数据中心的电力不足和蓬勃发展的AI工作负载让各家公司急于寻找新的电力来源。

Gartner预测，到2027年，现有AI数据中心中有高达40%将“因电力供应不足而运营受限”。同时，该研究机构估计，届时新增AI服务器的电力需求将达到每年500太瓦时，是2023年水平的2.6倍。

Gartner副总裁分析师Bob Johnson表示：“为了实施生成式AI，新建的超大规模数据中心数量激增，这产生了难以满足的电力需求，将超出电力供应商快速扩展其容量的能力。反过来，这威胁到电力供应的稳定性并导致短缺，从而从2026年起限制用于生成式AI和其他用途的新数据中心的增长。”

Uptime Institute可持续性研究主管Jay Dietrich指出，尽管风能和太阳能等新能源能提供一些帮助，但它们也存在局限性。

Dietrich说：“这里的问题是，随着电网中风能和太阳能占比增加，当发电量高时，这些能源非常有效。但根据容量渗透率的不同，大约有10%到20%的时间没有无碳能源来维持电网稳定。”

因此，为了寻找新的能源——并且由于人们推动使用清洁能源——数据中心所有者正转向核能。

Dietrich说：“这些核能系统的优势在于其供电可靠。它们是可靠的无碳能源，且目前的反应堆已经得到验证。”

超大规模企业制定核能计划

AWS、Google、Meta、Microsoft和Oracle等公司正在探索核能。

Google全球数据中心能源负责人Amanda Peterson Corio说：“核能是一种无碳、可靠的能源，可以与风能和太阳能等可变可再生能源一起提供稳定的发电。先进核反应堆被认为比传统核反应堆更安全、更高效。它们的建造速度也更快，方式更模块化。”

“随着数字经济的增长，谷歌需要更多的发电量来为我们的数据中心供电，”Peterson Corio说道。“作为一家有着为运营实现全天候无碳能源这一宏伟目标的企业，谷歌旨在通过无碳电力来满足这种增长，这种电力能够提供可靠且‘稳定’（即全天候发电）的电力。核能的优势在于，它既能在不向大气中增加更多碳的情况下实现规模扩张，又能全天候提供这种电力。”

大多数数据中心运营商都选择以某种方式与发电企业合作，而不是在后院建造裂变反应堆。例如，谷歌已与Kairos Power达成协议，购买其小型模块化核反应堆（SMR）产生的能源，Kairos计划于2030年前实现并网发电。

然而，有些企业可能正在考虑自己运营核设施——在9月的甲骨文财报电话会议上，首席技术官Larry Ellison表示，该公司已获得三座SMR的建设许可，用于为位于未公开地点的、计算能力超过1吉瓦的AI数据中心供电。

什么是SMR？

顾名思义，小型模块化反应堆是商业核电站中核裂变反应堆的小型版本，发电量也相应较低——与1000兆瓦电（MWe）或以上的发电量相比，其发电量通常300兆瓦左右。它设计有工厂建造的系统和组件，并可运输至现场进行安装。国际原子能机构（IAEA）称，由于大型反应堆通常是为特定地点量身定制并在现场从零开始建造的，因此SMR的建造成本比大型反应堆更实惠。

此外，Moor Insights & Strategy的副总裁兼首席分析师Matt Kimball指出，“SMR并不是切尔诺贝利核电站的缩小版。除了体积小巧得多外，它们所需的燃料也更少（一次燃料填充可持续使用长达30年），配备了先进且现代化的安全功能，并且设计利用物理学原理来增强安全性和韧性。它们还可以使用多种冷却剂。”

“SMR更有趣的方面之一是，它们能够为运行环境提供恰到好处的规模，”他补充道。“虽然这些反应堆的发电量可达300兆瓦电，但也可缩减至低至10兆瓦电。这更像是去裁缝店量身定制，以获得完全合适的尺码。”

