我國核聚變產(chǎn)業(yè)鏈布局分析與核能發(fā)展競爭力

核能的多用途利用將為我國高碳排放部門提供脫碳技術(shù)方案，其輻射帶動作用將助推我國碳中和目標下的社會經(jīng)濟發(fā)展。本文總結(jié)了核能三步走發(fā)展戰(zhàn)略提出以來我國核能發(fā)展取得的進步，并著重針對未來核聚變產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建進行分析，并提出建議。

一、引言

1983年，我國首次提出核能“熱堆-快堆-核聚變堆”三步走發(fā)展戰(zhàn)略。核能能夠有效支撐我國能源安全，是清潔低碳、安全高效的穩(wěn)定基荷電源，是構(gòu)建新型低碳電力系統(tǒng)的必要組成。國際國內(nèi)均對綠色能源提出戰(zhàn)略需求。中央經(jīng)濟工作會議提出“要深入推動能源革命，加快建設(shè)能源強國”，雙碳發(fā)展已成為我國重要的能源發(fā)展戰(zhàn)略，國際上，IAEA 多次在聯(lián)合國氣候大會上強調(diào)核技術(shù)對于實現(xiàn)氣候目標的必要性。核聚變能具有資源無限、清潔和固有安全等優(yōu)點，充分符合綠色能源要求，我國先后支持了多種核聚變研究路徑，包括磁鏡裝置、緊湊型高溫超導(dǎo)磁約束核聚變裝置、核聚變裂變混合裝置、球馬克等，但由于可控核聚變需要達到極高溫度和壓力條件，因此發(fā)展核聚變能商業(yè)化面臨的專業(yè)挑戰(zhàn)還很多，包括熱力學(xué)、材料科學(xué)、實現(xiàn)燃料穩(wěn)定供應(yīng)和運行安全等，以及解決廢料處理和環(huán)境保護等問題?？上驳氖牵诓季趾司圩儺a(chǎn)業(yè)鏈也成為趨勢，我國通過ITER計劃，核聚變產(chǎn)業(yè)鏈的部分環(huán)節(jié)已具備一定基礎(chǔ)，培育了一批核心企業(yè)，但尚未形成一個有效的動態(tài)系統(tǒng)，需要打造集上游科技攻關(guān)、中游裝備制造、下游產(chǎn)業(yè)與一體的核聚變產(chǎn)業(yè)鏈。

二、我國核能發(fā)展現(xiàn)狀及布局

我國在建核電裝機容量世界第一，核電裝機總?cè)萘渴澜绲诙?，核能技術(shù)實現(xiàn)了從跟跑到并跑的歷史性跨越，以華龍一號為代表的自主三代核電技術(shù)躋身世界前列，建成中國實驗快堆并積極推進快堆商業(yè)化，以中國環(huán)流三號為代表的“人造太陽”正加快點亮未來，打造核能原創(chuàng)技術(shù)策源地，建成核領(lǐng)域全覆蓋、層次分明、運行有效的梯次研發(fā)平臺體系，以開放、合作、包容的協(xié)同創(chuàng)新體系支撐和推動核科技創(chuàng)新高質(zhì)量發(fā)展。我國熱堆核能技術(shù)成熟，經(jīng)濟性和安全性好，裝機規(guī)模、建造能力、運行業(yè)績都已達到世界領(lǐng)先水平，是當前乃至未來一段時間實現(xiàn)核電大規(guī)模發(fā)展的主要選擇。研發(fā)和部署快堆核能系統(tǒng)不僅可以大幅提高鈾資源利用率，將人類利用核能的時間從上百年延長至數(shù)千年，還可以實現(xiàn)放射性廢物最小化，解決核廢料難以處理等問題，是推進核能可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。核核聚變能源技術(shù)創(chuàng)新正在醞釀突破，是搶占世界能源科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略選擇。我國作為最早參與設(shè)計國際熱核核聚變實驗堆（ITER）的國家之一，為ITER計劃實施作出重要貢獻，我國已經(jīng)建成中國環(huán)流二號、三號，等核核聚變科研裝置，為我國掌握核聚變核心技術(shù)提供堅實的創(chuàng)新基礎(chǔ)。核能“三步走”發(fā)展各步之間優(yōu)勢互補、銜接緊密、互為支撐、共存發(fā)展，加快推動核能“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略深入實施，助力核工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，以實現(xiàn)我國核工業(yè)強國的全面建設(shè)。

