本文來自微信公眾號：果殼 （ID：Guokr42），作者：普拉斯G，編輯：沈知涵，題圖來自：AI生成
比“切爾諾貝利”事故更早，1979年的一場核泄漏事故發生在美國“三哩島”（Three Mile Island）。機械故障加上人為失誤，導致了其中一座反應堆的堆芯熔毀，一部分放射性物質外泄。此后一段時期內，世界范圍內核電發展因此停滯。
但沒過多久，大概六年后，頂著周圍居民的反對，三哩島上那個沒壞的反應堆重新啟動，接著持續工作了近34年，直到2019年，因為發電成本不比更廉價的天然氣而被關閉。
幾個月前，微軟找到三哩島核電站的運營商（Constellation），說要買下未來20年生產的所有電力，大約835兆瓦，這相當于為80萬個家庭供電所需。
微軟已經承諾到2030年實現“負碳”排放，但其排放量在2020—2023財年之間上漲了29%。AI發展對于電力的消耗，將迫使這些科技公司尋求穩定且清潔的能源供給——就連名字也換了，三哩島將更名為Crane Clean Energy Center。
這一出核電重啟將創造出3400個就業機會，一名退休員工Ken Bryan在Facebook上一個“三哩島退休人員群”里看到重啟消息后，覺得是個好事兒，但也有另外經歷過泄漏事件的老人卻隱約擔心，畢竟以前發生過核泄漏。
奧特曼：聽我說，未來兩件事最重要，“智能計算”和“能源”
能源是智能計算的基礎。HuggingFace訓練BLOOM模型（參數1760億），用了43.3萬度電；GPT-3訓練一次需要128.7度電；GPT-4則更夸張，一次訓練會用去2.4億度電。
不過這還只是訓練階段，越往后走，用戶在使用模型進行推理時，更會源源不斷地耗電，耗電程度遠遠超過傳統的互聯網產品。根據國際能源署（IEA）數據，使用ChatGPT進行一次查詢，耗電量是2.9瓦時，傳統的谷歌搜索是0.3瓦時，相差10倍。
今年三月，《紐約客》寫道，ChatGPT每天處理約2億次用戶請求，因此消耗了超過50萬千瓦時的電力——幾乎是美國普通家庭一天用電量的17000倍。
根據咨詢公司Gartner的預計，到2030年，人工智能將占全球電力需求的3.5%。這相當于目前農業和林業總消耗的能源。為了解決能源問題，各家科技公司盯上了一個說新不新的東西：核電。
亞馬遜購買了一家核能供應商（Talen Energy）的數據中心園區，并與其核電站簽訂了長期購電協議。大量GPU進行并行計算時會“吞噬”巨大電力，據研究機構Semi Analysis估計，比如一個包含10萬片H100 GPU集群理論上所需電能150兆瓦。集群計算又帶來另一個耗電需求——散熱。冷卻系統的能耗一般占到數據中心總能耗的35%-50%。不過聯邦能源管理委員會認為這可能會轉移該區域電網的大量電力，影響到原有的供電平衡和穩定性，否決了協議。
“買電”遇阻，不如自己“建”核電站，從源頭下手。
大型反應堆項目的延期和成本超支大大打擊了美國在此類項目上的積極性——2013年，佐治亞州Vogtle3號和4號先后啟動建設，2023年3號投運，是美國2016年首個投入運營的新建核電機組。4號今年投運后，美國已無任何新核電站在建。
重啟舊的反應堆是一種快速經濟的方式，就像三哩島。另外，相比高成本、長周期建造投入的大型核電站來說，小型模塊化反應堆（SMR）能更為靈活地解決AI能源缺口。
小型模塊化反應堆（SMR）能更為靈活地解決AI能源缺口丨A.Vargas/IAEA