而当这个“尺码”不再合适时，用户只需再添加一个模块即可扩大容量。

然而，事情并没有那么简单。据最新统计，目前正处于不同开发阶段的设计方案有70多种，但真正获得批准投入使用的却寥寥无几。有些设计方案像现有的核电站一样使用水进行冷却，但其他方案则使用惰性气体、熔融盐或液态金属作为冷却剂。例如，谷歌的合作伙伴Kairos使用的是熔融氟化物盐。

Peterson Corio表示，“这特别增强了安全性，因为与水冷反应堆不同，它不需要高度加压，而且在环境温度下就会凝固。”

另一方面，由OpenAI首席执行官Sam Altman支持的SMR制造商和核燃料回收商Oklo生产的是低输出（每台15兆瓦或50兆瓦）的SMR，使用液态金属进行冷却。其快中子裂变设计使用的是来自传统反应堆的回收核废料。该公司表示，它已从两家尚未透露名称的大型数据中心提供商那里收到了购买多达750兆瓦电力的意向书。

AWS正在向另一家SMR制造商X-energy投资，X-energy还开发了TRISO-X，这是美国能源部认可的TRISO（三结构异向性颗粒）燃料的定制版本。AWS已经与Energy Northwest公司签署了一项协议，该公司将建造、拥有并运营使用X-energy SMR的设施，以资助该项目的可行性阶段。AWS还与Dominion Energy签署了一份谅解备忘录，以探索在弗吉尼亚州使用SMR。

另一家SMR供应商NuScale则使用加压水冷却——迄今为止，它是唯一一家获得美国核管理委员会（NRC）设计批准的公司。其最大型号的单模块可产生77兆瓦电，总计924兆瓦电，且无需燃料补给即可运行长达21个月。

数据中心托管

不过，并非所有数据中心都在接受SMR。AWS、Meta和微软都在考虑与标准核电站进行托管合作。

这里的托管意味着，数据中心不仅靠近发电厂，而且还直接从发电厂接收电力，绕过电网。这对托管客户和运营商来说是双赢的局面：客户获得了所需的长期电力供应承诺，而电力运营商则有了稳定的收入来源。

例如，微软已与Constellation签订了一份为期20年的电力购买协议（PPA），以从三里岛核电站目前已停用的1号机组购买电力，前提是Constellation能够克服众多监管障碍并使其重新启用。Constellation计划斥资16亿美元对该工厂进行改造和更新，并将其更名为克兰清洁能源中心（CCEC）。

“重启核反应堆需要经过美国核管理委员会的全面安全和环境审查批准，以及获得相关州和地方机构的许可，”Constellation在一份新闻稿中表示。“此外，Constellation还将通过另一项申请来寻求许可延期，以将工厂运营时间延长至至少2054年。克兰清洁能源中心预计将于2028年投入运营。”

“我可以预见到这种情况的发生，”来自Moor Insights & Strategy的Kimball说道。“与从头开始建设相比，对现有场地进行现代化改造和重启要容易得多。除了三里岛外，还有十几个已停用的场地可以重新启用，以满足数据中心的需求——甚至更多！”

不幸的是，对于Meta来说，由于其中一个托管项目不仅遇到了监管问题，还遭遇了大自然的干预（在该公司计划建造数据中心的场地上发现了一种稀有蜜蜂物种），因此该项目不得不被取消。

相比之下，亚马逊只是与监管机构发生了小摩擦——更准确地说，是宾夕法尼亚州萨斯奎哈纳电网和发电厂的运营商与监管机构发生了摩擦，因为他们要求监管机构允许他们将原本同意输送到亚马逊从Talen Energy以6.5亿美元收购的Cumulus数据中心的电量从300兆瓦提高到480兆瓦。美国联邦能源监管委员会（FERC）以2票对1票的分裂裁决拒绝了这一请求。在这种情况下，亚马逊表示计划继续推进该项目。

