Q&A

Q：2022年国内外新增的光热发电项目有哪些？

A：国内玉门鑫能的二次反射塔光热发电示范项目，装机容量为50兆瓦，电站设计的储热时长为9个小时。国外迪拜的光热光伏的混合项目，其中的槽式一号机组装机容量为200兆瓦，储热时长为13.5小时。

Q：全球光热发电装机量的分布情况如何？

A：截止到去年年底，全球光热发电装机量约为7g瓦，其中西班牙占比34%，美国占比27%，中国占比9%。

Q：我国光热发电项目的发展情况如何？

A：到2022年底，我国已有9个光热并网项目，总装机容量为55万千瓦，其中塔式占6个，槽式占2个，线性分解式占1个。通过光热发电示范项目的实施，我国已完全掌握了核心技术，并具备独立建设大型光热电站的能力。

Q：我国清洁能源的装机比例有何变化？

A：到2015年末，我国的风电装机比例不足9%，光伏装机比例不足3%。到2020年末，风电装机比例提高至13%，光伏装机比例为12%。到2022年底，风电装机比例为14%，光伏装机比例为15%。风光合计占比已接近30%。

Q：光伏和风电的能源特点及存在的问题是什么？

A：光伏只能在白天发电，风电受到天气和风力大小的影响，这些能源具有资源分散、随机性和间歇性的特点，存在较大问题。随着光伏风电装机比例的提高，具备深度调峰能力的光热发电将有望满足储能调峰的需求。

Q：可控核聚变发展的技术路线和基本情况是怎样的？

A：可控核聚变的基本原料储存在海水中的氢同位素，海水中的重水含量非常丰富，足够人类使用百亿年。可控核聚变发展分为两大技术路线，磁约束核聚变主要通过托克马克装置实现，该装置的部件相关性重要且成本敏感。目前核聚变产业链形成并呈现发展趋势。

Q：新型能源技术中，光伏和风电的发展情况如何？

A：光伏和风电作为新型能源技术，具有巨大的发展潜力。目前，光伏电站可以覆盖国土面积20%，而风电可以覆盖中国国土面积129%。这说明光伏和风电具备替代传统能源的能力。另外，水电也是一种有效的代替能源，可以替代大约1000个三峡大坝的发电量。因此，可控核聚变的能量释放效率非常高。

Q：目前关于核聚变的研发重点是什么？

A：近20年来，针对瞄准聚变能源开发的企业越来越多，主要根据几种方向进行研究，其中一种是惯性约束聚变，另一种是磁约束聚变。在磁约束核聚变方向，超导托克马克技术是主要的技术路线。托克马克装置具有点火能力强的特点，比激光聚变更适合能源发电。而在惯性约束核聚变方向，需要在1秒钟内发射10次以上的激光，并且每次输出的能量增益要达到现有技术水平的100倍以上，目前仍面临一定的挑战。

Q：核聚变研发的主要目标是什么？

A：核聚变研发的主要目标是实现产生的能量大于输入能量，并在经济上具备可行性。目前，聚变科学界仍处于这个目标的临界点阶段。托克马克装置的最高Q值记录是0.67，中国的东方超环EAST的装置曾经连续运转1001秒，这表明在输入一焦耳的能量下，大约有2/3的能量被输出持续运转。全球大约有43家企业投资研发可控核聚变，其中研究惯性约束的有9家，磁约束的有21家，刀川聚变作为最容易实现的核聚变形式受到重视。

Q：核聚变的Q值对于核聚变技术是否具备经济性有何作用？

A：Q值是核聚变产生的能量和输入能量之间的比值，Q值大于一表示核聚变具备基本经济性和可行性。目前，核聚变研发仍在努力跨越这个阶段，实现产生的能量大于输入的能量，并进一步保证核聚变的经济性。

Q：可控核聚变的研发起源于哪个领域？

A：可控核聚变的研发起源于氢弹的研发。早期几个核大国对实现可控核聚变持乐观态度，并进行了秘密的研究。然而，实际的研发过程中遇到了很多困难。因此，美国和苏联意识到需要集合全世界的科技力量来解决核聚变问题。

Q：受控核聚变的研究已经取得了哪些重大突破？

A：在1958年的时候，通过研发磁笼子托克马克装置，解决了高温等离子体的约束问题，实现了核聚变的跨越。80年代又实现了高约束运行模式的发现，提振了核聚变研究的信心。目前国际上主流的聚变装置有tftr、JET、GT60等，其中中国也取得了一些重要的进展。

