可控核聚变发电技术作为一种清洁能源，具有能量密度高、功率大、原料来源广泛和安全性较裂变发电更高等优势，因此得到世界各国的重点关注和持续研究。近期一些可控核聚变技术突破的进展，如美国国家点火装置（NIF）分别于2022年12月和2023年8月的两次点火实验实现了能量净增益，为各国在可控核聚变在能源领域的商业化实现提供了信心。各国政府也在加紧制定聚变能相关政策与部署配套的研发计划，如英国、日本两国政府分别于2021年10月和今年4月公布了本国的聚变能国家战略，英国政府还于2022年11月和今年9月两次宣布投入资金，以支持英国核聚变战略相关的研发计划，助力英国核聚变战略目标的实现。 本文重点调研与梳理了2020年以来，美国、欧盟、英国、日本及国际原子能机构等国家、地区和组织的聚变能战略布局情况，涉及的发布机构包括美国白宫科技政策办公室、能源部科技办公室，英国政府、原子能管理局、英国商业、能源和工业战略部，日本内阁府，国际原子能机构等，以供聚变战略制定与科研人员参考。 一、战略政策 1、美国 2020年12月，美国能源部（DOE）聚变能源科学咨询委员会（FESAC）制定并批准了一份新的聚变能源和等离子体科学研究的长期计划报告，报告题目为《为未来提供动力：聚变与等离子体》。该报告是美国聚变研究的首个长期战略路线图，提出了美国核聚变项目未来数十年的若干优先事项，包括在2040年前为聚变试点工厂建设科学和基础设施，建立聚变材料研发实验设施，对创新技术进行投资等。除了国际ITER项目和国家橡树岭实验室准备建设的材料等离子体辐照实验（MPEX）外，报告还建议对用于开发紧凑型托卡马克基础的排气与约束一体化托卡马克装置（EXCITE）进行投资。 在2022年3月召开的主题为“为商业聚变能源制定大胆的十年愿景”首次聚变能源主题的白宫峰会上，拜登-哈里斯政府宣布了三项新举措，包括：①制定一项十年战略，以加快实现商业聚变能源；②能源高级研究计划署（ARPA-E）设立首席聚变能源协调员；③为推进聚变发电中试工厂的研究提供资金，将支持与未来聚变中试工厂的高度优先问题相关的基础科学和技术研究，包括等离子体建模、相互作用和控制。同年11月，由白宫气候政策办公室、科技政策办公室和管理与预算办公室联合发布的《美国创新以实现2050年气候目标》报告又将大规模聚变能源列入“推进游戏规则改变者倡议”中提出的颠覆性创新研究的五个近期目标之一。 2、英国 英国是全球首个发布国家聚变战略，并通过立法以确保安全有效地推出聚变能源的国家，其商业、能源和工业战略部（BEIS）于2021年10月发布了《迈向聚变能源：英国聚变战略》和《迈向聚变能源：英国政府关于聚变能源监管框架的提议》。英国的聚变战略包括两大总体目标：①通过建造一个能够接入电网的聚变发电厂原型，示范聚变技术的商业可行性；②建立世界领先的英国聚变产业，在随后几十年里向世界各地输出聚变技术。 其实，在当年较早时候，BEIS下属的监管地平线委员会（RHC）和英国原子能管理局（UKAEA）就分别发布了可控核聚变相关的可控聚变监管路径实现报告与聚变能材料的路线图。在当年6月发布的《监管地平线委员会：关于聚变能源监管的报告》中，RHC建议保持由英国健康与安全执行局（HSE）和环境署（EA）制定的现行的用于核裂变监管方法作为聚变能源的监管框架，不必为聚变制定更严格的监管措施，由两部门牵头制定适合于聚变的法规即可。在UKAEA与亨利·罗伊斯先进材料研究所发布的开发聚变能材料的路线图中，强调了为未来聚变发电厂提供材料所需的五个主要工作领域，即①将聚变发电厂结构中的活化量降至最低的新型材料；②可在发电厂内用于优化氚燃料增殖以维持聚变过程的化合物；③耐聚变反应辐射的磁体和绝缘体，尤其是在低温条件下的；④在高操作温度（超过550摄氏度）下，能够在中子轰击下保持强度的结构材料；⑤聚变材料的辐照样本数据和建模预测。 除了上述战略之外，UKAEA还在2022年7月公布的可持续性战略中概述了以节能和对环境负责的方式进行聚变研究的承诺。