监管问题

各地的监管机构都在密切关注着这些活动，并正在努力简化审查和批准新技术所需的程序。

例如，美国核管理委员会（NRC）正在与其他国家的同行合作，制定有关新建核电站的规则，而FERC则在仔细审查电力组成部分。

“过去几年，NRC一直在审查小型模块化反应堆的初步信息和完整申请，包括使用惰性气体、熔融盐或液态金属（而非目前的水冷式设计）冷却反应堆燃料的设计。我们的审查有通用的时间表，通常为2到3年，具体取决于所申请的许可证或许可类型，”NRC公共事务官员Scott Burnell说道。“我们还在开发一个更容易适用于新设计的审查流程，并增加一份通用的环境影响报告书，这将使环境审查变得更加高效。”

此外，他表示，美国已与加拿大和英国签署了合作备忘录，共同对先进反应堆和小型模块化反应堆（SMR）技术进行技术审查，并且美国还在继续与波兰开展合作。

Burnell说，虽然目前唯一可在美国使用的小型模块化反应堆是NuScale设计的一种，但NRC正在审查该模块的一个更大版本。NRC还向包括Kairos在内的两家公司颁发了测试单元的建造许可证，并预计将与X-energy和Energy Northwest就亚马逊项目进行讨论。

“公用事业公司或反应堆供应商将拥有并运营这些设施，并负责遵守NRC的规定，而无需亚马逊或谷歌的参与，”他解释道。

FERC及其利益相关者的担忧有两个方面：一是数据中心消耗大量电力，从而导致其他客户电力短缺，并可能提高电价；二是同址负载不会为电网的必要维护和扩建付费。

然而，FERC主席Willie L. Phillips还有另一个担忧。“今天的命令（拒绝增加向亚马逊数据中心供电的请求）也带来了国家安全风险，”他在对该裁决的异议中写道。“维持在人工智能领域的领先地位对于维护国家安全是必要的。要维持在这一划时代技术领域的领先地位，就需要对开发和运行这些AI模型所必需的数据中心进行大规模且前所未有的投资。而且毫无疑问，可靠的电力供应是这些数据中心的生命线。”

未来会怎样？

分析师们一致认为，核能是无碳、人工智能负载大的电网中不可或缺的一部分。

“在努力将电网转向无碳能源的世界中，核能的吸引力在于它真的是唯一经过验证的可靠无碳能源，它可以在我需要的时候发电。我可以保证，除了换料或维护期间外，这种发电能力始终存在。”Uptime Institute的Dietrich指出。

“小型模块化反应堆将是首选方法，但也要认识到，经济问题仍然需要解决，”他说。诸如寻找合适场地和建设设施的成本、燃料循环、以及将多个模块及其控制系统集成在一起以在维护，或为一个模块换料期间保持恒定电力输出等问题都需要明确。

“数据中心需要小型模块化反应堆（SMR），这与电网其他部分需要SMR的原因相同，”Info-Tech Research Group的研究实践负责人John Annand表示赞同。“现代社会的发展和运行都是基于能源无限（且廉价）的假设。我们不仅需要额外的发电能力，还需要这种能力更高效、更环保。对于最后一点，虽然有些人持不同意见，但毫无疑问的是，SMR非常巧妙地解决了前两个问题。占地面积更小（低至5英亩）意味着它们可以在比传统核电站更多的地方建造，而且因为它们可以建在电力需求附近，所以在传输过程中损失的电力会更少。这可能意味着效率再提高8%到12%，考虑到我们日益增长的需求，这将产生巨大影响。而数据中心就有这样的需求！”

他补充道：“我们本已处于上升轨道，而GPU和AI的巨大电力需求更是将这一话题的热度提升到了顶点。理论上，SMR可以直接放在数据中心旁边。这是一个非常优雅的解决方案，因为我们正在将电力带到需要的地方，而历史上，我们都是将数据中心建在电价最便宜的地方。”

“然而，”他说，“容量增加往往会引发更多的消耗。更大的问题是，我们是否从这些消耗中获得了价值？人工智能产生了大量的炒作，这反过来又要求产生大量的电力。与其应对症状，不如应对炒作，这可能是更好的长期解决方案。”