核聚变专家交流
创始人
2025-07-02 18:19:19

(转自:老司机驾新车)

1、核聚变技术路线对比分析

·托卡马克路线差异:托卡马克路线分全高温超导与低温超导两类。全高温超导托卡马克代表为CFS、能量基点,能量基点是国内对标CFS Spark的公司;低温超导托卡马克包括BEST、EAST、法国ITER。与低温超导路线比,全高温超导路线优势为托卡马克装置体积小、磁场强度相当或更大,可降成本。但该路线曾有技术难点,如CFS的Spark装置磁体使用或测试时曾烧毁,后宣称解决磁体技术难题。磁体是关键且难点部分,其技术突破视为路线可行标志。发电原理上,全高温超导托卡马克与传统托卡马克一样,都是烧开水过程。

·长板微型路线特点:长板微型路线以美国Helen公司为代表,与托卡马克路线差异大。Helen公司成立于一几年,已迭代至第六或第七代,计划2025年底或2026年实现Q>1,还与微软签发电对赌协议。该路线采用模块化、直线型装置,升级改造快、维修简单、更新迭代快,而大型托卡马克(如BEST、EAST、ITER)建造周期长、维修运行耗时久。技术上,长板微型路线无需低温系统,用常温磁体,直接通过等离子体发电,省去烧开水环节。国内诺瓦和成都汉海聚能是对标Helen公司的企业。互联网企业(如阿里)投资核聚变,或看中其在数据中心等分散式能源的发电价值。

2、BEST项目设备采购与价值量拆解

·设备安装顺序与供应商:BEST托卡马克主机安装顺序为从下往上、从里往外。各环节供应商情况:杜瓦底座和波纹管由航天晨光中标,杜瓦底座中标金额为多亿,波纹管中标金额约3000多万;杜瓦底板上层的重力支撑由河段负责,实体支撑由航天新力承担;冷屏部分由上海电器制造;磁体总价值约50亿(可能略多);真空室为匹配安装进度,由上海电器、河段、武汉重机共同制造。

·辅助系统采购与成本:主机外辅助系统采购进展与成本:低温系统中,维持托卡马克实体4.5K低温的制冷剂由法国液化空气集团提供,价值约5亿;加热系统设计刚完成,预计2025年下半年启动采购;电源系统已完成部分招标,许继电器中标首批磁体电源;水冷系统招标计划于2025年6月进行;控制系统招标时间较晚,穿系统计划于2025年8月开始招标。

·后续招标计划:后续核心部件及系统招标时间:偏滤器计划于2025年三季度招标,屏蔽块计划于2025年四季度招标;环控系统、真空系统、水冷系统计划于2025年6月招标;诊断系统、遥操作、热试、辐射防护、监测等系统招标时间较晚。

3、氚系统功能与成本解析

·氚系统组成与功能:氚系统包含氚增值、燃料循环及安全包容三大模块。氚增值模块通过锂6与中子反应生产氚,使系统仅需补充氘和锂6。燃料循环模块中,托卡马克里仅1%-0.1%的氘氚反应,未反应的氘氚混合气及杂质经偏滤器收集、纯化、分离后,重新注入托卡马克。安全包容模块针对氚的特性设计,氚是放射性扩散气体,属国家军控物质,使用需审批并采取防护措施。

4、其他聚变项目技术探讨

·江西聚变裂变混合堆:江西聚变裂变混合堆的聚变部分采用高温超导托卡马克,与BEST项目类似,磁体为高温超导类型,聚变部分的系统构成(如低温系统、加热系统、水冷系统、电源系统等)与BEST基本一致;其独特之处在于增加了裂变模块,通过聚变产生的中子轰击核废料中的钍232和铀238,使铀238转化为铀239(最终变为镎239),钍232转化为铀233,生成可利用的燃料。该混合堆的燃料增值效率比快堆高5 10倍。与纯聚变项目相比,其聚变部分的Q值仅需大于1即可,因裂变技术已较成熟,发电可行性相对较高。项目方面,厂房由江西政府建设,已建至一定程度,目前可能在融资,计划于2030 2031年实现发电。

·仿星器技术路线:仿星器与托卡马克均属磁约束聚变路线,但原理有差异。托卡马克通过PF磁体、CS磁体、TF磁体等外部磁体励磁形成初始磁场,等离子体在内部产生电流后,电流生成的磁场与外部磁场叠加,形成麻花状磁笼约束等离子体。而仿星器直接通过外部复杂磁场结构生成麻花状磁笼约束等离子体,无需等离子体电流辅助。因此,仿星器的外部磁场结构更复杂,建造难度更高。

