核聚变研究成功后,电费会降到多少钱?会实现免费用电吗?

核聚变研究成功后,电费会降到多少钱?会实现免费用电吗?

受日本福岛核电站核泄露事故影响,国际社会对核电站发电普遍存在担忧情绪。而作为替代的风能、太阳能以及水能发电等,还远不足以取代核能发电所占比重。

2021年,我国实现发电总量达81121.8亿千瓦时,其中核电占比5.02%,未来十年,我国核能发电占到总发电量的比重将超10%。如何优化核能发电成为全球科学界普遍关注的问题,而核聚变无疑是解决问题的关键,一旦核聚变技术具备发电能力,我国的电费标准是否会有所下调呢?

一、技术瓶颈

核聚变技术对于我国来说并不是什么难以攻克的难题,早在当年氢弹试爆阶段,我国就已经掌握了核聚变的基础应用,只是现如今想要将其移植到发电技术上来,那就要另当别论了。目前核聚变发电的主要瓶颈是其维持时间极短,无法持续通过反应产生能量。

于反应条件来看,核聚变需在高温条件下进行,而反应炉内的温度更是需要达到上千万甚至是上亿摄氏度,这对反应设施的要求是非常高的。同时为了保证发电效率及确保安全,设施内部的高端材料也需要频繁更换,以防止内部出现嬗变。

不仅如此,世界上尚没有任何一种反应可以做到100%做有用功,尤其对于尚不成熟的核聚变发电技术来说,目前其电能转化效率连5%都达不到,其质量亏损比更是达到0.375%,这一部分损耗反应到实际成本中,将是一笔不菲的数字。

二、聚焦成本

对于我们普通人而言,可能更加关注的是新技术的应用能否切实降低生活成本。如果核聚变发电技术得到应用,那么电费真的会降低,甚至实现免费用电吗?其实,在了解完核聚变发电所需的成本之后,你就会明白,免费用电肯定是没有办法实现的。

单从原料来看,核聚变中所使用到的氘、氚都是稀有元素。前者在自然界中的含量约为0.02%,一般都储藏在海水之中,平均每升海水的含量约为0.03克,不过我国海水资源丰富,氘元素的供应并不是什么难题。真正对总体成本产生决定性影响的当属氚元素,目前国际上氚的价格已经飙升至3000万美元/千克,氘元素的成本相比之下完全可以忽略不计。

实际操作中,两种元素比例为2:3,每千克的混合物,其成本大约在1800万美元,能够释放的电量约为940亿度,不过在刨去损耗之后,可供我们使用的发电量只有400亿度左右,按照目前电价计算,产生这400亿度电,所需要的成本约为140亿元人民币。

三、人造太阳

除了原料成本之外,设备维护以及人工成本也是一笔不小的开支。别说免费供电,就连维持基本的盈利能力都很难做到,不过核聚变发电技术一定会逐步走向完善,其相关的成本也会得到压缩。而在最新研究成果中,“人造太阳”无疑是最受世人关注的新技术。

顾名思义,“人造太阳”就是人类仿造太阳内部核聚变的模式来进行能量的释放与利用,我国在“人造太阳”领域的研究已初具成效,创造了等离子体在1.2亿摄氏度环境下运行101秒的世界纪录。

“人造太阳”是实现核聚变发电的一条模拟路线,毕竟参考太阳的运行规律,是目前人类解开关于核聚变控制的捷径。随着新材料的不断发掘和对核聚变反应过程的不断摸索,未来人类一定能够实现对核聚变发电的精准掌控。至于降低电费的问题,也是完全值得期待的一件事。

四、总结

现阶段,世界上的核电站还没有采用核聚变的方式进行驱动发电,主要是碍于其反应时间过短,对于整个反应过程的控制和转化率相对有限。再加上各种叠加成本影响,使得核聚变发电技术到今天仍然处在试验阶段。不过与核裂变相比,核聚变在环保、节能方面显然更具优势。

未来,包括“人造太阳”等新兴项目,人类将继续探索核聚变发电技术应用的可能,实现对其释放能量的高效转化。待各环节逐步成熟后,会取代以核裂变为主的核能发电架构,降低群众用电成本的同时,实现核电环保化、节能化,提升核电站的安全性。

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