AI的盡頭是核電？美科技巨頭集體押注小堆核電，這一領(lǐng)域中國處于全球第一梯隊！專訪國家核安全局原局長和“玲龍一號”總設(shè)計師

每經(jīng)記者 周逸斐    每經(jīng)編輯 陳星    

馬斯克預(yù)測，2025年電力將陷入短缺，我們沒有足夠的電力來運(yùn)行所有的芯片。

黃仁勛說，超級人工智能將成為電力需求的無底洞。

為了破解AI電荒，谷歌、甲骨文、亞馬遜等一眾科技巨頭紛紛入局押注小型模塊化核反應(yīng)堆（以下簡稱小堆或SMR）。原因只有一個——算力對電力的巨大需求。AI的盡頭是核能？不管你信不信，但美股是信了。

去年1月以來，相關(guān)個股漲幅驚人，美股Oklo（OKLO）漲116%、Vistra（VST）漲343%、NuScale Power Corporation（SMR）漲485%……

那，為什么是小堆？與傳統(tǒng)核電站相比，小堆究竟有什么魅力？《每日經(jīng)濟(jì)新聞》（以下簡稱NBD）記者注意到，小堆體積小、占地少、工期短，可供電、熱、汽、水。同時，小堆具有更高的固有安全性，可以建在離城市、離人口密集區(qū)更近的地方。

小堆可以在更短的時間內(nèi)以更低的成本建造。此外，它們是無碳的，與太陽能或風(fēng)能不同，不受自然因素影響，可以穩(wěn)定可靠地全天運(yùn)行。而我國小堆技術(shù)水平已處于世界第一梯隊。

為了揭開小堆的神秘面紗，《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者專訪了國內(nèi)核能領(lǐng)域資深專家——國家核安全局原局長趙成昆、中國核動力研究設(shè)計院模塊化多用途小型堆總設(shè)計師宋丹戎。

趙成昆，曾任中國核動力研究設(shè)計院副總工程師兼秦山二期60萬壓核電站總設(shè)計師，中國核動力研究設(shè)計院院長，國家核安全局局長，中國核能行業(yè)協(xié)會副理事長、專家委員會副主任。

宋丹戎是全球首個陸上商用模塊化小堆“玲龍一號”總設(shè)計師、中核集團(tuán)及核動力院模塊化小型堆科研專項總設(shè)計師。

中俄等搶占賽道 全球建成和在建的小堆只有5個

NBD：國外AI領(lǐng)域的科技巨頭為什么選擇小堆作為新的電力來源？

趙成昆：近10年來AI行業(yè)在全球發(fā)展很快，對電力需求很大。在全球能源低碳化的大背景下，如何滿足AI等高耗電行業(yè)不斷增長的電力需求，是AI領(lǐng)域科技巨頭們面對的共同挑戰(zhàn)。基于小堆安全、可靠、無碳排放、廠址適應(yīng)性強(qiáng)、無廠外應(yīng)急要求（或很低要求）等優(yōu)點(diǎn)，巨頭們把目光投向核能特別是小堆，也就順理成章了。美國微軟最近簽署了協(xié)議，計劃重啟三里島核電站，以為其快速擴(kuò)張的人工智能數(shù)據(jù)中心提供電力。

為了給新建的核電站提供更多廠址選擇，美國對已經(jīng)退役或即將退役的火電廠址作了全面調(diào)查，約80%的老舊火電廠址滿足小堆的要求，還可以利用原有火電的一些設(shè)施，如部分廠房和電網(wǎng)，可以較大幅度降低建造成本，部分員工經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)也可以為電廠所用。

宋丹戎：海外AI公司選擇小堆，一是出于節(jié)能減排的目的。作為清潔能源，核能發(fā)電有安全友好、綠色低碳、經(jīng)濟(jì)高效等多重優(yōu)勢。

