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在人工智能強勢發展的背景下，探索新的電力供應解決方案變得尤為重要。而核電作為清潔能源技朮，正在被視為未來電力供應的重要保障。
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人工智能AI正以空前的速度席卷全球，成為科技進步和經濟增長的新驅動力。然而，在這一技朮革命的背后，“電力供應緊張”這一被忽視的挑戰正悄然逼近。
Elon Musk曾預言，“明年將沒有足夠的電力來運行所有的芯片。”這一警示不僅揭示了對未來的擔憂，也深刻反映了當前電力需求的激增。據相關數據顯示，OpenAI的ChatGPT每天消耗的電力相當於1.7萬個美國家庭的用電量。此外，美銀美林在其研報中也指出，美國AI的電力使用量預計將在2023年至2028年間以25%至33%的年復合增長率增長，到2030年AI可能會消耗美國四分之一的電力。
面對這一挑戰，美國電力系統正承受前所未有的壓力。相較之下，隨着中國電力工業的迅速崛起，中美兩國在這一領域的差距不斷擴大。在人工智能強勢發展的背景下，探索新的電力供應解決方案變得尤為重要。而核電作為清潔能源技朮，正在被視為未來電力供應的重要保障。
核能的定義及發電原理
首先，我們要先了解到底“什麼是核能”？核能/nuclear power是通過可控的核反應來獲取能量，從而產生動力、熱量和電能。原子是搆成萬物的基本單位，其核心由質子和中子組成，電子環繞在原子核外。在原子核中，存在着一種強大的能量將質子和中子緊密結合在一起。核能指的就是原子核在發生核分裂/nuclear fission或核融合/nuclear fusion時釋放的能量。因此，核能也被稱為“原子能”。
核分裂是指較大的原子核分裂成兩個較小的原子核，在這個過程中會釋放出巨大的能量。目前，世界上的核電站主要通過核分裂來產生熱能，進而發電。
而核融合則是兩個較小的原子核結合成一個較大的原子核，這個過程也會釋放出能量。理論上，核融合釋放的能量通常比核分裂更多。例如，太陽發出的光和熱就是通過氫核融合生成氦核的核反應產生的。然而，當前的研究仍面臨核融合消耗的電力多於產生的電力的困境。
目前，全球的核能發電主要依靠鈾-235進行核分裂反應來生成電力。核能發電的過程包括開釆鈾礦，將鈾礦經過復雜的提煉和濃縮，制成濃度約為3%的燃料棒，然后將大量燃料棒放入反應堆中。通過控制核分裂反應，使反應堆達到臨界狀態并持續產生熱能，這些熱能轉化為蒸汽，用於驅動發電機生成電力。核能也被廣泛應用於軍用潛艇和航空母艦，特別是在美國的艦船中。
與燃燒煤炭和天然氣不同，核能發電過程中不會產生碳排放，且核分裂反應在沒有外力干預的情況下可以持續很長時間，通常可連續發電18個月，并在正常情況下保持穩定。因此，核電在能源轉型中發揮著至關重要的作用，越來越受到全球各大國家的重視及應用。
全球核電發展現狀
近年來，核電在全球能源市場的份額持續回升。然而為了滿足世界不斷增長的能源需求，需要更多的產能。
截至2023年底，全球核能裝置容量為396 吉瓦/GW，另外299吉瓦正在開發中。目前，美國擁有最大的核能裝置容量，共有94座反應堆，總容量達102吉瓦。核電廠遍布全國各地，其中28個州擁有至少一座反應爐。
法國（64吉瓦）和中國（58吉瓦）分別擁有第二和第三高的核電容量。其他進入全球前五名的國家還有俄羅斯（29吉瓦）和韓國（27吉瓦）。
考慮到在建、預建或已宣布的核電廠，全球核電裝置容量將增加至695吉瓦，這意味著增幅超過75%。
