如何为数据中心实现核能

　　人工智能技术的发展推动了能源需求的增长。数据中心寻求满足新的电力需求以实现能源可持续性。氢能、太阳能和风能是数据中心的可再生能源，此外还有另一种能源：核能。

　　数据中心面临着减少对环境影响的压力，因此需要清洁、充足且强大的可再生能源。让我们探讨核电的优势、可行性和考虑因素，例如小型模块化反应堆(SMR)。

　　数据中心如何利用核能?

　　普通数据中心的耗电量约为32兆瓦，而AI数据中心的耗电量则高达80兆瓦。随着AI的快速发展，这很可能成为常态。

　　可再生能源是支持这一消耗的必需品。核裂变和核聚变可以产生大量能源，且碳足迹低。核反应堆全天候运行，不像风能和太阳能那样依赖天气。

　　根据美国能源部(DOE)的数据，核能已用于支持电网和国防活动60多年。但对于数据中心供电而言，情况并非如此。这是因为核反应堆是具有严格监管的大型项目。这些限制使得在数据中心附近大规模建造核反应堆变得困难。然而，SMR的发明可能使这成为可能。

　　使用小型模块化反应堆

　　SMR有望在未来数据中心内使用核能。这些反应堆是典型核反应堆的较小、更紧凑的版本。然而，根据国家电网的数据，SMR产生的能量约为其五分之一。SMR的优势包括其紧凑性，这使得它们易于制造和运输，且成本低廉。

　　SMR通常为潜艇和航空母舰提供燃料，为它们提供长达20年的不间断电力。如果此类SMR能够安全地大规模生产，它们可以为数据中心提供专用、稳定和可再生的电源，且维护要求极低。

　　支持SMR开发的努力正在接受美国核管理委员会(NRC)的许可审查，并可能在2020年代末至2030年代初部署。为了实现这一目标，需要解决技术发展、许可和监管风险。实验工作目前正在进行测试，如果成功，可能会加速SMR在国内和国际市场的供应。SMR可能在十年内可用于数据中心现场集成。

　　核电对数据中心的好处

　　碳排放量低

　　根据报告显示，每生产一千兆瓦时电力，煤炭会产生970吨温室气体排放，是核能的160倍。石油比核能多排放714吨，而天然气比核能多排放434吨。平均而言，太阳能和风能也比核能多排放47吨和5吨。利用核能可以加速全球数据中心的脱碳。

　　碳足迹极小

　　核设施占用的土地比其他替代能源少得多，而SMR占用的土地更少。虽然在制造核反应堆的过程中可能会产生一些碳，但与其他电力来源相比，总体碳足迹仍然是最低的。

　　产生清洁、无污染的能源

　　能源生产和使用是人为的空气污染物排放源。这些污染物包括颗粒物、硫氧化物和氮氧化物，它们进入大气并恶化空气质量。核能不排放任何空气污染物，这意味着数据中心可以帮助保持空气清洁，不受有害污染物的影响。

　　提供密集、稳定、可靠的电力

　　核能具有高能量容量，即发电机在最大功率下产生的电量。它还具有高能量密度，因此核反应堆可以用很少的燃料产生大量能量。反应堆也不依赖天气来正常运行。这些高水平的容量、效率和一致性可带来稳定、可靠的电力，这正是数据中心确保最大正常运行时间所需要的。

　　数据中心核电面临的挑战

　　可用性低

　　目前可用的核反应堆很少。部分原因是建造核电站需要大量资本投入、开发时间长、公众对核安全的接受度低以及监管严格。随着核技术的不断进步，数据中心的限制应该会降低。

　　难以处理或回收废物

　　虽然核反应堆产生的废物不多，但使用过的燃料维护起来很危险，而且很难倾倒。回收和再利用核能的工具仍处于开发和测试阶段。虽然与大型设施相比，SMR所需的维护和专业知识少得多，但其基础设施不适用于数据中心。

　　前期成本昂贵

　　为核设施建设筹措资金并非易事，因此只有最大的数据中心才会考虑使用核能。除了建设成本外，由于操作核反应堆需要严格的规程和高水平的专业知识，因此运营成本也很高。

　　受到严格监管环境的约束

　　安全和保障至关重要，因此使用核能需要明确而严格的标准。数据中心必须遵守这些政策和程序。政府机构正在国家和国际层面共同合作制定法规。

　　可持续能源所需的土地数量

　　一座1000兆瓦的核电站需要一平方英里的土地才能运行。风力发电场和太阳能发电厂需要360倍的土地和75倍的空间才能生产出同样多的能源。

　　数据中心核电现状

　　利用核能为数据中心供电仍处于研发阶段。不过，亚马逊、谷歌和微软等科技巨头已经开始探索这一领域。

　　2024年，亚马逊从TalenEnergy购买了一个由核电站供电的数据中心园区。该协议补充了其为全球AWS数据中心提供无碳能源的努力。

　　公共服务企业集团(PublicServiceEnterpriseGroup)正在探索从其核电站直接向数据中心销售电力的可能性，Vistra正在与数据中心运营商进行谈判，而Constellation可能会在现有核电站建造先进的反应堆，为数据中心提供能源。谷歌还签署了一项协议，与纽柯公司合作，帮助将先进的核项目投入运营。

　　微软有新的职位空缺，与制定先进核能领域的可行战略有关。微软正在寻找能够启动SMR为其数据中心供电计划的人员。

　　此外，自2014年以来，美国能源部已投资超过6亿美元，用于支持NuScale的SMR设计、制造工厂和其他国内SMR概念的设计、许可和选址。NRC于2023年认证了NuScale的SMR设计，预计第一个模块将于2029年投入运营。

　　确保安全需要什么

　　切尔诺贝利、福岛和三哩岛等核反应堆事故都给人们留下了对核能的负面印象。相比之下，现代先进核技术的设计更为安全。

　　国际原子能机构(IAEA)安全标准的制定符合世界各国核安全领导人的国际共识。该标准涵盖核电站运行和监管活动安全的各个方面。

　　最新一代反应堆较前几代已有了逐步改进，目标是防止从熔毁、事故到人为错误等各种情况。SMR正在接受深入研究，并且通常被认为是安全的。SMR依靠被动系统在发生事故或设备故障时自动关闭。所有反应堆设计在获得许可之前都必须经过广泛的审查、批准和测试。

　　SMR几乎不需要数据中心运营商的干预。但是，设备维护和核废料处理是必要的，必须由经过认证的专业人员处理。遵守严格的法规和安全协议可能会很困难，但为了安全起见，这是必要的。

　　核能有望成为数据中心清洁的可再生能源。然而，目前还无法广泛应用。据国际原子能机构称，科学家可以定期在实验中复制核聚变所需的许多条件;然而，我们缺乏扩大这一过程用于能源生产所需的约束特性。虽然目前还不可行，但科学家和工程师们正在努力使广泛应用的核聚变反应堆成为现实。