Fusion Energy 融资

FusionEnergy融资* AbdullahAlhamdan,†ZacheryM.Halem,‡艾琳·埃尔南德斯,§AndrewW.Lo,**ManishSingh,††丹尼斯·怀特‡‡ 本次修订：2022年12月13日 Abstract 考虑到全球能源需求的增加、每年二氧化碳的高产量以及风能和太阳能的技术限制，投资聚变能源的理由从未如此之大。然而，事实证明，通过传统手段为核聚变公司融资具有挑战性。虽然融合初创公司拥有无与伦比的上行空间，但它们高昂的前期成本、长时间的回报延迟以及商业失败的高风险，历史上一直将资金兴趣限制在一组利基投资者身上。根据投资者访谈和公私伙伴关系案例研究的见解，我们提出了一种大型融资结构，其中大量项目被证券化为通过各种债务和股权部分资助的单一控股公司，首先损失政府和慈善合作伙伴的资本担保。该公司利用了聚变行业的许多核心特性：产生聚变反应的方法的多样性，在相关领域创造创收资产的能力以及支持正常运行的发电厂所需的辅助技术的广度。该模型通过创建具有不同风险收益权衡的转债并提供多样化的“融合指数”来扩展可用资本池，该指数可以被视为对化石燃料的长期对冲。对融合巨富的模拟表明，使用债务筹集的资本的股票收益（ROE）为正，违约率低。 关键词：聚变投资；绿色投资；聚变金融；聚变投资组合；去风险策略；脱碳；金融工程 *我们感谢DaBrer，PeterBrim，SteveCowley，LeslieDewa，MalcolmHadley，MarMattMiller，麻省理工学院技术许可办公室 ，BobMmgaard，JacqelyPless，JohSterma，AdrewSymes，JesseTre，SatiagoVelez，AlbertWeger和SamWrzel提供了有益的我们感谢施密特期货和麻省理工学院金融工程实验室的研究支持。 †麻省理工学院斯隆管理学院 ‡麻省理工学院运营研究中心和金融工程实验室；Lazard §加塔卡公司. **麻省理工学院斯隆管理学院，金融工程实验室，EECS和CSAIL；圣达菲研究所；通讯作者。 ††麻省理工学院金融工程实验室 ‡‡麻省理工学院等离子体科学与融合中心 ©2022byAlhamdan,Halem,Hernandez,Lo,Singh,andWhyte 保留所有权利 1Introduction 随着温室气体水平的上升，全球变暖的影响已经以极端天气事件的形式出现，以及预计到本世纪末世界石油供应将枯竭，创造可持续的，无限的能源至关重要。虽然太阳能和风力发电技术在效率和成本方面有所改善，但存在结构性限制，阻止这些可再生资源取代以化石燃料为主的能源经济。 聚变能是通过将原子融合成新元素而释放能量的反应。这个为恒星和我们的太阳提供动力的过程具有理想能源的品质：高功率密度，高可调度性（i。Procedres.，没有间歇性)，无限的燃料可用性，低环境影响和高可持续性，没有失控反应的风险，因为它依赖于其燃料保持高温，而不是连锁反应。2022年12月5日，当加州大学伯克利分校劳伦斯·利弗莫尔实验室的国家点火设施实现第一个产生净能量的聚变反应时，理论上的聚变可能性成为现实。1 实现这种碳中和未来的两个主要挑战是融合大规模生产净电力的可行性，以及近期部署发电厂示范的不确定时间表。虽然核聚变研究历来由政府或政府资助的项目资助和执行，但最近私人企业激增，旨在采用与ITER官僚庞然大物不同的方法（拉丁语的意思是“方式”），世界上最大的核聚变计划，得到了欧盟、中国、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国的支持。ITER的预期预算为22B欧元，承诺“生产500兆瓦的聚变动力”，“...演示聚变发电厂技术的集成运行”，以及“实现氘-氚等离子体 ，其中反应通过内部加热来维持。."2虽然ITER通常被认为是朝着核聚变科学正确方向迈出的一步，但美国能源部对其预计成本表示怀疑，估计为65B美元（Kramer，2018年）。