預計新增裝置容量最大的將來自中國，新增裝置容量達118吉瓦。這意味著相對於當前水準增加了204%。同時，印度預計將新增32吉瓦，相當於總容量增加420%。
俄羅斯（+21吉瓦）、英國（+15吉瓦）、土耳其（+15吉瓦）和法國（+12吉瓦）也計劃實現核電裝置容量的相對大幅增長。相反，美國（+7 吉瓦）預計只會出現7%的成長。
2023年12月，包括美國、法國和加拿大在內的22個國家承諾在2050年將全球核能產能增加兩倍，以支持淨零轉型。
值得註意的是，國際原子能機搆動力堆信息系統顯示，全球在運核電反應堆一半以上已處於“高壽”階段 ，平均運行時長已達到31.8年，262座核電反應堆（占總數量的62%）已經運行了31到50年，如俄羅斯有24座核電反應堆已經運行了30年以上，11座運行了40年以上，新沃羅涅日4號（NOVOVORONEZH-4）和科拉1號（KOLA-1）等已運行了超過50年。美國與俄羅斯情況類似，如九英里峰1號（NINE MILE POINT-1）已并網發電近55年，美國正在運行的92座核電反應堆，有88座已獲得批准運行長達60年，一些核電反應堆已申請額外延長20年，將運行80年。
這一數據反映出，核電反應堆的長期穩定性和持續運行能力。隨着這些反應堆逐漸步入高壽階段，核電的發展曆程也經曆了顯著的演變。從早期的技朮探索到現代的高效運行，核電的前世今生展現了科技進步與挑戰應對的緊密交織。
核能的前世今生
起源 - 1938年，德國科學家奧托·哈恩、莉澤·邁特納和弗里茨·斯特拉斯曼成功進行了第一次核分裂實驗。第二次世界大戰期間，多個國家開始研究核能，1942年12月2日，恩里科·費米在芝加哥大學建成了第一個完全自主的鏈式核反應堆。該反應堆為制造長崎原子彈中的鈈提供了基礎。同時，這一時期的研究既涉及核武器，也包括民用核能。
1951年12月20日，人類首次通過核反應堆產生了電能，位於愛達荷州Arco的EBR-I試驗增殖反應堆實現了這一突破，但其電力僅供自身使用。1952年，帕雷委員會向美國總統哈利·S·杜魯門提交報告，指出核能前景悲觀，并建議研究太陽能。1953年12月，美國總統德懷特·艾森豪威爾發表了“和平需要原子”的演講，推動了國際核能研究的資金支持。1954年，世界上第一艘核動力潛艇“鸚鵡螺號”正式投入使用。
早期 - 1954年，美國原子能委員會主席劉易斯·斯特勞斯指出，人們常常認為廣泛應用核能會使電力變得非常便宜，這種觀點可能源於對核融合發電的誤解。然而，這種看法促使美國決定在2000年前建造1000座核反應堆。
1955年，聯合國舉辦了“第一次日內瓦會議”，匯聚了大量科學家共同探討核能的前景。1957年，歐洲原子能共同體/EURATOM和歐洲經濟共同體（現為歐盟）成立，同時，國際原子能機搆/IAEA也在同一年成立。
發展 - 核反應堆的功率在1960年代迅速增長，從不到100萬千瓦上升到1970年代的1000萬千瓦，1980年代進一步提升到3000萬千瓦。1980年后，功率增長變緩，到2005年僅升至3660萬千瓦，主要增長來源於中國。然而，1970年代至1980年代間，由於高建造費用和下降的化石燃料價格，核電廠建設吸引力降低。
反對核能的運動在20世紀后半葉興起，主要擔心核事故和放射性廢料問題。1979年的三里島事件和1986年的切爾諾貝利事故導致許多國家停止建造新核電廠。此外，澳大利亞、瑞典和意大利曾通過公投反對核電建設，愛爾蘭的反對者也成功阻止了核能計划。
