核聚变要进家了？这家美国公司已向电网运营商提交并网申请

"永远还有三十年"，这是核聚变领域流传了数十年的自嘲。但现在，这句玩笑话第一次开始显得有些过时了。

总部位于马萨诸塞州的联邦聚变系统公司本周宣布，已正式向美国最大的电网运营商PJM提交并网申请，计划在2030年代将聚变发电并入电网。与此同时，该公司还公布了其首座商业聚变电站的名称："瀑布线聚变电站"，选址定在弗吉尼亚州。

这是迄今为止，任何一家聚变公司在从实验室走向电网这条路上，迈出的最具实质意义的一步。

一个环形装置，正在靠近现实

要理解这件事的分量，先得弄清楚联邦聚变系统公司正在建造的东西是什么。

他们的核心装置叫做托卡马克，一个环形腔室，内部的等离子体被加热到超过1亿摄氏度，比太阳核心还要热。在这个极端温度下，氢的同位素氘和氚会发生聚变反应，两个原子核融合成一个，释放出巨大的能量。

2024 年 11 月 6 日，位于美国马萨诸塞州德文斯市的联邦聚变系统园区正在建设中的托卡马克装置示意图。卡桑德拉·克洛斯/彭博社/盖蒂图片社

这和传统核电站的逻辑截然相反。核裂变是分裂重元素，聚变是融合轻元素。两者都释放能量，但聚变不产生寿命长达数万年的高放射性废料，燃料来源是海水中的氘和从锂中提取的氚，原则上几乎取之不尽。

目前，该公司位于马萨诸塞州德文斯的示范性托卡马克装置建设已完成75%，预计2026年底投入运行。这个装置本身不是商业电站，它的任务是验证一件事：能否实现净能量增益，也就是输出的能量大于输入的能量。

如果验证成功，下一步就是在弗吉尼亚州建造那座400兆瓦的"瀑布线聚变电站"，并在2030年代接入PJM电网。

值得注意的是，PJM电网覆盖美国13个州以及哥伦比亚特区，是全球规模最大的电力市场之一，服务人口超过6500万。向它提交并网申请，不是一个象征性动作，而是一个需要四到六年才能走完的正式程序。该公司表示，在正式提交申请之前，双方已经非正式接触了整整两年。

挑战没有消失，但时间表正在压缩

2024 年 11 月 6 日，在美国马萨诸塞州德文斯市的 Commonwealth Fusion 公司园区内，工人们正在组装一个框架，该框架将用于支撑 Commonwealth Fusion 公司的托卡马克示范系统。远处的墙上展示了该装置的等比例渲染图。卡桑德拉·克洛斯/彭博社/盖蒂图片社

联邦聚变系统的首席执行官鲍勃·穆姆加德在接受采访时，用了一个颇具说服力的类比。他说，眼下燃气电站所需的燃气轮机等待交货时间已经超过五年，因为市场需求实在太旺盛。从这个角度看，聚变电站在2030年代并网的时间表，"与其他人们正在讨论的能源项目并没有太大差别"。

这句话当然有点乐观，但也不是全无道理。

推动聚变进度加速的，首先是材料技术的突破。联邦聚变系统公司的核心竞争力，在于他们使用了高温超导磁体技术，能够产生20特斯拉的强磁场，这比传统超导技术强得多，让托卡马克装置可以做得更紧凑、造价更低、建造周期更短。这一技术路径被认为是该公司区别于ITER等大型国际项目的关键差异。

ITER是目前全球最大的聚变实验装置，由欧盟、美国、中国、俄罗斯、日本等35个国家共同出资建造，预算超过200亿欧元，目标是2025年完成建设、2035年开始氘氚聚变实验。相比之下，联邦聚变系统的路径更轻巧，节奏也更快。

不过，挑战依然真实存在。净能量增益的演示至今只有2022年美国国家点火设施的激光聚变实验完成过，而那是用完全不同的技术路径实现的，且能量增益只是相对于输入激光能量而言，如果计入整个系统的总电力消耗，实际上仍然是净亏损的。

托卡马克磁约束聚变要实现稳定持续的净能量输出，仍然是一个尚未被任何装置真正完成的挑战。联邦聚变系统公司的首席执行官也坦承，聚变能否商业化仍处于"积极研发"阶段，存在不确定性。

从电网接入的技术层面看，咨询公司Grid Strategies的首席执行官罗伯·格拉姆利希认为，并网本身并不是最复杂的部分。聚变电站的发电原理其实和传统电站没有本质区别，热水产生蒸汽，蒸汽驱动涡轮机，区别只在于热量的来源。一座400兆瓦的装机容量，在电网体量上也属于中等规模，PJM完全有能力接纳。

更吸引人的是选址灵活性。格拉姆利希指出，聚变电站不需要大面积土地，燃料体积极小，这让它可以建在离用电负荷更近的地方，比如数据中心旁边，甚至是靠近城市的区域，这对于传统大型发电设施来说几乎不可能做到。

"瀑布线聚变电站"已经确认了两个买家，谷歌和意大利能源公司埃尼。这意味着电站建设和并网基础设施的投资，不会转嫁给普通消费者的电费账单。穆姆加德的话直接了当："这是一座史无前例的发电厂，你不想让纳税人为此买单。"

聚变能源的故事还远未写完，但它第一次有了一个具体的地址和一份递出去的申请表。