馬斯克預測，2025年電力將陷入短缺，沒有足夠的電力來運行所有的芯片。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用電荒，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。
2024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)濟新聞》記者（以下簡稱NBD）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、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(4.450, 0.05, 1.14%)或風能不同，不受自然因素影響，可以穩(wěn)定可靠地全天運行。而我國小堆技術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)濟新聞》記者專訪了國內(nèi)核能領域資深專家——國家核安全局原局長趙成昆、中國核動力研究設計院模塊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”總設計師、中核集團及核動力院模塊化小型堆科研專項總設計師。
中俄等搶占賽道 全球建成和在建小堆只有5個
NBD：國外AI領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領域科技巨頭們面對的共同挑戰(zhàn)�；谛《寻踩�、可靠、無碳排放、廠址適應性強、無廠外應急要求（或要求很低）等優(yōu)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(xié)議，計劃重啟三里島核電站，以為其快速擴張的人工智能數(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要求，還可以利用原有的一些設施，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)培訓也可以為新電廠所用。
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)濟高效等多重優(yōu)勢。二是美國的電力系統(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)進行分布式部署。它具有功率可變化、模塊化快速組裝、運輸便捷、出力穩(wěn)定、適應性強等綜合優(yōu)勢，能像自備電廠一樣專門供電。傳統(tǒng)大堆（大型反應堆）的輻射應急計劃區(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：模塊化設計，小堆采用一體化、模塊化的設計方式，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)或偏遠地區(qū)。安全性更高，小堆通過簡化系統(tǒng)管道設計、優(yōu)化壓力容器設計等方式，提高了固有安全性能，同時減少了失水事故的風險。多用途利用，小堆不僅可以用于發(fā)電，還可以應用于供熱、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(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)推廣應用。經(jīng)濟性逐步提升，隨著技術進步和規(guī)模效應的顯現(xiàn)，小堆的經(jīng)濟性正在逐步接近大型反應堆，尤其是在設施共享和模塊化施工方面具有明顯優(yōu)勢。
不過，小堆的行業(yè)標準尚不完善。目前我國核能法規(guī)和標準主要針對大型堆，小堆的行業(yè)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，但都未進入示范階段。從建好到進入示范階段，并進入穩(wěn)定運行階段，我認為還需要一定時間。
目前，全球范圍內(nèi)通過國際原子能機構(gòu)評估的小堆僅有幾個：比如，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”是中核集團在成熟壓水堆核電站和核電技術的基礎上開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型核反應堆，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(fā)階段或“紙上談兵”階段。
已有國內(nèi)企業(yè)感興趣“玲龍一號”可滿足52.6萬戶家庭需求
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水平已經(jīng)位于世界前列？
趙成昆：準確地說，中國已經(jīng)處于第一梯隊。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(fā)的10來種小堆已被國際原子能機構(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計已完成可研或初步設計。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期應用。
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10億千瓦時，滿足52.6萬戶家庭生活所需。每臺“玲龍一號”機組每年發(fā)電相當于減少二氧化碳排放88萬噸、植樹造林750萬棵。它的推廣應用可以大大減少我國化石能源的消耗、促進節(jié)能減排。
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)早已有所行動。約一兩年前，阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)及貴州當?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度運算，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，運用溴化鋰制冷技術，為數(shù)據(jù)中心提供制冷服務。其實這一創(chuàng)新方案已完成初步設計，但經(jīng)濟性成為制約合作繼續(xù)推進的關鍵因素。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)丟失或服務中斷的嚴重后果。而小堆在換料期間（約每兩年一次，每次需一兩個月）需暫停運行，與數(shù)據(jù)中心不間斷供電的需求相悖。加之，當前小堆技術尚處于示范階段，“玲龍一號”示范項目尚未建成，其長期運行的可靠性需進一步驗證。
NBD：小堆的優(yōu)勢是經(jīng)濟性，為何經(jīng)濟性反而又成為大規(guī)模應用的桎梏？
宋丹戎：準確地說，與大堆相比，小堆總投資低、建設周期短。但以發(fā)電量單位造價計算，小堆遠高于大堆。這源于小堆技術尚處于發(fā)展初期，首堆示范工程的造價相對較高。隨著技術不斷成熟和批量化部署，未來小堆單位造價會逐步下降。
核能設備國產(chǎn)化超90% 供應商包括中國一重(2.740, 0.02, 0.74%)（維權(quán)）、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：小堆的經(jīng)濟性優(yōu)勢必須通過系統(tǒng)簡化、批量建設才能實現(xiàn)，標準化、批量化、模塊化、工廠制造、現(xiàn)場組裝有利于其提高經(jīng)濟性。
我國有些小堆的設計雖然采用“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(6.970, 0.07, 1.01%)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(5.260, -0.04, -0.75%)的依賴）在內(nèi)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，使用工廠制造的標準組件建造，那么整個過程將更加高效和可預測；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。