UKAEA将致力于设计和建造2023年1月1日后完工的新聚变设施建筑，以符合BREEAM设计评级（BREEAM是世界上建立时间最早,使用最广泛、公认最为客观和全面的绿色建筑评估、评级和认证标准之一）和净零运营碳排放标准，重点关注聚变设施的可持续性。 3、日本 2020年1月，日本政府发布《革新环境技术创新战略》强调要研发重点能源重点技术，其中包括聚变能源技术。对于聚变能，该战略指出，日本的战略目标是使国际热核实验堆（ITER）项目和其它采用更广泛方式途径（BA）开展的聚变项目活动稳步推进，以期在本世纪实现商业化。技术发展方面，该战略指出：①将通过开发加热装置和远程维护装置等主要设备来建立日本负责ITER项目设备的制造技术；②利用先进的超导托卡马克装置“JT-60SA”进行高压等离子体产生和控制的研发，以验证核聚变发电的安全性、可靠性和经济性；③从海水中收集锂和使用锂生产氚的技术进行研究和开发，为包括聚变中子发生器和燃料在内的测试设施做准备，这些设施将用于开发和评估具有抗聚变中子耐久性和低活化性能的结构材料和其他材料；④促进对螺旋法、激光法和其他创新概念的研究，以确保可控聚变技术的多样性⑤开发人力资源，培养从事可控核聚变长期研发和商业化的年轻研究人员。 2023年4月，日本政府发布《聚变能源创新战略》，提出了核聚变能源商业化的十年愿景愿景，表示要充分利用技术优势抓住市场胜算，有必要促进日本私营企业的进一步参与，并促使工业界、学术界和政府合作，努力实现聚变能源商业化愿景。为达成这一目标，该战略从发展聚变产业、发展聚变技术、构建促进聚变能源创新战略的框架、聚变人才培养等方面对于具体愿景进行了阐述。在发展聚变产业方面，为提高企业的可预见性，日本内阁府将针对产业需求可视化相关技术，绘制技术蓝图和产业蓝图；在发展聚变技术方面，将强化支持政策，使小型化、高度化的独创性新兴技术稳步推进ITER和BA项目的开展以及推进原型反应堆（DEMO）开发行动计划；在构建促进聚变能源创新战略方面，日本内阁府将成为聚变战略实施的指挥中枢，具体研发工作则由在量子科学技能研究开发机构（QST）设立的核聚变技术创新基地负责，以集结学术界以及民间企业共同从事研究开发；对于聚变人才培养方面，产学官合作有计划地培养从事核聚变工作的人才，为增加人才基数，在强化日本国内大学等人才培养的同时，还要从其他领域和其他国家引进优秀人才。 4、德国 2023年6月，德国教育与研究部（BMBF）以及马普等离子物理研究所（IPP）联合发表了题为《聚变研究立场文件》的报告，概述了磁约束聚变和激光惯性约束聚变研究中的行动领域和可能的战略导向措施，其将成为德国教育与研究部制定新聚变筹资方案的基础，同时也是德国国家聚变研究的战略重新定位以及通往第一座聚变发电厂的基础。报告指出，为了实现德国的聚变崛起，需要培养优秀的年轻科学家，为此，必须加强大学在面向聚变的等离子体物理学方面的教育，特别是在相应的工程领域的教育。同时，需要保持德国的相关研究设施是最新的，聚变研究是全球最前沿的，以吸引年轻研究人员加入可控核聚变研究。报告还对可控核聚变商业化提出了一些设想。报告认为需要考虑制定一套规则，根据这些规则，促进聚变发电厂的建设审批流程的开展。聚变发电厂不应当是由研究实验室单独建造的，需要吸引企业，尤其是新初创企业的加入。 5、小结 进入21世纪第二个10年，可控聚变能得到了各国政府战略层面的高度关注，英国和日本分别制定了本国的聚变战略政策，美国也在加速其国家级聚变战略的制定。从各国战略报告、路线图的内容来看，聚变能的商业化路径研究，监管方案的制定，相关材料的开发和人才培养等方向是各国在可控聚变领域关注的重点。 二、项目计划 1、美国 2020年至2023年，美国能源部DOE及其下属的ARPA-E和科学办公室推出了数十个项目以推进聚变能研究，方向主要涵盖针对球形托卡马克装置、仿星器装置的研究，等离子体相关研究以及人工智能技术在聚变能领域的应用。其资助信息如下表所示。 时间 资助额度（单位：美元） 资助研发方向 2020.02 5000万 （1）在美国和国际设施中研究聚变能，重点关注球形托卡马克的应用。