三、核聚變產(chǎn)業(yè)鏈涉及技術(shù)分布

核聚變能屬于未來潛在能源，由于其尚處于研發(fā)階段，因此產(chǎn)業(yè)鏈的布局將隨著核聚變電站技術(shù)成熟后逐步展開。從鏈條的搭建方式上來看，將以具有核聚變研究優(yōu)勢、設(shè)計技術(shù)實力、擁有核聚變專業(yè)人才、掌握政策的專業(yè)研究院為核心，生產(chǎn)制造等企業(yè)協(xié)同開展研發(fā)、實驗、試驗、制造及工程建設(shè)，提供產(chǎn)品和服務(wù)。

1.產(chǎn)業(yè)鏈主要涉及的方向。根據(jù)核聚變裝置的結(jié)構(gòu)和放電運行所含技術(shù)，核聚變產(chǎn)業(yè)鏈將是一個多學(xué)科多領(lǐng)域交叉的寬帶式鏈條。按核聚變裝置各結(jié)構(gòu)所發(fā)揮的功能劃分，核聚變涉及的部件包括包屏蔽包層模塊、環(huán)向場線圈導(dǎo)體、極向場線圈導(dǎo)體、校正場線圈、磁體饋線系統(tǒng)、磁體支撐系統(tǒng)、脈沖（負荷）高壓變電站設(shè)備、交直流功率變流器、磁體線圈電源、輝光放電清洗系統(tǒng)與氣體注入系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、朗繆爾探針系統(tǒng)、加熱與電流驅(qū)動系統(tǒng)、真空室、偏濾器、燃料循環(huán)、氚工廠、低溫工廠、診斷和輻射材料、遠程處理、偏濾器、低溫恒溫器、水冷系統(tǒng)、熱屏蔽、安裝工具、遠程操控等系統(tǒng)。按核聚變裝置各結(jié)構(gòu)所涉及的技術(shù)劃分，包括等離子體技術(shù)、工程設(shè)計技術(shù)、大功率微波技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、高能粒子束注入技術(shù)、磁體技術(shù)、探測技術(shù)、復(fù)雜系統(tǒng)控制技術(shù)、電源技術(shù)、機械真空、遙控操作技術(shù)、材料技術(shù)、激光技術(shù)、模擬技術(shù)、焊接技術(shù)、輻射技術(shù)等 。

2.參與企業(yè)的類型分析及生產(chǎn)準備成熟度。按企業(yè)性質(zhì)分類，包括研究設(shè)計單位、設(shè)備制造企業(yè)、材料制造企業(yè)、生產(chǎn)服務(wù)企業(yè)、知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)企業(yè)、電氣制造企業(yè)、加工制造企業(yè)等；按現(xiàn)有參與企業(yè)所涉及的細分領(lǐng)域分類，包括高性能鎢銅復(fù)合組件、高溫超導(dǎo)帶材測試評估、屏蔽模塊熱氦檢漏設(shè)備、氦氣壓縮機、超導(dǎo)材料、回旋管、防輻射材料、低溫系統(tǒng)、氣體回收、環(huán)向場導(dǎo)體、環(huán)向場導(dǎo)體超導(dǎo)線材測試、鈮三錫和鈮鈦超導(dǎo)股線生產(chǎn)、導(dǎo)體絞纜任務(wù)等企業(yè)；從生產(chǎn)準備成熟度角度看，我國參與核聚變產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)有些已經(jīng)具有生產(chǎn)制造基礎(chǔ)，經(jīng)過調(diào)整生產(chǎn)線即可提供產(chǎn)品。另外一些技術(shù)包括低溫超導(dǎo)線材和磁體等，我國的生產(chǎn)基礎(chǔ)比較薄弱，其研發(fā)、生產(chǎn)、制造的過程也是這一行業(yè)逐步完善的過程，通過新建生產(chǎn)線、推進技術(shù)研發(fā)與突破逐步實現(xiàn)我國在這些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的突破。

