小型模块化核反应堆 (SMR) 为人工智能提供动力：100 亿美元的核革命改变数据中心
小型模块化反应堆（SMR）已准备好成为人工智能基础设施的支柱，科技巨头已承诺为核合作提供超过 100 亿美元的资金，全球正在开发22 千兆瓦的项目。首批商用 SMR 驱动的数据中心将于2030 年投入使用，这标志着我们为数字经济提供动力的方式发生了关键性转变。核技术与人工智能的融合解决了一个关键挑战：到 2030 年，人工智能数据中心的年耗电量将达到945 太瓦时--相当于日本的总耗电量--同时需要全天候无碳电力，而只有核能才能可靠地提供这种电力。
SMR 的工作原理与传统核电有何不同
SMR 通过工厂制造和模块化设计从根本上重新规划了核能。与历时 5-10 年在现场定制建造的传统反应堆不同，SMR 组件在受控的工厂环境中制造，并作为标准化模块装运，从而将建造时间缩短至24-36 个月。这些反应堆每个模块的发电量在5 到 300 兆瓦之间，而传统核电厂的发电量则在 1000 兆瓦以上，因此可以根据具体的电力需求灵活部署。
其核心创新在于依靠重力和对流等自然物理过程而不是泵、阀门和操作员干预的被动安全系统。例如，当 NuScale 的反应堆关闭时，它可以在没有任何外部动力或人为操作的情况下自行冷却七天，而这是传统设计所无法实现的。一些先进的反应堆，如 X-energy 的 Xe-100 使用的TRISO 燃料，即使在超过 1600°C 的温度下也不会熔化。
目前的 SMR 设计涵盖六个技术系列，从成熟的压水反应堆到先进的熔盐和高温气体系统。NuScale 的77 兆瓦模块可按 4、6 或 12 个单元的配置进行组合，形成 308 至 924 兆瓦的发电厂。与此同时，TerraPower 的 Natrium 反应堆将345 兆瓦的钠冷反应堆与熔盐储能系统结合在一起，使输出功率在高峰需求期间激增至 500 兆瓦，非常适合人工智能培训工作负载的可变负载。
成本比较揭示了挑战和机遇。虽然目前首批 SMR 项目的资本成本为每千瓦 3,000-6,000 美元，但制造商预计，通过批量生产，这些成本将低于常规核电的每千瓦 7,675-12,500 美元。目前，SMR 的平准化电力成本为 89-102 美元/兆瓦时，高于风能和太阳能的 26-50 美元/兆瓦时，但考虑到容量系数超过95%，与可靠的基荷替代能源相比具有竞争力。
人工智能基础设施危机正在推动核技术的应用。
现代 GPU 数据中心已成为贪婪的能源消耗者，电力需求以前所未有的速度攀升。英伟达™（NVIDIA®）最新的Blackwell B200 GPU单个功耗高达1,200瓦，而未来的人工智能加速器机架则达到240千瓦，相当于为200个美国家庭供电。单个大规模人工智能训练集群可需要500 兆瓦的连续电力，大致相当于一个中等规模的城市。
其集体影响是惊人的：到 2024 年，仅部署的 H100 GPU 就将消耗13.8 太瓦时，相当于格鲁吉亚或哥斯达黎加等国的全部耗电量。到 2030 年，美国数据中心的用电需求将从占总用电量的 4% 激增至9-12%，全球需求将增长160%，达到每年 945 太瓦时。这一增长轨迹促使科技公司确保专用电源，因为传统的电网基础设施无法快速扩展以满足需求。
SMR 在为这些设施供电方面具有独特的优势。它们的模块化可扩展性允许精确匹配数据中心的增长--从单个 77 兆瓦模块开始，随着计算需求的增加而扩展。全天候的基荷发电消除了可再生能源的间歇性挑战，这对于无法忍受电力中断的人工智能工作负载来说至关重要。也许最重要的是，SMR 实现了电网独立，使数据中心无需与当地社区竞争电力或等待数年进行输电升级即可运行。
SMR 与数据中心之间的技术整合产生了显著的凝聚力。数据中心已经需要复杂的冷却系统来管理来自 GPU 的热量，液体冷却市场每年以20.3%的速度增长，以处理超过 100 千瓦的机架密度。SMR 可以为吸收式制冷机提供电力和工艺热量，而 35-45°C 的数据中心废热则是区域供热应用的理想选择。这种热电联产方法可将整个系统的效率提高到80% 以上，将废物流转化为宝贵的资源。
科技巨头之间的核军备竞赛。
