核電與數(shù)據(jù)中心耦合發(fā)展的思考

　　核電與數(shù)據(jù)中心的耦合發(fā)展可以打破行業(yè)間用能壁壘，實(shí)現(xiàn)核電的跨行業(yè)發(fā)展，為核電發(fā)展提供又一潛在應(yīng)用場景，也將會(huì)保障數(shù)據(jù)中心的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　1.核電是清潔低碳安全穩(wěn)定的優(yōu)良基荷電源

　　(1)核電是全球和我國清潔電源的重要構(gòu)成

　　1954年全球首臺(tái)核電機(jī)組蘇聯(lián)奧布寧斯克核電站投運(yùn)以來，核電一直是人類向往和使用的清潔穩(wěn)定電源。目前，全球在運(yùn)核電機(jī)組417臺(tái)，總裝機(jī)容量3.7億千瓦。多年來，核電一直是全球第二大清潔電力，僅次于水電。2024年，全球核電總發(fā)電量為2.6萬億千瓦時(shí)，為全球清潔能源發(fā)電量貢獻(xiàn)了25%的占比。我國商業(yè)運(yùn)行核電機(jī)組58臺(tái)，總裝機(jī)容量6088萬千瓦，核電機(jī)組數(shù)量位居世界第二位，僅次于美國，核電總裝機(jī)容量位居世界第三位，僅次于美國和法國。我國在運(yùn)、在建和核準(zhǔn)待建核電機(jī)組112臺(tái)，總裝機(jī)容量1.26億千瓦，總規(guī)模位居世界首位。2024年，我國核電發(fā)電量為4334億千瓦時(shí)。核電在我國清潔電力中的占比為12%。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部、國家統(tǒng)計(jì)局和國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《2023年全國電力碳足跡因子》，核電全生命周期碳足跡因子僅為6.5克/千瓦時(shí)，是所有電源類型中最小的，并且核電在運(yùn)行過程中不排放二氧化碳。

　　(2)核電是穩(wěn)定可靠持續(xù)運(yùn)行的電源形式

　　核電是每年穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間最長的電源設(shè)施。2024年我國核電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)為7805.74小時(shí)，相當(dāng)于325天都在運(yùn)行，平均停堆天數(shù)僅為41天。核電機(jī)組運(yùn)行壽命較長，可以滿足數(shù)據(jù)中心全生命周期用能需要。我國二代核電設(shè)計(jì)壽命為40年，一般可以延壽20年，實(shí)際運(yùn)行壽命能達(dá)到60年。我國目前在運(yùn)的二代核電機(jī)組平均運(yùn)行時(shí)間僅為10年，距離退役還有較長時(shí)間。三代和四代核電是更先進(jìn)的核電技術(shù)，設(shè)計(jì)壽命為60年，還可以進(jìn)一步延壽20～40年，實(shí)際運(yùn)行壽命可以到80～100年。我國剛投運(yùn)三代和四代核電機(jī)組，后續(xù)開工建設(shè)機(jī)組將采用這些先進(jìn)技術(shù)。

　　(3)全球范圍內(nèi)正在積極推動(dòng)核電產(chǎn)業(yè)大發(fā)展

　　如同全球積極推動(dòng)數(shù)據(jù)中心快速發(fā)展一樣，全球正在廣泛掀起核電大發(fā)展的熱潮。全球性的數(shù)據(jù)中心和核電大發(fā)展恰好迎來世紀(jì)性相遇。國際原子能機(jī)構(gòu)連續(xù)四年調(diào)高2050年全球核電發(fā)展高低情景發(fā)展預(yù)測值，預(yù)計(jì)全球核電裝機(jī)容量分別增長到5.14億千瓦和9.5億千瓦。國際能源署按照現(xiàn)行政策、已宣布承諾政策和凈零排放政策等三種方式預(yù)測了2050年核電發(fā)展容量，將分別增長到6.47億千瓦、8.74億千瓦和10.17億千瓦。中石化技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院預(yù)測到2050年我國核電裝機(jī)達(dá)到2.5億千瓦。各相關(guān)國家政府組織正在制定切實(shí)可行的核電發(fā)展規(guī)劃。在第28屆聯(lián)合國應(yīng)對(duì)氣候變化大會(huì)(COP28)上，以美國為首的20多個(gè)國家聯(lián)合宣布到2050年，推動(dòng)全球核電裝機(jī)達(dá)到以2020年為基準(zhǔn)的三倍核能發(fā)展計(jì)劃。在COP29上，又有6個(gè)國家參加該計(jì)劃。我國正在實(shí)施積極安全有序發(fā)展核電的政策，并以法律的形式予以規(guī)定。美國、英國、印度等國家制定了數(shù)倍的核電發(fā)展計(jì)劃。法國、俄羅斯、韓國、日本也制定了明確的推動(dòng)核電裝機(jī)規(guī)模擴(kuò)大的計(jì)劃。作為推動(dòng)核電規(guī)?；l(fā)展的具體執(zhí)行者，大型用能公司正在聯(lián)合起來推動(dòng)核電發(fā)展計(jì)劃。2025年休斯敦劍橋能源周會(huì)議期間，全球主要大型用能公司首次聯(lián)合起來，發(fā)起一項(xiàng)開創(chuàng)性跨行業(yè)倡議，強(qiáng)調(diào)核能在增強(qiáng)能源安全、韌性以及提供持續(xù)清潔能源方面關(guān)鍵作用。谷歌、亞馬遜、Meta和陶氏公司等全球知名企業(yè)，聯(lián)合全球14家主要銀行和金融機(jī)構(gòu)、140家核工業(yè)公司以及31個(gè)國家，共同支持全球三倍核能發(fā)展計(jì)劃。

