要点:
在人工智能强势发展的背景下，探索新的电力供应解决方案变得尤为重要。而核电作为清洁能源技术，正在被视为未来电力供应的重要保障。
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人工智能AI正以空前的速度席卷全球，成为科技进步和经济增长的新驱动力。然而，在这一技术革命的背后，“电力供应紧张”这一被忽视的挑战正悄然逼近。
Elon Musk曾预言，“明年将没有足够的电力来运行所有的芯片。”这一警示不仅揭示了对未来的担忧，也深刻反映了当前电力需求的激增。据相关数据显示，OpenAI的ChatGPT每天消耗的电力相当于1.7万个美国家庭的用电量。此外，美银美林在其研报中也指出，美国AI的电力使用量预计将在2023年至2028年间以25%至33%的年复合增长率增长，到2030年AI可能会消耗美国四分之一的电力。
面对这一挑战，美国电力系统正承受前所未有的压力。相较之下，随着中国电力工业的迅速崛起，中美两国在这一领域的差距不断扩大。在人工智能强势发展的背景下，探索新的电力供应解决方案变得尤为重要。而核电作为清洁能源技术，正在被视为未来电力供应的重要保障。
核能的定义及发电原理<br data-mce-fragment="1">首先，我们要先了解到底“什么是核能”？核能/nuclear power是通过可控的核反应来获取能量，从而产生动力、热量和电能。原子是构成万物的基本单位，其核心由质子和中子组成，电子环绕在原子核外。在原子核中，存在着一种强大的能量将质子和中子紧密结合在一起。核能指的就是原子核在发生核分裂/nuclear fission或核融合/nuclear fusion时释放的能量。因此，核能也被称为“原子能”。
核分裂是指较大的原子核分裂成两个较小的原子核，在这个过程中会释放出巨大的能量。目前，世界上的核电站主要通过核分裂来产生热能，进而发电。
而核融合则是两个较小的原子核结合成一个较大的原子核，这个过程也会释放出能量。理论上，核融合释放的能量通常比核分裂更多。例如，太阳发出的光和热就是通过氢核融合生成氦核的核反应产生的。然而，当前的研究仍面临核融合消耗的电力多于产生的电力的困境。
目前，全球的核能发电主要依靠铀-235进行核分裂反应来生成电力。核能发电的过程包括开釆铀矿，将铀矿经过复杂的提炼和浓缩，制成浓度约为3%的燃料棒，然后将大量燃料棒放入反应堆中。通过控制核分裂反应，使反应堆达到临界状态并持续产生热能，这些热能转化为蒸汽，用于驱动发电机生成电力。核能也被广泛应用于军用潜艇和航空母舰，特别是在美国的舰船中。
与燃烧煤炭和天然气不同，核能发电过程中不会产生碳排放，且核分裂反应在没有外力干预的情况下可以持续很长时间，通常可连续发电18个月，并在正常情况下保持稳定。因此，核电在能源转型中发挥着至关重要的作用，越来越受到全球各大国家的重视及应用。
全球核电发展现状<br data-mce-fragment="1">近年来，核电在全球能源市场的份额持续回升。然而为了满足世界不断增长的能源需求，需要更多的产能。
截至2023年底，全球核能装置容量为396 吉瓦/GW，另外299吉瓦正在开发中。目前，美国拥有最大的核能装置容量，共有94座反应堆，总容量达102吉瓦。核电厂遍布全国各地，其中28个州拥有至少一座反应炉。
法国（64吉瓦）和中国（58吉瓦）分别拥有第二和第三高的核电容量。其他进入全球前五名的国家还有俄罗斯（29吉瓦）和韩国（27吉瓦）。
考虑到在建、预建或已宣布的核电厂，全球核电装置容量将增加至695吉瓦，这意味着增幅超过75%。
预计新增装置容量最大的将来自中国，新增装置容量达118吉瓦。这意味着相对于当前水准增加了204%。同时，印度预计将新增32吉瓦，相当于总容量增加420%。
俄罗斯（+21吉瓦）、英国（+15吉瓦）、土耳其（+15吉瓦）和法国（+12吉瓦）也计划实现核电装置容量的相对大幅增长。相反，美国（+7 吉瓦）预计只会出现7%的成长。
2023年12月，包括美国、法国和加拿大在内的22个国家承诺在2050年将全球核能产能增加两倍，以支持净零转型。
值得注意的是，国际原子能机构动力堆信息系统显示，全球在运核电反应堆一半以上已处于“高寿”阶段，平均运行时长已达到31.8年，262座核电反应堆（占总数量的62%）已经运行了31到50年，如俄罗斯有24座核电反应堆已经运行了30年以上，11座运行了40年以上，新沃罗涅日4号（NOVOVORONEZH-4）和科拉1号（KOLA-1）等已运行了超过50年。美国与俄罗斯情况类似，如九英里峰1号（NINE MILE POINT-1）已并网发电近55年，美国正在运行的92座核电反应堆，有88座已获得批准运行长达60年，一些核电反应堆已申请额外延长20年，将运行80年。
这一数据反映出，核电反应堆的长期稳定性和持续运行能力。随着这些反应堆逐渐步入高寿阶段，核电的发展历程也经历了显著的演变。从早期的技术探索到现代的高效运行，核电的前世今生展现了科技进步与挑战应对的紧密交织。
