馬斯克預測，2025年電力將陷入短缺，我們沒有足夠的電力來執行所有的晶片。
黃仁勳說，超級人工智慧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組化核反應堆（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，為什麼是小堆？與傳統核電站相比，小堆究竟有什麼魅力？《每日經濟新聞》（以下簡稱NBD）記者注意到，小堆體積小、佔地少、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、離人口密集區更近的地方。
小堆可以在更短的時間內以更低的成本建造。此外，它們是無碳的，與太陽能或風能不同，不受自然因素影響，可以穩定可靠地全天執行。而我國小堆技術水平已處於世界第一梯隊。
為了揭開小堆的神秘面紗，《每日經濟新聞》記者專訪了國核心能領域資深專家——國家核安全域性原局長趙成昆、中國核動力研究設計院模組化多用途小型堆總設計師宋丹戎。
趙成昆，曾任中國核動力研究設計院副總工程師兼秦山二期60萬壓核電站總設計師，中國核動力研究設計院院長，國家核安全域性局長，中國核能行業協會副理事長、專家委員會副主任。
宋丹戎是全球首個陸上商用模組化小堆“玲龍一號”總設計師、中核集團及核動力院模組化小型堆科研專項總設計師。
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中俄等搶佔賽道
全球建成和在建的小堆只有5個
NBD：國外AI領域的科技巨頭為什麼選擇小堆作為新的電力來源？
趙成昆：近10年來AI行業在全球發展很快，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等高耗電行業不斷增長的電力需求，是AI領域科技巨頭們面對的共同挑戰。基於小堆安全、可靠、無碳排放、廠址適應性強、無廠外應急要求（或很低要求）等優點，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議，計劃重啟三里島核電站，以為其快速擴張的人工智慧資料中心提供電力。
為了給新建的核電站提供更多廠址選擇，美國對已經退役或即將退役的火電廠址作了全面調查，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施，如部分廠房和電網，可以較大幅度降低建造成本，部分員工經專業培訓也可以為電廠所用。
宋丹戎：海外AI公司選擇小堆，一是出於節能減排的目的。作為清潔能源，核能發電有安全友好、綠色低碳、經濟高效等多重優勢。
另一個原因是美國的電力系統並非全國“一張網”，而是由多個區域電網構成。
小堆適合為區域電網或小型電網進行分散式部署。它具有功率可變化、模組化快速組裝、運輸便捷、出力穩定、適應性強等綜合優勢，能像自備電廠一樣專門供電。傳統大堆的輻射應急計劃區範圍一般是10公里，而小堆只有500米左右，因此可以建在離城市、人口密集區更近的地方。
NBD：在化解人工智慧發展所面臨的能源困境時，為何會對小堆格外青睞？它的主要優勢是什麼？
宋丹戎：模組化設計——小堆採用一體化、模組化的設計方式，使得建造週期更短、成本更低，並且可以靈活部署在人口密集地區或偏遠地區。
安全性更高——小堆透過簡化系統管道設計、最佳化壓力容器設計等方式，提高了固有安全效能，同時減少了失水事故的風險。
多用途利用——小堆不僅可以用於發電，還可以應用於供熱、海水淡化、制氫等多種領域，適應不同市場需求。
靈活性和選址優勢——小堆的非居住區半徑和規劃限制區半徑較小，選址更為靈活，適合在缺水地區或分散式電網地區推廣應用。
經濟性逐步提升——隨著技術進步和規模效應的顯現，小堆的經濟性正在逐步接近大型反應堆，尤其是在設施共享和模組化施工方面具有明顯優勢。
但小堆的行業標準尚不完善。目前我國核能法規和標準主要針對大型堆，小堆的行業標準體系尚在完善中，這可能影響其推廣速度。
NBD：全球小堆技術水平如何？
宋丹戎：國外科技公司投資的小堆雖然多，但都未進入示範階段。從建好到進入示範階段，並進入穩定執行階段，我認為還需要一定時間。