　　2.數(shù)據(jù)中心具有重要發(fā)展趨勢

　　(1)數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行離不開穩(wěn)定的電力支持

　　數(shù)據(jù)中心對(duì)電力供應(yīng)的穩(wěn)定性與連續(xù)性有極高要求，任何斷電都可能引發(fā)數(shù)據(jù)丟失或服務(wù)中斷的嚴(yán)重后果。數(shù)據(jù)中心是數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。算力是數(shù)字時(shí)代的核心生產(chǎn)力，數(shù)據(jù)中心是算力的基座，以數(shù)據(jù)為資源，驅(qū)動(dòng)人工智能模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度加工，產(chǎn)生源源不斷的智慧計(jì)算服務(wù)，支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是我國發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)和推動(dòng)數(shù)字中國建設(shè)的必要條件。隨著數(shù)字化發(fā)展的不斷深入推進(jìn)，數(shù)據(jù)中心在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長和產(chǎn)業(yè)升級(jí)、提升城市競爭力、改善城市治理和公共服務(wù)、促進(jìn)科技創(chuàng)新、推動(dòng)區(qū)域平衡發(fā)展等方面逐漸扮演著重要的角色。確保數(shù)據(jù)中心的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證持續(xù)充足的電力供應(yīng)是重要因素之一。

　　(2)數(shù)據(jù)中心用電量逐年上升

　　數(shù)據(jù)中心對(duì)電力的需求量正在逐年上升。目前，全球數(shù)據(jù)中心用電量為全球總發(fā)電量的1%～2%，預(yù)計(jì)2030達(dá)到3%～4%。數(shù)據(jù)中心快速增長與電源供應(yīng)之間的矛盾日益凸顯，預(yù)計(jì)到2027年全球40%的數(shù)據(jù)中心因電力供應(yīng)不足而面臨運(yùn)營困境。新加坡數(shù)據(jù)中心和愛爾蘭數(shù)據(jù)中心用電量分別占全國總用電量的7%和21%。美國弗吉尼亞州擁有美國最大數(shù)據(jù)中心，每年用電量占該州總用電量的26%。我國數(shù)據(jù)中心2021年和2022年用電量分別占全國總用電量的2.6%和3.1%，預(yù)計(jì)2025年和2030年該數(shù)據(jù)為4%和5%。數(shù)據(jù)中心耗電大的主要原因有：一是算力需求呈指數(shù)增加。ChatGPT、DeepSeek等大數(shù)據(jù)模型參數(shù)量巨大，訓(xùn)練需要的算力相當(dāng)于高性能芯片連續(xù)運(yùn)行數(shù)周，用電量急劇增加，如ChatGPT一次查詢用電量就是谷歌搜索的近10倍。二是硬件能耗增加。算力能力提升依賴高功耗高性能芯片，如英偉達(dá)H100芯片功耗為1千瓦，大型數(shù)據(jù)中心每小時(shí)就消耗數(shù)千兆瓦的電力，相當(dāng)于一座小城市的用電量。三是數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)大。為了滿足日益增長的算力需求，數(shù)據(jù)中心不斷擴(kuò)大規(guī)模，機(jī)柜功耗和用電規(guī)模同時(shí)提升，導(dǎo)致電力需求急劇增加。四是電源供應(yīng)受到限制。盡管數(shù)據(jù)中心盡可能增加可再生能源電力使用量，但電網(wǎng)的輸電能力、儲(chǔ)能技術(shù)和穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心需要配備專屬核電站或巨型太陽能供電。