（2000万，来自科学办公室项目）（2）具有商业吸引力的核聚变所需的一系列技术。（3000万，来自ARPA-E和科学办公室联合项目） 2020.03 3000万 （1）利用人工智能和机器学习方法预测关键等离子体现象、管理设施运营以及通过数据科学加速发现等主题。（1700万）（2）基础聚变理论研究，包括计算机建模和模拟，重点研究影响聚变反应堆中受磁场限制的热等离子体行为的因素。（1300万） 2020.03 300万 热等离子体测量和监测研究 2020.04 3200万 开发及时的、商业上可行的聚变能源，以增加低成本聚变概念的数量和性能水平 2020.04 1200万 聚变能和等离子体科学的量子信息科学（QIS）研究 2020.08 2100万 为国家球形托卡马克实验升级（NSTX-U）开发新诊断仪器 2020.08 2100万 支持聚变能源的人工智能和机器学习研究 2020.09 2900万 （1）聚变等离子体和工厂平衡之间的技术、材料、超导磁体和燃料循环子系统。（2）成本效益高、高效、高占空比的电气驱动器技术。（3）交叉领域，如新型聚变材料和用于聚变相关材料、部件的先进增材制造，以及它们的成本效益放大。 2020.09 1700万 国家球形托卡马克实验升级（NSTX-U）相关研究 2020.11 4200万 资助美国科学家利用德国和日本的仿星器聚变能源设施进行研究 2021.04 1100万 聚变和等离子体科学相关的量子信息科学 2021.07 6400万 资助美国科学家利用德国和日本的仿星器聚变能源设施进行研究 2022.03 5000万 支持美国科学家在全球各地的托卡马克和球形托卡马克设施上开展聚变能科学实验研究 2022.09 5000万 支持营利性实体与国家实验室、大学及其他机构合作，设计聚变试验工厂，推动聚变技术的重大更新，实现聚变的商业化发展 2022.09 4700万 支持美国科学家在全球各地的托卡马克和球形托卡马克设施上开展聚变能科学实验研究 2023.05 4500万 惯性聚变能源研发 2023.08 1.12亿 促进聚变、应用数据以及计算机领域科学家之间的合作，利用高性能计算机展开聚变科学计算研究 除了上述项目以外，能源部还多次通过聚变能源创新网络计划（INFUSE），资助与私营企业合作的项目。这类项目的项目周期为1-2年，资助额度在50000美元至500000美元之间，具体额度取决于私营企业与合作的美国能源部国家实验室之间签署的合作研发协议。 2、英国 英国十分重视对于其聚变研究与人才的培养。2020年11月，英国政府正式公布“绿色工业革命”十点计划，在绿色金融和创新计划中提到投资2.22亿英镑用于球形托卡马克能源生产（STEP）计划，支持到2040年在英国开发世界上第一个商业上可行的聚变发电厂；投资1.84亿英镑用于新的聚变设施和基础设施建设以及人才培训。 为了配套其聚变能国家战略，英国政府分别于2022年11月和今年9月两次宣布投入资金进行支持。2022年11月，英国政府承诺为聚变能研究提供1.26亿英镑，其中4210万英镑用于核聚变产业计划研究，8400万英镑用于支持欧洲联合环（JET）托卡马克运营。2023年9月，英国政府又宣布作为去年11月计划的补充，计划在2027年之前投资高达6.5亿英镑，用于支持①建设新设施，特别是发展新的聚变燃料循环能力和支持创新；②开发新的聚变技能包，以确保发展实现聚变战略所需的技能和能力；③进一步支持加强国际合作项目；④加快聚变商业化的其他措施，包括推进英国世界领先的用于能源生产的球形托卡马克计划。 除此之外，在今年初，UKAEA还加强了与本国、国外企业、大学、国家实验室的项目合作，如在2月，UKAEA投资310万英镑，与18个组织签订合同，推进聚变能源的商业化实现；3月，UKAEA与美国能源部橡树岭国家实验室开展为期5年、耗资300万英镑的合作项目，推动未来聚变发电厂新材料开发。此外，还与谢菲尔德大学、日本京都聚变工程公司签署合作协议，开发聚变相关技术与材料。 