另一個原因是美國的電力系統(tǒng)并非全國“一張網(wǎng)”，而是由多個區(qū)域電網(wǎng)構(gòu)成。

小堆適合為區(qū)域電網(wǎng)或小型電網(wǎng)進(jìn)行分布式部署。它具有功率可變化、模塊化快速組裝、運(yùn)輸便捷、出力穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)等綜合優(yōu)勢，能像自備電廠一樣專門供電。傳統(tǒng)大堆的輻射應(yīng)急計劃區(qū)范圍一般是10公里，而小堆只有500米左右，因此可以建在離城市、人口密集區(qū)更近的地方。

NBD：在化解人工智能發(fā)展所面臨的能源困境時，為何會對小堆格外青睞？它的主要優(yōu)勢是什么？

宋丹戎：模塊化設(shè)計——小堆采用一體化、模塊化的設(shè)計方式，使得建造周期更短、成本更低，并且可以靈活部署在人口密集地區(qū)或偏遠(yuǎn)地區(qū)。

安全性更高——小堆通過簡化系統(tǒng)管道設(shè)計、優(yōu)化壓力容器設(shè)計等方式，提高了固有安全性能，同時減少了失水事故的風(fēng)險。

多用途利用——小堆不僅可以用于發(fā)電，還可以應(yīng)用于供熱、海水淡化、制氫等多種領(lǐng)域，適應(yīng)不同市場需求。

靈活性和選址優(yōu)勢——小堆的非居住區(qū)半徑和規(guī)劃限制區(qū)半徑較小，選址更為靈活，適合在缺水地區(qū)或分布式電網(wǎng)地區(qū)推廣應(yīng)用。

經(jīng)濟(jì)性逐步提升——隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)的顯現(xiàn)，小堆的經(jīng)濟(jì)性正在逐步接近大型反應(yīng)堆，尤其是在設(shè)施共享和模塊化施工方面具有明顯優(yōu)勢。

但小堆的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善。目前我國核能法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)主要針對大型堆，小堆的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系尚在完善中，這可能影響其推廣速度。

NBD：全球小堆技術(shù)水平如何？

宋丹戎：國外科技公司投資的小堆雖然多，但都未進(jìn)入示范階段。從建好到進(jìn)入示范階段，并進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，我認(rèn)為還需要一定時間。

目前，全球范圍內(nèi)通過國際原子能機(jī)構(gòu)評估的小堆僅有幾個：我國建成的高溫氣冷堆——山東榮成華能石島灣高溫氣冷堆核電站商業(yè)示范工程；“玲龍一號”是中核集團(tuán)在成熟壓水堆核電站和核電技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型核反應(yīng)堆，今年年底或者明年就能發(fā)電，進(jìn)展比較快。

另外兩個建成的小堆來自俄羅斯，分別用在羅蒙諾索夫院士號浮動核電站和核動力破冰船。此外，俄羅斯還有一個快堆正在建設(shè)。

目前全球建成和在建的小堆實際上只有5個，其他的小堆基本上還在研發(fā)階段或“紙上談兵”階段。

很多國家都對小堆有所布局，但全球建成和在建的只有5個

已有國內(nèi)企業(yè)感興趣 “玲龍一號”發(fā)電量可滿足52.6萬戶家庭生活所需

NBD：“玲龍一號”是我國核電自主創(chuàng)新的又一重大成果，是否意味著中國小堆技術(shù)水平已經(jīng)位于世界前列？

趙成昆：準(zhǔn)確地說，中國已經(jīng)處于第一梯隊。目前中核集團(tuán)、中廣核集團(tuán)、國電投集團(tuán)、中國科學(xué)院、清華大學(xué)等單位開發(fā)的10來種小堆已被國際原子能機(jī)構(gòu)收錄。其中，水冷型小堆7種，非水冷型小堆（高溫氣冷堆、熔鹽堆）3種。