　　3.國外大數(shù)據(jù)運(yùn)營商正在推動(dòng)核電與數(shù)據(jù)中心耦合

　　(1)施耐德電氣公司發(fā)布數(shù)據(jù)中心與小堆耦合的報(bào)告

　　法國施耐德電氣公司在《適用于數(shù)據(jù)中心的模塊化小堆》白皮書報(bào)告中指出，數(shù)據(jù)中心正以前所未有的方式需求能源供給，同時(shí)非常關(guān)注自身碳足跡問題。白皮書認(rèn)為，模塊化小堆為數(shù)據(jù)中心提供電力供應(yīng)極具前景，有望徹底改變能源格局。

　　(2)大數(shù)據(jù)企業(yè)聯(lián)合主要能源企業(yè)發(fā)布倡議推動(dòng)核電發(fā)展

　　2025年3月10—14日，在美國休斯敦舉辦的第43屆劍橋能源周論壇上，包括谷歌、亞馬遜、Meta等大數(shù)據(jù)企業(yè)和多家能源企業(yè)聯(lián)合14家全球主要銀行和金融機(jī)構(gòu)、140家核工業(yè)企業(yè)以及31個(gè)國家政府，發(fā)起一項(xiàng)跨行業(yè)倡議，強(qiáng)調(diào)核能在增強(qiáng)能源安全、電網(wǎng)可靠性和提供穩(wěn)定清潔能源方面的作用，支持全球2050年核電裝機(jī)容量達(dá)到三倍的計(jì)劃，鼓勵(lì)發(fā)展先進(jìn)反應(yīng)堆、小型堆和核能綜合利用。

　　(3)多家大數(shù)據(jù)企業(yè)正在探索使用核能進(jìn)行供電

　　施耐德電氣與加拿大特里斯特爾能源公司簽署核能合作協(xié)議，研發(fā)一體化熔鹽堆為工業(yè)設(shè)施和大型數(shù)據(jù)中心提供零碳能源解決方案。Meta認(rèn)為核電發(fā)電穩(wěn)定，有助于電網(wǎng)穩(wěn)定和人工智能用電需求，正在探索使用核能為數(shù)據(jù)中心供電。亞馬遜分別與西北能源公司、X能源公司和道明尼能源公司三家公司簽署三份建設(shè)小型堆的合同，降低碳足跡，加速向零碳能源轉(zhuǎn)型，作為數(shù)據(jù)中心大規(guī)模擴(kuò)張的一部分。谷歌與凱洛斯電力公司(KairosPower)達(dá)成協(xié)議，計(jì)劃建造多個(gè)小型堆為谷歌數(shù)據(jù)中心提供清潔電力，助力其降低碳足跡，實(shí)現(xiàn)2030年凈零排放目標(biāo)。微軟公司與星座能源公司簽署20年購電合同，包括重啟三哩島核電站1號(hào)機(jī)組，為數(shù)據(jù)中心供電。美國政府為霍爾臺(tái)克公司提供最高達(dá)15.2億美元融資擔(dān)保，用于重啟帕利塞德斯核電站，以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心對(duì)電力的需求。甲骨文正在設(shè)計(jì)一個(gè)超級(jí)數(shù)據(jù)中心，需要電力超過100萬千瓦，將有3座小型堆提供電源。瑞士核能初創(chuàng)企業(yè)DeepAtomic推出專門面向數(shù)據(jù)中心的小型輕水堆MK60，為支撐云服務(wù)、加密貨幣運(yùn)算和人工智能應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心提供電力。美國核能初創(chuàng)公司Oklo希望在2027年前推出其首座金屬冷卻反應(yīng)堆，為解決數(shù)據(jù)中心電力需求問題提供方案。

