1月14日，F(xiàn)IA會員企業(yè)Fusion Energy Insights發(fā)布專業(yè)文章詳細探討了聚變能領(lǐng)域中使能技術(shù)(Enabling Technology)的發(fā)展及其對商業(yè)聚變能公司的影響。Fusion Energy Insights于2021年成立于英國倫敦，是一家專注于提供核聚變能源行業(yè)情報和見解的獨立信息機構(gòu)。以下為文章內(nèi)容：
全球現(xiàn)在有超過55家公司正在競相實現(xiàn)商業(yè)聚變能，許多公司現(xiàn)在專注于特定的“使能技術(shù)”(舶來詞，一般而言是指一項或一系列的、應(yīng)用面廣、具有多學(xué)科特性、為完成任務(wù)而實現(xiàn)目標(biāo)的技術(shù)，一般會在不同領(lǐng)域快速形成衍生技術(shù)，帶動整個創(chuàng)新鏈的產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化等)，這些技術(shù)構(gòu)成了他們聚變機器設(shè)計的基礎(chǔ)。
無論聚變概念如何，實際上都需要許多使能技術(shù)創(chuàng)新來幫助聚變行業(yè)在商業(yè)化之前取得進展，例如彈性材料和精確的診斷系統(tǒng)。慣性聚變能(IFE)中精確的燃料靶和下一代驅(qū)動器，以及磁約束聚變能(MFE)中為了讓設(shè)備更加緊湊而使用的超強磁鐵(通常超過20特斯拉)都是至關(guān)重要的使能技術(shù)。
一、商業(yè)聚變公司發(fā)展困境
目前，聚變能公司普遍面臨著一個戰(zhàn)略困境：從內(nèi)部構(gòu)建每個組件是耗時且昂貴的，但是現(xiàn)成的替代品往往不能滿足聚變的獨特要求，而且針對聚變組件的專門供應(yīng)鏈缺乏使得這個困境更加突出。
這導(dǎo)致聚變能開發(fā)者必須自己生產(chǎn)所有的聚變組件，但是這也存在著“萬事通而無一精通”的風(fēng)險，獨立生產(chǎn)所有組件意味著注意力的分散。這一現(xiàn)實困境推動了聚變公司戰(zhàn)略性地專注于特定的使能技術(shù)，并越來越多地在生態(tài)系統(tǒng)中進行合作以滿足他們的技術(shù)需求。
二、“使能技術(shù)”在聚變領(lǐng)域的應(yīng)用案例
1、高溫超導(dǎo)(HTS)磁鐵
高溫超導(dǎo)(HTS)磁鐵通常必須為每個聚變概念定制構(gòu)建，私營聚變公司Commonwealth Fusion Systems(CFS)已將HTS磁鐵開發(fā)作為其機器設(shè)計策略的核心，并積極與聚變界分享他們在磁鐵技術(shù)方面的進展。
2024年夏季，Realta Fusion成功地在自己的機器上使用了CFS開發(fā)的HTS磁鐵，這使得Realta Fusion能夠?qū)⑺麄兊呐性谄渌夹g(shù)，如他們擁有專利的離子和電子射頻加熱系統(tǒng)，這很好體現(xiàn)了共享技術(shù)是如何幫助行業(yè)公司節(jié)省時間和金錢的。
Helical Fusion、Renaissance Fusion、Thea Energy、Tokamak Energy和Stellarex也都在探索用于托卡馬克和仿星器的下一代磁體設(shè)計。英國工業(yè)聚變解決方案正在研究的可重新安裝的磁鐵接頭也將幫助簡化未來電廠的維護。
2、先進計算工具
General Atomics創(chuàng)建了一個名為FUSE的開源工具，該工具源于其自身的機器設(shè)計挑戰(zhàn)，這項技術(shù)直接惠及General Atomics，同時顯示出幫助其他磁約束聚變能企業(yè)高效探索不同聚變裝置配置的潛力。
在慣性聚變能(IFE)領(lǐng)域，Blue Laser Fusion、Focused Energy、Innoven Energy、Marvel Fusion和Xcimer Energy等眾多公司都在專注于開發(fā)驅(qū)動技術(shù)，特別是那些能夠?qū)崿F(xiàn)高重復(fù)率操作的高功率激光系統(tǒng)。First Light Fusion從一眾公司中脫穎而出，這是因為它并不依賴于特定的驅(qū)動器技術(shù)，相反他們專注于設(shè)計和制造適用于多種慣性聚變能驅(qū)動器的靶標(biāo)。
