谷歌採購6-7座核反應堆，美國四代堆迎來新生？

AI技術帶來的巨大算力需求，讓大型科技企業對電力的飢渴日益攀升。為滿足電力需求，當地時間週一，谷歌宣佈與核能初創公司凱羅斯電力（Kairos Power）簽訂協議，計劃向後者購入擬建的6-7個小型模塊化核反應堆（SMRs）的電力，總容量達500兆瓦。

這意味着谷歌將成為首家委託新建核電站以為其數據中心供能的公司。在此之前，微軟已經同三哩島核電站達成了重啓合作。

凱羅斯電力路透社

值得一提的是，谷歌與凱羅斯公司的合作採用了第四代核反應堆技術。來自科技巨頭的資金，也讓美國四代堆迎來了新的發展機遇。

根據協議，首個小型模塊化反應堆將在2030年之前投入使用，並在2035年之前進行更多部署。兩家公司沒有透露協議的財務細節以及建廠地點，同樣目前還不清楚這些反應堆是會直接連接到谷歌的站點上、還是會併入電網。

此外，谷歌通過與凱羅斯電力的合作，採取了一種訂單框架的方式，而不是一次購買一個反應堆，這被看作是向市場發出需求信號，並做出長期投資以加速SMRs的開發 。凱羅斯電力公司的首席執行官和聯合創始人Mike Laufer表示，他們對這種新方法能夠改善項目按時按預算交付的前景感到有信心。

谷歌能源和氣候高級總監邁克爾·特雷爾（Michael Terrell）表示，通過與凱羅斯的協議，谷歌將獲得無碳電力，該協議是“谷歌15年清潔能源之旅中的里程碑”。

特雷爾補充道，“我們相信核能在支持我們的清潔增長和幫助實現人工智能進步方面發揮着關鍵作用”。

通過這筆交易，谷歌加入了微軟和亞馬遜的行列，這些大型科技公司都在尋求利用核能來填滿自家對電力的高需求。

美國重啓核電之路

今年9月，微軟宣佈與Constellation Energy公司達成協議，重啓2019年關閉的三哩島（Three Mile Island）反應堆，並從中購買未來20年的電能；今年早些時候，亞馬遜也表示將建立一個超大規模的數據中心，並將其直接連接到賓夕法尼亞州的另一家核電站。

不過，三哩島核反應堆曾經爆發過美國曆史上最嚴重的商業核電站事故。1979年3月28日位於美國賓夕法尼亞州薩斯奎哈納河三哩島核電站（Three-Miles Island Nuclear Generating Station，TMI）兩座反應堆之一發生部分熔燬。該事故被國際核事件分級表列為五級核能事故。

事故發生後，全美震驚，核電站附近的居民驚恐不安，約20萬人撤出這一地區。美國各大城市的羣眾和正在修建核電站的地區的居民紛紛舉行集會示威，要求停建或關閉核電站。美國和西歐一些國家政府不得不重新檢查發展核動力計劃。此後30 餘年，美國再沒建起新的核電站。

凱羅斯是新型核能初創企業之一，他們正在建造所謂的小型模塊化反應堆，試圖降低成本，加快核電站的建設速度。

根據國際原子能機構（IAEA）的數據，截至2022年12月31日，全球在運核電機組共計411台，裝機容量371.0吉瓦（GW），即371,000兆瓦。這意味着一個500兆瓦的核反應堆在全球核電裝機容量中佔比相對較小。目前大型商業核反應堆的發電能力遠超過500兆瓦，能夠提供1000兆瓦或更多的電力，但需要數年的規劃和近十年的建設。

而小型模塊化反應堆由於其簡化的設計和強大的固有安全性，為加速核部署提供了一條新途徑。更小的尺寸和模塊化設計還可以縮短施工時間，允許在更多地方部署，並使最終項目交付更具可預測性。

據美國能源部（DOE）的數據，核電在所有發電來源中具有最大的經濟影響，並創造了高薪的長期就業機會。該機構估計，2050年，美國的先進核電裝機容量達到200吉瓦時，並將需要額外的37.5萬名工人。