ITER的第一个等离子体的时间表现在定于2025年，面临着延误，科学界也反对ITER没有提供经济上可行的核聚变的直接途径。每兆瓦电力的成本点将与在竞争激烈的能源格局中运行所需的成本相差一到两个数量级(美国国家科学院，2021年)。 1https://www.nytimes.com/2022/12/13/science/nuclear-fusion-energy-breakthrough.html。访问时间为2022年12月13日。 2https://www.iter.org。访问时间为2020年12月11日。 在聚变能源领域的私人方面，大约有22家不同的公司正在使用各种物理驱动技术来探索聚变反应。虽然杰夫·贝索斯、比尔·盖茨和彼得·泰尔等人支持了其中一些企业，但与研究进展相比，私人聚变行业的资金仍然严重不足，因为累计筹集的资金仅占ITER预算的4%左右。例如，麻省理工学院的衍生产品，英联邦聚变系统公司，已经证明了其托卡马克反应堆设计SPARC可以产生十倍的净能量增益（Creely等人。，2020)基于获得更强大的超导体电磁铁。英联邦预计将在2025年生产其第一个聚变等离子体，其紧凑的设计预计将只占ITER成本的一小部分（截至2021年11月，英联邦已筹集了约2B美元）。高昂的启动成本，每个企业的高回报风险，非典型的预期回报前景以及底层技术的复杂性，使聚变领域的资本部署低于其对能源市场的预测渗透所保证的。 在本文中，我们综合了聚变能源经济中当前和潜在的未来利益相关者的观点，包括（但不限于）学术研究小组，政府实验室，初创公司、能源部门特定投资者和一般投资者，评估私人融合融资的趋势和观点，然后就如何利用金融工程方法来激励更大的资本化提供建议。在其编制过程中，我们采访了领先研究机构的学者；以前资助过核聚变项目的投资者；已经通过核聚变计划的投资者；能源顾问小组的成员，投资银行和主权财富基金；融合初创公司的创始人；以及能源部高级研究计划局-能源（DOEARPA-E）的成员，这是美国政府能源技术探索的研究引擎。这些利益相关者接受我们采访的坦率是显而易见的（并受到赞赏），这证明了融合社区的活力和热情。 我们在第2节中开始讨论，概述了当前的能源格局，以激发对强大的聚变能源行业的需求。转向经济学，我们介绍了我们的访谈所确定的当前对融资融合的普遍态度，以及对融合中先前的投资回合的分析。我们介绍了人类基因组计划和核裂变的发展作为案例研究，这些案例可能预示着聚变部门的潜在发展。然后，我们讨论与成功的融合生态系统相关的辅助技术，并强调核心融合研究可能导致的各种衍生应用。 借鉴访谈中的见解，我们提出了一种融资融合的巨富证券化方法，将许多高风险项目合并为一个单一的金融实体，从而将融合项目组合的风险收益平衡改善为 指出，除了股票部分之外，资金可能来自一系列优化的债务证券。我们通过利用慈善来源（超高净值[UHNW]个人或私人基金会）和政府的首次亏损资本担保，在早期为高级和夹层债券持有人的息票支付提供资金，进一步降低了巨型基金的风险。这项工作代表了megafd概念在生物技术领域之外的首次应用。这种财务结构利用了融合行业的独特属性，其中包括融合公司进行多种类型资产剥离的能力 （例如剥离独立公司或执行股权分割），行业对控制系统、3D打印和快速自动化材料测试等辅助技术的需求不断增加，以及与学术机构合作的能力。只要管理的总资产（AUM）与聚变行业中存在的可投资资产数量一致，这种结构就有可能立即实施，但随着聚变行业规模的扩大和商业表现能力的展示，这种结构将在相关性上扩大规模。 然后，我们通过利用与投资者，学者和大型慈善合作伙伴合作估算的真实融合资产的参数，展示了大型车辆的性能模拟。最后，我们讨论了我们的megafd模型的好处和局限性，并概述了我们工作的未来方向。附录提供了有关融合研究和实践的历史观点，支持数学公式和推导，以及其他模拟结果和敏感性分析。 