深度解读“下一代核能”：当AI开?始抢电，全世界重新押注核电

更新时间：2026-01-19 17:48 来源：牛马见闻

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这]是《麻省理工科[技评论》2026 年“十大突破性技术”深度解读系列的第六篇内容，关注 DeepTech，关注新兴科技趋势。 随着 AI 技术的蓬勃发展， AI 模型的参数规模和推理频次呈指数级增长。据高盛研究部预测，到 2030 年，全球数据中心的电力需求将增长 160%。 传统的风电、光伏的波动性难以支撑算力的高度需求，作为稳定、可预测和可调度的基荷电源，核能再次走入人们的视野中，它正在试图回答时代的问题：是否能以足够快、足够灵活和足够便宜的价格，来填补 AI 时代的“用电荒”？ 尽管传统核电站贡献巨大，但它面临工期太长、设计太复杂、预算太高的现实问题。下一代核能（Next-gen nuclear）技术的出现有望解决这些问题。先进核反应堆是实现下一代核能最核心的技术载体，它通常是指第四代反应堆（Generation IV）和小型模块化反应堆（SMR，Small Modular Reactor）。 SMR 的单堆功率通常不超过 300 兆瓦电（MWe），其采用工厂预制和模块化部署设计。与传统大型核电站需要 8 至 12 年的建设周期不同，SMR 可在受控的工厂环境中制造，并在 12 至 24 个月内完成部署，不仅能显著降低资本风险，还可根据需求增长逐步增加产能。 AI 巨头们也意识到了核电重要性，并积极布局 AI 电力。Meta 继 2025 年 6 月宣布与 Constellation Energy 达成一项为期 20 年的协议后，近期又与 TerraPower、Oklo 和 Vistra 达成核电协议，旨在建造 SMR 为其数据中心供电。到 2035 年，这三项协议计划支持高达 6.6 吉瓦（GW，1GW=1000MW）的清洁能源。 2024 年 9 月，微软与 Constellation 公司签署了一项为期 20 年的购电协议，旨在重启原美国三哩岛核电站 1 号机组为电网提供 835MW 的无碳能源。2024 年 10 月，Google 与 Kairos Power 签署了一项长期合作，目标是通过多次部署 SMR 释放 500MW 的核电清洁能源。 当下，先进核反应堆技术正在全球范围内吸引了数十亿美元的私人投资，并持续获得政府的资金支持。根据国际能源署预测，在理想情况下，到本世纪中叶， SMR 装机容量将达到 120GW，届时将有超过 1,000 座 SMR 投入运行。在这种快速增长的情景下，到 2050 年 SMR 累计投资将达到 6,700 亿美元。更有业界人士判断，新型反应堆有可能引发自 20 世纪 70 年代以来最大规模的一次核电扩张周期。 美国能源部在 2001 年推动了 SMR 系统性研究和规划。当时，在经历了 1979 年美国三哩岛、1986 年苏联切尔诺贝利核电站事故后，世界核电界进入深度反思和冰封期，经过改进的第三代核电技术推动着核电复兴，2011 年日本福岛核电站事故后，世界核电又经历了乍暖还寒的几年停滞。近年来，中俄两国引领了世界核电的复兴。鉴于第四代核能系统的技术成熟度不够、经济性不足，业界推断其进入市场的时间可能从 2030 年推迟到 2050 年。 在第四代核能尚未具备经济可行性之前，SMR 被视为能在现有核工业体系中快速落地的现实选项。为此，一些公司致力于开发小型反应堆，其发电量显著低于传统大型核电站；还有一些公司则在探索熔盐或液态钠、铅等金属作为冷却剂的反应堆，使反应堆无需像水冷反应堆那样在高压下运行，并且高温热源可以做其他用途。 与传统反应堆通常为整座城市供电的能力不同，这些公司致力研发的先进反应堆，普遍具有共同特征：采用新型燃料与冷却剂、设计更小型和模块化、制造流程更简化。不仅可以提升安全性，同时也能满足发电、工业过程热、远程供电、制氢，以及日益增长的人工智能数据中心应用。 从技术路径上来看，先进核反应堆可分为：采用 TRISO 核燃料的高温气冷堆（HTGR）；以熔盐为冷却剂的反应堆，包括液态燃料设计和固态燃料设计；以液态金属为冷却剂的快堆，如钠冷快堆（SFR）和铅冷快堆（LFR）；以及集成非能动安全特性的轻水冷却小型模块化反应堆 （来源：国际能源署） 无碳能源已被多个国家列为战略级基础设施的重要组成部分，目前已有 40 多个国家支持扩大核能利用。