3、欧盟 2021年，欧盟委员会发布《欧洲原子能共同体2021年—2025年研究与培训计划》，以补充“欧洲地平线”计划。研究与培训计划开展周期将从2021年1月1日持续到2025年12月31日，资金预算为13.8亿欧元，资金将用于支持核聚变研究，进一步提高核安全和辐射防护，以及核技术的非动力应用研究。在核聚变方面，工作计划将为欧洲核聚变能源发展联盟（EUROfusion）制定清晰战略，旨在确保国际热核聚变实验堆（ITER）项目的成功实施并推进示范发电厂的准备工作。 4、国际原子能机构 国际原子能机构今年来发布了多项与聚变研发相关的合作项目邀约，如寻求惯性聚变能源材料研究和技术开发项目合作，旨在开发基本聚变材料和反应堆技术，推动聚变能源商业化；寻求聚变相关材料中的氢渗透项目合作，目标是提供有关聚变相关的容器内材料的氢渗透的评估实验数据，将这些数据用于聚变相关条件下氢渗透建模代码的基准测试；寻求聚变应用的小样本测试技术项目合作，旨在小样本测试技术的全面标准化奠定基础；寻求人工智能加速聚变研发项目合作，旨在实现的目标：利用人工智能方法进行实时磁聚变能（MFE）系统行为预测、识别和优化；使用人工智能方法通过模拟、理论和实验理解惯性聚变能量物理（IFE）；确定来自MFE和IFE数据的图像数据库对于人工智能驱动应用的可行性；加速社区参与和能力建设。 5、小结 从各国家、地区、组织的项目计划支持方向来看，基于球形托卡马克聚变装置、仿星器聚变装置的聚变相关研究是英美等国家的关注重点，包括相关的聚变材料的开发。此外，支持聚变能源的人工智能方法的研究也是重点关注的方向。值得注意的是，许多项目涉及了私营企业的参与以及私营企业与国家实验室、大学等机构的合作，这也是国外聚变项目计划资助的一个显著特点。

随着全世界各国陆续宣布碳中和目标，太阳能、风能等可再生能源的发展取得了显著进步。但其在时间上具有间歇性、在空间上具有分布不均的特点，如果直接并网将对电网产生强烈冲击。因此，储能系统的建立，尤其是将储能与数字化、智能化技术深度融合形成的新型储能技术，能有效融合电、热、冷、气、氢等多个能源子系统，实现多能协同，是未来能源革命的关键支撑技术。本文基于文献计量、专利分析等方法，分析了近十年（2013—2022年）锂离子电池、钠离子电池、液流电池、金属-空气电池、压缩空气储能、重力储能等6项新型储能技术的研究前沿、技术布局和发展趋势。 1、新型储能基础研究前沿主题 全球新型储能基础研究论文发文量在近10年快速增长，其中锂离子电池领域发文量最多（占比73.4%）。尤其是近2年，全球新型储能发文量占近10年总量的41.9%，其中金属-空气电池和重力储能技术方向占比均超过50%。全球主要国家均在新型储能领域开展广泛研究，中国表现尤为突出，以70091篇发文量位居全球首位（占比53.5%），其次是美国（16.6%）和韩国（8.4%）。中国钠离子电池和锂离子电池发文量全球占比最大（65.0%和59.5%），且具备相对较高的影响力，高被引论文数量占全球的76.0%，尤其是钠离子电池和金属-空气电池的高被引论文超过全球8成（84.7%和88.5%）。基于主题新颖度（Nj）、主题强度（Sj）、主题影响力（Aj）、主题增长度（Gj）4个论文计量指标的表现，综合指数排名前3位的新型储能基础研究前沿主题如表1所示。 2、新型储能技术布局重点方向 针对近3年（2020—2022年）6种新型储能技术相关专利进行主题聚类词云分析发现（图1），技术布局如下：①循环稳定性材料，包括负极材料、正极材料、锂电池隔膜、前驱体材料、热失控等；②合成工艺，如预测模型、电化学模型等；③锂电池，侧重于锂电池组、电极材料等；④钠离子电池，包括正极材料、电解液添加剂、固态电解质材料等；⑤物理储能系统，侧重于压缩空气储能、重力储能等。 分析近3年新型储能技术发明专利前15位国际专利分类号（IPC），可获知其主要布局方向，如表2所示。 3、新型储能技术发展趋势 锂离子电池：预计到2030年，锂电池储能系统的平准化成本可以降到0.2~0.3元/千瓦时，在灵活性调节资源中逐步具有竞争力。