核能的前世今生
起源- 1938年，德国科学家奥托·哈恩、莉泽·迈特纳和弗里茨·斯特拉斯曼成功进行了第一次核分裂实验。第二次世界大战期间，多个国家开始研究核能，1942年12月2日，恩里科·费米在芝加哥大学建成了第一个完全自主的链式核反应堆。该反应堆为制造长崎原子弹中的鈈提供了基础。同时，这一时期的研究既涉及核武器，也包括民用核能。
1951年12月20日，人类首次通过核反应堆产生了电能，位于爱达荷州Arco的EBR-I试验增殖反应堆实现了这一突破，但其电力仅供自身使用。 1952年，帕雷委员会向美国总统哈利·S·杜鲁门提交报告，指出核能前景悲观，并建议研究太阳能。 1953年12月，美国总统德怀特·艾森豪威尔发表了“和平需要原子”的演讲，推动了国际核能研究的资金支持。 1954年，世界上第一艘核动力潜艇“鹦鹉螺号”正式投入使用。
早期- 1954年，美国原子能委员会主席刘易斯·斯特劳斯指出，人们常常认为广泛应用核能会使电力变得非常便宜，这种观点可能源于对核融合发电的误解。然而，这种看法促使美国决定在2000年前建造1000座核反应堆。
1955年，联合国举办了“第一次日内瓦会议”，汇聚了大量科学家共同探讨核能的前景。 1957年，欧洲原子能共同体/EURATOM和欧洲经济共同体（现为欧盟）成立，同时，国际原子能机构/IAEA也在同一年成立。
发展-核反应堆的功率在1960年代迅速增长，从不到100万千瓦上升到1970年代的1000万千瓦，1980年代进一步提升到3000万千瓦。 1980年后，功率增长变缓，到2005年仅升至3660万千瓦，主要增长来源于中国。然而，1970年代至1980年代间，由于高建造费用和下降的化石燃料价格，核电厂建设吸引力降低。
反对核能的运动在20世纪后半叶兴起，主要担心核事故和放射性废料问题。 1979年的三里岛事件和1986年的切尔诺贝利事故导致许多国家停止建造新核电厂。此外，澳大利亚、瑞典和意大利曾通过公投反对核电建设，爱尔兰的反对者也成功阻止了核能计划。
进入21世纪，全球变暖问题成为关注焦点。一些企业家和科学家，如比尔·盖茨，认为核能是解决变暖的唯一途径，特别是第四代反应堆。中国将核能视为平衡经济发展与应对变暖的关键方案，投入大量资金于核能研发。至2014年，中国已有20台核电机组在运，28台在建，计划到2020年核电装机容量达到5800万千瓦。
迭代升级- 作为和核电息息相关的核电厂，也从第一代演变至如今的第四代
一代：核电站的开发与建设开始于上世纪50年代。 1954年，前苏联建成电功率为五千千瓦的实验性核电站、1957年，美国建成电功率为九万千瓦的希平港原型核电站。这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。
二代：上世纪60年代后期，在试验性和原型核电机组基础上，陆续建成电功率在30万千瓦以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组，它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时，使核电的经济性也得以证明：可与火电、水电相竞争。
而到了70年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展，目前世界上商业运行的四百多座核电机组绝大部分是在这段时期建成的。以美国西屋公司为代表的Model系列、System80（1050MWe，2环路压水堆）以及一大批沸水堆（BWR）均可划入第二代核电站范畴。法国的CPY，P4，P4′也属于Model系列标准核电站。日本、韩国也建造了一批Model412、BWR、System80等标准核电站。
第二代核电站是世界正在运行的核电站主力机组，但在三里岛核电站和切尔诺贝利核电站、福岛发生事故之后，各国对正在运行的核电站进行了不同程度的改进，在安全性和经济性都有了不同程度的提高。
三代：上世纪90年代，为解决三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故的负面影响，世界核电界集中力量对严重事故的预防和后果缓解进行了研究和攻关，美国和欧洲先后出台“先进轻水堆用户要求”文件和“欧洲用户对轻水堆核电站的要求”，进一步明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。
国际上通常把满足这两份文件之一的核电机组称为第三代核电机组。对第三代核电机组,要求能在2010年前进行商用建造。在国际上，目前已比较成熟的第三代核电压水堆有AP-1000、ERP和System80+三个型号，System80+虽已经美国NRC批准，但美国已放弃不用。