在先进核反应堆领域，各国推动路径呈现出明显分化：有的由能源安全驱动，有的由产业复兴牵引，也有的同时押注多条技术路线。美国能源部将小堆作为核能未来发展的重点，试图通过加强技术优势带动产业复兴，其推进小型水冷堆尽快部署，恢复世界核能领域的领导优势。 俄罗斯将小堆发展列入国家基本政策，推动小型水冷堆应用以确保北极利益。其于 2020 年建成海上浮动核电站罗蒙诺索夫院士号，为偏远城市及海洋开发供电供热。该核电站包括两座小型堆，可提供 70MW 电力、300MW 热量以及 24 万㎡淡水。 （来源：国际能源署） 从中国先进核反应堆发展来看，中国科学院上海应用物理研究所开发钍基熔盐堆并实现钍铀核燃料转换，标志着中国建成了迄今为止世界上唯一运行的钍燃料入堆的熔盐堆，这是钍基熔盐堆研发进展中的重要里程碑。 中核集团发展了钠冷快堆——霞浦 600MW 示范快堆（CFR600），并自主研发了小型模块化压水堆玲龙一号（ACP100）。清华大学核研院建立了 10MW 的高温气冷堆，由中国华能集团、中国核工业集团与清华大学合作建设的石岛湾高温气冷堆核电站（HTR-PM），是全球首个采用先进 TRISO 核燃料的高温气冷堆示范工程。 从公司层面看，当前进展最快的项目主要集中在已经进入示范堆建设或获得长期购电协议的企业。美国 X-energy 公司主要开展高温气冷堆 Xe-100 和 TRISO 核燃料。2024 年 10 月，该公司与亚马逊建立战略合作伙伴关系，计划到 2039 年在美国部署超过 5GW 的核电装机容量。 由比尔·盖茨创立并担任该董事局主席的 TerraPower 公司，是国际影响力较大的先进核能开发商。TerraPower 获得美国能源部先进堆示范项目提供的 20 亿美元资助，用于建设其 Natrium 钠冷快堆示范工程，目标是 2030 年前实现商业运行。 Kairos Power 公司是美国首家获批开建下一代核反应堆的企业。2023 年，该公司获得美国核监管委员会批准建设 Hermes 示范反应堆，并于 2024 年启动建设，获得美国能源部通过高级反应堆示范项目 3.03 亿美元的资助。据公开信息，Kairos Power 的实验熔盐反应堆——位于田纳西州橡树岭的 Hermes 2 已进入建设阶段。并且，Kairos 与田纳西河谷管理局已签署一项购电协议，标志着“美国公用事业公司首次从第四代先进反应堆购买电力”。此外，Kairos 首座 SMR 工厂装置预计于 2030 年投入运行。 英国初创核能公司 Newcleo 正在研发一种小型铅冷快堆，目标是 2030 年在法国建成 3 万千瓦的首堆。后续将研发 20 万千瓦版小堆，并在英国实现商业化部署，目前已投资 5,000 万欧元。 美国 NuScale 公司 50MW 电功率的全非能动冷却模块化小堆，已获美国核管会设计认证，美国政府支持美国田纳西河谷流域的电力管理局，与之签订了预售电协议，即支持其 6GW 的意向性评估。此外，BWRX-300 首堆预计 2028 年投运，SMR-160、AP300 首堆预计将在 2030 年后投运。 需要看到的是，能否扩大规模来满足生产和生活的实际需求，是下一代反应堆技术面临的关键问题。现在，首批示范项目处于后期规划阶段或建设阶段。未来，要想提升电网的韧性，还需要在全球范围内建造更多此类反应堆，并具备经济可行性。 下一代核能入选了《麻省理工科技评论》2026 年度“十大突破性技术”，我们邀请三位来自产业与科研一线的代表，围绕其关键技术路径与产业进展进行了点评。 以下评论内容均为个人见解，不代表《麻省理工科技评论》观点 先进核反应堆的真正瓶颈，不在物理原理，而在工程技术、政府监管与商业化能力 备注：以下评论由胡玲文提供英文内容，经刘雅坤编译和整理。 先进核反应堆在冷却剂选择、中子能谱、燃料形式和燃料循环特性方面存在显著差异，与其说这些技术的发展阶段受限于物理原理，不如说受限于工程设计验证、系统集成和商业可行性。 在众多技术路线中，目前高温气冷堆的发展最为领先。这背后，是全球数十年持续研发和工程验证的积累。其关键设计特性，包括 TRISO 燃料性能、氦气冷却和非能动余热载出，已得到广泛研究和实验验证。