3.產(chǎn)業(yè)鏈分布特點。2006年中國正式加入ITER計劃，為中國核聚變技術(shù)的提升與產(chǎn)業(yè)化提供了一個重要契機，在這個過程中，中國圍繞采購包任務(wù)進行的核聚變技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，形成了采購包內(nèi)企業(yè)的核心——衛(wèi)星式合作模式，并構(gòu)建了比較穩(wěn)定和有序的上下游合作關(guān)系。核心企業(yè)是指在產(chǎn)業(yè)鏈上起主導(dǎo)作用的企業(yè)，扮演著產(chǎn)業(yè)鏈組織者和協(xié)調(diào)者的角色，協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)鏈中各個企業(yè)的行為，并發(fā)揮核心企業(yè)的集成功能。具體而言，從能力上講，產(chǎn)業(yè)鏈核心企業(yè)擁有包括資產(chǎn)、組織、流程、知識文化等在內(nèi)的稀有、獨特資源與優(yōu)勢，并且憑借獨特資源與優(yōu)勢促進上、下游企業(yè)在資源利用、技術(shù)研發(fā)、知識學(xué)習(xí)和市場開發(fā)等環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)一致，促進產(chǎn)業(yè)上下游形成高效、穩(wěn)定的產(chǎn)品供應(yīng)鏈，提高產(chǎn)業(yè)鏈對外的整體競爭力。除核心企業(yè)外，節(jié)點企業(yè)和支撐企業(yè)按照產(chǎn)品關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)組織體系要求，與核心企業(yè)在市場原則下相互選擇、協(xié)調(diào)發(fā)展，以利于節(jié)點企業(yè)和支撐企業(yè)進一步提高技術(shù)水平和專業(yè)化程度，以較高效率發(fā)展關(guān)聯(lián)產(chǎn)品，求得更大發(fā)展。節(jié)點企業(yè)和支撐企業(yè)加入產(chǎn)業(yè)鏈形成協(xié)作配套型生產(chǎn)體制的方式主要是通過建立中心—衛(wèi)星工廠體系。中心工廠通常為產(chǎn)業(yè)鏈的核心企業(yè)，而衛(wèi)星工廠是指經(jīng)常承接一個或數(shù)個中心工廠的訂單，供應(yīng)某種零配件或某些環(huán)節(jié)的服務(wù)，并與中心工廠訂約取得成為衛(wèi)星工廠資格的企業(yè)。這些企業(yè)一般是產(chǎn)業(yè)鏈的節(jié)點企業(yè)。中心—衛(wèi)星工廠體系的建立，對于節(jié)點企業(yè)來講，不僅可以借助中心工廠的資金優(yōu)勢拓展自身的產(chǎn)品市場，還能得到核心企業(yè)在技術(shù)方面的指導(dǎo)和培訓(xùn)。在核心企業(yè)和衛(wèi)星企業(yè)之間，資金流、知識流、產(chǎn)品流等循環(huán)往復(fù)，大大加強了采購包內(nèi)企業(yè)之間的緊密關(guān)系，并促進了采購內(nèi)企業(yè)技術(shù)能力和設(shè)計制造水平的進一步躍升。圍繞ITER計劃采購包的一一產(chǎn)業(yè)化，推動形成了我國核聚變產(chǎn)業(yè)鏈的雛形并在此基礎(chǔ)上不斷完善。

下一步，產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展方向主要有兩個方面：一是我國目前的核聚變產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建主要是圍繞參與的ITER計劃采購包任務(wù)進行，由于我國并未參與到ITER實驗堆建造的各個環(huán)節(jié)，導(dǎo)致目前我國在核聚變產(chǎn)業(yè)鏈條上仍存在某些斷點或盲點，需要未來建造商業(yè)堆時進一步補充完整；二是由于我國并不參與所有采購包產(chǎn)品的系統(tǒng)集成，導(dǎo)致國內(nèi)不同采購包之間的聯(lián)系并不緊密，這也使得我國現(xiàn)有的核聚變產(chǎn)業(yè)鏈以橫向整合為主，而其縱向整合程度比較低。從而我國核聚變產(chǎn)業(yè)鏈雛形已具備，但仍有較大發(fā)展空間。