目前，全球範圍內透過國際原子能機構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示範工程；“玲龍一號”是中核集團在成熟壓水堆核電站和核電技術的基礎上開發的具有自主智慧財產權的創新型核反應堆，今年年底或者明年就能發電，進展比較快。
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。
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階段或“紙上談兵”階段。
很多國家都對小堆有所佈局，但全球建成和在建的只有5個
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已有國內企業感興趣
“玲龍一號”發電量可滿足52.6萬戶家庭生活所需
NBD：“玲龍一號”是我國核電自主創新的又一重大成果，是否意味著中國小堆技術水平已經位於世界前列？
趙成昆：準確地說，中國已經處於第一梯隊。目前中核集團、中廣核集團、國電投集團、中國科學院、清華大學等單位開發的10來種小堆已被國際原子能機構收錄。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。
國內各輕水冷卻型小堆設計已完成可研或初步設計。其中，陸上小堆主要有發電（含熱電聯供）和供熱兩類預期應用，中核集團“玲龍一號”是第一個實際部署在建的小型模組化輕水堆；ACPR50S、ACP100S等海上浮動堆也採用了小型壓水堆路線，考慮了熱、電、淡水聯供和孤島供能等多種預期應用。
宋丹戎：“玲龍一號”是全球首座商業三代核小堆專案。相比其他國家，我國已率先邁出了模組化商業化小堆工程落地的關鍵一步。
“玲龍一號”發電功率12.5萬千瓦，建成後年發電量可達10億千瓦時，滿足52.6萬戶家庭生活所需。它的推廣應用可以大大減少我國化石能源的消耗、促進節能減排。
同時，每臺“玲龍一號”機組每年發電相當於減少二氧化碳排放88萬噸、植樹造林750萬棵。
NBD：海外科技企業投資小堆熱潮高漲，國內有類似動作嗎？
宋丹戎：其實國內企業早有此行動。約一兩年前，阿里巴巴等網際網路企業及貴州當地資料中心來找過我們，主要提出兩大需求：提供電力和製冷。其實，算力中心不僅需要大量的電能以支援其高強度運算，還因高能耗產生的熱量而需要有效的散熱手段。
小堆是供電及製冷的新途徑，具備380多兆瓦的熱功率，理論上可透過抽取部分蒸汽，運用溴化鋰製冷技術，為資料中心提供製冷服務。其實這一創新方案早在去年便已完成初步設計，但經濟性成為制約合作繼續推進的關鍵因素。相較於直接從電網購電及採用傳統制冷方式，小堆供電及製冷的成本較高。
此外，資料中心對電力供應的穩定性與連續性有極高要求，任何斷電都可能引發資料丟失或服務中斷的嚴重後果。而小堆在換料期間（約每兩年一次，每次需一兩個月）需暫停執行，與資料中心不間斷供電的需求相悖。
加之，當前小堆技術尚處於示範階段，“玲龍一號”示範專案尚未建成，其長期執行的可靠性需進一步驗證。
NBD：小堆的優勢是經濟性，為何經濟性反而又成為大規模應用的桎梏？
宋丹戎：準確地說，與大型反應堆（以下簡稱大堆）相比，小堆總投資低、建設週期短。但以發電量單位造價計算，小堆遠高於大堆。這源於小堆技術尚處於發展初期，首堆示範工程的造價相對較高。隨著技術不斷成熟和批次化部署，未來小堆單位造價會逐步下降。
“玲龍一號”模型 圖片來源：中國核動力研究設計院
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核能裝置國產化程度已達90%
供應商包括中國一重、東方重機等
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：小型堆的經濟性優勢必須透過系統簡化、批次建設才能實現，標準化、批次化、模組化、工廠製造、現場組裝有利於其提高經濟性。
我國有些小堆的設計雖然採用“一體化”以及包括非能動（非能動系統的優點就是：不依賴電源，而是利用重力、溫差、蒸發等自然驅動力帶走堆芯餘熱和安全殼的熱量，最大限度減少事故情況下對安全冷卻水和動力源的依賴）在內的很多先進理念，但總體還是“大堆縮小”的路線。