在技术突破方面，锂离子电池需要解决适应高安全、低成本、大容量应用需求的电池体系和材料、工艺及设备国产化问题；研究锂电池储能系统的故障机理、安全设计、成套设备及智能运维；锂矿资源高效开采、提炼及锂资源循环利用技术。 钠离子电池：目前仅处于研发示范阶段，未来商业化应用后其平准化成本预计比锂离子电池低20%左右，有望在固定式储能领域替代锂离子电池。重点需要突破以下技术方向：开发综合性能优异的正极材料，低成本、长循环、高能量密度、高倍率、无毒无害、加工简单是正极材料主要追求的性能；开发综合性能优异负极材料，同时如何兼顾合金或转换类的高容量与循环稳定性也是未来的发展方向；不断提高电池的能量密度，除了要提高材料本身性能之外，还需要在锂离子电池制造工艺的基础上探索适合于钠离子电池特点的制造工艺。 液流电池：未来全钒液流电池最具发展前景的方向是构建商用液流电池系统电站。预计到2030年平准化成本达到0.2~0.3元/千瓦时，将出现一定规模的商业化应用，随后将随着产业规模扩大成本进一步下降，并在长时、大容量储能中占据一定的份额。未来研究和开发将集中在：使用无腐蚀性、安全、低成本氧化还原活性的有机材料；通过开发氧化还原活性材料增加电池能量密度；通过电极表面改性修饰，提高电极表面电流密度；利用高度可逆的氧化还原电偶增加电池寿命；通过扩大活性物质的浓度以及降低电解液沉淀实现整个电池系统能效的提高。 金属-空气电池：金属-空气电池以其超高的能量密度在下一代储能设备研究中占有重要地位。未来需在以下领域开展研究：金属-空气电池的材料设计，通过提高金属电极的可逆性，抑制副反应，优先解决可再充电能力问题；除了开发提高电池性能的材料设计方法外，还需寻找适用于大容量储能的应用，以实现金属-空气电池大规模商业化发展；电池结构的设计，如循环电解质流动的电池结构。 压缩空气储能：作为最具发展潜力的大规模物理储能技术，到2030年先进压缩空气储能将在长时储能领域成为抽水蓄能的重要补充，并且每千瓦时装机成本预计将在目前的0.25~0.3元基础上再降低20%~30%。未来发展趋势包括：积极研究开发人造洞室、金属材料及复合材料储气等新型储气形式，摆脱压缩空气储能系统对地理条件的依赖，促进其大规模推广应用；开展精准热力学模型、地下洞穴稳定性评价和复合材料储气结构特性等方面的研究，为压缩空气储能系统储气装置的选型与应用提供理论指导依据；开发热塑性复合材料以取代金属材料用于压缩空气储能系统。 重力储能：目前，重力储能技术正处于探索发展阶段，大规模投入生产应用的项目案例鲜有报道。未来研究重点主要包括：大功率电动/发电机及其运行控制，发电机连接轴承研制和其他转动方法开发；重力储能电站上下仓布置方法，重物输送系统节能增效；重力储能系统集群运行与控制，重力储能系统的稳定性和全天候适应性；重物材料及来源的可循环性等。政策动态

9月13日，美国众议院农业委员会通过了《重建更好法案（Build Back Better Act）》，该法案包括为美国农业部提供10亿美元资金。

10月6日，澳大利亚矿物委员会发布了《澳大利亚小型模块化反应堆》研究报告。该报告分析了三种小型模块化反应堆（SMR）的设计及其在澳大利亚的潜在用途。

10月1日，英国政府发布《面向聚变能源：英国政府聚变能战略》，阐述了英国如何利用科学、商业和国际领导地位来实现聚变能源的交付，该战略有两个总体目标。

9月30日，韩国制定《幸福城市碳中和推进战略》，提出了到2040年实现碳中和的长期目标、5项实施战略和15项任务。

10月1日，澳大利亚宣布制定减排基金（ERF），全球首创向大型CCS项目授予可交易的碳信用额（ACCU）。

9月22日，丹麦诺和诺德基金会宣布将注资6.3亿丹麦克朗（8,470万欧元）成立一个跨学科的二氧化碳研究中心。

9月29日，英国谢菲尔德大学宣布将建造一个可持续航空燃料创新中心（The Sustainable Aviation Fuels Innovation Centre，SAF-IC），该中心由欧洲区域发展基金和谢菲尔德大学联合资助。