　　4.核電與數(shù)據(jù)中心耦合也遇到了一定的問題

　　(1)核電站不能建在數(shù)據(jù)中心周圍

　　由于現(xiàn)有核電還在沿用傳統(tǒng)的核電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以反應(yīng)堆為圓心設(shè)有半徑為5公里的規(guī)劃限制區(qū)，使得具有更高安全性的先進(jìn)堆和小型堆遠(yuǎn)離人口密度稠密地區(qū)。數(shù)據(jù)中心考慮電力供給安全、網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸快、云計(jì)算效率高、市場需求旺盛、交通便捷、設(shè)備運(yùn)輸和維護(hù)方便等因素，大多在人口密度相對(duì)較高的地方選址。核電站選址距離遠(yuǎn)離高密度人口區(qū)，而數(shù)據(jù)中心選址接近人口密度相對(duì)高的地區(qū)，使得先進(jìn)反應(yīng)堆尤其是小型堆以現(xiàn)有法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則，較難與數(shù)據(jù)中心匹配耦合發(fā)展。

　　(2)核電與數(shù)據(jù)中心建設(shè)工期不太匹配

　　核電機(jī)組建造周期長。對(duì)于技術(shù)成熟且實(shí)現(xiàn)批量化標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的大型核電機(jī)組，建造工期約為5年。我國“玲龍一號(hào)”小堆是全球首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊化小堆技術(shù)，正在建設(shè)過程中，預(yù)計(jì)建設(shè)工期5年，即使標(biāo)準(zhǔn)化批量化后，建設(shè)工期預(yù)計(jì)在3年以上。再加上核電前期選址、各部門審批等環(huán)節(jié)的時(shí)間，預(yù)計(jì)到真正建成需要10年的時(shí)間。數(shù)據(jù)中心屬于裝配式建設(shè)，一般需要幾個(gè)月到一年的時(shí)間就可以完成建設(shè)。因此，使用核電為數(shù)據(jù)中心供電，需要考慮建設(shè)工期匹配的問題。

　　(3)小堆的經(jīng)濟(jì)性有待進(jìn)一步提升

　　大數(shù)據(jù)企業(yè)認(rèn)為小型堆具有部署靈活性和供電的持續(xù)性，發(fā)電功率較為適合數(shù)據(jù)中心用電需求，傾向于使用小型堆為數(shù)據(jù)中心供電。但是，小堆現(xiàn)在還沒有大規(guī)模部署，處于示范工程建設(shè)和運(yùn)行階段。其經(jīng)濟(jì)性有待進(jìn)行驗(yàn)證，需要進(jìn)一步提升。

　　5.相關(guān)措施建議

　　(1)推動(dòng)示范項(xiàng)目落地

　　對(duì)于已經(jīng)成熟的大型核電站，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心與核電站簽訂長期購電協(xié)議，通過電網(wǎng)為其專門供電，探索大型核電站對(duì)數(shù)據(jù)中心直供電的示范項(xiàng)目。對(duì)于小型堆，選擇位置相對(duì)良好的數(shù)據(jù)中心，開展小型堆建設(shè)，推動(dòng)小型堆與數(shù)據(jù)中心耦合發(fā)展示范項(xiàng)目落地。

　　(2)出臺(tái)相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

　　先進(jìn)堆和小型堆是新質(zhì)生產(chǎn)力的代表。其安全性已經(jīng)超過傳統(tǒng)二代核電1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，安全性能顯著提高。當(dāng)前，幾乎還沒有出臺(tái)針對(duì)先進(jìn)堆和小型堆選址位置的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。其選址位置要求基本還是遵守傳統(tǒng)二代核電法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，在選址位置環(huán)節(jié)沒有體現(xiàn)出先進(jìn)堆和小型堆的優(yōu)勢，因此有必要出臺(tái)適應(yīng)先進(jìn)堆和小型堆發(fā)展的專用法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

　　(3)提前規(guī)劃核電項(xiàng)目

　　鑒于核電機(jī)組的選址、審批和建設(shè)周期相對(duì)較長，宜在國家和地方規(guī)劃中提前做出相應(yīng)部署。通過提前開工建設(shè)核電機(jī)組，盡可能做到核電機(jī)組與數(shù)據(jù)中心同步運(yùn)行。

　　(4)多渠道提升小型堆經(jīng)濟(jì)性

　　通過模塊化、批量化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)簡化、智能化和縮短建造工期，以及重要設(shè)備工廠制造現(xiàn)場組裝等方式提升小型堆的經(jīng)濟(jì)性。通過考慮電力類型全壽命周期的碳足跡和計(jì)算碳稅等因素收入，提高小型堆的經(jīng)濟(jì)性。

　　作者：李言瑞 作者系中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院科技帶頭人，副研究員；王一涵 作者系中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院高級(jí)工程師；李昱磊 作者系中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院工程師