几十年来，核聚变一直被吹捧为丰富、清洁电力的终极来源。现在，由于世界面临着减少碳排放以防止灾难性气候变化的需要，使商业核聚变成为现实具有新的重要性。在一个由太阳能和风能等低碳可变可再生能源（VREs）主导的电力系统中，“稳定”的电力来源需要在需求超过供应的时候启动——例如，当太阳不发光或风不吹时，储能系统不能胜任这项任务。在这样一个不仅没有碳排放，而且能够满足未来几十年预期的急剧增长的全球电力需求的未来电力系统中，核聚变发电厂（FPPs）的潜在作用和价值是什么？

　　麻省理工学院能源计划（MITEI）和麻省理工学院等离子体科学与聚变中心（PSFC）的研究人员在一起工作了一年半，一直在合作回答这个问题。他们发现——取决于其未来的成本和性能——核聚变对脱碳具有至关重要的潜力。在某些情况下，FPPs的可用性可以减少数万亿美元的全球脱碳成本。超过25位专家共同研究了影响FPPs部署的因素，包括成本、气候政策、运行特性和其他因素。他们在一份由MITEI资助的新报告中展示了他们的发现，题为“核聚变能源在脱碳电力系统中的作用”。

　　“现在，从私营部门到政府，再到公众，许多方面都对核聚变能源产生了极大的兴趣，”该研究的首席研究员、MITEI前主任、雪佛龙公司化学工程荣誉教授罗伯特·c·阿姆斯特朗（PI）说。“在进行这项研究时，我们的目标是提供一个平衡的、基于事实的、以分析为导向的指南，帮助我们所有人了解融合的未来前景。”因此，该研究采用多学科方法，将经济建模、电网建模、技术经济分析等结合起来，研究可能影响未来核聚变能源部署和利用的重要因素。来自MITEI的研究人员提供了能源系统建模能力，而PSFC参与者提供了聚变专业知识。

　　聚变技术距离商业部署可能还有10年的时间，因此目前尚不清楚未来商用FPPs的详细技术和成本。因此，麻省理工学院的研究团队专注于确定到2050年，核聚变发电厂必须达到什么样的成本水平，才能实现强大的市场渗透，并在本世纪下半叶为全球电力供应的脱碳做出重大贡献。

　　在电网上使用FPPs的价值将取决于其他可用的选择，因此为了进行分析，研究人员需要估计这些选择的未来成本和性能，包括传统的化石燃料发电机、核裂变发电厂、VRE发电机和储能技术，以及世界特定地区的电力需求。为了找到最可靠的数据，他们检索了已发表的文献以及先前MITEI和PSFC分析的结果。

　　总的来说，分析表明，尽管利用核聚变能源的技术需求是巨大的，但将这种稳定的低碳技术添加到世界能源选择组合中的潜在经济和环境回报也是巨大的。

　　也许最引人注目的发现是拥有商业FPPs的“社会价值”。核聚变研究的执行董事、MITEI的研究主任兰德尔·菲尔德解释说：“将升温限制在1.5摄氏度需要全世界投资风能、太阳能、储能、电网基础设施以及其他一切使电力系统脱碳所需的东西。”“当FPPs成为一种清洁、稳定的电力来源时，这项任务的成本就会低得多。”而收益取决于FPPs的成本。例如，假设2050年建造一个FPP的成本为每千瓦8000美元，到2100年降至每千瓦4300美元，那么全球脱碳电力的成本将下降3.6万亿美元。如果一个FPP的成本在2050年为5600美元/千瓦，到2100年降至3000美元/千瓦，那么拥有核聚变工厂将节省8.7万亿美元。(这些计算是基于全球国内生产总值的差异，并假设贴现率为6%。未贴现的价值大约是这个数字的20倍。)

　　其他分析的目标是确定在选定的FPP成本下全球部署的规模。再一次，结果是惊人的。在深度脱碳的情况下，到2100年，全球核聚变发电的总份额从聚变成本高的不到10%到聚变成本低的50%以上不等。