Q：中国核聚变研发的重要里程碑事件有哪些？

A：中国核聚变研发在上世纪90年代进入跟跑状态，建成了ht7和hl一换六七m等装置。在2002年建成了环流器二a常规磁体偏离器卫星的托克马克，推进了学术核聚变研发的步伐。在2020年又建成了环流器二号M装置，为近堆芯条件下的先进等离子体物理研究提供支持。此外，中科院等离所也建成了全超导托克马克东方超环，开展高参数长脉冲运行的研究。中国也全面参与了伊特项目，并且在部分领域已经形成了领先于世界一流水平的优势。

Q：目前，中国的核聚变研发与国际主流仍存在哪些差距？

A：目前与国际主流相比，中国在等离子物理基础方面还有一些差距，需要进一步夯实物理基础。国际上成立了像IPta的国际物理组织，着重研究e特项目的物理技术，解决与工程设计和建造所需的物理问题。

Q：我国在核聚变技术和光热发电方面的研究进展如何？

A：我国在核聚变技术方面的研究还需要进一步提升和国际交流，同时在工程技术方面，在一些驱动技术、聚变堆设计和反应堆堆壁材料方面已达到世界一流水平。然而，与国际主流技术相比，我国在聚变堆包层材料和耐高能中子辐照材料方面还存在差距。此外，我们还需要加强人才培养。

Q：核聚变行业可能迈向商业应用的临界点在哪里？

A：核聚变行业迈向商业应用的临界点主要取决于三个重要参数：等离子体密度、温度和约束时间，三个参数之和要大于常数3×10^21个电子伏特。当这个临界点达到后，即可实现聚变反应的自持燃烧，不需要外部能量的输入，这被称为聚变能点火。因此，提升这三个参数是聚变行业追求的目标。

Q：目前聚变技术装置的性能参数如何提升？

A：根据图表所示，聚变相关装置的性能参数类似于芯片晶体管的数量的攀升斜率，因此从70年代以来，相关装置的性能每1.8年翻一番。这种进步速度令人振奋，聚变界将不断努力提升性能参数，例如实现能量增益大于1和能量增益等于10的目标，这也是新一代约束聚变装置建设的主要方向。

Q：关于ITER项目，它的科研目标是什么？

A：ITER项目是学术核聚变的旗舰项目，旨在建立一个比现有装置大得多的聚变装置，以验证在燃烧等离子体条件下，等离子体的控制能否有效进行约束，并能长时间稳态运行。其科研目标是：在4.4百秒内实现聚变点火，利用约5万千瓦的外部加热产生超过50万千瓦的聚变功率，从而验证聚变在自持点火状态下的物理状态。此外，还设定了另一个工程运行模式，在30万千瓦的稳定聚变功率输出下至少维持3000秒以上，以验证聚变堆稳态运行的工程和物理技术。

Q：聚变能的商业化应用是否可行？

A：在达到高效自持燃烧的条件下（即功率增益大于30），聚变能具备了经济性的指标。此时，消耗的能量远小于输出的能量，使得整个聚变电站的厂用电率可以降低到与裂变电站相当的水平。因此，聚变能具备了科学、工程和经济性指标，商业化应用是可行的。

Q：目前全球聚变能发展的整体进展如何？

A：目前全球聚变能的发展分为四个主要国家和联盟进行，包括美国、欧盟、中国以及国际热核聚变实验堆（ITER）。其中，美国和欧盟的时间线相近，目标较为激进，欧盟计划在2030年前建立科学技术基础，2040年前获得高功率聚变实验结果，并准备开始建设聚变材料研究平台和演示工程，2050年左右开始运行演示工程。美国和欧盟将聚变能仍然视为基础科学研究的一部分，而在更高技术准备度的工程研究方面尚有一定距离。中国在国家层面也有聚变能的发展目标，已建成中国第一个球形托克马克装置，并成功实现了第一次等离子放电。此外，还有一些私人企业致力于建设紧凑型的小型托克马克装置，其中一些企业在二代高温超导材料的应用方面取得了进展。

