核聚变商用还要等多久
来源:中国能源报
1985年提出、2006年签署协议、2009年开建、预计2020年完成、2050年投产,一项集结了7大核能强国的恢弘计划——国际热核聚变实验堆(ITER)项目几经磨难,终于在6月24日进入全面施工阶段,其主体工程——托克马克正式开建。
这个推迟2年开工的计划曾一度淡出了舆论视野,但随着核聚变试验反应堆开始陆续接收第一批、约1亿个组件,ITER的关注度再度提升,英国广播公司(BBC)撰文称,核聚变圆梦进入“关键”阶段。
初期一波三折 目前进展顺利
2亿度高温之下,氘和氚原子在“托克马克”装置中发生原子核互相聚合反应,生成新的、质量更重的等离子体,并伴随着巨大的能量释放,这就是被称作“人造太阳”的核聚变反应。
西方将核聚变视为可再生能源中的“万福玛利亚”,意为神圣而万能的。因为核聚变具有资源无限、燃料廉价、环境零污染、不产生高辐射性核废料等优点,是未来主要的能源之一。
英国原子能管理局局长史蒂文·考利曾预测,到本世纪中叶,核聚变将满足人类一半的能源需求。
正因如此,多国对ITER趋之若鹜,这个位于法国卡达拉舍的核聚变项目才成为全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目,同时它也以历时之长、磨难之多著称。
1985年,ITER被首次提出,由美、苏、欧、日共同启动,并于1988年开始研究设计;1998年,美国因政治原因及国内纷争而退出;2011年,欧、日、俄完成了工程设计及主要部件的制造;2003年,中国正式加入,同年,美国重返;2005年,韩国加入,6方签订正式建设协议;2006年,印度也被纳入,当年5月,7名成员草签了ITER的国际协定。
虽然各方达成了共识,但实施之初ITER就遭遇成本高涨和技术瓶颈,进而导致原本拟定的开工日期被推迟了2年。
曾为ITER拍摄纪录片的BBC导演David Campbell表示:“施工队伍正尽一切努力挽回失去的时间,ITER如此振奋人心,希望可以看到它早日建成。”
ITER总协调负责人Ken Blackler透露,2009年开建以来,基建工程都按部就班地顺利进行,许多技术问题也得到了解决。
2012年是ITER开工的第3个年头。今年8月,该组织发布了2012年年报:4月,托克马克的地基及防震系统已经完成;ITER成为世界第一个通过法国核监管机构严格审查、获得核能许可证的核聚变装置;ITER已经与法国国家电网连接;总部大楼落成,500名工作人员迁入新址;另外,中国、意大利、韩国均取得了技术突破。
2013年,ITER再接再厉,加快施工进程,陆续收到来自世界各地的组件。值得一提的是,4月,中国首个运往ITER现场的部件——极向场PF5导体顺利抵达法国福斯港。这不仅是中国的首个交付部件,也是7方中第一个成功运往ITER的大型部件,而且所有导体试验品一次性通过严苛的国际验证。
俄新社援引ITER实验室负责人奥塞姆的话称,目前来看,ITER进展顺利,到2027年,有望产出500兆瓦电力。
组织内部协调出现危机
雄心勃勃的ITER背后,成本压力和技术瓶颈曾是项目的最大阻力,然而随着科技进步以及多方参与,这些问题被慢慢克服。油价网最新分析称,ITER复杂的内部协调才是决定项目进展的关键。
据悉,ITER并没有直接的资金来源,而是各参与方通过实物提供援助,即项目的各个组件被分为85个采购包,委托各成员国国内的相关机构研发制造。
有分析指出,国际合伙人的力量并不像想象的那么强大。ITER内部各方的国家利益、政策体制、管理模式各不相同,难免发生不和与摩擦。
这个隐患早在项目筹备初期就已埋下。首先,参与方需要在国内成立一个专门机构,负责ITER组件的研发与制造。实际上,这类组件的市场极其狭窄,所以国际交流与贸易必不可少,这便产生了贸易壁垒和进出口关税的问题。
其次,每名成员国不得不面临不同以往的、更为严苛的国际标准。各国的负责机构既受制于新标准,还要应对ITER监察员和法国核监管机构定期视察。
再次,组件到达时间不协调的情况时有发生,即先到的部件可能在整个安装过程中靠后,而晚到的则急用。Ken Blackler透露:“每个组件都从世界各地船运过来。有时一些小型的内部零件因为到达时间较晚,导致先到的主体部件安装不了。”对此,项目建设组已做出调整,在主体建筑也就是托卡马克内部留下缺口或缝隙,这样可以使晚到的组件可以在不用大规模拆卸的情况下进行安装。
另外,某些组件本身的结构和质量没有问题,但却不能在整个系统中发挥作用,这是因为组件间具有高度的依赖性。就比如用于封闭等离子体的28个磁笼,它要求的精确性十分高,每个部件焊接在一起必须保证形成一个绝对真空,任何一个小小的失误都会毁掉整个项目。
最后,相关基建落后于时间表。例如,ITER计划整修一条连接港口和建筑工地的道路,以运输重达600吨的大型组件,这项工作进展得比预期慢得多;另外,一支原计划去年1月组建的护送队一直拖到了今年9月才成立;拟定2015年建成的第一个反应堆在重新设计后,完成日期定为2020年11月。
商用变数大 欧洲要倒霉
有外媒指出,内部协调问题很可能将ITER引入歧途,尤其批评欧盟的不作为,因为它既不指派有能力胜任的研究机构,也不像美国那样外包给最有资格的竞标者,而是成立了一个只有50个人、频繁换领导的合资公司来负责。“如果多米诺骨牌一旦倒塌,那么将最先从管理不善、成本占比最高的欧洲开始。”路透社表示。
安永最新报告分析,随着欧洲负责机构管理方式的改变以及ITER高管的大洗牌,欧盟是否有足够的财力维持这个长久的、有风险的计划值得怀疑。报告还担心,欧盟2007年撤资伽利略卫星导航系统的一幕将再次上演。
油价网指出,如果ITER一经变动,承担着40%成本的欧盟将损失最为惨重。ITER已经吞掉了欧盟其他能源项目的资金,后者可能比核聚变更早地获得收益,但欧洲人却非要把鸡蛋放在一个篮子里。
另据BBC透露,去年9月,在比利时峰会上,被问及第一个商业核聚变反应堆何时可以并网发电,得到的回答却是:或者40年,或者50年,甚至可能60年。路透社评论称,这下欧洲人真的危险了。