　　其他分析表明，在世界不同地区，核聚变部署的规模和时间各不相同。在欧洲国家和美国等拥有最积极的脱碳政策的富裕国家，可以预期核聚变的早期部署。但某些其他地区——例如印度和非洲大陆——由于在本世纪下半叶对电力的需求大幅增加，核聚变的部署将有很大的增长。麻省理工学院可持续发展科学与战略中心副主任、麻省理工学院高级研究科学家谢尔盖·帕尔采夫解释说：“在美国和欧洲，需求增长将很低，所以这将是一个从肮脏燃料转向核聚变的问题。”“但在印度和非洲，例如，在本世纪后半叶，大量的核聚变和其他低碳发电资源将满足总体电力需求的巨大增长。”

　　一组以美国九个次区域为重点的分析表明，其他低碳技术的可得性和成本，以及对碳排放的限制程度，对fpp的部署和使用产生了重大影响。在一个脱碳的世界里，在可再生资源多样性、容量和质量较差的地区，FPPs的渗透率最高，对碳排放的限制将产生重大影响。例如，大西洋和东南分区域的可再生资源较少。在这些分区域，即使最大限度地建设陆上风力发电设施，风力也只能产生所需电力的一小部分。因此，即使在碳限制相对宽松的情况下，这些次区域也需要核聚变，而且任何可用的fpp都将在大部分时间内运行。相比之下，美国中部次区域拥有优良的可再生资源，尤其是风能。因此，只有在碳排放限制非常严格的情况下，核聚变才能在中部次区域竞争，而FPPs通常只有在可再生能源无法满足需求时才会运行。

　　对服务于新英格兰各州的电力系统的分析提供了非常详细的结果。使用MITEI开发的建模工具，融合团队探索了使用不同假设的影响，不仅包括成本和排放限制，甚至包括影响特定VREs使用的潜在土地利用限制等细节。这种方法使他们能够计算聚变装置开始安装时的FPP成本。他们还能够调查“门槛”成本是如何随着碳排放上限的变化而变化的。该方法甚至可以显示出fpp以什么价格开始取代其他特定的发电来源。在一组运行中，他们确定了FPPs开始取代浮动平台海上风能和屋顶太阳能的成本。

　　“这项研究是对核聚变商业化的重要贡献，因为它为在电力市场上使用核聚变提供了经济目标，”核聚变研究的联合负责人、PSFC前主任、日立美国核科学与工程系工程学教授丹尼斯·g·怀特（Dennis G. Whyte）指出。“它可以更好地量化融合开发人员在定价、可用性和灵活性方面面临的技术设计挑战，以满足未来不断变化的需求。”

　　研究人员强调，虽然分析中包括了裂变发电厂，但他们并没有对裂变和聚变进行“正面”的比较，因为有太多的未知因素。核聚变和核裂变都是可靠的低碳发电技术；但与裂变不同的是，核聚变不使用裂变材料作为燃料，也不会产生必须管理的长寿命核燃料废物。因此，对FPPs的监管要求将与目前对裂变发电厂的监管要求大不相同——但究竟有何不同尚不清楚。同样，无法预测未来公众对这些技术的看法和社会接受程度，但可能对使用何种发电技术来满足未来需求产生重大影响。

　　这项研究的结果传达了关于核聚变未来的几个信息。例如，很明显，监管可能是一个巨大的潜在成本驱动因素。这将促使核聚变公司尽量减少对燃料和活性材料的监管和环境影响。它还应鼓励各国政府采取适当和有效的监管政策，最大限度地利用核聚变能源实现其脱碳目标。而对于开发核聚变技术的公司来说，该研究的信息在报告中明确指出：“如果本报告中确定的成本和性能目标能够实现，我们的分析表明，核聚变能源可以在满足未来电力需求和实现全球净零碳目标方面发挥重要作用。”