谷歌采购6-7座核反应堆，美国四代堆迎来新生？

AI技术带来的巨大算力需求，让大型科技企业对电力的饥渴日益攀升。为满足电力需求，当地时间周一，谷歌宣布与核能初创公司凯罗斯电力（Kairos Power）签订协议，计划向后者购入拟建的6-7个小型模块化核反应堆（SMRs）的电力，总容量达500兆瓦。

这意味着谷歌将成为首家委托新建核电站以为其数据中心供能的公司。在此之前，微软已经同三哩岛核电站达成了重启合作。

凯罗斯电力路透社

值得一提的是，谷歌与凯罗斯公司的合作采用了第四代核反应堆技术。来自科技巨头的资金，也让美国四代堆迎来了新的发展机遇。

根据协议，首个小型模块化反应堆将在2030年之前投入使用，并在2035年之前进行更多部署。两家公司没有透露协议的财务细节以及建厂地点，同样目前还不清楚这些反应堆是会直接连接到谷歌的站点上、还是会并入电网。

此外，谷歌通过与凯罗斯电力的合作，采取了一种订单框架的方式，而不是一次购买一个反应堆，这被看作是向市场发出需求信号，并做出长期投资以加速SMRs的开发 。凯罗斯电力公司的首席执行官和联合创始人Mike Laufer表示，他们对这种新方法能够改善项目按时按预算交付的前景感到有信心。

谷歌能源和气候高级总监迈克尔·特雷尔（Michael Terrell）表示，通过与凯罗斯的协议，谷歌将获得无碳电力，该协议是“谷歌15年清洁能源之旅中的里程碑”。

特雷尔补充道，“我们相信核能在支持我们的清洁增长和帮助实现人工智能进步方面发挥着关键作用”。

通过这笔交易，谷歌加入了微软和亚马逊的行列，这些大型科技公司都在寻求利用核能来填满自家对电力的高需求。

美国重启核电之路

今年9月，微软宣布与Constellation Energy公司达成协议，重启2019年关闭的三哩岛（Three Mile Island）反应堆，并从中购买未来20年的电能；今年早些时候，亚马逊也表示将建立一个超大规模的数据中心，并将其直接连接到宾夕法尼亚州的另一家核电站。

不过，三哩岛核反应堆曾经爆发过美国历史上最严重的商业核电站事故。1979年3月28日位于美国宾夕法尼亚州萨斯奎哈纳河三哩岛核电站（Three-Miles Island Nuclear Generating Station，TMI）两座反应堆之一发生部分熔毁。该事故被国际核事件分级表列为五级核能事故。

事故发生后，全美震惊，核电站附近的居民惊恐不安，约20万人撤出这一地区。美国各大城市的群众和正在修建核电站的地区的居民纷纷举行集会示威，要求停建或关闭核电站。美国和西欧一些国家政府不得不重新检查发展核动力计划。此后30 余年，美国再没建起新的核电站。

凯罗斯是新型核能初创企业之一，他们正在建造所谓的小型模块化反应堆，试图降低成本，加快核电站的建设速度。

根据国际原子能机构（IAEA）的数据，截至2022年12月31日，全球在运核电机组共计411台，装机容量371.0吉瓦（GW），即371,000兆瓦。这意味着一个500兆瓦的核反应堆在全球核电装机容量中占比相对较小。目前大型商业核反应堆的发电能力远超过500兆瓦，能够提供1000兆瓦或更多的电力，但需要数年的规划和近十年的建设。

而小型模块化反应堆由于其简化的设计和强大的固有安全性，为加速核部署提供了一条新途径。更小的尺寸和模块化设计还可以缩短施工时间，允许在更多地方部署，并使最终项目交付更具可预测性。

据美国能源部（DOE）的数据，核电在所有发电来源中具有最大的经济影响，并创造了高薪的长期就业机会。该机构估计，2050年，美国的先进核电装机容量达到200吉瓦时，并将需要额外的37.5万名工人。

