核聚變發(fā)電技術(shù)因生產(chǎn)過程中基本不產(chǎn)生核廢料,也沒有碳排放污染,被認(rèn)為是全球碳排放問題的最終解決方案之一。5月10日,總部位于華盛頓DC的荷里昂能源公司(Helion Energy)宣布與微軟公司達(dá)成全球首個核聚變電力采購協(xié)議,意味著該技術(shù)正式走入商業(yè)運(yùn)行。
核聚變(臺灣叫“核融合”)是在特殊條件下將較輕的原子融合成較重的原子,如2個氫原子融合成1個氦原子,而釋放出巨大能量,這與太陽等恒星產(chǎn)生能量的方式相同。因為氫是常見的元素(水是氫的化合物),等于有取之不盡的能源,再加上生產(chǎn)工藝無放射性、無污染,所以該技術(shù)號稱能源界的圣杯,一直備受期待。
根據(jù)荷里昂能源公司和微軟的協(xié)議,新核聚變電廠計劃在2028年接入電網(wǎng),在一年內(nèi)將發(fā)電量提升至50兆瓦以上,在美國多個州運(yùn)營商用核反應(yīng)堆的星座能源公司(Constellation Energy)將擔(dān)任其電力營銷商,并將管理該項目的輸電。不過,對于如何實現(xiàn)這一目標(biāo),兩家公司都未給出具體的說明。
荷里昂公司是一家私營清潔能源公司。據(jù)其網(wǎng)站介紹,該公司創(chuàng)立于2013年,十年來一直致力于開發(fā)核聚變商業(yè)電力系統(tǒng)。該公司在2020年建立了第六個核聚變工作原型,該原型達(dá)到了1億攝氏度的等離子體溫度。目前,該公司正在建造第七個原型,將使用脈沖高功率磁體技術(shù)實現(xiàn)核聚變,預(yù)計將在2024年展示其發(fā)電能力。
荷里昂的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官大衛(wèi)·柯特利(David Kirtley)表示,他們有信心交付世界上第一個核聚變發(fā)電設(shè)施。他說,荷里昂與微軟的協(xié)議是有約束力的協(xié)議。如果他們沒能構(gòu)建一個核聚變系統(tǒng),將會受到經(jīng)濟(jì)處罰。
臺灣經(jīng)濟(jì)部國際合作處的陳祈典在今年2月份撰文表示,多數(shù)專家都認(rèn)為核聚變發(fā)電技術(shù)的商業(yè)化估計要到20年到30年之后才能實現(xiàn),這對于2050年全球凈零排放目標(biāo)的實現(xiàn)恐難有太大幫助。而荷里昂的計劃如果成功,則意味著全球核聚變能源部署的時間將比普遍的預(yù)期大大提前。
核聚變工業(yè)協(xié)會負(fù)責(zé)人安德魯·霍蘭德(Andrew Holland)表示,核聚變并不容易,購電合同可能包括了電力交付時間的條款。不過,他也認(rèn)為,這份購電合同顯示出,商界已開始意識到核聚變時代可能提早到來,此次合作是對荷里昂的信任投票。
微軟副董事長兼總裁布拉德·史密斯(Brad Smith)表示,他們樂觀地認(rèn)為核聚變是可以幫助世界向清潔能源過渡的重要技術(shù)。而荷里昂的工作符合微軟的長期清潔能源目標(biāo),并將推動市場建立一種全新高效的方法,更快地將更多清潔能源輸送到電網(wǎng)。
星座能源公司的首席商務(wù)官吉姆·麥克休(Jim McHugh)表示,核聚變技術(shù)將改變游戲規(guī)則?!敖Y(jié)合我們的無碳能源匹配方案,荷里昂和微軟正在幫助建立一個以無碳能源為標(biāo)準(zhǔn)的未來?!?br />
目前的核能發(fā)電使用的是核裂變技術(shù),通過種子連鎖撞擊鈾-235,分裂釋放出熱量產(chǎn)生蒸氣、進(jìn)而推動渦輪機(jī)發(fā)電。不過,其最大的問題是用過的燃料棒仍有放射性,須長期冷卻并隔絕輻射,處理成本高。
而核聚變發(fā)電技術(shù)則不存在輻射和污染問題。荷里昂公司采用了獨(dú)有的脈沖等離子核聚變裝置,使用氘和氦-3融合釋放能量生成零碳電力。根據(jù)該公司的說法,該裝置最終應(yīng)該能夠重新獲取用于觸發(fā)反應(yīng)的電能,將其用于為設(shè)備的磁鐵充電。不過,該生產(chǎn)工藝面臨的挑戰(zhàn)是如何實現(xiàn)凈能量增益。
美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)在去年底實現(xiàn)了核聚變的凈能量增益。該實驗室采用了當(dāng)前兩種主流運(yùn)作方式之一的激光束照射融合技術(shù)。
去年12月5日,美國能源部宣布LLNL的核聚變研究取得了重大突破,首次實現(xiàn)了核聚變反應(yīng)的150%的凈能量增益。而這一成果背后是研究人員60年的努力。
實驗中,科學(xué)家們將192束激光束發(fā)射到一個微小的氫燃料球上,創(chuàng)造出超過1億攝氏度的高溫環(huán)境,使得氫原子發(fā)生聚變并釋放能量。結(jié)果顯示,激光束投入能量為200萬焦耳,而產(chǎn)生的能量輸出為315萬焦耳。
另有一種運(yùn)作方式是環(huán)磁機(jī)技術(shù),即電漿在管道中受超導(dǎo)磁鐵拘束不斷流動加熱以發(fā)生聚變。國際熱核聚變實驗反應(yīng)爐(ITER)與歐盟、美國、中國、印度、日本、俄羅斯和韓國共同合作在法國興建了全球最大的環(huán)磁機(jī),由歐盟主導(dǎo),預(yù)計于2025年進(jìn)行電漿實驗,2035年進(jìn)行核聚變實驗,目標(biāo)是將凈能量增益拉高至10倍。