同時在磁慣性聚變(MIF)領(lǐng)域，Pacific Fusion和FUSE這兩家公司則專注于開發(fā)阻抗匹配的marx發(fā)生器技術(shù)以支持他們的磁化套筒慣性聚變(MagLIF)設(shè)備概念。
三、聚變行業(yè)“使能技術(shù)”的發(fā)展格局
現(xiàn)在許多聚變能公司都在開辟獨特的領(lǐng)域，為多樣化和相互連接的使能技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻。以下圖片僅僅描述了聚變能公司為推動該領(lǐng)域發(fā)展所作出的部分專業(yè)化努力，主要目的是為了展現(xiàn)私營聚變行業(yè)是如何通過集體努力共同應(yīng)對聚變商業(yè)化總體挑戰(zhàn)的。
該圖說明了關(guān)鍵的使能技術(shù)，用藍色突出顯示了聚變公司的一些相關(guān)貢獻
四、構(gòu)建聚變專業(yè)供應(yīng)鏈的必要性
目前的聚變行業(yè)，除了需要聚變初創(chuàng)公司本身以外，也非常迫切地需要專注于聚變相關(guān)技術(shù)的供應(yīng)鏈參與者。
觀察者建議，聚變行業(yè)可以通過采用類似于航空航天行業(yè)的模式來加速創(chuàng)新，在該行業(yè)中波音和空客這樣的大公司充當(dāng)集成商，通過運用全球?qū)I(yè)化供應(yīng)鏈提供的組件來完成復(fù)雜飛機的組裝。類似的，專注于聚變相關(guān)供應(yīng)鏈的公司可以專注于優(yōu)化組件，如診斷設(shè)備、真空系統(tǒng)和高性能材料，使得聚變機器開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂诩珊拖到y(tǒng)級挑戰(zhàn)。
Kyoto Fusioneering是最早出現(xiàn)的專注于聚變的供應(yīng)鏈公司之一，他們致力于支持廣泛聚變機器設(shè)計所需的技術(shù)，如熱排氣系統(tǒng)和氚處理。
隨著使能技術(shù)的發(fā)展，一個領(lǐng)域的突破可能迫使其他地方進行重新設(shè)計。例如，更強的磁鐵可能需要能夠承受更高場強的升級診斷。一個專業(yè)化、可擴展的供應(yīng)鏈可以快速適應(yīng)這種局面，通過迭代每個組件以滿足快速變化的需求。這樣的分工不僅加快了設(shè)計迭代周期，而且增強了可擴展性，并有助于推動那些對商業(yè)聚變能至關(guān)重要的標(biāo)準(zhǔn)化、高質(zhì)量組件的發(fā)展。
五、聚變創(chuàng)新的廣泛影響—技術(shù)衍生和引入
聚變技術(shù)的進步通常遠遠超出能源生產(chǎn)領(lǐng)域。從聚變行業(yè)中衍生技術(shù)的一個典型例子是從Tokamak Energy發(fā)展而來的TE Magnetics。他們通過利用最初為聚變開發(fā)的高溫超導(dǎo)磁鐵技術(shù)的突破，為交通行業(yè)的磁懸浮、高級物理研究等多個行業(yè)提供改進解決方案。
同時，SHINE Technologies展示了一個從聚變中實現(xiàn)技術(shù)引入的案例，他們利用公司更廣泛的核專業(yè)知識來開發(fā)聚變能能力，但是除了其未來的聚變電廠計劃外，SHINE還開發(fā)和商業(yè)化用于組件測試和醫(yī)用同位素生產(chǎn)的核技術(shù)。這種讓專業(yè)知識從聚變中流出又流入聚變的觀念，突顯了聚變行業(yè)的進步是如何推動更廣泛技術(shù)進步的。
六、未來發(fā)展方向
實現(xiàn)商業(yè)聚變的進步不僅僅要依賴于創(chuàng)新聚變電廠設(shè)計，還需要與快速發(fā)展的使能技術(shù)保持同步。
未來，商業(yè)聚變參與者通過專注于特定領(lǐng)域并共享技術(shù)會構(gòu)建出一個強大的生態(tài)系統(tǒng)，這些商業(yè)聚變公司不僅會重新定義能源生產(chǎn)方式，他們開發(fā)的變革性技術(shù)還可能對相鄰行業(yè)產(chǎn)生影響。今后，向電網(wǎng)輸送能源的能力和留下的創(chuàng)新足跡都將成為評價聚變公司成功與否的重要考量。
