AI创业新指南：去码头整个小型核反应堆先

本文来自微信公众号：果壳 （ID：Guokr42），作者：普拉斯G，编辑：沈知涵，题图来自：AI生成

比“切尔诺贝利”事故更早，1979年的一场核泄漏事故发生在美国“三哩岛”（Three Mile Island）。机械故障加上人为失误，导致了其中一座反应堆的堆芯熔毁，一部分放射性物质外泄。此后一段时期内，世界范围内核电发展因此停滞。

但没过多久，大概六年后，顶着周围居民的反对，三哩岛上那个没坏的反应堆重新启动，接着持续工作了近34年，直到2019年，因为发电成本不比更廉价的天然气而被关闭。

几个月前，微软找到三哩岛核电站的运营商（Constellation），说要买下未来20年生产的所有电力，大约835兆瓦，这相当于为80万个家庭供电所需。

微软已经承诺到2030年实现“负碳”排放，但其排放量在2020—2023财年之间上涨了29%。AI发展对于电力的消耗，将迫使这些科技公司寻求稳定且清洁的能源供给——就连名字也换了，三哩岛将更名为Crane Clean Energy Center。

这一出核电重启将创造出3400个就业机会，一名退休员工Ken Bryan在Facebook上一个“三哩岛退休人员群”里看到重启消息后，觉得是个好事儿，但也有另外经历过泄漏事件的老人却隐约担心，毕竟以前发生过核泄漏。

奥特曼：听我说，未来两件事最重要，“智能计算”和“能源”

能源是智能计算的基础。HuggingFace训练BLOOM模型（参数1760亿），用了43.3万度电；GPT-3训练一次需要128.7度电；GPT-4则更夸张，一次训练会用去2.4亿度电。

不过这还只是训练阶段，越往后走，用户在使用模型进行推理时，更会源源不断地耗电，耗电程度远远超过传统的互联网产品。根据国际能源署（IEA）数据，使用ChatGPT进行一次查询，耗电量是2.9瓦时，传统的谷歌搜索是0.3瓦时，相差10倍。

今年三月，《纽约客》写道，ChatGPT每天处理约2亿次用户请求，因此消耗了超过50万千瓦时的电力——几乎是美国普通家庭一天用电量的17000倍。

根据咨询公司Gartner的预计，到2030年，人工智能将占全球电力需求的3.5%。这相当于目前农业和林业总消耗的能源。为了解决能源问题，各家科技公司盯上了一个说新不新的东西：核电。

亚马逊购买了一家核能供应商（Talen Energy）的数据中心园区，并与其核电站签订了长期购电协议。大量GPU进行并行计算时会“吞噬”巨大电力，据研究机构Semi Analysis估计，比如一个包含10万片H100 GPU集群理论上所需电能150兆瓦。集群计算又带来另一个耗电需求——散热。冷却系统的能耗一般占到数据中心总能耗的35%-50%。不过联邦能源管理委员会认为这可能会转移该区域电网的大量电力，影响到原有的供电平衡和稳定性，否决了协议。

“买电”遇阻，不如自己“建”核电站，从源头下手。

大型反应堆项目的延期和成本超支大大打击了美国在此类项目上的积极性——2013年，佐治亚州Vogtle3号和4号先后启动建设，2023年3号投运，是美国2016年首个投入运营的新建核电机组。4号今年投运后，美国已无任何新核电站在建。

重启旧的反应堆是一种快速经济的方式，就像三哩岛。另外，相比高成本、长周期建造投入的大型核电站来说，小型模块化反应堆（SMR）能更为灵活地解决AI能源缺口。

小型模块化反应堆（SMR）能更为灵活地解决AI能源缺口丨A.Vargas/IAEA

光是亚马逊，就与至少三家核能公司开展SMR合作项目。与Energy Northwest合作，在华盛顿开发四座SMRs，预计到21世纪30年代初，装机容量将达到960兆瓦；投资了X-energ，支持其开发（到2040年）超过5吉瓦容量的项目；在弗吉尼亚州，与Dominion Energy合作，计划在现有核电站附近开发小型模块化反应堆。

