核聚变这次是真的吗？这些公用事业公司认为是这样。

多家公用事业公司正在探索与核聚变初创企业的合作，这些企业承诺将这一前沿技术投入商业规模应用——这是科学家们数十年来未能实现的壮举。

近期全球政府实验室取得的技术突破使这一里程碑更近一步，但业界和专家对距离实现还有多远存在分歧。 

“我们看到这些公司在选址和部署计划上变得更加认真，不再只是模糊承诺‘几年内’将聚变发电并入电网，”清洁空气任务组织聚变安全与监管团队负责人帕特里克·怀特表示。

在核聚变反应堆内部，轻原子在极高温度下碰撞融合。它们释放的能量驱动着与现有火电厂发电机房类似的能量转换系统，另一端输出电力。这一过程能量密度极高：一吨氢同位素氘（一种可能的聚变燃料）所含能量相当于 290亿吨煤炭.

商业聚变发电目前仍只存在于理论中，因为在地球上维持比太阳核心温度更高的原子碰撞反应是一项艰巨的技术挑战。多年来，科学家们一直警告 商业聚变发电 总是遥不可及.

技术突破后，公用事业公司纷纷达成聚变合作

如今，他们不再那么确定了。 

2022年底，美国能源部劳伦斯利弗莫尔国家实验室 表示已取得一项重大突破。那里的科学家首次创造了 并 短暂维持了 一个产生的能量超过消耗能量的聚变反应——这一阈值被称为“净能量增益”或“Q>1”。

参与这项突破的LLNL研究物理学家帕特里克·普尔表示，引发反应的激光在纳秒级的时间内消耗了约90千瓦的电力。

今年早些时候，中国和法国的聚变设施 维持反应超过15分钟，远长于LLNL的实验。法国聚变设施CEA在二月份表示，持续数小时的反应在其能力范围之内。 

但该机构也表示，聚变技术“不太可能”在2050年前为实现净零碳排放作出重大贡献，理由是庞大的基础设施需求以及“需要克服的几个技术难点”。 

500兆瓦的国际热核聚变实验反应堆是西半球在建的政府主导旗舰聚变项目，位于法国南部，目前 比原计划落后近十年，预算超支数十亿欧元. 

美国大多数公用事业公司和私营聚变公司都认为，要使商业聚变发电成为现实，仍需解决重大的技术挑战。但他们相信，这可能在10到15年内实现——甚至可能更快。

在OpenAI首席执行官萨姆·奥尔特曼的支持下，聚变初创公司Helion 于7月开始动工 建设一座50兆瓦的华盛顿州聚变发电厂，该公司表示该电厂将于 2028年并网发电. 

“我们的信心源于我们已经建造了七个实现聚变的原型机，”Helion联合创始人兼研发主管安东尼·潘科蒂在一封电子邮件中表示。“随着我们在华盛顿州马拉加的首座聚变发电厂厂址开工建设，我们正按计划履行对微软的承诺，在2028年前将聚变产生的电力接入电网。”

另一家初创公司Commonwealth Fusion Systems则计划提前一年，于2027年 启动其马萨诸塞州的测试反应堆，随后在2030年代初与Dominion Energy合作，在弗吉尼亚州部署一座400兆瓦的商业电厂。该公司正在建造一个甜甜圈形状的 托卡马克反应堆，与ITER正在开发的设计类似。

Commonwealth Fusion Systems首席商务官里克·尼德姆在一封电子邮件中表示，这座400兆瓦的发电厂很可能“成为一个标准模块，有助于实现更模块化的制造和规模经济。”

尽管比当今美国核舰队中运行的大多数传统裂变反应堆要小，但一座400兆瓦的发电厂将与现代燃煤或联合循环燃气发电厂的单个机组相当。尼达姆表示，未来的公用事业客户或直接终端用户可根据需要在单一地点部署多座电厂。

“关于最终的电力价格，我们有信心未来的ARC电厂可以成为最低成本的清洁、稳定电力形式，并且几乎可以在任何地方部署，”尼达姆表示。

Dominion Energy Virginia在一份新闻稿中表示，将为Commonwealth Fusion Systems提供非财务性合作，包括开发和技术专长，以及其拥有的拟建场地的租赁权。