凱羅斯公司還試圖進一步推進SMRs這項技術，不是用水，而是用氟化鋰和氟化鈹的熔鹽來冷卻反應堆。美國核管理委員會（Nuclear Regulatory Commission）已經批准了這家初創公司建造一座35兆瓦示範反應堆的計劃。

儘管獲得了監管機構的認可，凱羅斯仍然面臨着多重挑戰。其一，目前還沒有商業化的小型模塊化反應堆投入使用，這意味着其經濟效益在很大程度上尚未得到證實；其二，凱羅斯的熔鹽冷卻設計顛覆了數十年來水冷反應堆的行業經驗。

然而凱羅斯的最大挑戰可能根本不是技術上的，而是民眾的接受程度。根據皮尤研究中心的調研數據顯示，56%的美國人支持核能，44%的人仍然反對。最重要的，一旦將小型反應堆的建址地點（更靠近市中心）考慮在內，反對的人數可能還會上升。

相較於核能，更多的人支持風能和太陽能，這兩種技術成本遠低於新建核電站。

中國四代堆已商用發電，美國還在搞試驗

2024年7月，凱羅斯電力公司在美國橡樹嶺動工建造該國首個第4代核反應堆——赫爾墨斯低功率示範反應堆。這個四代堆屬於熔鹽堆型，使用熔融氟化鹽充當冷卻劑，鈾當燃料。該反應堆預計2027年建成。不過，這只是一個試驗堆，並不進行實際發電，僅用作技術研究和測試，為將來建設大型商業堆提供運行數據支持。

與此同時，該電力公司還在橡樹嶺同步建設第2座非核版本的赫爾墨斯低功率示範反應堆。建造這座反應堆的目的是方便工程師在安全的環境下進行研究。

2023年12月，美國核安全管理局便批准了該項目，美國能源部還為該項目提供了數億美元的資金資助。這一項目是美國第一個被批准建造的非水冷核裂變反應堆，也是美國核安全管理局首次批准頒發運營許可證的第四代反應堆。

對於第4代核裂變反應堆，根據冷卻方式的不同，主要有6種堆型，分別為鈉冷快堆、超高温氣冷堆、鉛冷快堆、熔鹽堆、超臨界水冷堆和氣冷快堆。美國國內首個被批准建設的第4代堆“赫爾墨斯低功率示範反應堆”，便是其中的熔鹽堆，利用熔鹽進行冷卻。

除了熔鹽堆， 由比爾·蓋茨投資的泰拉能源公司於2024年6月在美國懷俄明州的凱默勒市正式開建“345兆瓦鈉冷反應堆示範項目”的非核部分。這種鈉冷快堆也是非水反應堆，不過它使用的是液態鈉作為冷卻劑。該反應堆預計2030年投入運營，有望成為美國首個投入商業運營的第4代反應堆。

雖然動工時間比赫爾墨斯低功率示範反應堆更早，但這個項目目前仍在接受美國核安全管理局的安全審查，估計審核時間可能需要數年時間。安全審核通過後，才能建造含核部分，投入運營。美國能源部很看好該項目，為其提供了大約20億美元的資金資助。

美國雖然是核能利用的先行者，但在第4代核裂變反應堆的研發上才剛開始建試驗堆，已經落後於我國。其實，在第4代核裂變反應堆研究上，除了氣冷快堆，其它5種堆型我國均有研究，並且還取得了很多重大研究成果，處於世界領先水平。特別是高温氣冷堆、熔鹽堆和鈉冷快堆這三種堆型，我國已從試驗走向商用階段。

位於山東榮成市的石島灣高温氣冷堆示範工程，2021年12月便成功發電。總髮電功率211兆瓦，包含兩個單機功率大約100兆瓦級的反應堆。2023年12月，在完成168小時連續運行考驗後，該項目正式投入商業運營，成為了全球首座投入商業運營的第4代核反應堆。

位於山東榮成市的石島灣高温氣冷堆示範工程中國華能

位於甘肅武威市的2兆瓦級釷基熔鹽實驗堆2018年9月便開建了，2023年6月獲得國家核安全局頒發的運行許可證，它是我國首個熔鹽堆。由於試驗堆取得重大成功，2025年我國將新建10兆瓦級小型模塊化釷基熔鹽堆項目，這將是我國首個商業釷基熔鹽堆，預計2029年建成。

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