國內(nèi)各輕水冷卻型小堆設(shè)計已完成可研或初步設(shè)計。其中，陸上小堆主要有發(fā)電（含熱電聯(lián)供）和供熱兩類預(yù)期應(yīng)用，中核集團(tuán)“玲龍一號”是第一個實際部署在建的小型模塊化輕水堆；ACPR50S、ACP100S等海上浮動堆也采用了小型壓水堆路線，考慮了熱、電、淡水聯(lián)供和孤島供能等多種預(yù)期應(yīng)用。

宋丹戎：“玲龍一號”是全球首座商業(yè)三代核小堆項目。相比其他國家，我國已率先邁出了模塊化商業(yè)化小堆工程落地的關(guān)鍵一步。

“玲龍一號”發(fā)電功率12.5萬千瓦，建成后年發(fā)電量可達(dá)10億千瓦時，滿足52.6萬戶家庭生活所需。它的推廣應(yīng)用可以大大減少我國化石能源的消耗、促進(jìn)節(jié)能減排。

同時，每臺“玲龍一號”機(jī)組每年發(fā)電相當(dāng)于減少二氧化碳排放88萬噸、植樹造林750萬棵。

NBD：海外科技企業(yè)投資小堆熱潮高漲，國內(nèi)有類似動作嗎？

宋丹戎：其實國內(nèi)企業(yè)早有此行動。約一兩年前，阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)及貴州當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)中心來找過我們，主要提出兩大需求：提供電力和制冷。其實，算力中心不僅需要大量的電能以支持其高強(qiáng)度運(yùn)算，還因高能耗產(chǎn)生的熱量而需要有效的散熱手段。

小堆是供電及制冷的新途徑，具備380多兆瓦的熱功率，理論上可通過抽取部分蒸汽，運(yùn)用溴化鋰制冷技術(shù)，為數(shù)據(jù)中心提供制冷服務(wù)。其實這一創(chuàng)新方案早在去年便已完成初步設(shè)計，但經(jīng)濟(jì)性成為制約合作繼續(xù)推進(jìn)的關(guān)鍵因素。相較于直接從電網(wǎng)購電及采用傳統(tǒng)制冷方式，小堆供電及制冷的成本較高。

此外，數(shù)據(jù)中心對電力供應(yīng)的穩(wěn)定性與連續(xù)性有極高要求，任何斷電都可能引發(fā)數(shù)據(jù)丟失或服務(wù)中斷的嚴(yán)重后果。而小堆在換料期間（約每兩年一次，每次需一兩個月）需暫停運(yùn)行，與數(shù)據(jù)中心不間斷供電的需求相悖。

加之，當(dāng)前小堆技術(shù)尚處于示范階段，“玲龍一號”示范項目尚未建成，其長期運(yùn)行的可靠性需進(jìn)一步驗證。

NBD：小堆的優(yōu)勢是經(jīng)濟(jì)性，為何經(jīng)濟(jì)性反而又成為大規(guī)模應(yīng)用的桎梏？

宋丹戎：準(zhǔn)確地說，與大型反應(yīng)堆（以下簡稱大堆）相比，小堆總投資低、建設(shè)周期短。但以發(fā)電量單位造價計算，小堆遠(yuǎn)高于大堆。這源于小堆技術(shù)尚處于發(fā)展初期，首堆示范工程的造價相對較高。隨著技術(shù)不斷成熟和批量化部署，未來小堆單位造價會逐步下降。

“玲龍一號”模型 圖片來源：中國核動力研究設(shè)計院

核能設(shè)備國產(chǎn)化程度已達(dá)90% 供應(yīng)商包括中國一重、東方重機(jī)等

 

NBD：相比大堆，小堆在成本方面未來具有更高可控性嗎？

趙成昆：小型堆的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢必須通過系統(tǒng)簡化、批量建設(shè)才能實現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)化、批量化、模塊化、工廠制造、現(xiàn)場組裝有利于其提高經(jīng)濟(jì)性。

我國有些小堆的設(shè)計雖然采用“一體化”以及包括非能動（非能動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就是：不依賴電源，而是利用重力、溫差、蒸發(fā)等自然驅(qū)動力帶走堆芯余熱和安全殼的熱量，最大限度減少事故情況下對安全冷卻水和動力源的依賴）在內(nèi)的很多先進(jìn)理念，但總體還是“大堆縮小”的路線。