Q：美国在核聚变技术方面有什么计划和目标？

A：美国目前将核聚变能作为一个重要的清洁安全可靠的新能源路线，并计划在2035~2040年代建造可运行的核聚变发电站，并希望在2050年全面实现零碳核聚变发电。美国通过风险资本和私人企业的研发进展，推动核聚变技术的发展。

Q：英国在核聚变技术方面有什么计划和目标？

A：英国的核聚变战略目标是先建造一个能够接入电网的聚变发电站原型，验证商业可行性，并建立世界领先的聚变产业。英国计划在2040年前建造一个将核聚变能接入电网的聚变发电装置，为此政府已立项近十几亿英镑的投资，并在牛津郡卡勒姆旁边组建了相关的研发设施和研发团队。

Q：日本在核聚变技术方面有什么计划和目标？

A：日本具备完整的核聚变能研发工业支撑体系，是最早系统性持续开展核聚变设计研究的国家之一。日本计划通过实验和聚变中子源等方面完成相关工程技术研发和材料验证，目标是在2050年前完成级别能商业化的准备。日本和欧盟合作建造JT60sa装置，为ITER项目提供运行经验和科学技术基础。

Q：国际核聚变界的发展路线是怎样的？

A：国际核聚变界的发展路线一般分为三个阶段。在2020~2030年阶段，目标是确定科学与工程技术路线、完成关键物理材料和工程技术验证，并建设聚变演示电站。在2030~2040年阶段，目标是验证聚变点火阶段，推动聚变演示电站的建设，并验证稳定运行技术。在2040~2050年阶段，目标是建设商业化的核聚变电站，提升燃料和电站运行稳定性、可靠性，实现纯燃料的在线自持增值。

Q：目前商用核聚变技术面临的主要技术瓶颈是什么？

A：核聚变技术在高温超导磁体技术和包层方案等方面面临着关键的技术瓶颈。其中，高温超导磁体技术需要在磁约束和聚变领域的工程应用中不断提高成熟度。而面向高温等级体低beta最优解的方案需要考虑业态增值包层的最优解方案。

Q：核聚变发电中，如何降低装置的造价成本？

A：1.基于高温超导，将装置做小，降低整体装置的造价。2.将关键部件（超导磁体、真空室、加热系统等）的制造规模化，由非标制造转向标准化制造，逐渐降低成本。3.通过批量化建造聚变电站，优化聚变安装逻辑和工程进度，缩短建造工期。4.多资源的资源配置和管理成本的优化。5.提高加热系统的成熟度和技术的多元化，降低加热系统的成本。6.提升电源系统的标准化程度，降低电源系统的成本。

Q：磁体系统在核聚变技术中的成本占比最多的是哪一部分？为什么新型高温超导材料受到关注？存在哪些问题和风险？

A：磁体系统中，导导体部分占到磁体成本的60%，磁铁绕组支撑约占40%。新型高温超导材料受到关注是因为它在单位面积下能够实现更高的载流量，从而实现更高的磁场，性能相当于在大40倍的设备中实现。然而，新型高温超导材料存在材料脆性较高、机械性能较差的问题，目前还没有完全证明它能够应用于大型导体线圈的制造，并且在高温超导磁体对高能中子的响应性能方面也还没有进行验证，这带来了一定的风险。

Q：高温超导磁体材料的研发方向是针对什么？在研发中存在哪些需要解决的问题？

A：高温超导磁体材料的研发主要针对高载流和强磁场性能，旨在极大降低装置尺寸。然而，由于高温超导材料属于偏陶瓷材料，具有较高的脆性，目前在大型导体线圈的制造过程中面临许多失败的情况。此外，其对高能中子的响应性能也还没有进行验证。因此需要在高温超导材料的稳定性、实操检测以及中子测试设施等方面进行研发和测试，以及开发新型的防中子辐照的高温超导材料外壳。

Q：低温超导材料目前的成熟应用范围和存在的问题是什么？相关的供应商有哪些？

A：低温超导材料主要是指铌钛（NbTi）和铌三锡（Nb3Sn），在10特斯拉以下具有较好的磁体载体性能。然而，低温超导材料供应商偏少、供应链产能相对较低，采购周期较长。目前供应商主要有西部超导和华孚超导等。此外，低温超导材料也广泛应用于核磁共振和MRI等领域。