若每個小堆都按照標準設計，使用工廠製造的標準組件建造，那麼整個過程將更加高效和可預測；小堆體積較小，因此具有模組化潛力，模組化可以降低總體勞動力成本和工期，也有利於保證建造質量。
因此可以透過技術改造，採用非能動設計簡化冗餘裝置、採用模組式建造方式縮短建造週期、標準化設計等環節提高建造效率，降低小堆成本。
另外，執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，說明培養一個合格的操縱員耗資不菲。
一個大型核反應堆約需要5個操縱員，若今後小堆大規模建設，配備如此多操作員所需的成本可想而知。國外比較先進的小堆，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、智慧化水平，減少運維人員，對提高小堆經濟性很重要。
NBD：小堆的產業鏈由哪幾部分構成？各個環節主要涉及哪些企業？
宋丹戎：小堆產業鏈涵蓋了從上游的裝置製造到下游的多用途應用。
上游主要包括核燃料供應、裝置製造等環節。例如，中核集團參與了小堆技術的研發和裝置製造，如中核的ACP100。
中游涉及小堆的設計、建造和除錯。例如，海南昌江多用途模組式小型堆專案採用了中核“玲龍一號”技術，展示了模組化設計和建造的優勢。
下游包括小堆的運營、維護以及多用途應用，如供熱、海水淡化等。
趙成昆：小堆與大堆的裝置供應商差不多，目前主要是央企。
核島裝置是核電裝置的核心，主要裝置包括反應堆壓力容器、堆內構件、蒸汽發生器、控制棒驅動機構、主泵和主管道等，都是核安全級裝置，質量要求極高。其中，反應堆壓力容器和蒸汽發生器為核島核心裝置，壓力容器（RPV）在國內有資質的供應商包括中國一重、上海電氣核電裝置有限公司和東方重機；蒸汽發生器主要由哈電重灌、上海電氣核電裝置有限公司和東方重機生產。
一件非常可喜的事是，近年來，一些有實力的民營企業也積極參與到核電裝置的研製中來，並且取得了很好的成績。
下游環節中，目前，我國具有核電運營資質牌照的公司包括中國核工業集團、中國廣核集團、國家電投和中國華能。
NBD：小堆的成本結構是如何構成的？
趙成昆：主要有兩類成本。一類是專案建設成本，包括設計費、建築工程費、安裝工程費、裝置購置費、1/3首爐核燃料費和財務利息。
財務利息的成本佔比不可忽視。由於核級裝置對設計、材料、製造工藝等要求比常規裝置更高，使得核電廠的建設週期比較長。一座大型核電廠從前期規劃到投入運營通常需要8至10年。這期間，絕大部分資金開支來自於銀行貸款，產生的利息非常高。美國核電專案一般建成後的前30年收入用來還本付息。
另一類是執行過程中的成本，包括燃料成本、折舊費、執行維護費、職工薪酬等成本。其中，大堆更換一爐燃料，至少幾億元。小堆不需要這麼多燃料，但燃料成本佔比也不低。
NBD：國內小堆專案中裝置的國產化程度如何？會不會遇到“卡脖子”技術風險？
趙成昆：我國核能裝置的國產化程度已經達到90%至95%，儘管還有一些測量儀表部件需要進口，也比較關鍵，但未來都能夠攻克，不存在“卡脖子”技術風險。
NBD：我國大堆發電能力已經非常成熟，小堆電價是否有望在未來實現大幅下降，達到被社會各界普遍接受的水平？
趙成昆：經過幾十年發展，目前我國大堆上網電價已經降到約0.4元/度。但小堆還處在首堆示範階段，估計首堆上網電價至少是大堆2至4倍，這已經是非常保守的預估數字。即便今後小堆技術成熟、批次化建造，也難以與煤電、風光電電價持平。
小堆未來電價（包括小堆供熱）達到與風光電價可比，應該是我們努力的目標。
不過，在當前全球正在開發的80餘種小堆技術中，約有1/3屬於水冷堆，這一型別是從技術成熟的大型壓水堆基礎上發展而來的。水冷堆藉助大型核電廠所積累的豐富經驗，預計2030年前後有望實現工業化合作。一旦達到工業化階段，這一技術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，讓外界十分關注小堆供電前景，小堆在中國電力市場的發展潛力有多大？是否有實力逐步甚至完全替代傳統供電模式？