5、招标流程与供应商筛选

·招标评分标准:招标评分分为技术评分和价格评分两部分,综合评分确定供应商。有EAST、环流等项目经验的供应商更具优势。欢迎有技术能力但无核电或核聚变相关业务经验的新供应商参与,可先做测试。项目有补助,但资金使用需严格管控,避免无理由选高价供应商。

·招标进度与策略:BEST项目招标策略:一是根据安装进度匹配招标,减少设备现场存放时间;二是结合设计成熟度推进,如穿工厂因设计未完成暂无法招标,需按建成时间倒排招标启动时间。项目采用边设计、边采购、边安装、边调试模式加快进度。CFEDR项目下半年已开始选址分析。环流项目改造目标为进刀穿,涉及真空室改造,传闻花费40亿,具体细节不明。

6、未来项目规划与进展

·CFEDR项目规划:CFEDR项目(中国实验聚变堆)原计划在ITER项目完成后启动,后因ITER进度长期延迟(原计划未推迟十年),国内在技术积累基础上推出BEST项目作为过渡。BEST项目用于验证穿工厂、增殖系统、燃料循环、偏滤器性能等ITER未涉及的技术,但CFEDR整体进度与BEST关联不大,仅具借鉴意义。2025年下半年CFEDR开始着手选址分析工(更多实时纪要加微信:aileesir)作,公司内部设有专门负责CFEDR的部门,但该部门具体计划目前尚不清晰。

·环流器项目改造:环流器项目正进行改造,目标为进氚,同时涉及真空室改造。传闻改造成本约40亿元,但具体细节未明确。改造核心目标进氚为确定事项。

Q&A

Q: 如何从行业角度解读谷歌与CFS签订购电协议中涉及的高温超导路线Spark装置为数据中心供电的可行性、未来实现方式,以及此前Helian采用FRC技术为数据中心供电的情况?

A: CFS与能量基点均采用全高温超导托卡马克路线,与Best、ET等低温超导托卡马克的区别仅在于超导材料类型。全高温超导托卡马克装置体积更小、磁场强度可保持或更大,能显著降低成本。谷歌签订购电协议表明其认可该路线可行性。此前全高温超导技术存在实体开发难点,但CFS已解决磁体技术难题。其发电原理与传统托卡马克一致,本质为烧开水过程。能量基点定位为国内版Spark。Helian此前与微软签订购电对赌协议,类似国内诺瓦、成都汉海聚能的合作模式。

Q: 阿里等互联网企业投资核聚变,是否主要基于核聚变在数据中心分散式能源的发电价值,或是存在其他驱动因素?

A: 长板微型与托卡马克属于不同技术路线。以长板微型代表企业Helen为例,其成立于2010年代,当前已发展至第六代或第七代装置,目标于今年底或明年实现能量增益因子Q大于1。长板微型路线采用模块化、小型化、直线型装置设计,具备升级改造维修便捷、技术迭代速度显著快于BEST、EAST、ITER等大型托卡马克装置的优势;同时该路线无需依赖烧开水流程及低温系统,可通过常温实体直接实现等离子体发电,上述技术特性是互联网企业选择该方向的主要原因。

Q: 从低温托卡马克过渡到超导的价值量会有哪些变化?

A: 从低温托卡马克过渡到超导的价值量百分比与ITER项目相近。ITER总价值持续超概;BEST项目初始预算85亿,后续调整至90余亿、110余亿、140余亿,当前已调至160亿以上。

Q: Best项目预算持续上调的原因是什么?是否与设备更换或用料差异有关?

A: 主要原因为初期概算编制不够详细。

Q: 托卡马克主机从下往上、从里往外的安装顺序与各楼栋如何对应?

A: 托卡马克主机全部位于5号楼内,其中预装大厅计划于6月底封顶,主机大厅计划于7月底封顶。5号楼周边楼栋功能如下:4号楼为低温楼,用于存放低温制冷剂;3号楼为水冷楼,用于存放水冷系统;6号楼可能为控制大厅。

Q: 在150亿总预算中,托克马克主机相关部分的金额占比大概是多少?

