核聚变发电重要发电技术

核聚变发电是21世纪正在研究中的重要技术，主要是把聚变燃料加热到1亿度以上高温，让它产生核聚变，然后利用热能。核聚变发电的最终实现还需很长的时间。2014年中国运行核电机组22台，装机容量达2029.658万千瓦，核电发电量仅占全国发电量2.1%。规划到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。

中文名

核聚变发电

英文名

Nuclear fusion power

时间

21世纪

原理

产生核聚变，利用热能

概述

核聚变发电

聚变发电是21世纪初的重要技术，主要是把聚变燃料加热到1亿度以上高温，让它产生核聚变，然后利用热能，但是科学家发现没有任何一种容器能承受1亿度的高温，于是科学家想到了磁容器技术，就是在微型氢弹周围放上强大的磁场，约束住高温物质，但是又一个问题难住了科学家，如果使用磁容器，将至少需要100万吨磁铁，很不实际，于是科学家又想到磁场很强大的电磁铁，但是使用电磁铁也至少需要1万吨重，这可难住了科学家们，经过40多年的努力，科学家发现超导体拥有特别强大的磁场，效率是磁铁的几万倍，于是21世纪初核聚变发电站正式建成了。

优势：聚变和核裂变理论都来自著名的爱因斯坦质能方程E=mc2，核聚变释放的能量比核裂变要大得多，同时核聚变的燃料氘和氚可以从海水中提取,资源是无限的。在全球温室效应和环境污染日趋严重的背景下，核聚变发电的优势日趋明显。[1]

加热技术

1、利用的原理是向设置在圆环形等离子体中心轴的“中心螺线管（CS）线圈”内通入电流，使等离子体内生成感应电流。等离子体为导体，内部生成电流后会产生焦耳热。

2、是使用微波等高频电场，借助与微波堆相同的原理进行加热的技术。

3、是利用小型粒子加速器加速带电粒子，最后将其转化成中性粒子，注入等离子体内的技术。

技术困难

（1）需要实现“包层”，用来增殖堆内核聚变反应释放的高速中子，使其撞击锂（6Li），产生氚（T）后注入反应堆；

（2）需要严格管理放射性物质氚的技术；

（3）需要开发排除等离子体内杂质（α粒子等）的“偏滤器”；

（4）需要前所未有的大型反应堆。

国外

2014年10月10日，聚变能听起来似乎好的令人难以置信——零温室气体排放，没有长久存在的放射性废弃物，它是一种几乎无限量的能源供应。而采用聚变能面临的最大障碍可能是经济学问题。核聚变发电设计还没有便宜到可以取代现有的利用化石燃料，例如煤炭和天然气的系统。美国华盛顿大学的工程师们希望改变这一现状。他们设计了一种概念核聚变反应器，但它变成大型电厂的规模时，将可以与相似电量产出的燃煤火力发电厂所耗费成本相当。研究小组的核聚变反应堆设计以及成本分析研究于去年春天被发表，它在10月17日俄罗斯圣彼得堡召开的国际原子能机构的聚变能会议上展示。

华盛顿大学的反应堆设计被称为球形马克Spheromak（一种自组织的环形等离子体形态），这意味着它通过驱动电流至等离子体里就能够产生大部分的磁场。这极大的减少了所需要的材料量，使得研究人员能够缩减反应堆的整体大小。

其它的设计，例如正在法国建造的实验性核聚变反应堆项目国际热核聚变实验堆（ITER），它就比华盛顿大学的设计要大得多，因为它依赖于环绕设备外部的超导线圈提供相似的磁场。与法国的核聚变反应堆概念相比，华盛顿大学的设计成本要低廉得多——大约是ITER的1/10——但同时产生的能量是前者的5倍。

华盛顿大学的研究人员计算了使用他们的设计所建造的核聚变反应堆发电厂所耗费的成本，并与建造燃煤电厂的成本进行对比。他们使用了名为隔夜资金成本的度量，后者包括所有的成本，尤其是初始基础设施费用。分析显示一个核聚变发电厂产生10亿瓦特的电量需要耗费27亿美金，而一个燃煤电厂产生相同的电量需要耗费28亿美金。

研究小组已经在华盛顿大学商业化中心就反应堆的设计概念申请了专利，他们计划继续研发并扩大原型的规模。研究小组的其他成员还包括物理学的凯尔•摩根（Kyle Morgan）；航空航天学的艾瑞克•拉文（Eric Lavine）、米加•修斯（Michal Hughes）、乔治•马克林（George Marklin）、克里斯•汉森（Chris Hansen）、布莱恩•维克托（Brian Victor）、迈克尔•普法夫（Michael Pfaff）和亚伦•海萨克（Aaron Hossack）；电子工程学的布莱恩•尼尔森（Brian Nelson）以及前华盛顿大学的上川宇（Yu Kamikawa）和菲利普•艾德尔斯特（Phillip Andrist）。这项研究得到了美国能源部的资金赞助。

中国

世界领先的中国新一代热核聚变装置EAST28日首次成功完成了放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。

此次实验实现了装置内部1亿度高温，等离子体建立、圆截面放电等各阶段的物理实验，达到了预期效果。EAST通过国家“九五”大科学工程工艺鉴定。EAST装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的。

2003年，中国于加入ITER计划。位于安徽合肥的中科院等离子体所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位，其研究建设的EAST装置稳定放电能力为创记录的1000秒，超过世界上所有正在建设的同类装置。

发展趋势

2014年中国运行核电机组22台，装机容量达2029.658万千瓦，核电发电量仅占全国发电量2.1%。在建的核电机组有26台，约2800万千瓦。预计到2020年前，中国在运核电装机达到5800万千瓦，在建3000万千瓦。到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。

中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。也就是说，到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。

参考资料

1.核聚变发电的研究现状与发展趋势·知网