谷歌采購6-7座核反應(yīng)堆，美國四代堆迎來新生？

AI技術(shù)帶來的巨大算力需求，讓大型科技企業(yè)對電力的饑渴日益攀升。為滿足電力需求，當?shù)貢r間周一，谷歌宣布與核能初創(chuàng)公司凱羅斯電力（Kairos Power）簽訂協(xié)議，計劃向后者購入擬建的6-7個小型模塊化核反應(yīng)堆（SMRs）的電力，總?cè)萘窟_500兆瓦。

這意味著谷歌將成為首家委托新建核電站以為其數(shù)據(jù)中心供能的公司。在此之前，微軟已經(jīng)同三哩島核電站達成了重啟合作。

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

根據(jù)協(xié)議，首個小型模塊化反應(yīng)堆將在2030年之前投入使用，并在2035年之前進行更多部署。兩家公司沒有透露協(xié)議的財務(wù)細節(jié)以及建廠地點，同樣目前還不清楚這些反應(yīng)堆是會直接連接到谷歌的站點上、還是會并入電網(wǎng)。

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

谷歌能源和氣候高級總監(jiān)邁克爾·特雷爾（Michael Terrell）表示，通過與凱羅斯的協(xié)議，谷歌將獲得無碳電力，該協(xié)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(xiàn)人工智能進步方面發(fā)揮著關(guān)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。

美國重啟核電之路

今年9月，微軟宣布與Constellation Energy公司達成協(xié)議，重啟2019年關(guān)閉的三哩島（Three Mile Island）反應(yīng)堆，并從中購買未來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(guī)模的數(shù)據(jù)中心，并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(yīng)堆曾經(jīng)爆發(fā)過美國歷史上最嚴重的商業(yè)核電站事故。1979年3月28日位于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(yīng)堆之一發(fā)生部分熔毀。該事故被國際核事件分級表列為五級核能事故。

事故發(fā)生后，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(qū)。美國各大城市的群眾和正在修建核電站的地區(qū)的居民紛紛舉行集會示威，要求停建或關(guān)閉核電站。美國和西歐一些國家政府不得不重新檢查發(fā)展核動力計劃。此后30 余年，美國再沒建起新的核電站。

凱羅斯是新型核能初創(chuàng)企業(yè)之一，他們正在建造所謂的小型模塊化反應(yīng)堆，試圖降低成本，加快核電站的建設(shè)速度。

根據(jù)國際原子能機構(gòu)（IAEA）的數(shù)據(jù)，截至2022年12月31日，全球在運核電機組共計411臺，裝機容量371.0吉瓦（GW），即371,000兆瓦。這意味著一個500兆瓦的核反應(yīng)堆在全球核電裝機容量中占比相對較小。目前大型商業(yè)核反應(yīng)堆的發(fā)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(shù)年的規(guī)劃和近十年的建設(shè)。

而小型模塊化反應(yīng)堆由于其簡化的設(shè)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(shè)計還可以縮短施工時間，允許在更多地方部署，并使最終項目交付更具可預(yù)測性。

據(jù)美國能源部（DOE）的數(shù)據(jù)，核電在所有發(fā)電來源中具有最大的經(jīng)濟影響，并創(chuàng)造了高薪的長期就業(yè)機會。該機構(gòu)估計，2050年，美國的先進核電裝機容量達到200吉瓦時，并將需要額外的37.5萬名工人。

凱羅斯公司還試圖進一步推進SMRs這項技術(shù)，不是用水，而是用氟化鋰和氟化鈹?shù)娜埯}來冷卻反應(yīng)堆。美國核管理委員會（Nuclear Regulatory Commission）已經(jīng)批準了這家初創(chuàng)公司建造一座35兆瓦示范反應(yīng)堆的計劃。

盡管獲得了監(jiān)管機構(gòu)的認可，凱羅斯仍然面臨著多重挑戰(zhàn)。其一，目前還沒有商業(yè)化的小型模塊化反應(yīng)堆投入使用，這意味著其經(jīng)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(shè)計顛覆了數(shù)十年來水冷反應(yīng)堆的行業(yè)經(jīng)驗。

然而凱羅斯的最大挑戰(zhàn)可能根本不是技術(shù)上的，而是民眾的接受程度。根據(jù)皮尤研究中心的調(diào)研數(shù)據(jù)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(yīng)堆的建址地點（更靠近市中心）考慮在內(nèi)，反對的人數(shù)可能還會上升。

相較于核能，更多的人支持風能和太陽能，這兩種技術(shù)成本遠低于新建核電站。

中國四代堆已商用發(fā)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(yīng)堆——赫爾墨斯低功率示范反應(yīng)堆。這個四代堆屬于熔鹽堆型，使用熔融氟化鹽充當冷卻劑，鈾當燃料。該反應(yīng)堆預(yù)計2027年建成。不過，這只是一個試驗堆，并不進行實際發(fā)電，僅用作技術(shù)研究和測試，為將來建設(shè)大型商業(yè)堆提供運行數(shù)據(jù)支持。

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

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

對于第4代核裂變反應(yīng)堆，根據(jù)冷卻方式的不同，主要有6種堆型，分別為鈉冷快堆、超高溫氣冷堆、鉛冷快堆、熔鹽堆、超臨界水冷堆和氣冷快堆。美國國內(nèi)首個被批準建設(shè)的第4代堆“赫爾墨斯低功率示范反應(yīng)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于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(yīng)堆示范項目”的非核部分。這種鈉冷快堆也是非水反應(yīng)堆，不過它使用的是液態(tài)鈉作為冷卻劑。該反應(yīng)堆預(yù)計2030年投入運營，有望成為美國首個投入商業(yè)運營的第4代反應(yīng)堆。

雖然動工時間比赫爾墨斯低功率示范反應(yīng)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(shù)年時間。安全審核通過后，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(yīng)堆的研發(fā)上才剛開始建試驗堆，已經(jīng)落后于我國。其實，在第4代核裂變反應(yīng)堆研究上，除了氣冷快堆，其它5種堆型我國均有研究，并且還取得了很多重大研究成果，處于世界領(lǐng)先水平。特別是高溫氣冷堆、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。

位于山東榮成市的石島灣高溫氣冷堆示范工程，2021年12月便成功發(fā)電?？偘l(fā)電功率211兆瓦，包含兩個單機功率大約100兆瓦級的反應(yīng)堆。2023年12月，在完成168小時連續(xù)運行考驗后，該項目正式投入商業(yè)運營，成為了全球首座投入商業(yè)運營的第4代核反應(yīng)堆。

位于甘肅武威市的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(fā)的運行許可證，它是我國首個熔鹽堆。由于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(yè)釷基熔鹽堆，預(yù)計2029年建成。