能源问题与核聚变

全球一次能源消费在2022年达到约604 EJ（石油换算144亿吨），其中81.5%为化石燃料。随着发展中国家经济增长，预计需求将进一步增加。

化石燃料的极限

根据确认可采储量计算的可采年数，石油、天然气约为50年，煤炭约为130年。即使包括非传统资源，预计也将在100-200年内枯竭。开采成本呈上升趋势，能量收支率（EROI）也从1930年代的100:1下降到目前的15-20:1。资源分布偏重于中东和俄罗斯，地缘政治风险也很大。

气候变化的威胁

大气中的CO2浓度从工业革命前的280 ppm上升到420 ppm，地球平均气温上升了约1.1度。2022年全球CO2排放量达到368亿吨，创历史新高。要实现1.5度目标，需要在2050年左右实现净零排放，但即使在2020年疫情期间，减排也仅达到5.8%，在维持经济活动的同时进行减排极其困难。

可再生能源的课题

太阳能和风能具有间歇性，设备利用率约为14-35%。大规模储电在技术和经济上仍存在课题。电力密度是核能的50-500分之一，需要广阔的土地。此外，对锂和钴等特定矿物的依赖也是问题。

核裂变发电的课题

高水平放射性废物需要管理数万年，最终处置场仅有芬兰的翁卡洛运行。切尔诺贝利和福岛事故造成了巨大影响。铀可采年数约100年，建设成本也在高涨。

核聚变的优势

核聚变燃料氘在海水中无限存在，在全球均匀分布。能量密度是石油的约800万倍。不排放CO2，不产生高水平放射性废物。如果等离子体条件发生变化，反应会自动停止，因此失控事故在原理上不会发生。作为不依赖天气的稳定基荷电源，可以补充可再生能源。

Q值与发电成本

Q值（核聚变输出/输入能量）在2022年NIF达到1.5。ITER的目标是Q=10，商业反应堆需要Q=25-50左右。发电成本预计为50-100 $/MWh，期待通过高温超导磁铁和量产效果降低成本。如果考虑CO2的社会成本，核聚变的竞争力将大幅提升。

下一步

核聚变的基本原理请参考什么是核聚变，实现条件请参考劳森条件，约束方式请参考约束方式。