A: 托克马克主机相关部分中,实体系统约占五十几亿。具体子系统方面,真空室已完成招标,金额约5亿;冷屏合同已签订,金额约五六千万;度瓦由南京晨光负责,总金额约1.4-1.5亿;偏滤器计划近两个月招标,金额约几个亿;包层金额为偏滤器的数倍;加热系统金额约十几亿。

Q: 电源系统具体包含哪些组成部分?

A: 电源系统包含实体电源及加热系统配套电源,整体规模约10亿元,与辅助加热系统独立。

Q: 电源系统与加热系统是否为独立业务板块?

A: 是独立业务板块。加热系统规模约10亿元以上,电源系统包含高压供电电源、微波加热电源、NBI高压电源等多种类型。

Q: 实体项目首批店员为何采用分批招标方式?

A: 主要因多数项目采用首批先行采购,后续批次集中采购的模式。

Q: 第一批采购的实体店员相关物品是否用于不同场景?

A: 无法确认该物品是否用于不同场景。已知晓许继曾采购约六七千万元相关物品,实体店员整体金额远超第一批,涉及磁体电源的价值。

Q: 后续在电源及相关设备的供应商选择上,是否继续选择许继,还是考虑其他供应商,且不同供应商产品是否可通用?

A: 目前无法确定后续是否继续选择许继作为供应商,或考虑其他供应商,且不同供应商产品是否可通用的情况尚不明确。

Q: 川系统的主要作用是什么?是否仅由九九院提供?

A: 川系统主要包含氚增殖、燃料循环及安全包容三大模块。其中,氚增殖模块通过中子倍增剂和锂6等产氚元件,利用氘氚聚变产生的中子生产氚,实现氚的自持供应;燃料循环模块负责回收托卡马克中未完全反应的氘氚混合气及反应产生的杂质,经纯化分离后循环使用;安全包容模块因氚具有放射性、气态扩散性且属国家军控物资,需严格审批并采取防护措施以避免公众危害。由于地球上无天然氚,川系统通过上述模块实现氚的自循环,最终托卡马克仅需补充氘和锂6即可运行。目前川系统的研发进展为交由九院负责。

Q: 托卡马克装置的氚工厂是配置在主机内部,还是独立配套设置?

A: 氚工厂为配套设施,并非配置在主机内部。

Q: 该项目是否通常由九院负责实施?

A: 目前该项目由九院负责实施。

Q: 是否存在其他院所可以开展该军控类系统相关工作?

A: 该事项涉及敏感内容,不便透露具体信息,当前仅由我方与酒店合作开展相关工作。

Q: 整套base项目的设备在哪些环节需要使用进口设备?

A: 需要使用进口设备的环节较多。

Q: BEST项目的聚变功率容量目标是多少?

A: BEST装置的科学目标包含两部分聚变功率容量:第一目标为实现聚变功率20~40兆瓦,此时聚变增益Q>1,持续时间需大于1,000秒;第二目标为实现聚变功率100~200兆瓦,此时聚变增益Q>5,但持续时间较短。工程目标涉及中心场强6.15特斯拉、大半径、小半径、拉长比、等离子体电流等参数,主要关注科学目标。

Q: CFEDR项目的反应堆设计是否与BEST项目类似,采用高低温混合的托卡马克装置?

A: BEST项目中,PF磁体与CC磁体均为低温超导,中央螺旋管为高低温混合磁体;CFEDR项目的具体设计模式目前尚未确定。

Q: 上海某聚变能公司计划推进的高温托卡马克项目,其设备各部分占比将发生哪些变化?

A: 高温超导托卡马克与低温超导托卡马克的核心区别在于实体不同,这一差异导致设备规模、真空(更多实时纪要加微信:aileesir)室等部件尺寸存在差异;整体造价低于低温超导托卡马克,但磁体造价高于低温超导托卡马克。

Q: 当前高温CG带材的供给瓶颈及技术问题有哪些?

A: 高温超导磁体带材的主要供应商为上海超导,主要应用于江西聚变混合堆项目,且与上海超导合作密切,可能与东部超导存在联系。

Q: 江西聚变裂变混合堆的设计方向与BEST有何区别?设备及价值量是否存在变化?

A: 江西聚变裂变混合堆与BEST的其他部分设计一致,主要区别在于磁体类型,其采用高温超导磁体。江西混合堆通过聚变产生的中子轰击核废料中的钍232、铀238,将其转化为铀233、镎239等可用燃料,原理类似霞浦快堆但燃料增值效率更高。在发电可行性方面,纯聚变发电要求Q值大于30,而江西混合堆因主要依靠裂变发电,其聚变部分Q值仅需大于1即可,技术难度低于纯聚变。成都同类装置原理与江西混合堆相似,但中子产生途径不同。目前江西混合堆已建设一定程度,仍在融资;成都装置获国家支持。

Q: 江西项目当前的进展情况如何?