凯罗斯公司还试图进一步推进SMRs这项技术，不是用水，而是用氟化锂和氟化铍的熔盐来冷却反应堆。美国核管理委员会（Nuclear Regulatory Commission）已经批准了这家初创公司建造一座35兆瓦示范反应堆的计划。

尽管获得了监管机构的认可，凯罗斯仍然面临着多重挑战。其一，目前还没有商业化的小型模块化反应堆投入使用，这意味着其经济效益在很大程度上尚未得到证实；其二，凯罗斯的熔盐冷却设计颠覆了数十年来水冷反应堆的行业经验。

然而凯罗斯的最大挑战可能根本不是技术上的，而是民众的接受程度。根据皮尤研究中心的调研数据显示，56%的美国人支持核能，44%的人仍然反对。最重要的，一旦将小型反应堆的建址地点（更靠近市中心）考虑在内，反对的人数可能还会上升。

相较于核能，更多的人支持风能和太阳能，这两种技术成本远低于新建核电站。

中国四代堆已商用发电，美国还在搞试验

2024年7月，凯罗斯电力公司在美国橡树岭动工建造该国首个第4代核反应堆——赫尔墨斯低功率示范反应堆。这个四代堆属于熔盐堆型，使用熔融氟化盐充当冷却剂，铀当燃料。该反应堆预计2027年建成。不过，这只是一个试验堆，并不进行实际发电，仅用作技术研究和测试，为将来建设大型商业堆提供运行数据支持。

与此同时，该电力公司还在橡树岭同步建设第2座非核版本的赫尔墨斯低功率示范反应堆。建造这座反应堆的目的是方便工程师在安全的环境下进行研究。

2023年12月，美国核安全管理局便批准了该项目，美国能源部还为该项目提供了数亿美元的资金资助。这一项目是美国第一个被批准建造的非水冷核裂变反应堆，也是美国核安全管理局首次批准颁发运营许可证的第四代反应堆。

对于第4代核裂变反应堆，根据冷却方式的不同，主要有6种堆型，分别为钠冷快堆、超高温气冷堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水冷堆和气冷快堆。美国国内首个被批准建设的第4代堆“赫尔墨斯低功率示范反应堆”，便是其中的熔盐堆，利用熔盐进行冷却。

除了熔盐堆， 由比尔·盖茨投资的泰拉能源公司于2024年6月在美国怀俄明州的凯默勒市正式开建“345兆瓦钠冷反应堆示范项目”的非核部分。这种钠冷快堆也是非水反应堆，不过它使用的是液态钠作为冷却剂。该反应堆预计2030年投入运营，有望成为美国首个投入商业运营的第4代反应堆。

虽然动工时间比赫尔墨斯低功率示范反应堆更早，但这个项目目前仍在接受美国核安全管理局的安全审查，估计审核时间可能需要数年时间。安全审核通过后，才能建造含核部分，投入运营。美国能源部很看好该项目，为其提供了大约20亿美元的资金资助。

美国虽然是核能利用的先行者，但在第4代核裂变反应堆的研发上才刚开始建试验堆，已经落后于我国。其实，在第4代核裂变反应堆研究上，除了气冷快堆，其它5种堆型我国均有研究，并且还取得了很多重大研究成果，处于世界领先水平。特别是高温气冷堆、熔盐堆和钠冷快堆这三种堆型，我国已从试验走向商用阶段。

位于山东荣成市的石岛湾高温气冷堆示范工程，2021年12月便成功发电。总发电功率211兆瓦，包含两个单机功率大约100兆瓦级的反应堆。2023年12月，在完成168小时连续运行考验后，该项目正式投入商业运营，成为了全球首座投入商业运营的第4代核反应堆。

位于山东荣成市的石岛湾高温气冷堆示范工程中国华能

位于甘肃武威市的2兆瓦级钍基熔盐实验堆2018年9月便开建了，2023年6月获得国家核安全局颁发的运行许可证，它是我国首个熔盐堆。由于试验堆取得重大成功，2025年我国将新建10兆瓦级小型模块化钍基熔盐堆项目，这将是我国首个商业钍基熔盐堆，预计2029年建成。

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