为AI供电的“终极方案”？详解SMR（小型模块化核反应堆技术）

本文作者：董静

来源：硬AI

在全球电力需求加速增长的背景下，小型模块化核反应堆（SMR）正成为满足数据中心、工业制造和电气化需求的关键解决方案

10月18日，摩根大通在最新研报中认为，这项技术通过设计简化、标准化和工厂制造，试图突破传统大型核电站的经济和建设瓶颈，为清洁基荷电力供应开辟新路径。

摩根大通称，全球目前有99座SMR处于积极开发阶段，但仅有7座在建或运营。气冷和水冷SMR概念在近期部署中处于领先地位。国际能源署（IEA）预计，若部署顺利，到2040年SMR可占全球核电装机的10%，美国将贡献其中20%的增长。

研报指出，特朗普政府的行政命令为SMR发展注入强劲动力。新政策将民用核能列为国家和经济安全优先事项，要求联邦机构加速先进反应堆部署，简化监管审查，并开放政府燃料储备。监管改革将许可审查时间压缩至18个月，目标在2026年7月前实现三座先进反应堆投运，同时扩大投资和生产税收抵免，显著改善项目经济性并降低许可风险。

然而，摩根大通认为，SMR的成功部署仍依赖政府支持、技术迭代、供应链建设和监管许可等多重因素。接下来，我们通过摩根大通研报，详细解析下可能成为AI电力供应终极方案的SMR技术。

SMR技术核心优势与市场定位

研报称，SMR通过五大核心特征重新定义核能应用场景：

小型化设计使其可灵活部署在多种场所；模块化建造支持现场组装以降低成本；可实现离网和并网双重安装模式；燃料循环周期长达30年；内置被动冷却机制以简化设计并降低成本。

据核能署（NEA）数据，SMR开发商总部主要集中在美国、加拿大和欧洲地区。按反应堆概念分类，近期市场以水冷反应堆为主导，占据最大份额，其次是气冷和熔盐冷却设计。从场地所有者角度看，公用事业公司、工业用户和政府机构是主要客户群体，数据中心需求正快速增长。

SMR的独特价值在于满足多元化能源需求。高温气冷堆可提供750摄氏度以上的工艺热，适用于氢气生产、区域供暖和工业应用等传统大型反应堆难以覆盖的市场。快中子谱SMR设计虽然许可进展有限，但在燃料效率和成本控制方面具有显著技术优势，涵盖气冷、热管、金属冷却和熔盐冷却等多种概念。

主要技术路线与开发进展

SMR技术按冷却剂类型分为五大概念：水冷、熔盐冷却、气冷、热管冷却和金属冷却。水冷反应堆代表大多数近期概念，其中轻水堆（LWR）最接近近期部署。热管和金属冷却反应堆代表更前沿的技术发展方向。

轻水反应堆采用成熟技术，包括沸水堆（BWR）和压水堆（PWR）两种类型。NuScale的50兆瓦和77兆瓦压水堆设计是唯一获得美国核管理委员会（NRC）标准设计批准的SMR，在监管进程中处于领先地位。GE日立核能的BWRX-300沸水堆已获田纳西河谷管理局（TVA）提交建造许可申请，成为美国首个提交SMR建造许可的公用事业公司。

高温气冷堆（HTGR）使用氦气作为冷却剂，陶瓷涂层燃料可产生约750摄氏度的高温。X-Energy的Xe-100（80兆瓦）、Ultra Safe Nuclear的MMR（5兆瓦）和Radiant的1兆瓦设计代表该领域主要开发商。这类反应堆在工业应用中表现出色，但受限于高丰度低浓铀（HALEU）燃料供应短缺。

熔盐反应堆（MSR）使用氟化盐混合物作为燃料和冷却剂，可在高温下运行并实现高效传热。Kairos Power的140兆瓦FHR、Natura Resources的MSR-100、Terrestrial Energy的195兆瓦整体熔盐堆和TerraPower的345兆瓦热功率反应堆代表该技术方向。Kairos已获得NRC建造许可，成为美国首家获得第四代SMR建造许可的公司。

