第四代核电技术走向成熟，核能的下一步是什么？

尽管核反应堆在世界各地发电已有 70 多年的历史，但当前可能正是这一技术迎来根本性变革的关键时刻。

随着全球电力需求在电动汽车和数据中心等领域不断攀升，建设新核能设施的兴趣再次高涨。不仅如此，延长现有核电站的使用寿命，甚至重新启用已关闭的核电站，也成为了热门话题，同时，对反应堆设计的重新审视正在加速推进。2025 年被视为先进反应堆技术的重要测试节点，因为这些技术将从理论设计迈入实际建设阶段。

这一切意义重大，因为在气候变化引发全球气温不断攀升、能源需求快速增长的背景下，核能有望成为稳定电力供应的关键支柱。以下是核能行业即将面临的关键变革。

全球拼图

在过去两年里，全球对核能的承诺显著增加。例如，在联合国气候大会上，31 个国家承诺在 2050 年之前将全球核能容量提高三倍。然而，不同地区的核能发展前景截然不同，呈现出鲜明的对比。

美国目前是世界上运营核反应堆数量最多的国家。如果要实现核能容量三倍增长的目标，这意味着在当前约 100 吉瓦的基础上新增约 200 吉瓦的容量，显然这一目标雄心勃勃且挑战巨大。此外，这还需额外增加容量以替代逐步退役的老化反应堆。然而，美国的核能发展似乎面临停滞不前的局面。佐治亚州 Vogtle 核电站的新反应堆虽然在去年投产，但经历了长期延误和大幅成本超支。目前，美国没有任何大型常规反应堆处于建设或监管审批阶段。

今年，美国的核能发展面临诸多不确定性，尤其是在特朗普政府即将上任的背景下。尽管核能技术通常在政治领域享有较广泛的支持，但一些政策可能间接影响行业发展。核能政策研究组织 Good Energy Collective 的联合创始人 Jessica Lovering 指出，像关税这样的政策可能通过增加钢铁等建筑材料的成本，对核能建设产生负面影响。

与此形成鲜明对比的是，全球大部分在建或规划中的核反应堆集中在亚洲，特别是中国的增长尤为引人注目。中国自 1991 年首座核电站并网发电以来，仅用了几十年就建立了全球第三大核电机组群，仅次于法国和美国。今年，中国计划投产 4 座大型反应堆，并预计到 2026 年还将有几座新的反应堆投入运营，展现出快速扩张的势头。

此外，今年孟加拉国和土耳其将迎来各自首座核反应堆的启动。同时，埃及的首座核电站也正在建设中，不过预计还需要数年时间才能正式投产。

持续推进

目前并网运行的商用核反应堆以及多数在建反应堆基本采用相似的传统设计，即使用低浓缩铀作为燃料，并以水作为冷却剂，用于调节反应堆内部的温度。

然而，先进反应堆技术正逐步接近商用阶段，“第四代反应堆”正在全球范围内积极开发，逐步打破传统设计的局限性，以实现更高的安全性和效率。一些设计使用熔盐或铅等金属作为冷却剂，另一些则采用更高浓度的铀作为燃料。此外，这些新型反应堆通常融合了不同的燃料类型和冷却方法。

未来几年将成为先进核能技术发展的关键阶段，各种创新方案和设计将逐步从理论走向实际建设。正如 Nuclear Innovation Alliance 研究主任 Patrick White 所说：“我们正在见证纸面上反应堆逐渐变成现实中的反应堆。”

在这场技术变革中，美国成为先进反应堆研发和产业化的中心，大量资金和工业活动集中于此。目前，多家公司正接近展示其技术能力，努力将下一代核能技术推向商用化，为全球核能领域树立新标杆。

Kairos Power 正在开发以熔盐作为冷却剂的先进反应堆技术。该公司在 2023 年底获得了美国核管理委员会批准其首个示范反应堆的建造许可证，并计划在 2024 年底获得另一座设施的许可。这两座设施的建设将在未来几年逐步推进，其中首座示范反应堆计划于 2027 年完成，标志着其技术进入关键测试阶段。

TerraPower 是另一家引领先进核能开发的美国企业，其设计的 Natrium 反应堆使用液态钠作为冷却剂。这家公司采取了一种独特的建设策略：将核设施和非核设施分开建设。得益于这种策略，非核部分的建设将于 2024 年 6 月率先启动，而核设施部分的建设仍需等待美国核管理委员会的批准，预计最早将在 2026 年开始。这种分步推进的方式旨在加速整体项目进展，同时确保安全与合规。