但第三代核电技术问世以后，受到全球核电用户的普遍关注，包括中国在内的一些核电业主已经选用或准备选用更安全、更经济的第三代核电技术进行新的核电机组建设。
四代： 2000年1月，在美国能源部的倡议下，美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、韩国和阿根廷等十个有意发展核能利用的国家，联合组成第四代国际核能论坛/GIF，并于2001年7月签署了合约，约定共同合作研究开发第四代核能系统/GenⅣ。
第四代核能利用系统，常指快中子反应堆技术，不使用铀燃料，而改用鈈-239作燃料，换言之，就是在堆心燃料鈈-239的外围再生区里放置铀-238，鈈-239产生裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀-238吸收，铀-238就会很快变成鈈-239。
这样不仅提高了能量的产生，而且还充分利用了铀-238这一核废料，核废料导致的环境污染问题将能得到解决。第四代核电的安全性和经济性都更加优越，废物量极少，无需厂外应急，并具有防核扩散能力的核能利用系统，它的商用化估计要到2030年左右方能实现。
然而，欧美发达国家的态度却受到日本福岛核事故和俄罗斯切尔诺贝利事故的深刻影响。这些事故引发了对核电安全性的广泛担忧，尤其是在技术和管理层面的不足可能导致的灾难性后果。欧美国家对核电的谨慎态度表现为严格的安全标准和频繁的政策审查，甚至在某些国家出现了对核电的全面拒绝或逐步淘汰的趋势。
但相比之下，中国始终坚定支持核电的发展，已取得突破性发展
2021年12月20号，全世界最先进的第四代核反应堆在中国山东石岛湾高温气冷堆核电站送电成功。该反应堆是全球首座高温气冷球床反应堆，意味着中国的核电站高温气冷堆已经打造成功而且能够保障安全运行，从而能够告别像福岛和三里岛核泄漏带来的威胁。
“高温气冷球床反应堆”/High-Temperature Gas-Cooled Reactor简称HTGR，它是一种核反应堆技术，其特点是使用气体（通常是氦气）作为冷却剂。它的核心是由很多的小的固定的燃料元件（通常是固态固体燃料棒）构成的。这些燃料元件被安装在一个球形的金属容器内，并且它们被压缩气体环绕着，从而达到冷却的目的。
这种技术的优势在于它可以操作在更高的温度范围内，而且不需要使用液态冷却剂。这使得它可以实现更高的效率，并且不存在像一般的水冷反应堆一样的液体冷却剂泄漏的风险。此外，气冷球床反应堆也可以生产高温热能，这可以用于生产电力，或用于其他工业过程。
此外，高温气冷球床反应堆在安全方面具有优势。因为它不使用液态冷却剂，所以不存在核蒸气爆炸和核冷却剂泄漏的风险。与此同时，高温气冷球床反应堆也不存在核燃料堆渣问题，因为它的燃料元件是固态的，并且有更长的寿命。无论发生任何类型的事故，高温气冷球床反应堆都可以需要任何人为干预依旧保持反应堆的安全状态。
随着核电技术的不断进步，各国对核电的态度和理解也发生了显著变化。过去，核电因其潜在的安全风险和管理挑战而被许多国家拒绝或谨慎对待，但随着技术的不断进步，尤其是AI在核电领域的应用，这一局面正发生改变并形成新的全球竞争格局。
AI浪潮下的电力新竞争<br data-mce-fragment="1">根据相关数据显示，目前美国的总电力生产能力约为1.1TW，而中国则为2.9TW。预计到2050年，美国的电力生产能力将增加一倍多，达到2.9TW，而中国将大幅提升至8.7TW，几乎增加两倍多。 2060年，中国计划将70%的电力来自可再生能源，其中18%来自核能。
目前，中国正建设中的核反应堆有26座，未来计划新增约300座核反应堆，总产能约500GW，约为美国当前核电建设总电量的一半。在核电建设成本方面，根据国际能源机构的数据，中国的核电成本为每兆瓦65美元，而美国为105美元，欧盟为140美元。
美国的核电成本可能是中国的五到十倍，这突显了美国在未来几十年将很大可能面临来自中国的工业挑战。中国不仅电力生产成本较低，而且新产能建设速度快、成本低，这对美国的制造业特别是人工智能领域构成了长期竞争压力。
在全球电力和科技领域的竞争中，美国是否应放松对核反应堆技术的监管，成为了一个关键的战略问题。当前，核电技术的严格监管虽然确保了安全，但也可能制约了技术进步和成本降低，从而影响美国在国际上的竞争力。尤其是中国在核电建设方面的迅猛进展和成本优势，正逐渐缩小与美国的差距，并可能在未来几十年对美国形成强大的工业和技术竞争压力。
未来，核电与人工智能AI的融合将对社会的发展产生深远影响。核电作为一种低碳、可持续的能源来源，与人工智能技术的结合，可以推动能源生产和使用的智能化、优化电力系统的运行效率，进而促进能源革命和科技进步。
在全球对清洁、智能电力系统的广泛共识和行动背景下，核电与人工智能的协同发展有可能为我们带来更高效、更可持续的绿色能源未来。如何平衡安全监管与技术创新，将是全球各国在未来几十年中必须面对的重要战略问题。
