人工智能用电需求激增会否引发核电复兴?

Mitch Leslie

Engineering ›› 2025, Vol. 48 ›› Issue (5) : 11 -13.

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Engineering ›› 2025, Vol. 48 ›› Issue (5) : 11 -13. DOI: 10.1016/j.eng.2025.03.011
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人工智能用电需求激增会否引发核电复兴?

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Could Artificial Intelligence’s Soaring Demand for Electricity Spark a Nuclear Power Revival?

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Mitch Leslie. 人工智能用电需求激增会否引发核电复兴?[J]. 工程(英文), 2025, 48(5): 11-13 DOI:10.1016/j.eng.2025.03.011

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2024年9月,美国星座能源公司(Constellation Energy)宣布将重启三哩岛核电站1号机组,为科技巨头微软(Microsoft,美国华盛顿州雷德蒙德)的数据中心供电[13]。星座能源公司位于马里兰州巴尔的摩市,是三哩岛核电站的所有者和经营者。该核电站位于宾夕法尼亚州米德尔敦附近,1号机组此前已关闭。重启反应堆的决定令包括一些核科学家在内的众多人士感到震惊,同时也反映了随着人工智能(AI)的广泛应用,数据中心对电力的需求激增[45]。无论是利用现有核电站,还是新建机组,核电已成为微软、亚马逊(美国华盛顿州西雅图)、Meta(美国加利福尼亚州门洛帕克)、谷歌(美国加利福尼亚州山景城)等科技巨头满足电力需求的选择之一[6]。
近半个世纪前,1979年3月,三哩岛核电站的两个机组中,2号机组因主冷却系统故障发生堆芯熔毁事故,之后再未发电[7]。这场灾难标志着美国和其他多个国家核电发展进入长期衰退。不过,核电站内另一个机组——835 MW的1号机组(图1)仍持续发电40年,直至2019年被星座能源公司关闭[12]。当时,该机组的运营许可证仍有15年有效期,但因经济亏损无法维持运转[2]。
尽管从未有过重启已关闭核电站的先例,但专家认为,在重启三哩岛核电站1号机组所需的必要步骤方面,不会遇到技术和监管层面的障碍。美国密歇根大学安娜堡分校核工程与放射科学教授Todd Allen表示:“目前没有任何迹象表明他们无法成功。”不过,也有专家对该做法提出质疑。位于美国加利福尼亚州的斯坦福大学的土木与环境工程教授Mark Jacobson认为,重启三哩岛核电站是在“退而求其次”。他表示,其他能源可更快投入使用,而且既环保又省钱。
位于加利福尼亚州伯克利的美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室2024年的报告显示,短短六年内,数据中心的电力需求已增长一倍多[8]。2018年,这类设施耗电量占美国总用电量的1.9%;截至2023年年底,该占比已升至4.4% [8]。报告还预测,到2028年,数据中心用电量将占美国总用电量的12%。研发出ChatGPT的公司OpenAI的首席执行官(CEO)Sam Altman所预测的用电需求更大;在2023年,他预测部分运行AI模型的数据中心的耗电量很快将堪比大城市的水平[9]。
为满足激增的电力需求,科技巨头们试图求助新建或现有化石燃料发电站[10]。但这类发电站承诺未来10~20年内实现净零碳排放,且部分州会限制高污染能源的使用[1112]。因此,这些企业也正与太阳能、风力等可再生能源项目合作[13]。而核电因碳排放低、能24小时持续供电等特点而备受发电企业青睐[11]。
数据中心已经从运转的核电站获取电力。2024年年初,亚马逊网络服务(Amazon Web Services, AWS)公司收购了宾夕法尼亚州伯威克市萨斯奎汉纳核电站(Susquehanna Steam Electric Station,装机容量为2.5 GW)附近的一处设施[14]。尽管这座核电站已按合约规定为数据中心直接供电300 MW,但联邦监管机构拒绝了AWS提出的另外获取180 MW供电的申请,因为这会损害核电站现有用户的利益[14]。此外,科技公司还在考虑将数据中心建在其他州的核电站附近[14]。