美国国防部的一个项目可能成为第一个发电的在建第四代反应堆，尽管其规模非常小。Project Pele 是由 BWXT Advanced Technologies 制造的一种可运输的微型反应堆，该项目计划于今年初开始组装，并预计在 2026 年运送至爱达荷国家实验室的最终地点。

当然，先进反应堆并不仅限于美国。在快速建设传统反应堆的同时，中国也开始在一系列先进技术领域引起广泛关注。高温气冷堆是其中的重点领域之一。根据伊利诺伊大学香槟分校助理教授 Lorenzo Vergari 的说法，这种反应堆使用氦气作为冷却剂，运行温度超过 1,500°C，远高于其他设计。

中国首座商业化示范高温气冷堆于 2023 年底投入运行，目前多座采用该技术的更大反应堆正在规划或建设中。

提升现有产能

即使是最接近商用的先进反应堆项目，也需要数年甚至数十年才能为电网大规模供电。因此，在全球电力需求持续增长的背景下，人们正重新关注如何最大限度地提高现有核电站的产能。

一个显著的趋势是对相对老旧的核电机组进行许可证延期。许多 20 世纪建设的核电站最初被许可运行 40 年，但事实证明，在维护得当和关键设备更换的条件下，它们的运行寿命可以显著延长。

在美国，监管机构已为大部分核电机组批准了 20 年的运行延长期限，将其预期寿命从 40年延长至 60 年。此外，一些反应堆甚至获得了进一步延长许可，计划运行至 80 年。类似的趋势也出现在其他国家，例如法国和西班牙，这些国家最近批准了对运行超过 40 年的反应堆进行许可证延期。

重新启动已关闭核电站的兴趣正在增加，特别是针对那些因经济原因而最近关闭的设施。其中一个典型案例是密歇根州的 Palisades 核电站。为支持该电站的复工项目，美国能源部批准了一笔 15.2 亿美元的贷款，用于覆盖相关成本。电站的所有者兼运营商 Holtec 计划在 2025 年让该设施重新并网运行。

然而，复工面临一些技术和经济挑战。根据美国核管理委员会的报告，电站的部分设备可能存在损坏问题，特别是蒸汽发生器。如果修复工作需要大规模投入，这可能显著影响项目的经济性。Nuclear Innovation Alliance 的 Patrick White 对此指出这种额外成本可能成为复工计划的主要障碍。

另一个复工目标是前三哩岛核电站的一个反应堆。该站的所有者计划在 2028 年重新使其运行。然而，围绕电站并网的争议可能会在未来一年内展开讨论。此外，据报道，艾奥瓦州的 Duane Arnold 能源中心的业主也正在评估重新启动这座于 2020 年关闭的核电站的可行性。

科技巨头的能源需求

推动核能需求增长的一个重要因素是 AI 的快速发展。A I 技术高度依赖数据中心，而这些数据中心的能源需求正在以惊人的速度飙升。为应对电力短缺，科技巨头们开始前所未有地关注核能作为潜在解决方案。

微软在推动核电复工方面已成为重要角色之一。在前三哩岛核电站的复工计划中，微软签署了一项协议，承诺如果该电站重新启用，将购买其电力。这标志着科技公司与核能行业合作的一个里程碑。

谷歌也在核能领域迈出了重要一步。2024 年 10 月，谷歌与 Kairos Power 签署协议，根据计划，这家初创公司将在 2035 年前建成总计 500 兆瓦的核电站，而谷歌将购买这些电站生产的电力，保障其数据中心的能源供应。亚马逊 则采取了更进一步的举措，不仅与核能公司签署了电力采购协议，还直接投资了 X-energy，一家专注于小型模块化反应堆开发的公司。这笔投资将用于支持华盛顿州的一个核能项目的开发、许可和建设。

来自科技巨头的资金支持无疑可以在维持现有核反应堆的运行以及推动先进核能项目落地方面发挥关键作用。然而，Good Energy Collective 的 Jessica Lovering 指出，目前许多此类承诺仍缺乏具体细节。她强调，需要关注的关键里程碑包括重大资金的实际到位、正式合同的签署以及向监管机构提交相关申请等具体进展。

“ 2024 年是核能领域一个非凡的年份，可能是数十年来最令人兴奋的一年。” Quantified Carbon 的核工程师兼首席执行官 Staffan Qvist 表示。这家国际咨询公司专注于能源和工业的脱碳。在他看来，要在必要的规模上部署核能面临着巨大的挑战，但当前的兴趣和需求正快速上升。正如他所说的，“外面的世界对能源有着巨大的渴求。”

https://www.technologyreview.com/2025/01/14/1109963/whats-next-for-nuclear-power/