǎng)聘副教授、陜西星環(huán)聚能科技有限公司創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家譚熠，引用恩格斯的話“社會(huì)一旦有技術(shù)上的需要，則這種需要就會(huì)比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進(jìn)。”他表示，在綠能需求日益迫切的推動(dòng)下，可控核聚變?nèi)谫Y規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，聚變裝置快速迭代建設(shè)，技術(shù)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，研究隊(duì)伍日益壯大，聚變能源的實(shí)現(xiàn)正在加速，未來(lái)十年前景可期。

在國(guó)家政策支持、人才努力、社會(huì)投入以及國(guó)際合作的推動(dòng)下，中國(guó)核聚變事業(yè)前景光明。人造太陽(yáng)，正在照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

PART02

向綠能進(jìn)發(fā)：可再生能源驅(qū)動(dòng)的能源革命新紀(jì)元

1.太陽(yáng)能、風(fēng)能和綠色燃料等可再生能源產(chǎn)業(yè)化仍需克服多重困難。

上海理工大學(xué)能源材料科學(xué)研究院院長(zhǎng)、澳大利亞技術(shù)科學(xué)與工程院院士竇世學(xué)表示，目前世界綠氫產(chǎn)量不到氫總產(chǎn)量的1%，距實(shí)現(xiàn)碳中和要求面臨巨大挑戰(zhàn)，需集中攻關(guān)產(chǎn)氫核心技術(shù)難題大力提升氫能產(chǎn)業(yè)化規(guī)模與進(jìn)程。

上海交通大學(xué)溥淵未來(lái)技術(shù)學(xué)院講席教授、日本工程院院士戚亞冰指出，盡管鈣鈦礦太陽(yáng)能組件（PSMs）已展現(xiàn)出超過(guò)20%的卓越效率，而大面積制造存在薄膜不均勻、激光劃線死區(qū)以及材料降解等問(wèn)題。

挪威斯塔萬(wàn)格大學(xué)能源與石油工程系教授、挪威工程院院士郁志新認(rèn)為，盡管甲烷催化裂解技術(shù)已進(jìn)入中試或產(chǎn)業(yè)化初期階段，但是在未來(lái)仍舊需要化學(xué)工程師來(lái)進(jìn)一步使推進(jìn)催化過(guò)程的商業(yè)可行性。

上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院副院長(zhǎng)朱磊表示，當(dāng)前合成燃料制備系統(tǒng)能效低、對(duì)波動(dòng)性電力適應(yīng)性差，由于制備系統(tǒng)不同部件能量品位跨度大、能質(zhì)傳遞匹配困難，對(duì)波動(dòng)電力輸入的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力不足，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行需要構(gòu)建不同部件間的能質(zhì)匹配調(diào)控機(jī)制。

2.新型儲(chǔ)能是解決可再生能源規(guī)模化消納和穩(wěn)定輸出的重要技術(shù)手段。

竇世學(xué)認(rèn)為，快充技術(shù)、高能量密度、固態(tài)安全、規(guī)模化儲(chǔ)能和應(yīng)對(duì)極端條件是未來(lái)儲(chǔ)能發(fā)展的重要特征，而由鈉基電池儲(chǔ)能技術(shù)、超導(dǎo)風(fēng)電技術(shù)和電解海水制氫技術(shù)協(xié)同的可持續(xù)能源體系不依賴任何化石原料及稀土資源，是實(shí)現(xiàn)碳中和的一項(xiàng)最佳戰(zhàn)略組合，若實(shí)現(xiàn)商業(yè)化將是風(fēng)電發(fā)展史的重要里程碑。

朱磊指出，電制合成燃料是一種新型儲(chǔ)能方式，相較于其他儲(chǔ)能方式具有質(zhì)量和體積儲(chǔ)能密度大，安全性好，加注、輸運(yùn)方便，應(yīng)用場(chǎng)景多樣化等優(yōu)勢(shì)，是解決棄風(fēng)、棄光、棄水（2021年超過(guò)400億千瓦時(shí)），實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)大規(guī)模儲(chǔ)能與廣域共享的有效途徑之一，對(duì)于我國(guó)能源安全和擺脫石油依賴具有重大意義。

3.催化劑是可再生能源生產(chǎn)過(guò)程中重要的研究方向。

郁志新指出，甲烷催化裂解作為綠氫生產(chǎn)的重要途徑，其成本顯著低于高溫裂解和等離子體裂解技術(shù)，為商業(yè)化應(yīng)用提供了現(xiàn)實(shí)可行性。其中，催化劑的性能與成本效益是推動(dòng)該技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的核心要素。

中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員嚴(yán)雅表示，其研究團(tuán)隊(duì)首次制備出的高效多酸接枝的單層鈷鐵氫氧化物超結(jié)構(gòu)水氧化催化劑，不僅是開(kāi)發(fā)出了一種新型高性能電催化水氧化催化劑，還為高活性高穩(wěn)定性電催化劑設(shè)計(jì)研究提供了新范式，更推動(dòng)了堿性電解水技術(shù)向高電流、低能耗方向發(fā)展。

朱磊指出，二氧化碳熱力學(xué)穩(wěn)定、動(dòng)力學(xué)惰性，在還原制作燃料的過(guò)程中需要通過(guò)催化劑活化二氧化碳分子，盡管當(dāng)前電制合成燃料系統(tǒng)能效低，僅47%，但經(jīng)過(guò)專項(xiàng)技術(shù)的集提供可有望在2030年實(shí)現(xiàn)電制合成燃料批量化工程應(yīng)用。

PART03

能源未來(lái)在上海啟航

本次上海未來(lái)能源論壇以四大板塊聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建起未來(lái)能源發(fā)展的多元探討平臺(tái)。

可控核聚變論壇錨定“人造太陽(yáng)”這一終極能源目標(biāo)，通過(guò)國(guó)際國(guó)內(nèi)多方智慧碰撞，為技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化明晰路徑，凸顯上海在全球聚變研究中的重要坐標(biāo)；可再生能源論壇聚焦技術(shù)突破與應(yīng)用融合，圍繞儲(chǔ)能、電池、太陽(yáng)能等核心領(lǐng)域凝聚解決方案，為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與零碳社會(huì)建設(shè)提供有力支撐。場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新與中德國(guó)際合作板塊，則分別從實(shí)踐落地與跨國(guó)協(xié)同層面，豐富了未來(lái)能源發(fā)展的實(shí)現(xiàn)路徑。

未來(lái)能源系列論壇不僅匯聚起全球能源領(lǐng)域的智慧與力量，更以務(wù)實(shí)研討推動(dòng)前沿技術(shù)、產(chǎn)業(yè)需求與政策支持的深度銜接，為上海強(qiáng)化能源領(lǐng)域戰(zhàn)略布局、服務(wù)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)與能源安全大局，寫(xiě)下了兼具科學(xué)性與實(shí)踐性的一筆。

本文由上海市科學(xué)學(xué)研究所產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究室助理研究員李丹妮、陳少鵬執(zhí)筆。文章觀點(diǎn)不代表主辦機(jī)構(gòu)立場(chǎng)。

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