“在全球能源结构向清洁化、低碳化转型的大背景下，核能凭借其能量密度高、资源储备足、规模化潜力大、容易实现等优势，有望成为未来理想的基荷能源，其中，Z箍缩聚变-裂变混合堆(Z-FFR)是我国先进核能领域的一项颠覆性技术，有望率先实现聚变工程能量增益，引领先进核能开发。”近日，中国工程院院士彭先觉在接受《经济参考报》记者专访时表示。
彭先觉院士指出，聚变能源开发可能重塑全球能源发展格局，但开发机遇与技术挑战并存。当下正处于从科学研究到工程实践、再到商业应用的发展转折点，建议统筹聚变能源开发中的重大问题，合理加大支持力度并集中优势力量，加速我国聚变能源开发进程。
核能应成为未来理想的基荷能源
在全球能源结构转型与“双碳”目标推进的大背景下，人们对未来能源的性能寄予了多维度的期望：它既要清洁、低碳、环境友好，又要具备经济、持久、高效等特性。
“核能发展前景广阔、潜力巨大，已经成为大国竞争的一个关键领域。从能源属性来看，核能凭借其不可替代的技术优势与资源禀赋，正成为未来基荷能源的核心选项，其发展逻辑、技术突破方向与协同应用价值，值得从多维度深入探究。”彭先觉院士认为。
据了解，核能又称“原子能”，指原子核结构发生变化时释放的能量。
彭先觉院士指出，根据国家能源局数据，截至2024年12月底，我国核电装机占比仅1.8%，但其发电效率最高，发电量占比达4.7%。风电和光电具有很强的波动性和间歇性，当前主要靠增加灵活性火电和少量抽水蓄能调峰来支撑其运行。
他认为，2030年后，火电装机要逐步减少，最后维持在一个合理水平上;核电装机则需要大幅增加。为应对未来高比例可再生能源带来的挑战，亟须开发长时(天、周，甚至更长时间)储能，煤炭的清洁利用(含碳捕获和封存)以及先进核能等技术。
“核能之所以能在基荷能源竞争中占据战略地位，根源在于其能量密度超高，单位质量核燃料释放的能量远超传统化石能源，而且可以24小时不间断产生能源，不依赖大型储能设备，占用地球资源最少;而且核能赖以发展的铀资源在地球储量充足，且随着快堆和聚变-裂变混合堆等技术的进步，还能进一步提升资源利用率、拓展可利用资源范围，为长期供能提供了坚实保障;此外，核能依托标准化的反应堆技术与成熟的建设运营体系，能够快速实现规模化发展。”彭先觉院士向记者表示。
在彭先觉院士看来，随着“双碳”目标的深入推进，未来能源系统不再是“单一能源主导”，而是“核能+可再生能源+储能+智慧电网”的协同体系，其中核能承担“基荷核心”角色，可再生能源承担“增量补充”角色，二者通过智慧电网实现“优势互补”。
聚变能源的出路在于聚变与裂变结合
2050年后，随着能源需求的进一步增长与技术突破，核能技术将进入“多元化竞争”阶段。“未来核能技术核心竞争方向将集中在快堆、磁约束聚变-裂变混合堆、Z箍缩聚变裂变混合堆三大路线，竞争焦点围绕‘安全性、经济性、与可再生能源的兼容性、环境友好性’四大维度展开。”彭先觉院士指出。
据了解，核能包括裂变能和聚变能。裂变能中热堆已实现规模化商业应用，目前正在开发满足“四代堆”标准的快堆。聚变能是最有潜力的未来发展方向。聚变指带电的轻原子核，如氢的同位素氘、氚，在极高的温度和压力条件下聚合，由于质量亏损而释放能量的过程。“可控核聚变”的目标，是通过技术手段“约束”核聚变反应，让能量连续或准连续释放，最终转化为电能。
在彭先觉看来，纯聚变能源面临实现高增益聚变燃烧难、能否实现氚自持尚无定论、耐辐照材料开发进展缓慢、实现高可利用率难度极高等4大技术挑战和经济可行性挑战，可概括为“技术极难”“造价极贵”，距离发展为有竞争力的能源还有很大的鸿沟。
“Z箍缩聚变-裂变混合堆是我国先进核能领域的一项颠覆性技术，有望率先实现聚变工程能量增益，引领先进核能开发。”他认为，Z箍缩聚变-裂变混合能源巧妙利用裂变技术克服聚变瓶颈，利用聚变技术破解裂变难题，克服了纯聚变能源“技术极难”且“造价极贵”的困境，又为压水堆乏燃料和贫铀的直接利用创造了条件，在工程可行性和商业可行性方面具有显著优势，有望在2040年实现商业应用。
加速推进我国聚变能源开发进程
“聚变能源前景广阔，但开发机遇与技术挑战并存。当下正处于从科学研究到工程实践、再到商业应用的发展转折点。面向能源应用的聚变技术路径尚未通过闭环验证，聚变研究距离开发出具有经济竞争力的聚变能源还有‘鸿沟’。”彭先觉院士表示。
他指出，当前，我国在磁约束聚变、Z-FFR方向处于国际先进水平，Z-FFR有望在2040年后实现商业演示。根据我国磁约束聚变发展规划，有望在2030年前后突破科学能量“得失相当”、2050年前后率先实现聚变能源商业演示。
“聚变能源开发可能重塑全球能源发展格局，建议统筹聚变能源开发中的重大问题，合理加大支持力度并集中优势力量，加速我国聚变能源开发进程。”彭先觉院士认为。
他认为，在磁约束聚变方面，应深入参与国际热核聚变实验堆(ITER)计划和相关国际合作，攻关商用聚变堆关键物理与工程技术;建设好新一代聚变能实验装置，开展氘氚聚变燃烧实验，验证科学能量增益;着力研发中国聚变工程实验堆(CFETR)主机关键部件，适时建设和运营CFETR。在Z-FFR方面，加快“电磁驱动大科学装置”建设，实施聚变能源关键技术攻关，推进Z-FFR的工程演示和商业应用。