四、資本對核聚變產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的助推作用

核聚變商業(yè)化需要足夠低的成本和足夠高的能量轉(zhuǎn)換效率，雖然可控核聚變能源研究取得的突破性進展，但其商業(yè)化仍處于探索階段。然而近年來大量的投資涌入核聚變傳遞出了一個可喜的信號，即資本方認同一旦核聚變發(fā)電實現(xiàn)將帶來產(chǎn)業(yè)界顛覆性變革。2022年12月13日，美國能源部宣布其NIF裝置實現(xiàn)了核聚變“凈能量增益”，理論上驗證了核聚變商業(yè)化的可能性，隨技術(shù)突破而來的是資本涌入，可控核聚變商業(yè)化已按下加速鍵。

1.國際核聚變產(chǎn)業(yè)鏈投資已具規(guī)模。美國核聚變工業(yè)協(xié)會和英國原子能管理局聯(lián)合發(fā)布了《2021年全球核聚變產(chǎn)業(yè)》報告認為：人類在2030年就有望首次實現(xiàn)核聚變商業(yè)電網(wǎng)，全球資本已經(jīng)在圍獵布局這個未來將達40萬億美元的巨大市場?！?023 年全球核聚變行業(yè)》報告顯示資金對核聚變能源發(fā)展是一項重大挑戰(zhàn)，核聚變能源發(fā)展需要大量資金來解決剩余的工程和科學(xué)挑戰(zhàn)。全球核聚變行業(yè)投資從2022年的48億美元增至2023年62.1億美元，有13家新公司加入核聚變的開發(fā)，包括Commonwealth Fusion Systems 的18億美元B輪投資投資方來自比爾蓋茨、索羅斯、老虎環(huán)球基金、谷歌的母公司Alphabet、Marc Benioff、DFJ Growth等一眾金融巨頭，以及 OpenAI首席執(zhí)行官Sam Altman和硅谷“創(chuàng)投教父”Peter Thiel投資Helion Energy 的5 億美元等大型投資，微軟公司已與核聚變初創(chuàng)公司Helion Energy 簽署購電協(xié)議，將于2028年從其購買電力。同時包括對新興公司和新核聚變方法的范圍更廣、規(guī)模較小但意義重大的投資，如亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯則投資了加拿大核聚變公司General Fusion；比爾蓋茨旗下的基金B(yǎng)reakthrough Energy Ventures則是領(lǐng)投了核聚變能源公司Type One Energy。2023年11月8日，美國能源部（DOE）和英國能源安全和凈零排放部（DESNZ）發(fā)表了雙方共同推進核聚變能源合作的聯(lián)合聲明，決定建立新型戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，以加速核聚變能源的示范和商業(yè)化。

2.國內(nèi)核聚變產(chǎn)業(yè)鏈投資趨勢明顯。我國為了搶占國際核聚變能發(fā)展制高點，我國積極引入市場機制，鼓勵有強大投資能力的科技創(chuàng)新型企業(yè)參與，已建立由政府、研究機構(gòu)、社會資本共同組成的創(chuàng)新綜合體。國內(nèi)核聚變出現(xiàn)了地方國資和產(chǎn)業(yè)投資介入的新興能源技術(shù)研發(fā)、新材料技術(shù)研發(fā)，投資將加速推動從核聚變實驗裝置到核聚變工程示范堆再到商業(yè)核聚變電站的核聚變能商業(yè)應(yīng)用階段，打造具備核聚變堆工程設(shè)計及建造技術(shù)，并承接國內(nèi)外核聚變工程項目設(shè)計及技術(shù)支持服務(wù)的核心能力未來核聚變企業(yè)。最后通過核聚變發(fā)電的潛在市場取得商業(yè)回報。成立于2021年的新型核核聚變企業(yè)星環(huán)聚能和能量奇點在近年來均已獲得兩輪融資。