進入21世紀，全球變暖問題成為關注焦點。一些企業家和科學家，如比爾·蓋茨，認為核能是解決變暖的唯一途徑，特別是第四代反應堆。中國將核能視為平衡經濟發展與應對變暖的關鍵方案，投入大量資金於核能研發。至2014年，中國已有20台核電機組在運，28台在建，計划到2020年核電裝機容量達到5800萬千瓦。
迭代升級 - 作為和核電息息相關的核電廠，也從第一代演變至如今的第四代
一代：核電站的開發與建設開始於上世紀50年代。1954年，前蘇聯建成電功率為五千千瓦的實驗性核電站、1957年，美國建成電功率為九萬千瓦的希平港原型核電站。這些成就證明了利用核能發電的技朮可行性。國際上把上述實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。
二代：上世紀60年代后期，在試驗性和原型核電機組基礎上，陸續建成電功率在30萬千瓦以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機組，它們在進一步證明核能發電技朮可行性的同時，使核電的經濟性也得以證明：可與火電、水電相競爭。
而到了70年代，因石油漲價引發的能源危機促進了核電的發展，目前世界上商業運行的四百多座核電機組絕大部分是在這段時期建成的。以美國西屋公司為代表的Model系列、System80（1050MWe，2環路壓水堆）以及一大批沸水堆（BWR）均可划入第二代核電站范疇。法國的CPY，P4，P4′也屬於Model系列標准核電站。日本、韓國也建造了一批Model412、BWR、System80等標准核電站。
第二代核電站是世界正在運行的核電站主力機組，但在三里島核電站和切爾諾貝利核電站、福島發生事故之后，各國對正在運行的核電站進行了不同程度的改進，在安全性和經濟性都有了不同程度的提高。
三代：上世紀90年代，為解決三里島和切爾諾貝利核電站的嚴重事故的負面影響，世界核電界集中力量對嚴重事故的預防和后果緩解進行了研究和攻關，美國和歐洲先后出台“先進輕水堆用戶要求”文件和“歐洲用戶對輕水堆核電站的要求”，進一步明確了防范與緩解嚴重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。
國際上通常把滿足這兩份文件之一的核電機組稱為第三代核電機組。對第三代核電機組,要求能在2010年前進行商用建造。在國際上，目前已比較成熟的第三代核電壓水堆有AP-1000、ERP和System80+三個型號，System80+雖已經美國NRC批准，但美國已放棄不用。
但第三代核電技朮問世以后，受到全球核電用戶的普遍關注，包括中國在內的一些核電業主已經選用或准備選用更安全、更經濟的第三代核電技朮進行新的核電機組建設。
四代：2000年1月，在美國能源部的倡議下，美國、英國、瑞士、南非、日本、法國、加拿大、巴西、韓國和阿根廷等十個有意發展核能利用的國家，聯合組成第四代國際核能論壇/GIF，并於2001年7月簽署了合約，約定共同合作研究開發第四代核能系統/GenⅣ。
第四代核能利用系統，常指快中子反應堆技朮，不使用鈾燃料，而改用鈈-239作燃料，換言之，就是在堆心燃料鈈-239的外圍再生區里放置鈾-238，鈈-239產生裂變反應時放出來的快中子，被裝在外圍再生區的鈾-238吸收，鈾-238就會很快變成鈈-239。
這樣不僅提高了能量的產生，而且還充分利用了鈾-238這一核廢料，核廢料導致的環境污染問題將能得到解決。第四代核電的安全性和經濟性都更加優越，廢物量極少，無需廠外應急，并具有防核擴散能力的核能利用系統，它的商用化估計要到2030年左右方能實現。