钠冷快堆（SFR）使用液态钠作为冷却剂，在快中子谱下运行，可实现燃料再利用并减少核废料。Arc的ARC-100（100兆瓦）、Oklo的Aurora-INL（75兆瓦）和TerraPower的Natrium（345兆瓦）是主要开发项目。TerraPower的Natrium项目预计2032年投运。

热管微堆使用热管实现高导热率，有效传热率在5000至200000瓦/米之间。Westinghouse的eVinci微堆（5MW）、Oklo的Aurora Powerhouse、Antares Nuclear的R1微堆和Radiant Industries的Kaleidos微堆（1.2MW）正在开发中。

监管环境与部署时间表

摩根大通称，美国核电站必须经过NRC的安全、环境和反垄断审查，获得早期场地许可、设计许可、建造许可和运营许可。传统的Part 50路径采用分步许可流程，先获建造许可再申请运营许可。1989年引入的Part 52路径允许申请人在满足特定条件时获得建造和运营的联合许可（COL），降低违约风险并提高确定性。

特朗普政府的监管改革显著加速审批流程。行政命令要求能源部和NRC设定18个月的审查窗口，并在成功完成预申请阶段后，部分新设计可能在12个月内完成审批。NRC的联合许可方式通过仅审查新提交与已批准设计之间的"增量"，进一步缩短审批时间。

据摩根大通研报称，目前，NuScale的50MW和77MW轻水压水堆是唯一获得NRC标准设计认证的SMR设计。

Kairos Power于2023年12月获得第四代SMR建造许可，2024年7月开工，目标2027年投运
TVA成为首家提交GE Vernova日立BWRX-300 SMR技术建造许可申请的美国公用事业公司。

大多数竞争对手仍处于预申请或预设计许可申请阶段。

数据中心电力需求激增创造市场机遇

摩根大通认为，超大规模云服务商（亚马逊、谷歌、Meta）可能为SMR项目提供直接支持，以满足清洁能源数据中心需求。谷歌已与Kairos Power签约，确保2030年前实现SMR上线，到2035年达到500兆瓦装机。

能源部将钠冷快堆、高温反应堆和熔盐反应堆列入2030年部署观察名单。世界核协会追踪的25个SMR项目处于预投资、合作协议、项目关联、最终投资决定或在建阶段。Kairos Power的Hermes熔盐冷却反应堆是唯一处于"在建"阶段的项目。

NuScale、Oklo、Westinghouse、TerraPower和X-Energy是最活跃的开发商。这些公司通过与大型公用事业公司、工业用户和政府机构合作，推进项目融资和场地选择。部分项目已获得美国能源部的贷款批准和技术投资协议支持。

商业化仍面临多重挑战

摩根大通指出，技术路线众多导致竞争激烈，可能阻碍任何单一技术达到商业临界规模。监管框架虽在演进，但往往滞后于SMR技术的多样性和新颖性，特别是非水冷和先进设计面临许可不确定性和延迟。

供应链准备不均衡构成重大瓶颈。许多新型燃料形式和反应堆部件尚未实现商业规模生产。HALEU燃料供应有限对许多先进SMR概念构成重大障碍。据核能研究所（NEI）预测，北美HALEU需求将快速增长，但供应能力建设需要时间。

经济可行性仍待验证。尽管SMR通过工厂制造和模块化设计寻求经济优势，但首堆成本和规模经济效应仍是关键考验。BloombergNEF的分析显示，不同开发商在融资、监管、项目和时间表四个维度的进展差异显著。NuScale在监管批准方面领先，X-Energy和Oklo在项目管道和客户数量上表现突出。

国际合作对加速SMR采用和可扩展性至关重要。目前全球SMR项目主要集中在北美，加拿大和美国共有超过30个处于不同开发阶段的项目。安大略电力公司与GE日立合作的达灵顿核设施1.2吉瓦项目计划2029年投运，将成为西方世界首个落地的SMR项目。