聚变能与人工智能如何支撑下一个能源需求时代

Astract shapes in pink and purple representing fusion energy process: Fusion could provide the clean energy needs of the future
Shifting to fusion could allow us to build technology that produces energy rather than relying on finite resource consumption.
本内容由人工智能自动翻译。
  • 全球向电气化的转变正对电力系统造成前所未有的压力,电力需求的增长速度超过了系统的承载能力。

  • 聚变技术的进步,加上公共和私人投资的不断增长,表明聚变有望发展成为一种可规模化、零碳的基荷能源。

  • 要满足未来的能源需求,必须扩大技术规模、升级电网,并拓展创新成果的获取渠道。

我们正步入“电力时代”,这是国际能源署《2025年世界能源展望》的判断。随着先进经济体和新兴经济体推进这一转变,未来不到十年内,全球电力需求将出现前所未有的40%的激增。

最主要的驱动因素并不令人意外:人工智能(AI)的应用,以及与之相关的数据中心建设,对电力有着巨大的需求。仅在美国,数据中心可能需要超过100吉瓦的新增容量,欧洲、印度、中国和中东也面临着类似的压力。

但挑战远不止于此。

产业回流、广泛电气化,以及极端天气导致的供暖和制冷负荷上升,正在对能源需求形成新的上行压力,削弱了经济增长与能源强度下降之间长期存在的关联。

自2015年以来,全球发电投资以每年约1万亿美元的速度快速增长,而电网投资则仅约为4000亿美元,由此导致输电拥堵、弃电和并网延迟等问题。

在美国,关键数据中心项目因变压器和开关设备短缺而被延误2至6年。效率提升有所助益,但人工智能优化服务器的耗电量是传统服务器的两至四倍。

聚变如何满足清洁能源需求

我们正步入一个新的工业时代,当今的突破性进展所需的清洁、可靠电力,比现代历史上任何时期都要多。

能源技术的发展将决定电力转型能够走多远、走多快。可规模化的清洁基荷电力是所有基础设施的支撑,从数据中心到供应链莫不如此;若缺少充足且有韧性的能源来源,进展将陷入停滞。

聚变能或可改变这一局面。

聚变是为恒星提供能量的能源形式。它有潜力在不排放二氧化碳或其他温室气体的情况下,满足现代城市和产业的能源需求。这使聚变有望成为全球数字基础设施的重要支柱。

据马克斯·普朗克研究所称,聚变发电厂所提供的电力将与当今以煤炭为燃料的大型发电站相近,但所需燃料量将大为不同。

一克聚变燃料在发电厂中可产生9万千瓦时的能量,相当于燃烧11吨煤炭所产生的热量。

聚变发电厂的设计还使其本质上更为安全,不存在以下风险:失控反应、堆芯熔毁,或高放射性、长寿命的放射性废物。聚变也无需承受传统核裂变所面临的繁琐监管程序。聚变能可以因地制宜地选址并扩大规模,在任何需要的地点和时间提供一次能源。

对于科学研究和制造业而言,充足的能源可加快计算速度,缩短研发周期,并拓展可能性的边界。

为何聚变将重塑能源安全格局

转向聚变,首次使我们有可能构建一种能够生产能源的技术,而不再依赖有限资源的消耗。

这将开启一类全新的经济机遇,涵盖高附加值制造业和先进材料等领域,以及为人工智能、数据中心和能源密集型产业提供有韧性的本土电力供应,同时确立一种根本性的能源安全新范式。

如果聚变能实现规模化部署,各国也实现能源自主,那么能源供应将得以规避地缘政治紧张局势,而这类紧张局势曾使各国将能源资源武器化。因此,全球市场将大大减少受能源驱动的价格冲击和通胀压力的影响,而历史上,这类冲击和压力往往紧随武装冲突而来。受影响程度显著降低。

聚变能发展的进展

聚变领域的技术创新,近期主要由私营部门推动,将使这一新能源形式有望成为基荷资源,能够稳定电网、支持产业电气化,并为关键任务所需的电力提供保障。

位于弗吉尼亚州的一处场址,已被划定专门用于建设全球首个并网规模的商用聚变发电厂。下一步工作包括许可审批和施工,目标是在2030年代初将电力接入电网。

世界各国领导人也正努力加快部署,其中美国设立了聚变办公室,将其列为明确的优先事项。中国也在投入数十亿元发展相关能力;德国正在制定面向初创企业的资助计划;此外,从英国到日本,世界多个国家正在采用监管框架,为开发者提供确定性。

聚变能可以提供先进人工智能系统所需的大量可靠、零排放电力。反过来,人工智能又可以加速聚变本身的设计、运营和商业化进程。由此形成了一种前所未有的共生关系:一个自我强化的循环,其中聚变为人工智能提供动力,而人工智能又加速聚变走向规模化的进程。

总之,这一新兴的人工智能与聚变交汇点,有望重塑产业体系、增强能源安全,并开拓新的制造和科学前沿,而不仅仅是满足当前的能源需求。

哪些因素有助于加速聚变部署?

可持续的经济增长将越来越依赖于对先进能源系统的投资,包括商业聚变的开发与部署,以及将这些系统与人工智能、工业和制造业生态系统相整合。

支持规模化发展并吸引私营部门资本的监管和政策框架,将是推动这一进程的重要促成因素。

许多国家已开始制定战略,使技术创新与能源和安全优先事项相契合,并将这些考量纳入更加协调一致的政策框架之中。

未来几年所作出的决策,例如数据中心选址、如何推进电网现代化并扩展输电网络,以及如何保障先进材料的供应链,将影响未来能源系统的可靠性、可负担性和韧性,以及其支持经济活动和国家安全目标的能力。

总体目标是提升韧性、生产力和战略自主性。在聚变全产业链上建设本土能力,有助于实现这些目标,并塑造能源及相关技术领域的长期领导地位。

尽管结果将取决于执行情况和全球形势,但未来十年是各国在这一新兴能源技术格局中确立自身地位的重要窗口期。

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