确保核电安全的竞赛引发了前所未有的合作与投资浪潮。亚马逊网络服务公司（Amazon Web Services）拥有最雄心勃勃的计划，承诺通过向 X-energy 公司投资 5 亿美元以及与华盛顿州和弗吉尼亚州的合作，到 2039 年部署5 千兆瓦的SMR 容量。他们的西北能源协议最初将部署四个 Xe-100 反应堆，发电量为 320 兆瓦，十二个模块的发电量有可能扩大到 960 兆瓦。
2024 年 10 月，谷歌与 Kairos Power 公司签署了全球首个企业 SMR 购买协议，将在 6-7 座熔盐反应堆中部署500 兆瓦的电力，创造了历史。第一台机组将于 2030 年投产，并于 2035 年全面部署。该协议为 SMR 制造商提供了关键的 "订单 "需求信号，以证明工厂投资的合理性并实现规模经济。
微软采取了不同的初步方案，与星座能源公司签署了一份为期 20 年的协议，重启三哩岛 1 号机组，确保到 2028 年提供837 兆瓦的无碳电力。与此同时，微软还组建了一支内部核团队，从 Ultra Safe Nuclear 和田纳西流域管理局聘请了原子技术总监，为其全球数据中心机群制定全面的 SMR 战略。
目前的建设是该行业的分水岭。TerraPower 公司的Natrium 反应堆于 2024 年 6 月在怀俄明州 Kemmerer 破土动工，这是美国首个商业化先进反应堆建设项目。该项目耗资 40 亿美元，得到了美国能源部和比尔-盖茨的支持，到 2030 年将以 345 兆瓦的清洁电力取代一座即将退役的煤电厂。该设施的集成熔盐储存系统使其能够在五个小时内将输出功率提升至 500 兆瓦，非常适合人工智能的工作量变化。
全球部署加速，超越美国国界。
虽然美国在已宣布的项目中处于领先地位，但国际市场也在迅速发展自己的 SMR 能力。中国的 "玲珑一号 "于 2023 年成为世界上首个投入运营的商业陆基 SMR，在海南省生产 210 兆瓦。中国已拨出约 250-350 亿美元用于国内部署，并将自己定位为占据重要的出口市场份额。
加拿大已成为另一个先行者，安大略发电公司于 2025 年 4 月获准在达林顿建造通用电气日立 BWRX-300 核电机组。这个耗资 77 亿加元的项目计划于 2029 年投入运营，另外三个机组计划耗资 132 亿加元。经过验证的沸水反应堆技术的资本成本比传统核电厂低 60%。
2024 年 10 月，欧盟为其工业联盟挑选了九个 SMR 项目，涵盖从铅冷快堆到熔盐系统的各种技术。仅波兰就已承诺部署多个 SMR，以取代煤电厂，ORLEN Synthos Green Energy 公司领导着一个由 17 家公司组成的联合体，遍布 11 个国家。罗马尼亚计划在 2029 年之前部署 NuScale 的六模块 VOYGR 工厂，成为第一个拥有运行 SMR 的欧洲国家。
英国对罗尔斯-罗伊斯公司的470 兆瓦SMR 设计下了重注，政府提供了 2.8 亿英镑的资金，私人投资也提供了相应的资金。该技术于 2025 年进入监管评估的最后阶段，已确定部署四个地点，并计划于 2030 年代中期并网。建筑合作伙伴 Laing O'Rourke 和 BAM 带来了关键基础设施方面的专业知识，以加快部署速度。
技术路线图有望带来巨大进步。
未来十年，核技术部署将发生根本性转变。第一代 SMR（如 NuScale 的 77 兆瓦模块和通用电气日立的 BWRX-300）依靠成熟的轻水反应堆技术，能够在 2030 年之前利用现有的燃料基础设施和监管框架进行部署。这些设计通过无源系统实现了更高的安全性，同时保持了与当前核供应链的兼容性。
将于 2030 年代初问世的第四代先进反应堆将释放出新的能力。熔盐反应堆在大气压力下运行，燃料溶解在液态盐中，可以连续运行长达 150 个月而无需补充燃料。高温气体反应堆（如 X-energy 公司的 Xe-100 反应堆）的温度可达750°C，可应用于制氢和工业过程供热。TerraPower 的钠冷 Natrium 设计集成了热存储，将核电站转变为可调度资源，与可再生电网互为补充。
微型反应堆代表了核创新的前沿，Oklo、西屋和其他公司的设计提供了1-30 兆瓦的工厂密封装置。这些反应堆可以运行数十年而无需补充燃料，因此可以部署在偏远地区或作为边缘计算设施的分布式电源。Oklo 的 Aurora 发电厂已经签订了到 2044 年部署12 千兆瓦的协议，这表明市场对简化核电解决方案的巨大需求。