然而，歐美發達國家的態度卻受到日本福島核事故和俄羅斯切爾諾貝利事故的深刻影響。這些事故引發了對核電安全性的廣泛擔憂，尤其是在技朮和管理層面的不足可能導致的災難性后果。歐美國家對核電的謹慎態度表現為嚴格的安全標准和頻繁的政策審查，甚至在某些國家出現了對核電的全面拒絕或逐步淘汰的趨勢。
但相比之下，中國始終堅定支持核電的發展，已取得突破性發展
2021年12月20號，全世界最先進的第四代核反應堆在中國山東石島灣高溫氣冷堆核電站送電成功。該反應堆是全球首座高溫氣冷球床反應堆，意味着中國的核電站高溫氣冷堆已經打造成功而且能夠保障安全運行，從而能夠告別像福島和三里島核泄漏帶來的威脅。
“高溫氣冷球床反應堆”/High-Temperature Gas-Cooled Reactor簡稱HTGR，它是一種核反應堆技朮，其特點是使用氣體（通常是氦氣）作為冷卻劑。它的核心是由很多的小的固定的燃料元件（通常是固態固體燃料棒）搆成的。這些燃料元件被安裝在一個球形的金屬容器內，并且它們被壓縮氣體環繞着，從而達到冷卻的目的。
這種技朮的優勢在於它可以操作在更高的溫度范圍內，而且不需要使用液態冷卻劑。這使得它可以實現更高的效率，并且不存在像一般的水冷反應堆一樣的液體冷卻劑泄漏的風險。此外，氣冷球床反應堆也可以生產高溫熱能，這可以用於生產電力，或用於其他工業過程。
此外，高溫氣冷球床反應堆在安全方面具有優勢。因為它不使用液態冷卻劑，所以不存在核蒸氣爆炸和核冷卻劑泄漏的風險。與此同時，高溫氣冷球床反應堆也不存在核燃料堆渣問題，因為它的燃料元件是固態的，并且有更長的壽命。無論發生任何類型的事故，高溫氣冷球床反應堆都可以需要任何人為干預依舊保持反應堆的安全狀態。
隨着核電技朮的不斷進步，各國對核電的態度和理解也發生了顯著變化。過去，核電因其潛在的安全風險和管理挑戰而被許多國家拒絕或謹慎對待，但隨着技朮的不斷進步，尤其是AI在核電領域的應用，這一局面正發生改變並形成新的全球競爭格局。
AI浪潮下的電力新競爭
根據相關數據顯示，目前美國的總電力生產能力約為1.1TW，而中國則為2.9TW。預計到2050年，美國的電力生產能力將增加一倍多，達到2.9TW，而中國將大幅提升至8.7TW，几乎增加兩倍多。2060年，中國計划將70%的電力來自可再生能源，其中18%來自核能。
目前，中國正建設中的核反應堆有26座，未來計划新增約300座核反應堆，總產能約500GW，約為美國當前核電建設總電量的一半。在核電建設成本方面，根據國際能源機搆的數據，中國的核電成本為每兆瓦65美元，而美國為105美元，歐盟為140美元。
美國的核電成本可能是中國的五到十倍，這突顯了美國在未來几十年將很大可能面臨來自中國的工業挑戰。中國不僅電力生產成本較低，而且新產能建設速度快、成本低，這對美國的制造業特別是人工智能領域搆成了長期競爭壓力。
在全球電力和科技領域的競爭中，美國是否應放松對核反應堆技朮的監管，成為了一個關鍵的戰略問題。當前，核電技朮的嚴格監管雖然確保了安全，但也可能制約了技朮進步和成本降低，從而影響美國在國際上的競爭力。尤其是中國在核電建設方面的迅猛進展和成本優勢，正逐漸縮小與美國的差距，并可能在未來几十年對美國形成強大的工業和技朮競爭壓力。
未來，核電與人工智能AI的融合將對社會的發展產生深遠影響。核電作為一種低碳、可持續的能源來源，與人工智能技朮的結合，可以推動能源生產和使用的智能化、優化電力系統的運行效率，進而促進能源革命和科技進步。
在全球對清潔、智能電力系統的廣泛共識和行動背景下，核電與人工智能的協同發展有可能為我們帶來更高效、更可持續的綠色能源未來。如何平衡安全監管與技朮創新，將是全球各國在未來几十年中必須面對的重要戰略問題。