若每個小堆都按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，使用工廠制造的標(biāo)準(zhǔn)組件建造，那么整個過程將更加高效和可預(yù)測；小堆體積較小，因此具有模塊化潛力，模塊化可以降低總體勞動力成本和工期，也有利于保證建造質(zhì)量。

因此可以通過技術(shù)改造，采用非能動設(shè)計簡化冗余設(shè)備、采用模塊式建造方式縮短建造周期、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計等環(huán)節(jié)提高建造效率，降低小堆成本。

另外，運(yùn)行人員成本也需要降低。核電站主控制室的操縱員有“黃金人”之稱，說明培養(yǎng)一個合格的操縱員耗資不菲。

一個大型核反應(yīng)堆約需要5個操縱員，若今后小堆大規(guī)模建設(shè)，配備如此多操作員所需的成本可想而知。國外比較先進(jìn)的小堆，一個控制室只配一個操縱員，甚至無人值守。所以努力提升小堆自動化、智能化水平，減少運(yùn)維人員，對提高小堆經(jīng)濟(jì)性很重要。

NBD：小堆的產(chǎn)業(yè)鏈由哪幾部分構(gòu)成？各個環(huán)節(jié)主要涉及哪些企業(yè)？

宋丹戎：小堆產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了從上游的設(shè)備制造到下游的多用途應(yīng)用。

上游主要包括核燃料供應(yīng)、設(shè)備制造等環(huán)節(jié)。例如，中核集團(tuán)參與了小堆技術(shù)的研發(fā)和設(shè)備制造，如中核的ACP100。

中游涉及小堆的設(shè)計、建造和調(diào)試。例如，海南昌江多用途模塊式小型堆項目采用了中核“玲龍一號”技術(shù)，展示了模塊化設(shè)計和建造的優(yōu)勢。

下游包括小堆的運(yùn)營、維護(hù)以及多用途應(yīng)用，如供熱、海水淡化等。

趙成昆：小堆與大堆的設(shè)備供應(yīng)商差不多，目前主要是央企。

核島設(shè)備是核電設(shè)備的核心，主要設(shè)備包括反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件、蒸汽發(fā)生器、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、主泵和主管道等，都是核安全級設(shè)備，質(zhì)量要求極高。其中，反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器為核島核心設(shè)備，壓力容器（RPV）在國內(nèi)有資質(zhì)的供應(yīng)商包括中國一重、上海電氣核電設(shè)備有限公司和東方重機(jī)；蒸汽發(fā)生器主要由哈電重裝、上海電氣核電設(shè)備有限公司和東方重機(jī)生產(chǎn)。

一件非?？上驳氖率?，近年來，一些有實力的民營企業(yè)也積極參與到核電設(shè)備的研制中來，并且取得了很好的成績。

下游環(huán)節(jié)中，目前，我國具有核電運(yùn)營資質(zhì)牌照的公司包括中國核工業(yè)集團(tuán)、中國廣核集團(tuán)、國家電投和中國華能。

NBD：小堆的成本結(jié)構(gòu)是如何構(gòu)成的？

趙成昆：主要有兩類成本。一類是項目建設(shè)成本，包括設(shè)計費(fèi)、建筑工程費(fèi)、安裝工程費(fèi)、設(shè)備購置費(fèi)、1/3首爐核燃料費(fèi)和財務(wù)利息。

財務(wù)利息的成本占比不可忽視。由于核級設(shè)備對設(shè)計、材料、制造工藝等要求比常規(guī)設(shè)備更高，使得核電廠的建設(shè)周期比較長。一座大型核電廠從前期規(guī)劃到投入運(yùn)營通常需要8至10年。這期間，絕大部分資金開支來自于銀行貸款，產(chǎn)生的利息非常高。美國核電項目一般建成后的前30年收入用來還本付息。