中国的一座模块化高温气冷堆——石岛湾高温气冷堆示范电站（HTR-PM）已实现并网发电，首次证明了实验室规模之外的此类系统集成运行。 尽管前景广阔，但不容忽视的是，先进反应堆从概念走向大规模商业部署仍面临一系列严峻挑战，可以归结为五类：燃料、监管、工程、资本与人才。 燃料在商业规模上的稳定生产，是几乎所有先进反应堆面临的共同瓶颈。几种先进反应堆依赖高丰度低浓铀（HALEU）燃料和基于 TRISO 的燃料，这两者目前均未达到可预测成本、产量和质量保证的商业化生产规模。评估燃料本身过程漫长、耗费巨大，且其结果能否获得监管机构认可，也存在不确定性。 另一主要瓶颈在于许可和监管流程。现有的监管框架主要为大型轻水反应堆而制定，将其调整用于先进反应堆带来了进度上的不确定性。虽然基于风险和性能的监管模式正在重塑规则，但政府许可审批流程仍是大多数项目面临的核心瓶颈和最大变数。 首堆建造和系统集成也带来了额外挑战。由于非轻水反应堆建造经验有限，先进反应堆的工程设计、供应链、建造和调试环节的风险显著上升。 除了技术本身，一系列非技术因素同样深刻影响着先进反应堆能否走向商业化。例如，资本结构和融资可获得性尤为重要。先进反应堆将从开发阶段的风险投资支持的高风险知识产权资产，转变为在项目全生命周期需要稳定、长期投资和融资的基础设施资产。 此外，供应链和核级质量保证能力同样是现实制约因素。先进反应堆需要新型组件和材料，这要求供应商具备资格，能够在初始低产量的情况下满足核级标准。 核反应堆是跨学科的技术，技术的发展依赖于高技能的技术人才培养。目前，受过培训的核专业人员和技师严重短缺。因此，培训和维持下一代核能人才队伍对于先进反应堆的成功开发和部署至关重要。 总体来看，我认为先进的轻水小型模块化反应堆很可能引领近期部署工作，但它仍将面临与近年来欧美建造的大型反应堆类似的监管许可、施工执行和财务挑战。高温气冷堆技术的突破，将取决于许可审批、燃料供应与厂址开发这三方面的协同推进。 从发展路径看，熔盐冷却反应堆将聚焦于通过试验堆进行示范，其核心任务在于材料鉴定、部件制造、建造方法与监管接洽；而快堆技术则致力于设计的进一步成熟化。其中，钠冷快堆有望在数年内获得监管许可，并开始向商业化迈进，铅冷快堆的部署时间表则有可能超过五年。 光伏之后，下一代核能可能成为真正的能源底座 能源市场拥有广阔的发展空间，其规模将会随着能源成本的下降而迅速扩大，就像现在光伏板价格降低后，光伏市场的发展日益蓬勃。下一代核能市场中，最活跃的领域之一是小型模块化反应堆（SMR，Small Modular Reactors），它能够更方便地获取核电。其在基本原理和燃料方面，与大型传统核电站并没有本质的区别。 但在实现方式上，SMR 将核电站的功率规模缩小至传统核电站的十分之一——数十万到百兆瓦级别，不仅在反应堆体积、资金投入规模方面都显著变小，还在建设周期和大型零部件在工厂中批量生产等方面进行了大量探索。因此，其应用场景更广泛，如偏远地区、工业园区等电网薄弱或离网场景，甚至算力中心。 从缺电的迫切性上，我认为美国对下一代核电的需求高于中国，这与其电网结构、能源独立战略及局部电力短缺有关。从最近几年裂变能和聚变能的发展来看，越来越多的民营企业加入到推动行业发展的队伍中，这与传统意义上的国家牵头发展的局面大不相同。因此，从研发速度、管理形式等方面，它们可能会走出一条独特的发展之路。 如果未来聚变电力实现商用，有望与核裂变共同扩大整体能源市场的基数。与裂变电站相比，核聚变在固有安全性、燃料储量和长寿命核废料等方面，被普遍认为更具优势。在未来能源系统中，核聚变更适合作为稳定的基荷能源，与风电光伏形成互补。 当前，核裂变的瓶颈在于监管和公众对其安全性的接受程度；而对于核聚变来说，主要瓶颈是聚变能全流程走通。而更重要的，是通过建设并运行一代又一代的高性能聚变堆，来发现并解决工程化与商业化的真实痛点，从而为技术突破指明方向。 从广义的核能角度来看，该领域已经进入到一个全新的阶段。SMR 有望在几年内形成示范堆开始并网发电，聚变堆如果一切顺利，其商业化也不会太远。据我个人预测，未来能源格局将会出现巨大的颠覆，风电、光伏等可能会占到 30%-40% 的份额，而包括聚变和裂变在内的核电，可能会占 60%-70%。这是一个值得大家长期关注的方向。 SMR 不是核能革命，而是通往下一代核能的现实桥梁 无论是第四代核能系统，还是涵盖了第三代先进轻水堆核电站技术以及第四代非水冷反应堆技术路线的 SMR，在 20 世纪 50 年代均已在实验堆完成物理意义上的开发和验证。