美國大型科技公司人工智能用電高轉向用核能發電

摘要

美國大型科技公司為滿足人工智慧及資料中心對綠電不斷增長的能源需求正轉向尋求核能發電來源。台灣廢核但台積電及新數據處理中心無法獲取足夠綠電將被迫出走。

一、為什麼美國大型科技公司轉向核電 

    美國科技巨頭公司正在轉向核能來為能源密集型資料中心提供動力，這些資料中心需要訓練和運行當今生成人工智慧應用背後的大規模人工智慧模型。微軟、谷歌及亞馬遜等公司計畫購買核電，為其資料中心提供巨額的電力。谷歌已與 Kairos Power 簽署一項協議，使用小型核反應器(SMR)在2030年以前為其人工智慧（AI）資料中心提供所需的大量能源。谷歌表示，與 Kairos Power 達成的協議將使其在本十年內開始使用第一個反應堆，並在 2035 年之前將更多反應爐投入使用。谷歌能源與氣候高級總監邁克爾·特雷爾表示：“電網需要新的電力來源來支援人工智慧技術。”“這項協議有助於加速新技術的發展，以清潔、可靠地滿足能源需求，並為每個人釋放人工智慧的全部潛力。”Kairos Power執行長 Jeff Olson 表示，與Google的交易「透過展示對電網脫碳至關重要的解決方案的技術和市場可行性，對於加速先進核能的商業化非常重要」。去年，美國監管機構向總部位於加州的 Kairos Power 頒發了 50 年來第一張建造新型核反應器的許可證。去年7月，該公司開始在田納西州建造一座小型示範反應爐。核電不排放二氧化碳，每天 24 小時持續提供電力，它對科技業的吸引力越來越大，因為它在使用更多能源的同時可減少碳排放。華爾街銀行巨頭高盛表示，到本十年末，全球資料中心的能源消耗預計將增加一倍以上。人工智慧資料中心需要大量電力來為其供電並保持設備冷卻。在去年的聯合國氣候變遷會議上，美國希望在 2050 年將其核能容量增加兩倍，作為擺脫化石燃料的努力的一部分。 

    谷歌科技巨頭並不是唯一一家尋求核能來實現其人工智慧雄心的公司。微軟與美國能源公司 Constellation 簽署協議，將恢復賓州三哩島核電廠營運，該反應爐已休眠五年。與此同時，亞馬遜也宣布了自己對核能的巨額投資，與 Dominion Energy 達成了 5 億美元的協議，探索在該公用事業公司的北安娜核電站附近開發小型模組化核反應器。美國科技公司面臨著尋找清潔能源來為其資料中心供電的壓力，資料中心是現代雲端運算和人工智慧應用背後的關鍵基礎設施。許多開發人員從所謂的雲端「超大規模企業」（例如亞馬遜、微軟和谷歌）租用配備 GPU（圖形處理單元）的伺服器，這些伺服器通常太貴而無法完全擁有。這些科技巨頭受益於人們對 OpenAI 的 ChatGPT 等生成式 AI 應用程式的興趣激增。但需求的增加也導致了意想不到的影響：能源需求量也相應大幅增加。國際能源總署的一份研究報告顯示，資料中心、人工智慧和加密貨幣領域的全球電力消耗預計將從2022 年的460 太瓦時(TWh) 增加一倍，到2026 年將超過1,000 太瓦時( TWh)。加州大學河濱分校的研究人員在去年 4 月發表的一項研究發現，ChatGPT 每 10 到 50 次提示就會消耗 500 毫升水，具體取決於人工智慧模型部署的時間和地點。這大約相當於一個標準 16 盎司瓶中的水量。據 OpenAI 稱，截至 8 月，每周有超過 2 億人在 OpenAI 流行的聊天機器人 ChatGPT 上提交問題。這是 OpenAI 去年 11 月報告的 1 億週活躍用戶的兩倍。 

二、Kairos Power公司發展的第四代小型核電機組  

    谷歌與核能新創Kairos Power公司合作，預計在美國建造7座小型模組化反應爐，預計在本世紀末以核能方式推動500兆瓦電力，藉此驅動其耗費大量電力的資料中心運作。此次與Kairos Power簽署合作協議，將於2030年以前佈署應用其製作的小型模組化反應爐，並且計畫在2035年以前佈署更多小型模組化反應爐，藉此以更低成本產生電力，除了用於驅動其資料中心運作，更計畫用於鄰近社區電力需求。Google表示在當前諸多技術發展之際，電力將成為重要發展項目，同時也有助於整體經濟發展，因此如何以更有效率、更低成本方式產生大量電力也成為日後發展方向。而藉由核能發電將同時滿足上述需求，同時也預期能以小型模組化反應爐更安全、更有效率地產生大量電力，藉此支撐其全球資料中心與辦公設施運作所需電力，並且成為使用太陽能、風力、潮汐等綠能發電方式背後重要支撐技術，同時也能加速實現Google全年淨零碳排目標。Google也強調小型模組化反應爐的設計簡單與安全性，讓核能發電變得更容易佈署應用，同時能在更安全情況下產生大量電力，並且減少更多製造電力所需花費成本。目前Kairos Power已經獲准在田納西州建設示範反應器，預計會在2027年正式運作。第四代小型核反應器由於其簡化的設計和強大的固有安全性，為加速核部署提供了一條新途徑。更小的尺寸和模組化設計可以縮短施工時間，允許在更多地方部署，並使最終專案交付更具可預測性。 