另一類是運(yùn)行過程中的成本，包括燃料成本、折舊費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)、職工薪酬等成本。其中，大堆更換一爐燃料，至少幾億元。小堆不需要這么多燃料，但燃料成本占比也不低。

NBD：國內(nèi)小堆項目中設(shè)備的國產(chǎn)化程度如何？會不會遇到“卡脖子”技術(shù)風(fēng)險？

趙成昆：我國核能設(shè)備的國產(chǎn)化程度已經(jīng)達(dá)到90%至95%，盡管還有一些測量儀表部件需要進(jìn)口，也比較關(guān)鍵，但未來都能夠攻克，不存在“卡脖子”技術(shù)風(fēng)險。

NBD：我國大堆發(fā)電能力已經(jīng)非常成熟，小堆電價是否有望在未來實現(xiàn)大幅下降，達(dá)到被社會各界普遍接受的水平？

趙成昆：經(jīng)過幾十年發(fā)展，目前我國大堆上網(wǎng)電價已經(jīng)降到約0.4元/度。但小堆還處在首堆示范階段，估計首堆上網(wǎng)電價至少是大堆2至4倍，這已經(jīng)是非常保守的預(yù)估數(shù)字。即便今后小堆技術(shù)成熟、批量化建造，也難以與煤電、風(fēng)光電電價持平。

小堆未來電價（包括小堆供熱）達(dá)到與風(fēng)光電價可比，應(yīng)該是我們努力的目標(biāo)。

不過，在當(dāng)前全球正在開發(fā)的80余種小堆技術(shù)中，約有1/3屬于水冷堆，這一類型是從技術(shù)成熟的大型壓水堆基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。水冷堆借助大型核電廠所積累的豐富經(jīng)驗，預(yù)計2030年前后有望實現(xiàn)工業(yè)化合作。一旦達(dá)到工業(yè)化階段，這一技術(shù)路線的小堆電價有望接近大堆。

NBD：多家海外科技巨頭押注小堆，讓外界十分關(guān)注小堆供電前景，小堆在中國電力市場的發(fā)展?jié)摿τ卸啻螅?/span>是否有實力逐步甚至完全替代傳統(tǒng)供電模式？

趙成昆：單考慮技術(shù)可行性，未來可以暢想這樣一種場景——只要任一工廠有需求，便可以就近建設(shè)小堆作為自備電廠，供其用電。

但我們必須結(jié)合實際情況，如果是單純用來發(fā)電，我國電網(wǎng)很發(fā)達(dá)，遍布全國各地，除邊遠(yuǎn)地區(qū)的特殊需要，全部靠小堆的意義不大。而且小堆規(guī)模因子小，不能代替大型核電廠作為大型電網(wǎng)的基本負(fù)荷電力。

不過，具有高度運(yùn)行靈活性的先進(jìn)小堆調(diào)峰能力強(qiáng)，可以很好地跟隨電網(wǎng)變動。與風(fēng)能、太陽能耦合，作為基荷運(yùn)行又參加調(diào)峰，提高供電質(zhì)量。適合在我國承擔(dān)區(qū)域小電網(wǎng)的基荷與調(diào)峰。

外界需要明白，我國做小堆的初衷不是和大堆去“拼發(fā)電”，發(fā)電只是小堆基礎(chǔ)功能。未來，非電應(yīng)用（如供熱市場）才是小堆主要的應(yīng)用場景，市場規(guī)模遠(yuǎn)超電力市場。

首先在供熱領(lǐng)域最具潛力。供熱是全球最大的終端能源消費(fèi)領(lǐng)域。在家庭供熱領(lǐng)域，我國供暖熱源目前仍以燃煤為主，城鎮(zhèn)供熱面積已突破140億平方米。未來，小堆在北方九省份的冬季采暖中將大有作為。

在工業(yè)供熱領(lǐng)域，石化行業(yè)需要大量的熱能和電力，二氧化碳排放量占到全國排放量的13%，其中的1/3來自化石燃料燃燒。試想，如果核能能夠逐步替代這些化石燃料，那么石化行業(yè)的碳排放量能減少1/3。