Dominion Energy的一位发言人确认，非财务性合作是其提供的唯一支持。

再往南，田纳西河谷管理局正在加强与Type One Energy的合作，目标是 让一座350兆瓦的聚变设施上线 “最早在2030年代中期。”

2月宣布的一项合作协议建立在早期合作的基础上，该合作聚焦于在TVA已退役的Bull Run燃煤电厂部署聚变原型。 

该项目现在“涵盖了对聚变能商业化更深入、更广泛的参与”，Type One在一份声明中表示。其中包括使用TVA位于阿拉巴马州马斯科尔肖尔的电力服务车间，两家公司表示，这将促进供应链开发和模块化组件制造，以及来自田纳西州和阿拉巴马州用于劳动力发展的“人才和资源”。 

“我们正在与像Type One Energy这样的创新公司进行战略合作，以推进核技术的发展，”TVA总裁兼首席执行官Don Moul在一份声明中表示。“我对美国第一座商用仿星器聚变发电厂可能建在田纳西河谷感到兴奋。” 

进展可能不足以满足投资者的期待

清洁空气任务组织的White提醒说，在首批商用聚变发电厂投入使用之前，仍有大量技术工作有待完成。 

与先进裂变行业一样，每家聚变初创公司都对技术有自己的独特见解，并在反应堆容量、效率和输出灵活性等关键因素之间寻求平衡。不同的技术路径表明，成功的聚变公司将努力为自己开辟细分市场。

“一些技术在较低功率输出下更容易实现规模缩减，而另一些技术则在较高输出下具有经济最优性，”White表示。“没有‘一刀切’的聚变装置。”

LLNL的普尔在接受采访时表示，一个可行的聚变电站可能仍需15到30年才能实现，这取决于人力、资金和运气。对于寻求更快回报的风险投资公司来说，这可能还不够快。

“在那个领域很容易过度承诺，”普尔说。“我们有点担心，如果五年后事情没有完美实现，外行或风险投资界会感到有些沮丧。”

就连一些私营部门的聚变领军人物也认为，10年的时间表已经算是乐观的了，更不用说Helion的三年冲刺了。他们还表示，即使Q>1已成为过去，具有竞争力的聚变电力仍将难以实现。

“这种情况在聚变（电力）领域会周期性地出现，伴随着大量兴奋情绪，感觉我们离成功很近了，”SHINE Technologies的首席执行官格雷格·皮费尔说，该公司利用聚变 生产医用放射性同位素. 

“我的观点是，我们不仅不知道如何衡量成功，也不知道需要投入多少资本才能使其具有成本效益，”皮费尔说。

麻烦已经在行业的某些角落酝酿。 

5月，总部位于温哥华的General Fusion的首席执行官发出了一项 不寻常的公开呼吁，寻求新的资金，暗示如果没有这笔资金，公司可能无法生存。投资者以2200万美元作为回应， 该公司本月表示 ——但没有说明这笔注资能争取多少时间。

新的核竞赛

然而，就目前而言，资金仍在流入。 

尽管在 1.2万亿美元中仍只占一小部分 更广泛的清洁能源行业在2020年至2023年间吸引了大量投资，聚变工业协会表示，自2021年以来聚变投资已增长五倍。 累计资金 FIA追踪的53家聚变初创公司今年早些时候累计融资接近100亿美元。 

根据公开声明和 融资数据，Commonwealth Fusion Systems是其中资金最充裕的公司之一。自2018年从麻省理工学院独立以来，它已 筹集超过20亿美元 ，为其在马萨诸塞州德文斯总部附近建造SPARC测试反应堆提供了资金。该公司预计SPARC将在2027年实现Q>1。 

尼达姆表示，这将是商业聚变电力技术的首次突破。他补充说，这是CFS开发其名为ARC的全尺寸商用反应堆设计过程中的一个关键里程碑。

“SPARC的设计目的是……验证ARC发电厂所需的大部分子系统，积累运营经验并微调ARC的设计，”尼达姆表示。 

当SPARC启动时，它将产生超高温等离子体，将氢同位素融合成氦并释放富含能量的中子。这与太阳核心发生的基本过程相同，尽管压力要低得多，并且与当今商业核反应堆中原子分裂的裂变反应形成镜像对应。