成本预测显示了一条通往竞争力的清晰道路。Wood Mackenzie 预测，随着制造商实现每翻一番产能 5-10% 的学习率，到 2030 年，SMR 的成本将降至每兆瓦时 120 美元。在 5-7 个单位或 10-20 千兆瓦的装机容量之后，该技术将达到学习曲线高点，进一步降低成本的速度将放缓。战略性工厂投资和供应链发展将被证明是实现这些目标的关键。
监管改革加快了部署时间表。
为了能够部署 SMR，监管环境发生了巨大变化。拜登总统发布的第 14300 号行政命令规定，新反应堆申请的审查时间最长不得超过 18 个月，而以往的审查时间为 5-7 年。核管理委员会正在制定第 53 部分，这是一个为先进反应堆量身定制的全新许可框架，强调基于性能的标准而非规范性要求。
通过国际原子能机构的 "核协调与标准化倡议 "开展的国际协调工作有望实现标准化设计的全球部署。SMR 监管机构论坛汇集了来自美国、加拿大、英国和其他国家的权威机构，共同制定安全评估方法。这些协调努力可以减少在多个国家部署经过验证的设计所需的时间和成本。
2024 年 ADVANCE 法案》引入了重要的改革措施，包括为 SMR 申请减免 50% 的费用，以及在能源部场址建设示范反应堆的新途径。制造许可证将使工厂能够生产经过认证的模块，而新的监管框架则允许标准设计的多站点部署。早期的场址许可和设计认证现在可以同步进行，从而缩短了项目时间。
前进的道路上，希望与挑战并存。
尽管发展势头强劲，但 SMR 革命仍面临着巨大的阻力。首创项目的资本成本仍然很高，为每千瓦 3,000-6,000 美元，需要有耐心的资本和政府支持。许多先进设计所需的高分析低浓缩铀（HALEU）燃料目前依赖俄罗斯供应，尽管国内生产设施正在开发中。公众的接受程度仍然参差不齐，社会各界在权衡清洁能源的好处与历史事故造成的核安全问题之间徘徊。
从材料合格性到废物管理等领域的技术挑战依然存在。一些 SMR 设计产生的放射性废物量可能是传统反应堆的2-30 倍，尽管总放射性较低。供应链的发展需要重建沉睡了几十年的核制造能力。必须加快劳动力培训，以提供 SMR 建造和运行所需的专业技能。
将 SMR 与人工智能数据中心集成在一起的基础设施非常复杂，需要专业的技术知识。从每个机架消耗数百千瓦的高密度 GPU 部署，到管理极端热负荷的复杂液体冷却系统，公司必须驾轻就熟。像 Introl 这样的基础设施专家，拥有在全球部署超过 10 万个 GPU 和管理复杂数据中心迁移的经验，了解扩展人工智能基础设施所面临的独特挑战。他们的专业知识横跨 亚太市场随着核电和人工智能计算基础设施在全球范围内的扩展，他们将为这些技术的融合提供支持。
然而，推动采用 SMR 的各种力量汇聚在一起，似乎势不可挡。科技公司贪得无厌的电力需求、到 2030-2040 年实现净零排放的承诺以及电网基础设施的限制，形成了一场有利于核电解决方案的完美风暴。仅在美国，政府支持就超过 55 亿美元，加上数十亿美元的私人投资，为克服初期部署障碍提供了所需资金。最关键的是，对于争夺技术领先地位的公司和国家来说，另一种选择--由于电力限制而限制人工智能的发展--是不可想象的。
结论
小型模块化反应堆处于我们时代两大决定性挑战的交汇点：为人工智能革命提供动力和实现深度脱碳。随着首批机组破土动工，科技巨头承诺投入数十亿美元以确保未来的发电能力，这项技术已经从概念发展到建设阶段。到 2030 年，SMR 将开始为从怀俄明州到华盛顿州的数据中心提供电力，从而证明工厂建造的核电是否能够兑现加强安全性、加快部署和具有竞争力的成本的承诺。
未来五年将决定 SMR 是成为 21 世纪能源基础设施的基石，还是继续作为过渡技术。要想取得成功，就必须继续进行监管改革，实现制造规模，解决燃料供应限制问题，或许最重要的是--完美地执行第一代项目。在计算能力日益决定经济和战略竞争力的人工智能时代，掌握 SMR 部署的公司、社区和国家将获得决定性的优势。核复兴已经开始；其最终影响将重塑我们未来几代人的能源生产和消费方式。
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