根據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會化工園區(qū)工作委員會所做的全國性調(diào)研統(tǒng)計，截至2020年底，我國重點(diǎn)化工園區(qū)或以石油和化工為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)園區(qū)共有616家。一個大型園區(qū)熱力需求在100至500噸/小時，僅需1至2個熱功率為200兆瓦的小堆機(jī)組就能輕松滿足這樣的熱力需求。我國已建成投運(yùn)的高溫氣冷堆安全性好，蒸汽出口溫度高，非常適合石化工業(yè)園區(qū)供熱需求。

若按500個園區(qū)估算，那么我國工業(yè)供熱市場的潛力無疑是巨大的——它足以容納500至1000個小堆機(jī)組。

我國小堆受東南亞國家青睞 當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)規(guī)模小，使用很合適

 

NBD：若小堆在未來迎來大規(guī)模的批量化建設(shè)與推廣，是否會觸發(fā)一場核燃料供應(yīng)危機(jī)？

趙成昆：鈾作為核能發(fā)電的主要原料，全球目前查明的總量約600萬噸，的確有限。但每個小堆對鈾燃料的需求量相對較少，還可通過擴(kuò)大鈾礦勘探生產(chǎn)和采用先進(jìn)的增殖快堆技術(shù)，因此不必?fù)?dān)憂會陷入燃料危機(jī)。

但著眼長遠(yuǎn)，我們必須根據(jù)小堆的長周期換料要求，著手提升核燃料的豐度，采用高豐度低濃鈾。核燃料的豐度越高，核反應(yīng)釋放的能量也會越多，核反應(yīng)堆持續(xù)的時間也會越長。

比如“玲龍一號”采用鈾235豐度3%左右的民用核燃料棒，所以必須每兩年更換一次燃料。對于需要長周期運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心來說，它們無法承受頻繁的停堆換料導(dǎo)致的電力供應(yīng)中斷。因此，更高燃料濃度、更低換料頻率特性，更滿足數(shù)據(jù)中心企業(yè)的需求。采用長換料制，減少停堆換料時間，對提升小堆經(jīng)濟(jì)性帶來好處。

NBD：中國是否會率先在全球范圍內(nèi)大規(guī)模部署和應(yīng)用小堆，從而引領(lǐng)全球能源轉(zhuǎn)型？哪些國家在這一領(lǐng)域展現(xiàn)出了較大應(yīng)用積極性？

宋丹戎：國內(nèi)不少企業(yè)對“玲龍一號”抱有濃厚興趣與期待，但在其成功實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電之前，目前它們?nèi)猿钟^望態(tài)度。

從經(jīng)濟(jì)成本的角度看，當(dāng)前小堆發(fā)電的電價相較于直接從龐大而成熟的大電網(wǎng)中購電，確實較為高昂。若計入碳稅因素，經(jīng)濟(jì)性還可以，但這一優(yōu)勢主要適用于出口市場。對于國內(nèi)企業(yè)而言，直接從電網(wǎng)買電更實惠。

與國內(nèi)市場的謹(jǐn)慎態(tài)度形成鮮明對比的是，東南亞等地區(qū)對“玲龍一號”展現(xiàn)出迫切的合作意愿。

東南亞國家電網(wǎng)規(guī)模不大，若引入百萬千瓦級的大型核電站，遇到換料與停堆，會對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成較大沖擊。因此，對于電網(wǎng)規(guī)模較小的國家而言，用小堆很合適。

小堆的另一大優(yōu)勢，是能夠靈活適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的初期階段，電力需求往往相對有限。小堆能隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長、電力需求逐漸攀升，適時增加機(jī)組數(shù)量，實現(xiàn)電力供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展同步增長。因此，它在中東、非洲，以及領(lǐng)土、人口較少的中小國家，具有較強(qiáng)的市場優(yōu)勢。