与恒星一样，聚变反应堆产生的长寿命放射性废物很少，这是相对于裂变的一大关键优势，也是 更宽松的联邦监管的基础。然而，与天体的聚变机制不同，地球上的托卡马克装置和 仿星器 无法依靠重力来维持反应。如果没有强大的磁体来约束等离子体，它会迅速消散。 

这个“约束”问题困扰了聚变科学家数十年。如今，得益于 超导磁体技术 ，这一问题似乎已可克服。尼德姆表示，这项技术将使商业聚变电站更加紧凑、可靠且具有成本效益。

SPARC将验证这一磁体技术，同时CFS继续推进其他关键子系统的研发。这些子系统包括从托卡马克捕获能量的熔盐“包层”，以及尼德姆所说的“用于进一步改善电厂输出和容量系数等方面的新材料与新设计”。

如果一切顺利，这些子系统将在ARC中首次实现商业应用——这是CFS与道明尼能源计划于2030年后共同开发的弗吉尼亚州400兆瓦电厂。CFS的两家早期投资者， 谷歌 和 意大利石油公司埃尼，将购买其大部分产出。

尼德姆将首座ARC电厂定位为未来聚变设施的蓝图。他表示，该电厂将随时间推移逐步提升运行规模，帮助CFS在并网环境中验证其运营能力，为未来400兆瓦机组以与其他稳定电源相当的容量系数运行铺平道路。他补充说，熔盐传热系统最终还可支持热电联产或储能应用，进一步提升价值。

CFS并非唯一一家相信自己拥有通往并网聚变发电清晰路径的公司。

总部位于华盛顿的Helion希望比其东海岸竞争对手提前几年实现目标。该公司押注于一种新颖的设计、更小的反应堆、与微软的购电协议以及一座水电站的富余并网容量，以期在2028年前将其首座商业电厂的电能送入电网。

Helion的“脉冲式非点火聚变系统”将研究相对充分的托卡马克设计元素与其他聚变方法相结合，这种方式“帮助我们克服最棘手的物理挑战，并制造出高能效的设备，” 该公司表示。与CFS一样，Helion的机器使用磁体来约束等离子体。

Pancotti表示，Helion将直接从聚变反应本身发电，无需传统核电站中的蒸汽循环基础设施，从而“[降低]我们的总体资本成本要求”。 

他补充说，该公司计划在其位于华盛顿州埃弗雷特的工厂制造大部分设备和系统。

“我们的策略是建立一条装配线，以便为未来的工厂实现规模经济，并在内部制造关键部件，”他说。 

他还表示，Helion计划运营一个闭环系统，自行生产工厂所需的燃料。Pool表示，这是聚变初创公司相当普遍的目标。

但潘科蒂承认，Helion“正在继续优化我们的等离子体 facing 材料……以及我们的磁线圈，目标是延长商用电力输出的寿命。” 

普尔表示，无论采用何种技术或设计，强化反应堆材料以承受多年持续的高温和辐射，是每一家商用聚变公司迟早都要面对的问题。 

SHINE Technologies 在聚变初创公司中脱颖而出，凭借的是它所谓的“收入优先策略”。该公司正在 生产并销售商用放射性同位素 ，地点位于威斯康星州的一台粒子加速器中，该设施 于2023年启用。皮弗表示，由于SHINE只关注产生中子而非净能量，其机器比那些设计用于长时间约束等离子体的发电机器要简单得多。 

皮弗表示，SHINE的放射性同位素业务线带来了可观的收入，但他拒绝透露具体金额。根据SHINE网站上的时间表，这些现金流最终可能为进军核废料回收乃至聚变发电提供资金支持。

“我们不会第一个实现Q>1，但我们会第一个实现经济效益大于1，”皮弗打趣道——这意味着SHINE预计将远早于竞争对手实现盈利。“最坏的结果是，我们将成为世界上最有经验的聚变设施建造者，让其他人去将聚变发电商业化。”

拥有核工程博士学位的皮费尔同意LLNL的普尔的观点，认为这可能需要长达30年的时间才能实现。但尽管他对当前这批初创公司及其激进的时间表持怀疑态度，就连他也相信商业化的聚变发电是不可避免的。 

“我们所知道的是：它正在成形，”他说。“我们正处于一个转折点，从作为一个社会燃烧化学能源，转向成为一个核能驱动的社会。”