趙成昆：單考慮技術可行性，未來可以暢想這樣一種場景——只要任一工廠有需求，便可以就近建設小堆作為自備電廠，供其用電。
但我們必須結合實際情況，如果是單純用來發電，我國電網很發達，遍佈全國各地，除邊遠地區的特殊需要，全部靠小堆的意義不大。而且小堆規模因子小，不能代替大型核電廠作為大型電網的基本負荷電力。
不過，具有高度執行靈活性的先進小堆調峰能力強，可以很好地跟隨電網變動。與風能、太陽能耦合，作為基荷執行又參加調峰，提高供電質量。適合在我國承擔區域小電網的基荷與調峰。
外界需要明白，我國做小堆的初衷不是和大堆去“拼發電”，發電只是小堆基礎功能。未來，非電應用（如供熱市場）才是小堆主要的應用場景，市場規模遠超電力市場。
首先在供熱領域最具潛力。供熱是全球最大的終端能源消費領域。在家庭供熱領域，我國供暖熱源目前仍以燃煤為主，城鎮供熱面積已突破140億平方米。未來，小堆在北方九省份的冬季採暖中將大有作為。
在工業供熱領域，石化行業需要大量的熱能和電力，二氧化碳排放量佔到全國排放量的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，那麼石化行業的碳排放量能減少1/3。
根據中國石油和化學工業聯合會化工園區工作委員會所做的全國性調研統計，截至2020年底，我國重點化工園區或以石油和化工為主導產業的工業園區共有616家。一個大型園區熱力需求在100至500噸/小時，僅需1至2個熱功率為200兆瓦的小堆機組就能輕鬆滿足這樣的熱力需求。我國已建成投運的高溫氣冷堆安全性好，蒸汽出口溫度高，非常適合石化工業園區供熱需求。
若按500個園區估算，那麼我國工業供熱市場的潛力無疑是巨大的——它足以容納500至1000個小堆機組。
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我國小堆受東南亞國家青睞
當地電網規模小，使用很合適
NBD：若小堆在未來迎來大規模的批次化建設與推廣，是否會觸發一場核燃料供應危機？
趙成昆：鈾作為核能發電的主要原料，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，還可透過擴大鈾礦勘探生產和採用先進的增殖快堆技術，因此不必擔憂會陷入燃料危機。
但著眼長遠，我們必須根據小堆的長週期換料要求，著手提升核燃料的丰度，採用高丰度低濃鈾。核燃料的丰度越高，核反應釋放的能量也會越多，核反應堆持續的時間也會越長。
比如“玲龍一號”採用鈾235丰度3%左右的民用核燃料棒，所以必須每兩年更換一次燃料。對於需要長週期執行的資料中心來說，它們無法承受頻繁的停堆換料導致的電力供應中斷。因此，更高燃料濃度、更低換料頻率特性，更滿足資料中心企業的需求。採用長換料制，減少停堆換料時間，對提升小堆經濟性帶來好處。
NBD：中國是否會率先在全球範圍內大規模部署和應用小堆，從而引領全球能源轉型？哪些國家在這一領域展現出了較大應用積極性？
宋丹戎：國內不少企業對“玲龍一號”抱有濃厚興趣與期待，但在其成功實現併網發電之前，目前它們仍持觀望態度。
從經濟成本的角度看，當前小堆發電的電價相較於直接從龐大而成熟的大電網中購電，確實較為高昂。若計入碳稅因素，經濟性還可以，但這一優勢主要適用於出口市場。對於國內企業而言，直接從電網買電更實惠。
與國內市場的謹慎態度形成鮮明對比的是，東南亞等地區對“玲龍一號”展現出迫切的合作意願。
東南亞國家電網規模不大，若引入百萬千瓦級的大型核電站，遇到換料與停堆，會對電網穩定性造成較大沖擊。因此，對於電網規模較小的國家而言，用小堆很合適。
小堆的另一大優勢，是能夠靈活適應國家經濟發展的需求。在國家經濟發展的初期階段，電力需求往往相對有限。小堆能隨著經濟的持續增長、電力需求逐漸攀升，適時增加機組數量，實現電力供應與經濟發展同步增長。因此，它在中東、非洲，以及領土、人口較少的中小國家，具有較強的市場優勢。
記者|周逸斐
編輯|程鵬 陳星 杜波
視覺|劉陽
排版|陳星
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