目前,已有两座关停的核电站计划重启,但另一座位于密歇根州南黑文附近的帕利塞兹核电站(Palisades Nuclear Generating Station)将不会专门为数据中心供电[4]。美国威斯康星大学麦迪逊分校核工程与核物理学教授Michael Corradini表示,日本的情况与美国核电站的重启最为相似。2011年福岛第一核电站事故后,日本将全国54个机组全部关闭[15]。经过压力测试和安全升级后,2024年年底已有13个机组恢复运行[1516]。但Corradini说,两者最大的区别在于,日本重启的核电站在当年尚未启动退役流程。
反观三哩岛1号机组,它已进入名为“安全储存”(简称“SAFSTOR”)的退役流程,即设施停止工作,待放射性水平降低后再进行拆解,这样更便捷[17]。燃料移除后,675名员工中的大部分被解雇或调岗[3],负责监管核电的美国联邦机构——核管理委员会(NRC)——也吊销了核电站运营许可证(帕利塞兹核电站的情况相同,也处于SAFSTOR中)。麻省理工学院(美国马萨诸塞州剑桥)核科学与工程教授Jacopo Buongiorno表示,因为机组尚未拆解且最近刚关停,所以“设备状况还不错”。
但是,重启这些反应堆将需要对核电站所有部件进行细致检查,以确保其安全运行[18]。星座能源公司已宣布,将耗资1亿美元更换1号机组的主变压器,其他设备也可能需要更换[19]。Buongiorno称,由于2019年大幅裁员,现在星座能源公司不仅需要招聘核工程师,还要雇佣焊工、机械师、电工等。他说:“最大的挑战是招到足够的人手来运营核电站。”他还补充道,该公司还需要培训核电站操纵员,而培训要么在其他核电站进行,要么而培训使用三哩岛核电站控制室的模拟器来进行。Corradini表示,获取核电站所需的浓缩铀燃料也可能成为瓶颈。全球浓缩铀供应(大部分来自俄罗斯)本就紧张,不过美国正在努力寻找国内的替代资源[20]。
若NRC确认核电站可安全运行且员工培训到位,就会恢复1号机组运行许可证。星座能源公司计划将该核电站更名为Crane清洁能源中心(Crane Clean Energy Center),并预计2028年开始供电[21]。重启成本尚不明确,但星座能源公司已向美国政府申请了16亿美元的贷款担保。这是核电行业的常见做法,可降低投资风险,一旦资本密集型项目失败,将由纳税人承担责任[22]。
Buongiorno认为,若三哩岛核电站恢复发电,将是“所有人的共赢”。但Jacobson称重启计划不明智。他表示,新建太阳能、风力甚至先进的地热发电设施[23]在2~3年内就能投产,且发电成本更低、碳足迹更少。
“核电和可再生能源都有足够的发展空间。” Buongiorno反驳道,“仅美国就需要近50 GW新增电力为数据中心供电。但遗憾的是,新增的大部分电力仍将靠天然气提供,而且会产生大量排放。”
专家表示,三哩岛核电站的重启不会引发类似热潮,因为美国目前仅有一座已关闭的核电站——爱荷华州锡达拉皮兹市附近的杜安∙阿诺德能源中心(Duane Arnold Energy Center)——有重启可能[18],而其他关闭的核电站已彻底进入退役流程,无重启可能。截至2017年,已有10座核电站退役,另有20座处于不同的退役阶段[24]。Buongiorno说:“别指望会有二十多个机组同时恢复运行。我们或许会新建核电站,但那是另一个问题。”
新建大型核电站既昂贵又耗时。美国最新投产的两个机组——佐治亚州的Vogtle核电站3号和4号机组——于2024年4月完工,比计划晚了7年,造价高达350亿美元,比最初预算高出一倍多[25]。不过Allen表示,建设这两个机组的经验或许能加快未来同类项目的建设速度并降低成本。数据中心对电力的巨大需求也可能会改变成本效益计算结果。“与三四年前相比,现在我们考虑建设大型核电站的可能性要大得多。”
作为更易接受的替代方案,一些科技公司把目光投向了小型模块化反应堆(SMR),它们的发电量不到传统核电站的三分之一,成本却低得多[26]。谷歌已与Kairos Power公司(美国加利福尼亚州阿拉米达)达成协议,购买其电力。该公司计划于2030年部署首座SMR反应堆[27]。亚马逊和甲骨文(美国得克萨斯州奥斯汀)也计划从小型反应堆获取电力[2829]。然而,目前尚无企业建成这类反应堆并验证其可行性。无论如何,科技巨头对电力需求的激增似乎为核电行业复兴(包括核聚变发电的发展)带来了曙光[30]。

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