    Kairos Power 已經達到了幾個技術里程碑，以部署其第一個發電反應器並開啟長期商業規模的道路。今年夏天，Kairos Power 在田納西州的 Hermes 非動力示範反應器破土動工，這是美國第一個獲得美國核管理委員會施工許可的先進反應器專案。依據媒體報導，美國Kairos Power電力公司在橡樹嶺破土動工建造美國有史以來第一個第四代反應堆，也是50 年來第一個非輕水反應器。儘管美國是民用核能領域的先驅國家之一，但它已遠遠落後於中國後來居上的核能科技。造成這種情況的原因有政治原因及經濟原因，但在維持減少碳排放的動力正促使核反應器以更先進的形式捲土重來。2024 年7 月17 日，該公司開始在田納西州橡樹嶺建造其赫內斯低功率示範反應器。它的設計是開發第四代熔融氟化鹽冷卻卵石床反應堆，這是一種固有的安全設計，能夠在發生事故時自行關閉並保持反應堆堆芯安全冷卻。該反應器原理與中國開發的第四代高溫氣冷式反應堆類似，只是冷卻劑不同。該反應器是一種卵石床反應器，核燃料被包裹在由濃縮鈾、碳和陶瓷層組成的球形顆粒中。這些稱為TRISO顆粒的大小與撞球差不多，這些顆粒被製成鵝卵石大小的圓形大鵝卵石。這些鵝卵石被放置在一個反應堆堆芯中。新燃料放在頂部，擠在一起的鵝卵石開始並維持反應，乏燃料則收集在容器底部。在中國的同類反應器使用氦氣冷卻，而赫爾墨斯反應器則使用在反應器中循環的熔融氟化鹽冷卻。這些鹽將熱量帶到一個熱交換器，從而將反應器堆芯的溫度保持在585 °C。二級鹽循環與蒸汽發生器相連，蒸汽發生器又帶動渦輪機運轉。如果反應爐的電力因任何原因中斷，燃料卵石會根據物理定律自然冷卻停機。Kairos Power已經獲得了美國政府的核准。 

三、美國核電技術已落後中國 

   據路透社報導，美國華府智庫資訊科技與創新基金會發表的報告指出，由於中國政府在技術與融資上的廣泛支持，中國在發展高科技核能方面領先美國15年。中國興建中的核電機組有31座，平均建造時間約5年，速度遠比其他國家快。隨著時間進展，中國快速興建的現代化核電站，其經濟規模和科技創新愈來愈明顯，這代表中國核能企業取得重大優勢。美國雖擁有世界上最多的現役核電機組，拜登政府也認為零碳排放的電力對於遏制氣候變化至關重要。但在超出預算數十億美元，而且延遲數年後才運轉的喬治亞州2座大型核電機組，分別於2023年和2024年並網後，美國就沒有再建造新的核電機組。中國核能產業受惠於國家的持續性支持與在地化策略，這些措施也讓中國的再生能源和電動車等領域處於主導地位。全球首座號稱第4代的高溫氣冷反應爐去年12月在山東石島灣核電廠投入使用。中國核能協會稱該計畫共開發2200餘組「世界首創設備」，設備國產化率達93.4%。這種高科技反應爐的支持者表示，它們比現有的核電廠更安全、更有效率。 

    報告指出中國從引進外國技術起步，如今核電技術已遠遠領先國際同行。中國現有運行核電機組56座，與法國並列第二但發電量較高，雖次於美國的93座，但興建中的核電機組有31座是世界第一，這意味著中國每年將完工6至8台核電機組，將在2030年超越美國成為世界第一核電大國。中國國家能源局「十四五」規劃顯示，到2035年，中國將有150座核電機組，超越美法現有核電機組的總和。報告指出，中國在核電技術上突飛猛進，2023年12月，全球首座第四代核電技術商業化的示範計畫－華能石島灣高溫氣冷堆核電廠正式投入商業運轉。根據新華社報導，該反應堆集結了設計研發、工程建設、設備製造、生產營運等產業鏈上下游500餘家單位，先後攻克多項世界級關鍵技術，設備國產化率超90%。華爾街日報對此評論到，中國在下一代核電技術的實際建造和商業化方面，可以說是遙遙領先。同時，中國核能科技創新大步向前。高溫氣冷堆示範工程於2023年底投入商轉、“國和一號”示範工程建設穩步推進。持續加強高溫氣冷堆核電技術設計優化，開展運行維修、在役檢查、核能供熱及制氫等方面研究，加大關鍵泵閥設備攻關，積極推進高溫氣冷堆推廣和應用。“華龍一號”穩步推進型譜化、系列化發展，在批量化建設過程中，以不斷提高安全性、經濟性和先進性為目標，加大技術研發力度、優化設計方案和配置、提高設備國產化率，推進技術迭代升級。一體化閉式循環鈉冷快堆核能系統工程化設計扎實推進，鉛（鉍）基堆研發技術能力不斷提升，釷基熔鹽實驗堆獲得國家運行許可。小型堆方面，“玲龍一號”首堆工程穩步推進，NHR200-II低溫供熱堆、國和系列一體化供熱堆設計持續優化。聚變技術方面，東方超環、中國環流三號不斷取得新進展。中國已打造出一支涵蓋研發設計、工程管理、裝備制造、工程建設和核電運營等領域的核能全產業鏈人才隊伍，核能產業鏈人數已超過22萬人。