不同反应堆各有不同的应用场景、技术成熟度和市场可接受度。 第四代先进核能技术中，钠冷快堆技术相对成熟并已完成商业化示范，但它的经济性尚不能满足当下的能源和市场需求。改进的压水堆和沸水堆技术，都是经过验证的先进反应堆技术路线。基于先进水冷堆技术和工业基础的 SMR，最先具备商业化示范和推广条件。 超高温气冷堆已完成高温气冷堆的研究堆、工程示范堆的发展阶段，中国在该方向处于国际领先地位。由于支持其优势发挥的耐高温材料和氦气透平技术等还有诸多挑战，超高温气冷堆的价值和经济性难以体现。TRISO 核燃料的高温气冷堆固有安全性好，同时具备防止核扩散的技术属性。 铅铋冷却剂和熔盐冷却剂快中子反应堆，目前还处于研究堆和工程示范堆发展阶段，面临耐腐蚀材料开发、理论完善和数据积累等问题。铅冷快堆和熔盐堆具备小型化和紧凑型的应用场景和发展空间，美俄等国均有战略性部署，在耐腐蚀材料方面的突破值得期待。 核燃料被普遍看作是先进反应堆的“卡脖子”问题之一。目前的先进核燃料和核燃料循环系统能够支持先进反应堆的开发和应用，中国已经实现了 TRISO 核燃料的研发和商业化生产，HALEU 燃料开发和应用关键在于是否将这种技术推广到民用核能领域。现阶段，核电站燃料元件的铀富集度控制在 5% 左右，采用不超过 20% 富集度的核燃料元件（组件）更多的是立法和监督管理问题。 建立在水冷堆技术和工业基础上的核电法规标准和监管实践需要与时俱进。各种技术路线在技术和工程可行、产品具备经济竞争力，是其能否生存和发展的前提。 在目前中美 AI+先进核能的竞争领域里，考虑到 AI 算力中心的高耗能，未来或许可通过 AI + 算力中心 + 数据中心 + 先进核能 + 新能源，构建新场景示范来推动中国的核电发展，或满足零碳工业园、特殊场景等需求。 未来 3 至 5 年，水冷堆 SMR 有可能率先跨过示范到规模化的门槛。在中国，国家的电网结构相对集中，而且超高压、特高压技术可支持大电源建设和远距离调度。因此，未来 10 年中国的大型先进压水堆仍将作为主力堆型发展。 考虑到国家安全、能源安全、电力安全、技术安全，分布式电源、区块链+智能电网等低成本、高效率的发展模式也是未来的发展方向之一。更长远地来看，业内普遍认为实现第四代核能系统的时间在 2050 年以后。 我非常期待铅铋快堆、熔盐堆、高温气冷堆尽快解决技术成熟度、材料的耐腐蚀和耐高温等方面的挑战，更好地发挥出它们的价值。与此同时，也希望核聚变能够尽快实现反应堆级的研究设施，使实验室的研究尽快产业化，完成工程验证并具备商业开发的价值，最终实现人类对能源的终极梦想。 参考资料： https://www.iea.org/reports/the-path-to-a-new-era-for-nuclear-energy/executive-summary https://www.businesswire.com/news/home/20251121803787/en/Global-Advanced-Nuclear-Technologies-Market-2026-2045-Focus-on-Small-Modular-Reactors-SMRs-Nuclear-Fusion-and-Emerging-Advanced-Technologies---ResearchAndMarkets.com https://www.gzw.sh.gov.cn/shgzw_zxzx_gqdt/20251120/adc64a9e28eb49d29c2623063b88b91d.html https://blog.google/company-news/outreach-and-initiatives/sustainability/google-first-advanced-nuclear-reactor-project-with-kairos-power-and-tennessee-valley-authority/ https://www.reuters.com/business/energy/meta-strikes-nuclear-power-agreements-with-three-companies-2026-01-09 排版：KIK

编辑：泉谷茂