Fusion在美国的未来可能归结为美元和美分

聚变能源通常被誉为无限的清洁能源，但普林斯顿大学的一项新研究表明，只有在价格合适的情况下，这才可能是真的。

在由核聚变专家Egemen Kolemen，机械和航空航天工程副教授和安德林格能源与环境中心以及能源系统专家Jesse Jenkins，机械和航空航天工程助理教授以及安德林格能源与环境中心领导的一项研究中，普林斯顿大学的研究人员模拟了聚变反应堆可能必须满足的成本目标，以便在未来的美国能源网中获得牵引力。

16月<>日发表在焦耳上的研究结果表明，聚变能的工程挑战只是问题的一部分，另一部分在于经济。

“如果人们能够花这笔钱以更具成本效益的方式生产清洁能源，他们就不会为聚变能源支付无限量的钱，”Jacob Schwartz说，他是Kolemen和Jenkins的前博士后，他领导了这项研究的建模，目前在普林斯顿等离子体物理实验室担任研究物理学家。“超过一定的成本，即使我们可以设计它们，也没有多少开发人员愿意建造它们。

模型结果表明，美国聚变的利基市场不仅取决于建造反应堆的价格，而且在很大程度上取决于未来电网的能源结构和核裂变等竞争技术的成本。

如果聚变市场有利，那么即使资本成本高达每千瓦约7，000美元，聚变仍可能达到100吉瓦的容量 - 大约是美国核电站目前的容量，这些核电站供应了当今电力需求的五分之一。但是，假设核裂变，氢，碳捕获和储存或长期电池存储等替代技术成功扎根，资本成本可能必须低于聚变价格的一半才能达到相同的100吉瓦容量。

“Fusion开发人员需要密切关注竞争，”Jenkins解释说。“如果成功商业化，从电力市场和电网的角度来看，聚变发电厂可能看起来很像经典的核裂变工厂。这两种资源都是复杂的技术，出于安全原因，工程利润很低，这意味着高昂的前期投资成本。如果聚变发电厂的可变成本最终较低，聚变发电厂可能会与新的裂变发电厂正面竞争。

聚变在可再生能源密集型电网中的地位

Kolemen解释说，研究人员的方法有助于为未来的聚变开发商建立具体目标，以便在考虑反应堆计划时用作基准。

“许多聚变初创公司如雨后春笋般涌现，它们都有不同的反应堆设计，他们说可以用这样或那样的钱建造一个反应堆。但几乎不可能为单个反应堆部件分配美元金额，“Kolemen说。“因此，相反，我们考虑了一个未来的电网模型，拥有更多的可再生能源，如风能和太阳能，并反向工作，以了解聚变反应堆可能必须满足的成本目标，才能在未来的电网组合中占有一席之地。

通过确定可能由太阳能和风能等可再生电力主导的电网中聚变反应堆的成本目标，研究人员还获得了可以为未来聚变反应堆设计提供信息的见解。

例如，施瓦茨说，聚变能源传统上被视为一种“基本负荷”能源，几乎可以连续运行。然而，随着太阳能的广泛采用和随后的低廉的午间电价，研究表明，为聚变反应堆增加功能以使其能够更频繁地打开和关闭或考虑如何储存来自反应堆的能量并在最需要的时候出售它是有价值的。研究人员表示，将储能整合到聚变反应堆的设计中，可以使每千瓦的价值增加1000美元。

詹金斯说：“通过耦合蓄热和灵活运行来获取更多经济价值意味着第一批聚变发电厂可以与更高的初始成本竞争。“更高的'上市'价格点可能是启动聚变行业的关键，并通过经验和渐进式创新帮助降低成本。

该模型还表明，美国最有希望的聚变能源地点将是东北部地区，当地的太阳能和风能机会比其他地区更有限。

“东北部没有美国西部那样的地热或水力发电潜力，所以它是除了太阳能和风能之外最需要的东西的地方，”研究合著者威尔逊里克斯说。

探索脉冲与稳态的争论

除了在未来能源网的背景下考虑聚变能外，该模型还返回了初步结果，研究人员表示，这些结果可能有助于解决聚变研究界稳态与脉冲聚变反应堆可行性之间的一个重要问题。

稳态和脉冲代表了聚变反应堆的两种不同设计方法。稳态聚变反应堆将像传统发电厂一样运行，几乎全时运行。另一方面，脉冲聚变反应堆需要关闭一小段时间，然后每小时或每隔几个小时重新启动一次。

虽然一些科学家质疑脉冲反应堆的运行要求是否使它们难以与能源网的其他部分集成，但模型结果表明，两种设计在对大规模电网的影响方面没有显着差异。

“这两种技术之间存在一些设计之争，因此有趣的是，我们的初步发现表明，它们与其他电网的运行方式没有太大区别，”Kolemen说。“从模型的角度来看，最好的设计就是最便宜的设计。

研究人员正在跟进他们的发现，对稳态和脉冲反应堆的不同成本和机会进行进一步研究，以及维护和保养成本如何在聚变能源在美国市场的渗透中发挥作用。

“这项研究并没有声称知道核聚变何时上线。聚变反应堆可能还需要几十年的时间才能对电网产生重大影响。这项研究为我们提供了一个明确的目标，让核变研究人员和初创公司在上线时瞄准，“Kolemen说。“聚变研究的最终目标是为美国和电网提供一些价值。现在，我们实际上有一些数字来指导我们。

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