A: 项目由江西政府负责建设,已完成建设,计划于2030年或2031年实现发电。

Q: 该系统相比 best 少掉哪些部分?

A: 若需明确少掉的部分,实际指向海伦路线,该路线无需加热系统,结构更简单,主要依赖电源系统,其中电源系统成本最高。

Q: 仿星器路线与托克马克路线的主要区别是什么?

A: 托克马克通过PF、CS、TF、CC等磁体先经低温励磁通电形成初始磁笼,当等离子体在其中产生电流时,该电流会生成磁场并与原磁场叠加形成麻花状磁笼,从而约束等离子体;仿星器则通过外部直接生成结构复杂的麻花状磁笼,无需依赖等离子体自身产生的磁场,但因其外部磁场结构复杂,建造难度较大。

Q: 招标评判时筛选供应商的标准是什么?是侧重产品技术,还是同时考虑价格因素?

A: 供应商筛选主要通过技术评分与价格评分两部分综合评定,最终依据综合评分结果确定供应商。

Q: 国内历史项目中,具备相关项目经验的公司是否具有明显优势?其他公司是否可参与核聚变供应?

A: 其他公司仍可参与核聚变供应。部分企业初期未意识到自身具备相关能力,后续可通过发现自身能力参与,行业领域较窄导致部分企业此前未关注该领域。

Q: 是否存在未开展过核电或核聚变相关业务但具备技术能力的公司参与接触及测试的案例?

A: 存在此类案例,相关方对此持开放欢迎态度。未来在发电场景下,目标是实现实用且低成本的解决方案,当前实验堆阶段面临时间限制及成本考量。

Q: 项目获得补助后,资金是否仍存在紧张压力?

A: 项目获得补助后,资金使用仍需严格管控。因国家可能开展审计工作,资金使用需规范,禁止无合理理由的高价支出。

Q: 项目中哪些环节存在降本或压价空间?

A: 当前普遍倾向于选择大型公司合作,大型公司成本控制能力更强且技术能力更优。

Q: CFEDR项目的推进是否会参考best项目的反应数值或目标?best项目节点约在2027-2028年,后续大型工程项目推进是基于产业进展考量,还是会参考best项目?

A: CFEDR项目推进对best项目的参考是有限且非绝对的。科学家认为实现Q>1难度不大,在此基础上放大至CFEDR并非难事。best项目因Eter进度长期延迟及国内技术积累而设立,其核心作用是验证Eter未涉及的技术,包括包层工厂、包层增值系统、氚提取、燃料循环及偏滤器性能等。尽管best项目对CFEDR进度关联度不高,但具有一定借鉴意义。

Q: 公司应如何把握CFEDR项目的进度?

A: 公司设有专门负责CFEDR的部门,但由于当前信息提供者未参与该部门工作,因此对具体进度计划尚不明确。

Q: 历史上的环流器项目在进行改造时,产业界将其定位为何种参考指标?

A: 当前改造主要聚焦于进刀穿,其他改造内容较少,项目仍采用常温导体而非超导技术。

Q: 设备或主机设备供应商与项目对接时,通常需提前多久开展技术研发?是否有固定指标?

A: 通常会先筛选供应商,进行首件试验件研发。

Q: 供应商对接一般会提前多久?

A: 供应商对接的提前时间不清晰,主要根据设计进度确定,通常在设计完成后对接相关厂家。例如近期讨论的加热系统等项目刚完成设计。

Q: best项目各栋楼之间的招标是否独立进行?是否可同时开展招标,无需等待某栋楼先行建设完成?

A: best项目各栋楼之间的招标并非独立进行,招标策略主要依据安装进度匹配招标进展,以减少现场存放时间为前提。此外,招标需考虑设计成熟度是否满足条件,例如川工厂因整(更多实时纪要加微信:aileesir)体设计尚未完成暂无法招标,但需根据项目建成时间节点倒排招标启动时间,确保设计在招标前完成。

Q: BEST项目截至上半年的招标完成比例是多少?剩余部分预计何时完成招标?

A: 截至上半年,BEST项目已完成1/3以上的招标工作。

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