因此可以通過技術改造，采用非能動設計簡化冗余設備、采用模塊式建造方式縮短建造周期、標準化設計等環(huán)節(jié)提高建造效率，降低小堆成本。
另外，運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。
一個大型核反應堆約需要5個操縱員，若今后小堆大規(guī)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、智能化水平，減少運維人員，對提高小堆經(jīng)濟性很重要。
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備制造到下游的多用途應用。
上游主要包括核燃料供應、設備制造等環(huán)節(jié)。例如，中核集團參與了小堆技術的研發(fā)和設備制造。
中游涉及小堆的設計、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，展示了模塊化設計和建造的優(yōu)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：小堆與大堆的設備供應商差不多，目前主要是央企。
核島設備是核電設備的核心，主要設備包括反應堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件、蒸汽發(fā)生器、控制棒驅(qū)動機構(gòu)、主泵和主管道等，都是核安全級設備，質(zhì)量要求極高。其中，反應堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器為核島核心設備，壓力容器（RPV）在國內(nèi)有資質(zhì)的供應商包括中國一重、上海電氣(7.220, 0.02, 0.28%)（維權(quán)）核電設備有限公司和東方重機；蒸汽發(fā)生器主要由哈電重裝、上海電氣核電設備有限公司和東方重機生產(chǎn)。
一件非常可喜的事是，近年來，一些有實力的民營企業(yè)也積極參與到核電設備的研制中來，并且取得了很好的成績。
下游環(huán)節(jié)中，目前，我國具有核電運營資質(zhì)牌照的公司包括中國核工業(yè)集團、中國廣核(3.630, -0.01, -0.27%)集團、國家電投和中國華能。
NBD：小堆的成本是如何構(gòu)成的？
趙成昆：主要有兩類成本。一類是項目建設成本，包括設計費、建筑工程費、安裝工程費、設備購置費、1/3首爐核燃料費和財務利息。
財務利息的成本占比不可忽視。由于核級設備對設計、材料、制造工藝等要求比常規(guī)設備更高，使得核電廠的建設周期比較長。一座大型核電廠從前期規(guī)劃到投入運營通常需要8~10年。這期間，絕大部分資金開支來自銀行貸款，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。
另一類是運行過程中的成本，包括燃料成本、折舊費、運行維護費、職工薪酬等成本。其中，大堆更換一爐燃料，至少幾億元。小堆不需要這么多燃料，但燃料成本占比也不低。
NBD：國內(nèi)小堆項目中設備的國產(chǎn)化程度如何？會不會遇到“卡脖子”技術風險？
趙成昆：我國核能設備的國產(chǎn)化程度已經(jīng)達到90%~95%，盡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：小堆電價是否有望在未來實現(xiàn)大幅下降，達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)電價至少是大堆的2~4倍，這已經(jīng)是非常保守的預估數(shù)字。即便今后小堆技術成熟、批量化建造，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(fā)的80余種小堆技術中，約有1/3屬于水冷堆，這一類型是從技術成熟的大型壓水堆基礎上發(fā)展而來的。水冷堆借助大型核電廠所積累的豐富經(jīng)驗，預計2030年前后有望實現(xiàn)工業(yè)化合作。一旦達到工業(yè)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(fā)展?jié)摿τ卸啻螅渴欠裼袑嵙χ鸩缴踔镣耆娲鷤鹘y(tǒng)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(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，遍布全國各地，除邊遠地區(qū)的特殊需要，全部靠小堆供電的意義不大。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)的基本負荷電力。
不過，具有高度運行靈活性的先進小堆調(diào)峰能力強，可以很好地跟隨電網(wǎng)變動。與風能、太陽能耦合，作為基荷運行又參加調(diào)峰，提高供電質(zhì)量。適合在我國承擔區(qū)域小電網(wǎng)的基荷與調(diào)峰作用。
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(guī)模遠超電力市場。
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(zhèn)供熱面積已突破140億平方米。未來，小堆在北方9省份的冬季采暖中將大有可為。
在工業(yè)供熱領域，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(9.000, 0.14, 1.58%)和化學工業(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，我國重點化工園區(qū)或以石油和化工為主導產(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100~500噸/小時，僅需1~2個熱功率為200兆瓦的小堆機組就能輕松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(yè)園區(qū)供熱。
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，足以容納500~1000個小堆機組。
靈活適應經(jīng)濟發(fā)展需求 我國小堆受東南亞國家青睞
NBD：若小堆在未來迎來大規(guī)模的批量化建設與推廣，是否會觸發(fā)一場核燃料供應危機？
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，還可通過擴大鈾礦勘探生產(chǎn)和采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(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，核反應釋放的能量也會越多，核反應堆持續(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。對于需要長周期運行的數(shù)據(jù)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，更能滿足數(shù)據(jù)中心企業(yè)的需求。
NBD：中國是否會率先在全球范圍內(nèi)大規(guī)模部署和應用小堆，從而引領全球能源轉(zhuǎn)型？哪些國家在這一領域展現(xiàn)出了較大應用積極性？
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)濟成本的角度看，當前小堆發(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，是能夠靈活適應國家經(jīng)濟發(fā)展的需求。在國家經(jīng)濟發(fā)展的初期階段，電力需求往往相對有限。小堆能隨著經(jīng)濟的持續(xù)增長、電力需求逐漸攀升，適時增加機組數(shù)量，實現(xiàn)電力供應與經(jīng)濟發(fā)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(yōu)勢。