Q：真空室和包层系统的作用和面临的问题是什么？

A：真空室是整个托克马克装置的一个主要结构部件，具有高真空度环境，供应商主要集中于科研院所和一些重工业制造企业。真空室面临的主要问题是材料问题，需要耐辐照和高强度的材料，目前主要研发方向是一个低活化铁素体的马氏体合金。包层系统是为了实现中子屏蔽，采用高性能的综合材料和高性能铁丝体马氏体合金钢。包层系统的目前供应商主要有起步超导和华孚超导等。

Q：核聚变技术的主要研发方向是什么？有哪些主要企业参与研发？

A：核聚变技术的研发方向主要包括高性能中子屏蔽材料、铜钨铜复合结构合金的研制、高精度焊接件的研发以及高热流密度材料的研发。相关的供应商有安泰、中核金属、航天新力、烟台卢堡和四川远方等公司进行研发。

Q：聚变能燃料循环的实现是核聚变电站经济性的一项关键技术，目前该技术的成熟度如何？和穿增值技术相关的研发方向有哪些？

A：聚变能燃料循环实现的关键是穿增值保层技术，但目前该技术的成熟度相对较低，世界上还没有有效验证了真正的穿增值能够大于一的条件。穿增值技术涉及到穿小球的加工、高富集度的穿宽增殖剂的加工、皮带合金的制造以及碳化硅复合材料的流道加工等研发方向。

Q：核聚变加热系统的关键是加热的驱动器和执行器，目前存在的问题是什么？加热技术的集中研究方向是什么？

A：目前核聚变加热系统中存在加热的驱动器和执行器效率不高的问题，功耗较高且在恶劣的辐照环境下工作。加热技术的研究方向主要集中于高能量效率的新型加热方式、高密度下的加热和电流驱动效应的研究，以及更高效、耐用和可靠的驱动器相关研究。

Q：目前核聚变产业的重点企业有哪些？主要集中在哪些领域？

A：核聚变产业的重点企业主要集中在一些大型央企、核电供应商和航天相关产业链中。具体涉及到的领域包括核燃料与循环相关、碳素与金属相关、绝缘材料、磁体系统、真空系统、内部部件、辅助设备、常规岛设备等。

Q：核聚变技术在衍生领域还有哪些商业化机会？

A：核聚变技术在医疗健康领域有超导回旋、质子治疗、核磁共振等方面的应用机会；在安检设备领域有新型成像技术的应用机会；在核设施退役领域有遥操作机器人的需求；在深低温领域有高功率焊制冷机、大功率制冷系统等设备的研发机会；在空天动力领域有推进器、超导磁浮列车和电磁弹射装置等方面的应用机会；在电子技术领域有柔性前期制造雷达等方面的研发机会。

Q：托卡马克装置运行时长的停止是因为故障导致的还是人为停止？

A：目前核聚变装置能够维持的记录是403秒，在特定参数条件下能达到的一个维持的记录，但需要不断地对各个参数进行调整和优化。随着后续新型装置建设和等离子体控制技术的提升，运行时长可以进一步提高，甚至达到分钟级、小时级或者按日运行。最终目标是让核聚变电站的正常运行时间至少超过70%的稳态运行时间，以保证经济性。

Q：核聚变装置的约束效果与装置尺寸和磁场强度有关吗？在未来装置尺寸和磁场强度的提升方面有何规划？

A：核聚变装置的约束效果与装置尺寸和磁场强度有关。目前装置尺寸和超导设定的磁场强度存在一定的限制，限制了其约束效果的提升。但是，随着一些新型材料的应用和二代高温超导技术的引入，可以建设更大尺寸的装置，进一步提升约束效果，使其运行时长达到分钟级、小时级甚至按日级。

Q：核聚变电站的有效运行时长对经济性有何影响？目前核裂变电站每年的有效运行时长是多少？

A：核聚变电站的有效运行时长对经济性至关重要，目标是让电站的正常运行时间至少超过70%的稳态运行时间。目前核聚变电站每年能够达到6000多个小时的有效运行时长，大约占一年总时间的85.7%。

Q：光热发电与光伏风电的差异性是什么？光热发电目前的主流技术路线有哪些？

A：光热发电与光伏风电有一些区别。光热发电是利用太阳能集中加热工质，通过产生蒸汽驱动发电机组发电，而光伏风电是通过太阳能或风能直接转换成电力。目前光热发电的主流技术路线包括塔式光热发电、槽式光热发电和盘式光热发电。

