极客网·新能源10月18日 麦肯锡最近发布的一份报告预测,到2050年,全球电力消耗将会是目前的3倍。现在全球二氧化碳排放约有30%来自发电,如何达到零排放目标,这是人类未来几十年需要面对的挑战。
在现有的清洁电力中,最有前景的是风电、太阳能发电,到了2030年预计风电和光电会成为很多国家最便宜的电力。除此之外,地热或潮汐能也值得期待,只是它们的成本比风电、光电贵不少。
人类如果想实现可持续发展目标,最理想的能源可能还是核聚变。可惜,到目前为止核聚变机器在技术上还行不通,输入反应堆的能量比生成的能量还要高。
不过不要悲观,报告认为,在过去5年里核聚变研发已经触及转折点。
想实现核聚变发电难度很高,人类探索了60年,现在还没有找到可以适应市场的解决方案。最大的难题在于如何防止能量流失,正是因为这个原因,现在核聚变反应堆消耗的能量高于创造的能量。
核聚变发电如此难,为何麦肯锡却相信它走到转折点呢?有如下几个原因:
1、新技术让核聚变有了打破瓶颈的条件。
有了3D打印技术,人类可以打印出具有复杂几何形态的零部件,核聚变机器需要这样的零件,它们可以降低成本,而且可以让设计实现快速迭代。计算机技术突飞猛进,人类可以用代码模拟核聚变反应,预测核聚变机器的性能,不需要花费大量金钱制造庞大的实验设施。振动会导致能量从核心核聚变反应堆流失,最近几年振动控制技术不断在进步。
有了种种技术创新,核聚变正在快速进化。电动汽车发展100年原地踏步,但现在锂电池技术的进步让电动汽车腾飞。中国在2005-2008年实现低成本多晶硅太阳能电池板突破,使得太阳能发电在过去10年快速增长。也许核聚变也能上演奇迹。
2、核聚变研究方向发生了巨大变化,私人资本涌入。
在过去20年里,核聚变私人投资一直在增长,2021年的投资翻了近两倍。这些资金有的来自传统科技企业风险投资,有的来自能源企业战略投资。比如意大利埃尼集团、能源公司Equinor就投资了Commonwealth Fusion Systems。有个人投资,比如Y Combinator掌门人Sam Altman投资了Helion Energy。有政府投资,比如英国Innovation & Science Seed Fund投资了Tokamak Energy。
有了充足的资金,私营企业才能建造更大的核聚变组件,设计更接近完整尺寸的原型机。数据显示,2001-2005年时研究核聚变的私营企业只有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。
未来5-10年,核聚变将会迎来关键发展期,在未来5年里,我们或可看到一些突破。
首先,要让核聚变反应堆达到一定的温度和压力条件需要注入强大的能量,反应堆产生的能量能否超过注入的能量,这是一项关键指标。
其次,要证明组件的性能是合格的。高温超导磁体、等离子注入器、射频加热系统、新的容器壁材料都需要验证,如果在2025年前证明这些重要的子系统和组件是可行的,那么到在2030年左右时有可能建造原型核聚变电厂并运行。
最后就是建造电厂,证明它在经济上可行,2026年之前我们应该能看到至少一座原型电厂。
听起来美好,最后麦肯锡还是浇了一盆冷水。报告说:“技术还要继续发展,我们不能保证现有的核聚变概念最终会产生净能量。长久以来,我们一直在做着核聚变梦,但这一次的结果可能会有些不同。”
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