日前，中國(guó)能建重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“熱核聚變發(fā)電島概念設(shè)計(jì)研究”順利通過(guò)專家結(jié)題評(píng)審，該研究項(xiàng)目由中國(guó)能建廣東院牽頭、中國(guó)能建東北院、華東院和中國(guó)科學(xué)院等離子物理研究所共同參與，是在中國(guó)自主設(shè)計(jì)研發(fā)的熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆基礎(chǔ)上，在工程應(yīng)用領(lǐng)域展開(kāi)的一次重要探索與嘗試具有開(kāi)創(chuàng)性意義。

“人造太陽(yáng)”影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際大科學(xué)工程。

熱核聚變是一種核反應(yīng)的形式，即氫原子核(氘和氚)結(jié)合成較重的原子核(氦)時(shí)放出巨大能量的過(guò)程。如能使熱核反應(yīng)約束在一定區(qū)域內(nèi)，根據(jù)人們的意圖有控制地產(chǎn)生和進(jìn)行，即可實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)。

氘氚聚變示意圖

太陽(yáng)產(chǎn)生能量的過(guò)程，其實(shí)就是熱核聚變的過(guò)程，因此，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目又被形象地稱為“人造太陽(yáng)”。該實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目一旦成功，人類將有望獲得最清潔且取之不盡的能源。

目前，中國(guó)以開(kāi)發(fā)聚變能源為目標(biāo)，采用超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)路線。按照計(jì)劃，中國(guó)將于2035年建成中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆——CFETR ( China Fusion Engineering Test Reactor)，調(diào)試運(yùn)行并開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)，到2050年開(kāi)始建設(shè)商業(yè)聚變示范電站。因此，現(xiàn)階段對(duì)熱核聚變發(fā)電開(kāi)展前期技術(shù)探索，具有十分重要的前瞻性意義。

創(chuàng)新先行 探索熱核聚變發(fā)電廠概念設(shè)計(jì)

2021年底，中國(guó)能建熱核聚變發(fā)電島概念設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目正式立項(xiàng)，主要探索熱核聚變輸出與發(fā)電機(jī)組輸入之間的匹配問(wèn)題，以及熱核聚變不同設(shè)計(jì)參數(shù)下常規(guī)島發(fā)電技術(shù)方案的可行性。

發(fā)電機(jī)組需要持續(xù)穩(wěn)定的能量輸入，而CFETR聚變堆的能量輸出具有周期性間斷、熱功率斷崖式變化等特點(diǎn)，這是設(shè)計(jì)核聚變發(fā)電廠必須解決的難題。

儲(chǔ)能島概念圖

課題組通過(guò)深入開(kāi)展一系列關(guān)鍵技術(shù)研究，提出了采用儲(chǔ)能緩沖系統(tǒng)(儲(chǔ)能島)來(lái)解決核聚變輸出與發(fā)電機(jī)組輸入之間的匹配問(wèn)題，使熱核聚變一回路能量通過(guò)“削峰填谷”的方式實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。同時(shí)，課題組還結(jié)合儲(chǔ)能島特點(diǎn)，進(jìn)一步研究了常規(guī)島發(fā)電機(jī)組選型、參數(shù)匹配和輔助系統(tǒng)配置等問(wèn)題，形成了一套可行、安全、經(jīng)濟(jì)的熱核聚變發(fā)電常規(guī)島技術(shù)方案。

評(píng)審專家組對(duì)項(xiàng)目成果給予高度評(píng)價(jià)：“項(xiàng)目結(jié)合中國(guó)自主化聚變堆CFETR能量輸出特性和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出通過(guò)儲(chǔ)能緩沖系統(tǒng)穩(wěn)定核聚變能量輸出的解決方案，為穩(wěn)定發(fā)電、供熱創(chuàng)造條件。同時(shí)，針對(duì)儲(chǔ)能形式、儲(chǔ)能介質(zhì)、運(yùn)行模式、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型等內(nèi)容進(jìn)行研究探討和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，提出了一套經(jīng)濟(jì)可行的熱核聚變發(fā)電、供熱常規(guī)島技術(shù)解決方案，為未來(lái)核聚變工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。”