2当前的能源景观 由国际能源署（IEA）委托发布的《2019年世界能源展望报告》将当今的能源格局描述为“严重差异”。2019年全球二氧化碳排放总量为368亿吨，比前一年创纪录的水平增加0.6%，尽管最近的国家气候评估报告告诫减少温室气体排放以防止经济和基础设施破坏。尽管许多机构承诺将能源系统扩展到发展中国家和农村地区，但仍有8.5亿人缺乏可靠的电力，占世界人口的10％以上。最后 ，高效和负担得起的可再生能源生态系统的政治理想与石油和煤炭主导的经济的当前现实不相容。2018年，石油和煤炭分别占全球消费量的54.2和43.7TWh，使风能和太阳能满足的3.3和1.5TWh的消费量相形见绌。3全球对石油的依赖进一步加剧 3源数据可在https://ourworldindata.org/energy找到。 由于地缘政治紧张局势和油价对世界事件的弹性而变得复杂。例如，在沙特阿拉伯石油设施遭到导弹袭击后，全球油价在2019年9月16日上涨了20％。4 国际能源机构的差异预计将在显眼和影响上加剧，因为人口的增加和强劲的经济增长，特别是在亚洲，将需要扩大能源部门。目前，世界人口以每年1.05％的速度增长。5美国能源信息署（EIA）预测，到2050年，全球能源需求将增长50％。根据对未来能源生产和消费的预测，评估了三种不同的情景：现行政策情景，既定政策情景和可持续发展情景。 国际能源署的未来能源系统情景 根据现行政策情景（CPS），IEA认为，如果能源动态继续保持在目前的道路上，由于缺乏强有力的财政激励，排放量将继续上升，而能源效率将停滞不前。作为替代方案，IEA的国家政策方案 （SPS）列举了如果所有国家遵守2016年联合国巴黎协定和其他计划的现有和宣布的政策，能源生产和消费的变化。实际上，到2040年，全球能源需求将以每年1％的速度增长（CPS为1.3％），这得益于低碳能源供应的扩大，主要是太阳能光伏（PV）和天然气。然而，在这种情况下，能源需求增长的后果仍将远远超过转型的清洁能源经济的好处，《巴黎协定》中概述的可持续性目标将不会体现出来。 IEA的可持续发展情景（SDS）记录了事件的最终可能过程，如果各国采取必要行动充分实现《巴黎协定》的目标，以将全球气温上升控制在1.5C.SDS的核心政策包括对太阳能和风能的巨大依赖（提高其净效率并降低成本），能源系统的现代化，目标是到2030年实现完全电气化，以及激励需求向高效建筑，运输和基础设施的转变。与SPS一样，SDS的进展取决于两个主要工具-政府政策方面的国际合作和可再生能源生产的经济激励措施-两者都面临着若干挑战。 4还有其他影响石油经济的重大地缘政治中断的实例，例如利比亚内战，伊拉克战争和伊朗革命。详细信息可以在https: //abcnews.go.com/Business/supply-demand-gitigraphy-tensions-oil-price-rise/story?id=65640000。访问于2020年8月20日。 5请参阅https://www.worldometers.info/world-population/。 通过政府政策推动行为改变的主要困难可以在统一的国际政策的协调，国家政府的善变（或腐败）性质以及联邦制的权力动态中找到。许多研究提出了博弈论模型，以诱导具有不同资源和优先级的国际代理商之间的合作（Decaio＆Fremstad，2013；W，2014）。然而，在实践中，调整各国的目标仍然具有挑战性。鉴于碳排放被建模为公共坏事，叛逃国家的外部性可能对所有人都有害。例如，美国退出《巴黎协定》预计将使2030年美国的排放量比该协定之前的估计高出3％（气候行动追踪，2019年）。在全国范围内，气候政策进展的主要障碍包括民主社会中政党控制的波动，专制和寡头国家的腐败，采掘国家的持续存在，以及关于当前气候危机的公开错误信息（或缺乏公共教育）（Lamb＆Mix，2020）。最后，与所有政府事务一样，对联邦制的争论-即不同级别政府之间关于权力和责任划分的分歧