光是亞馬遜，就與至少三家核能公司開展SMR合作項目。與Energy Northwest合作，在華盛頓開發四座SMRs，預計到21世紀30年代初，裝機容量將達到960兆瓦；投資了X-energ，支持其開發（到2040年）超過5吉瓦容量的項目；在弗吉尼亞州，與Dominion Energy合作，計劃在現有核電站附近開發小型模塊化反應堆。
谷歌計劃向能源公司Kairos Power購買其擬建的7個SMRs的電力，總容量達500兆瓦。
OpenAI的奧特曼自2015年就開始擔任Oklo的董事長，認為Oklo能實現先進裂變解決方案的商業化。Oklo產品線包括功率15兆瓦到50兆瓦不等的核電站，采用液態金屬反應堆技術，將在2027年建造其第一個SMR。
SMR：袖珍電廠
傳統的大型核電站建造涉及多個關鍵部分，每一部分都包含復雜的設計和施工要求。核電站的建設一般包含了利用原子核裂變生產蒸汽的核島和利用蒸汽發電的常規島。
前者包含了反應堆堆芯、冷卻系統、蒸汽發生器、發電機和安全殼等組件，后者包含了渦輪機、發電機、冷卻塔等一系列發電設備。除此之外還有冷卻水供應、廢物處理等一系列輔助子系統來確保核電站的正常運轉。
SMR是指物理尺寸和功率都比傳統的千兆瓦級發電廠小的核反應堆，簡化了傳統核電站的關鍵組件，分解成比標準化單元在工廠“預制”，運輸到現場組裝。因此具備部署靈活性強的優勢。
根據國際原子能機構（IAEA）發布的2024年SMR研究進展（Advances in SMR Developments 2024），當前全球有超過68種正處于不同開發階段的SMR設計，技術路線囊括了基于傳統的水冷反應堆技術和第四代反應堆技術（氣冷反應堆、液態金屬冷卻反應堆和熔鹽反應堆）。為了應對偏遠地區、遠洋地區的功能挑戰，功率更低的微型反應堆和海基水冷SMR技術也在不斷發展。
現有的SMR技術通常提供的發電量在10到300兆瓦之間。相比傳統的核電站而言，雖然單體發電量較低，但其設計可以通過模塊化部署來實現發電量的擴展，多個SMR可以并聯以達到幾百到上千兆瓦的供電能力。此外，由于建設周期較短、前期投入相對較低，SMR非常適合按需增設，從而滿足大型數據中心的用電需求。
SMR可以結合被動冷卻安全系統，不需要人工干預就可以面對意外的極端情況——不同于三哩島的情況。但SMR作為較新的核反應堆技術，處于開發和測試階段，沒有得到商業性驗證。美國核管理委員會前主席阿里森·麥克法蘭及其合作者在2022年的研究中也指出，較小的反應堆也可能產生更多核廢料，并降低燃料的使用效率，而且這個問題可能普遍存在于大多數SMR中。
亞馬遜云計算部門首席執行官Matt Garman曾表示，“一些小型模塊化反應堆在2020年代不會解決任何問題，但在2030年代及以后可能會成為極好的能源。”
美國核能辦公室網站發表的一篇文章中指出，核能的容量系數高達92.5%，這意味著其能在92%以上的時間內，以最大功率運行——對于背負了脫碳責任的科技企業來說，核能是比風能、太陽能更為穩定的電力供應。
核聚變（比核裂變產生更高的能量密度）領域也拿到了第一筆購電協議。核聚變初創公司Helion Energy向微軟承諾，在2028年上線工廠，一年后則希望將發電量達到50兆瓦。而一兆瓦就能為多達1000戶美國家庭供電一天。
這一次，核能產業的復蘇和發展，可真得好好感謝AI，畢竟，美國能源部貸款項目的辦公室主任Jigar Shah這么形容，“Joseph（Constellation的CEO）可是做夢都沒想到能拿到微軟的訂單。”
參考文獻
[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
本文來自微信公眾號：果殼 （ID：Guokr42），作者：普拉斯G，編輯：沈知涵