Q：光热发电的成本下降途径是什么？

A：光热发电的成本下降途径有多个方面。一方面是通过技术进步和规模的扩大来降低设备和系统的成本；另一方面是通过优化运维和提高设备的利用率来降低电站的运营成本；还可以通过降低发电成本来提高光热发电的竞争力，比如通过提高发电效率和热量利用率、减少光热系统的热损失等。

Q：光热发电在未来的前景展望如何？具体有哪些发展空间？

A：光热发电在未来有良好的发展前景。随着电源能源结构的转变和能源转型的需求，光热发电有望成为新型电力系统的主力电源。未来光热发电可以进一步降低成本、提高发电效率、扩大装机规模，同时还可以通过与其他能源形式的协同发展形成互补。尤其在低碳化转型的背景下，光热发电有很大的发展空间，并有望在2030年之前达到装机比例约30%~60%。

Q：电力电子并网会带来哪些问题？电力系统调节能力的不足体现在哪些方面？

A：电力电子并网存在频率和电压稳定的问题，威胁电网的安全稳定运行。电力系统调节能力不足主要表现在升降负荷的速度上，无法快速适应光伏发电量的急剧波动，需要其他可调节电源的支持来平衡供需差异。

Q：光热发电有哪些优势？为什么在光伏和风电成本已经很低的情况下仍需要发展光热发电？

A：光热发电是低碳清洁的电源，符合双创目标。它具有自带储能的能力，储能成本低，使用寿命长，并且没有燃烧爆炸的风险。光热发电具备大功率长时间运行的特点。光热发电的调节能力强，可以调节负荷范围更广，相比火力发电机组具有更好的负荷运行能力。光热发电还可以频繁启停调节，具有双向调节能力。与常规火电机组相比，光热发电机组的负荷调节时间更短，启停效率更高。

Q：光热发电与传统燃煤电厂相比，在我国的装机占比和发电量占比如何？光热发电的调节能力为何备受瞩目？

A：目前我国煤电机组的装机占比接近50%，发电量占比约为66%。煤电机组在我国承担了主要的调风调节作用。光热发电具备高调节能力，被看好作为新能源调节的有力手段，能够为风电和光伏提供调峰服务，提升电力系统调节能力。光热发电是目前唯一已经工程化示范并大量商业应用的新能源调节案例。它可以配置低成本的储能系统，实现24小时满负荷发电，代替传统的火电机组担负基础负荷电源的角色。

Q：光热发电目前分为哪几种形式？在哪些地区有项目建设？预计未来发展速度如何？

A：目前光热发电可以分为三种形式：一种是沙漠、戈壁、荒漠新能源发电项目；一种是光热发电与风光等技术结合实现独立供电；还有一种是光热型熔岩储能电站。根据2019年年底的统计数据，青海、甘肃、吉林、新疆是光热发电项目建设较多的地区，总装机容量达到3360兆瓦。根据国家发改委能源局发布的文件，未来每年将新开工约300万千瓦的光热机组，预计发展速度将较快。

Q：光热发电还可以作为独立供电吗？它在供热等领域有什么优势？

A：光热发电除了作为电源侧的调节电源之外，也可以与风光能技术结合实现独立供电，如西藏的扎布耶盐湖提里功能站。此外，在热电联供的工业化应用项目中，光热发电还可以作为很好的供热源，具有经济性和稳定性的特点。

Q：光热型的熔岩储能电站是怎么样的？有何特点？

A：光热型熔岩储能电站是一种储能型电源，它通过配置大功率电加热器来加热熔岩，通过熔岩储能装置储存大量电能，并在高峰期使用气轮发电机组将储存的能量取出进行发电。光热型熔岩储能电站可以类比为抽水蓄能、电化学储能或压缩空气储能，具有实现电量便宜的特点。

Q：哪些地区适合建设光热发电项目？全球范围内的光热发电历程如何？

A：在中国，适合建设光热发电项目的地区主要是三北地区和西南地区，尤其是西藏地区的光热资源是最好的。此外，新疆、青海、甘肃、内蒙古以及东北地区等地的光资源也适合光热项目建设。全球范围内，光热技术最早诞生于上世纪50年代，前苏联制造了世界上第一座塔式光热电站。之后，美国和西班牙快速发展，截至2021年底，西班牙的光热装机容量达到2364兆瓦，美国的光热装机容量为1820兆瓦，位居世界前两位。