隨著現代社會對能源的需求逐漸提高,能源短缺引發的危機也越來越多。
對於未來人類能源問題,中科院專家直接丟擲了一個最終的解決方案。
今年9月26日開展的碳達峰碳中和科技論壇中,中科院等離子體物理研究所所長透露:核聚變是核能發展的最終目標,我們已經開始做
聚變發電站
的計劃,並且
希望在十年內建成一個示範工程
。
看看能源格局
先講講目前的能源格局,一直以來
以煤炭和石油為主的火力發電站都是我們電力能源的主要來源
。
但是隨著溫室效應以及世界碳排放政策的收緊,在接下來的很長一段時間內,我們將逐步從火力發電轉向清潔能源。
而現在大規模使用的清潔能源,一般講的是風能和水能,咱們這些年也確實修建了不少風力發電機和水電站。
但是風能和水力發電站面臨著時間和空間上的不對稱,簡單地來說:中國能源消耗是
東多西少,白多夜少
;而水力發電站主要處於西部的高海拔地區,風力發電的發電時間也是毫無規律,大量資金消耗在儲能系統與電力輸送體系上。
這時核能的優勢就表現出來,裂變核電站大量修建在沿海地區,與目前我們的經濟發展形勢相符,大大降低了能源輸送上的代價。
但是日本福島核電站事故時刻在警醒著我們,
裂變核電站本身就具有放射性汙染,將這種核電站修建在沿海和人口密集區,是一種有著不小風險的行為
。
那麼能否有一種發電方法,既能
兼顧裂變核電站的地域和原料上的優勢又能保證較好的安全性
呢?
也許聚變核電站就是我們尋找的最終答案。
聚變核電站技術
對於原子內部能源的利用有兩種方法,核聚變法與核裂變法,分別對應著氫彈與原子彈。
正如我們所知道的氫彈的威力遠遠大於原子彈一樣,
核聚變法所能產生的電能也遠遠大於傳統核電站
。
並且由於核聚變法的燃料是氫的同位素氘和氚,反應之後的產物也是
沒有放射性的稀有氣體——氦氣
,所以講聚變電站才是真正的未來高效率清潔能源。
相對於其他高新技術中國起步晚、技術差的狀態而言,
核聚變研究中國是世界第一梯隊
。
自從上世紀我們完成氫彈試驗之後,受控核聚變研究就穩步展開。
目前國核心聚變技術研究的最高成果就是建設的全超導託卡馬克核聚變裝置,這個名為
東方超環
的核聚變實驗裝置是世界上首個全超導非圓截面託卡馬克核聚變實驗裝置 ,在2002年投入執行之後,
已經連續執行15年
,創造了多個世界紀錄。
最近的一個東方超環的記錄是在今年5月28日實現的——
可重複1.2億攝氏度101毫秒等離子體執行
。
可以講中國的可控核聚變實驗從毫秒級突破到現在的百秒級別,進步速度十分驚人。以至於研究人員表示,目前國內的核聚變實驗時間長度也遵循摩爾定律,即
每隔18個月國核心聚變時間數量就會翻倍,聚變裝置的能源產生數量也會翻倍
。
我們即將進行400秒和1000秒時長的實驗,並且在
未來的幾年實現長時間可正向輸出和這邊發電站裝置
的實驗。
核聚變發電站的價值
除了我們常講的發電價值之外,核聚變作為一種人類目前最尖端的科技,即使是對其進行科學研究,也已經產生了不小的經濟效益。
1986年國際熱核聚變實驗堆計劃提出,希望結合國際的力量為人類和平利用核能做出貢獻。
計劃一開始只有前蘇聯,美國,日本和歐盟等幾方加入,
中國並不在第一批計劃的受邀之列
。
但是從2006年中國開始參加這項計劃期,作為七方成員之一中國的中科院合肥研究院等離子體物理研究所,主持了
超導導體、校正場線圈的製造任務
。
這飛速地提升了
國內超導材料的工藝與製造水平
。短短10年的時間,從2010年國內所有超導材料製造總和不到100~150公斤,提升到現在的
1000噸級的年產量
。
中國已經在
實際上壟斷了世界超導材料市場
,每年提供世界所需的60%~70%的超導材料。
這項技術不僅已經創造了巨大的經濟收益,並且為中國的
理論科學成果如何轉化為市場效益
做出了良好的典範。
現在我們講國內搞聚變電站的優勢又多了一點,因為
聚變電站的40%成本來源就是電站中使用的超導材料
,隨著國內超導供應產業鏈的進一步發展,國內聚變電站的成本就會越來越低。
總結
有一種理論認為,
人類文明的等級最明顯的標誌就是對於能量的利用效率
。
一開始我們以最低的效率利用火,直接燃燒的方式利用化學能源;
隨著第1次工業革命的展開,我們可以利用機器更高效地使用化學能源,並且在一定程度上直接使用自然界中的清潔能源。
而在第3階段,我們將
創造性地構築一種在地球上傳統環境下不能自然的能量獲取方式
,隨著這種能源使用方式的逐步成熟,人類才真正有了走出地球探索宇宙的底氣。
所以講對於可控核聚變的投入,無論從解決短期的能源危機還是長久來看,探尋人類文明的發展與延續都是非常有意義的。
我們有著世
界上最為激進的和具標目標
,以及
按照計劃完成這個目標的實力
,這無疑是讓所有中國人都慶幸的事了。