可控核聚变商业化有多远

我国启动实施未来产业启航行动，明确可控核聚变领域为未来能源的惟一方向。

文 ‖ 程鹏鑫

近期，传统油气公司加速布局可控核聚变领域，引发了广泛关注。壳牌、雪佛龙、埃尼等行业巨头都已开展战略投资，特别是中国石油通过增资参股聚变新能公司和中国聚变公司，加强在可控核聚变领域的双线布局，通过培育“第三增长曲线”推动新质生产力发展，支撑未来利用丰富的氘资源实现近于无限的能源供给。这不仅反映了能源行业转型的迫切需求，也凸显了核聚变技术在未来能源结构中的重要潜力。那么，全球核聚变研发的现状与进展怎样？商业化还有多远？

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全球研发呈现四大突破性特征

蒸汽时代以来，人类从未停止对更高效、更清洁能源的探索。可控核聚变，被誉为能源领域的“终极解决方案”。它模拟太阳的能量产生机制，通过轻原子核聚变反应释放巨大能量。

可控核聚变研究可分为6个阶段——原理探索、规模实验、燃烧实验、实验堆、示范堆及商用堆。当前，可控核聚变研究正处于从科学研究向工程实践转化的关键转折点，呈现出四个显著特征。

装置建设加速，技术突破频传。根据国际原子能机构近期发布的《2025年世界聚变展望报告》，全球近40个国家推进聚变计划，处于运行、在建、及规划的聚变装置分别达101座、18座、53座，合计172座，较2024年增加13座。美国国家点火装置（NIF）复现多次能量增益实验，今年4月成功开展第8次聚变点火实验并产生8.6兆焦耳的能量，首次实现能量增益Q大于4。我国“东方超环”（EAST）于今年1月实现了上亿摄氏度高温下高约束模等离子体运行1066秒，创造高约束模运行新纪录。“中国环流三号”于今年3月首次实现原子核温度、电子温度的“双亿度”纪录，标志着研究正式进入燃烧实验阶段，向工程化应用迈出重要一步，并于今年6月实现百万安培亿度H模，创下我国聚变装置运行新纪录。

多国战略密集出台，顶层设计完善。美英德日等国家均出台了国家级聚变能战略，美国发布《2024年聚变能战略》与《聚变科学技术路线图》，计划2030年代中期将商业化规模的聚变电力接入电网；日本提出力争30年代实现商业化发电；英国计划2040年前实现聚变发电；德国计划2040年前建成聚变示范电站；我国将聚变堆作为核能发展“三步走”战略的重要组成，国务院国资委启动实施未来产业启航行动，明确可控核聚变领域为未来能源的惟一方向，今年9月审议通过的《原子能法》提出“国家鼓励和支持受控热核聚变的科学研究和技术开发”。

民间资本涌入，私营公司崛起。2025年，聚变领域私有资本投资占比达33%，累计总额超100亿美元。美国CFS公司开建世界首座商用核聚变发电厂，中国星环聚能、能量奇点等创新企业快速成长。

跨界融合成为新常态。壳牌、雪佛龙等油气巨头积极投资核聚变初创企业，微软、谷歌等科技公司也纷纷布局。2023年12月，由中核集团牵头的可控核聚变创新联合体成立，成员超40家，覆盖从基础研究、装置建造到产业应用的完整链条，实现了全产业链贯通。

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商业化仍面临重大挑战

目前，核聚变面向产业需求的长远发展规划、关键技术环节的实验支撑平台、相关技术成果的广泛应用转化、全面精准的扶持政策和保障机制等仍不健全，可控核聚变商业化面临技术、材料、工程层面的诸多挑战，从科学层面可行到工程和商业层面落地任重道远。

一是燃烧等离子体稳态自持运行方面的挑战。目前，对燃烧等离子体科学认知仍比较欠缺，对高聚变增益稳态自持燃烧等离子体研究仍停留在理论阶段，上亿度氘氚燃料等离子体稳态自持燃烧的运行与控制技术仍需研究。

二是耐高能中子轰击及高热负荷材料的挑战。聚变堆部件的运行环境极为苛刻，在等离子体周边的材料要承受中子辐照、粒子轰击、热流等组成的复杂载荷，目前所能进行的试验能量强度为1~3兆电子伏（MeV），较所需强度仍有较大差距。

三是氚增殖与自持循环的挑战。单座1吉瓦聚变电站每年耗氚可达数十千克甚至上百千克，聚变堆要实现商业应用，必须实现氚自持，即利用聚变放出的高能中子与锂-6反应在堆内实现氚增殖，需要建立氚大规模循环工艺体系，研究聚变堆氚燃料自给自足的大规模高效增殖、在线处理和安全等技术。

四是实现能量增益的挑战。能量增益因子Q是判断聚变成功的关键指标，据研究，要实现商业价值的发电，Q值需达到10以上才有商用意义。目前，磁约束聚变最高Q值仍低于1，对于激光惯性约束聚变，电—光环节能量转化效率低，考虑整个系统的能量消耗，实际Q不足1%，仍需要提高聚变三重积，产生有效的聚变功率输出。

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人工智能与聚变能双向赋能

人工智能技术与聚变深度融合产生双向促进的作用。

一方面，人工智能产业发展带来了巨量算力的需求，算力的提升对电能需求也进一步加大。“AI的尽头是算力，算力的尽头是电力”，反映了当前科技革命和产业变革的重要趋势，聚变能契合算力行业对高密度、零污染、可持续能源的迫切需求，受到科技公司的青睐，谷歌、微软、亚马逊等多家公司开展投资，有力驱动聚变研究发展。

另一方面，人工智能技术在非线性数据处理、模式识别和预测分析等方面具有优势，已经应用于等离子体运行监测（破裂预测）、控制及不稳定性预测等研究中。我国《关于推进“人工智能+”能源高质量发展的实施意见》提出推动可控核聚变智能控制，加快“人工智能+核电”应用场景赋能。“中国环流三号”利用人工智能优化等离子体控制策略，2024年实验中首次投入使用数字孪生系统，西南物理研究院打造针对磁约束核聚变诊断数据统一表征与生成式补全的专业大模型“曦元大模型”。目前，人工智能应用还处于起步阶段，在提升等离子体控制精度与稳定性、加速装置设计与优化、驱动先进材料研发突破、优化实验数据分析与数字孪生等方面具有很大的发展空间和潜力。

对于传统能源企业而言，布局核聚变既是未雨绸缪的战略选择，更是实现可持续发展的重要路径。虽然商业化道路依然漫长，但随着技术突破、资本投入和政策支持的持续加强，可控核聚变正从遥不可及的梦想逐渐走向现实。

作者系中国石油规划总院战略所高级工程师