五、我國核聚變產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建建議

從雙碳的角度看能源發(fā)展，從能源中核能分布僅占5%不到的角度看核聚變產(chǎn)業(yè)鏈布局的發(fā)展空間。立足安全穩(wěn)妥與協(xié)同創(chuàng)新，推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，保障我國核聚變?nèi)a(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定可靠，特別是核原料儲備、成套項目建設(shè)、技術(shù)迭代的自主可控。 立足社會主義市場經(jīng)濟體制，發(fā)揮國有資本的主體作用和社會資本的創(chuàng)新潛力。

1.加強政府在產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)初期的引導(dǎo)。增加核聚變能公私投資以支持產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。核聚變具有戰(zhàn)略意義，能夠帶動技術(shù)創(chuàng)新，中央政府和各地方各級政府均重視其對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻。對產(chǎn)業(yè)構(gòu)建的引導(dǎo)政策是產(chǎn)業(yè)鏈的起源，能夠增強企業(yè)參與信心，是產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的強大推動力。

2.766ba18cbc586900da15a6753afa11552ef124417ed3efa3692e5cf047b6530f抓關(guān)鍵重要環(huán)節(jié)找準突破口。建立我國核核聚變產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)絡(luò)。產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建之初存在參與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不完善，潛在企業(yè)處于觀望心態(tài)，不易于實現(xiàn)資源的有機整合與配套等諸多問題。因此，為構(gòu)建核聚變產(chǎn)業(yè)鏈，首先需要理清產(chǎn)業(yè)鏈的重心，確立技術(shù)鏈是產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，科技型核心企業(yè)起到產(chǎn)業(yè)鏈分配和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈長度的作用。從核聚變裝置的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建經(jīng)驗來看，科技型核心企業(yè)主要來源于具有一定的設(shè)計能力和后期技術(shù)配套和資源整合能力的企業(yè)事業(yè)單位，而且大多出自國有企業(yè)或國有控股企業(yè)，從地區(qū)分布看，較成熟的企業(yè)主要集中于首都或東部發(fā)達區(qū)域，西部省區(qū)具有一定的可培養(yǎng)潛力。業(yè)務(wù)性質(zhì)、政策支持、融資渠道、投資收益等因素對科技創(chuàng)新型企業(yè)影響大，其投融資風(fēng)險相較于傳統(tǒng)企業(yè)更為顯著?？梢詮娘L(fēng)險動態(tài)預(yù)警、資金預(yù)算、債務(wù)依賴、融資渠道、信用擔(dān)保體系、業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)、投資評估、科技創(chuàng)新環(huán)境等角度展開對策，防控投融資風(fēng)險。

3.探索未來核聚變產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險分擔(dān)機制。核聚變商業(yè)化需要大量的資金投入，然而投資回報率實現(xiàn)的時間和額度在當前還不能完全確定，政府和社會資本投入方在決策前需要對投資風(fēng)險進行識別?；陲L(fēng)險分散原則，在核聚變產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建中，各層參與主體需要在決策程序中充分考慮風(fēng)險與收益的勾連關(guān)系，既能分散風(fēng)險，又能夠在未來分享核聚變能帶來的收益。建議探索作為產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)的牽頭角色，有秩序的組織產(chǎn)業(yè)鏈分工，同時發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險分擔(dān)作用。

六、結(jié)語

提高我國核聚變產(chǎn)業(yè)界的綜合競爭力有助于促進我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向著更清潔、更環(huán)保、更綠色的方向不斷發(fā)展，形成新的經(jīng)濟增長點，進而實現(xiàn)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，這也將進一步增強我國在未來世界政治經(jīng)濟格局中的競爭力與話語權(quán)，助力中國在本世紀中葉建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化強國。目前，國際上已有多個發(fā)達國家確立了自身的清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略，未來我國既應(yīng)善于利用國際力量，進一步拓展更為廣泛的清潔能源國際合作方式，又要注重培育國內(nèi)市場，加緊建設(shè)核聚變產(chǎn)業(yè)鏈，鼓勵更多企業(yè)參與到以核聚變研究為代表的清潔能源的生產(chǎn)研發(fā)合作中去，不斷提升我國企業(yè)在清潔能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的競爭力與創(chuàng)造力。