谷歌计划向能源公司Kairos Power购买其拟建的7个SMRs的电力，总容量达500兆瓦。

OpenAI的奥特曼自2015年就开始担任Oklo的董事长，认为Oklo能实现先进裂变解决方案的商业化。Oklo产品线包括功率15兆瓦到50兆瓦不等的核电站，采用液态金属反应堆技术，将在2027年建造其第一个SMR。

SMR：袖珍电厂

传统的大型核电站建造涉及多个关键部分，每一部分都包含复杂的设计和施工要求。核电站的建设一般包含了利用原子核裂变生产蒸汽的核岛和利用蒸汽发电的常规岛。

前者包含了反应堆堆芯、冷却系统、蒸汽发生器、发电机和安全壳等组件，后者包含了涡轮机、发电机、冷却塔等一系列发电设备。除此之外还有冷却水供应、废物处理等一系列辅助子系统来确保核电站的正常运转。

SMR是指物理尺寸和功率都比传统的千兆瓦级发电厂小的核反应堆，简化了传统核电站的关键组件，分解成比标准化单元在工厂“预制”，运输到现场组装。因此具备部署灵活性强的优势。

根据国际原子能机构（IAEA）发布的2024年SMR研究进展（Advances in SMR Developments 2024），当前全球有超过68种正处于不同开发阶段的SMR设计，技术路线囊括了基于传统的水冷反应堆技术和第四代反应堆技术（气冷反应堆、液态金属冷却反应堆和熔盐反应堆）。为了应对偏远地区、远洋地区的功能挑战，功率更低的微型反应堆和海基水冷SMR技术也在不断发展。

现有的SMR技术通常提供的发电量在10到300兆瓦之间。相比传统的核电站而言，虽然单体发电量较低，但其设计可以通过模块化部署来实现发电量的扩展，多个SMR可以并联以达到几百到上千兆瓦的供电能力。此外，由于建设周期较短、前期投入相对较低，SMR非常适合按需增设，从而满足大型数据中心的用电需求。

SMR可以结合被动冷却安全系统，不需要人工干预就可以面对意外的极端情况——不同于三哩岛的情况。但SMR作为较新的核反应堆技术，处于开发和测试阶段，没有得到商业性验证。美国核管理委员会前主席阿里森·麦克法兰及其合作者在2022年的研究中也指出，较小的反应堆也可能产生更多核废料，并降低燃料的使用效率，而且这个问题可能普遍存在于大多数SMR中。

亚马逊云计算部门首席执行官Matt Garman曾表示，“一些小型模块化反应堆在2020年代不会解决任何问题，但在2030年代及以后可能会成为极好的能源。”

美国核能办公室网站发表的一篇文章中指出，核能的容量系数高达92.5%，这意味着其能在92%以上的时间内，以最大功率运行——对于背负了脱碳责任的科技企业来说，核能是比风能、太阳能更为稳定的电力供应。

核聚变（比核裂变产生更高的能量密度）领域也拿到了第一笔购电协议。核聚变初创公司Helion Energy向微软承诺，在2028年上线工厂，一年后则希望将发电量达到50兆瓦。而一兆瓦就能为多达1000户美国家庭供电一天。

这一次，核能产业的复苏和发展，可真得好好感谢AI，毕竟，美国能源部贷款项目的办公室主任Jigar Shah这么形容，“Joseph（Constellation的CEO）可是做梦都没想到能拿到微软的订单。”

参考文献

[1]https://www.nytimes.com/2024/10/30/business/energy-environment/three-mile-island-nuclear-energy.html

[2]https://www.newyorker.com/news/daily-comment/the-obscene-energy-demands-of-ai

[3]https://www.ft.com/content/ed602e09-6c40-4979-aff9-7453ee28406a

本文来自微信公众号：果壳 （ID：Guokr42），作者：普拉斯G，编辑：沈知涵