12月2日 [今天是星期幾？ ] 在核反應器日，我們思考下一代核電廠、小型模組化反應器和人工智慧資料中心的未來。

在幕後，人工智慧生成的文字和圖像消耗的電力比你想像的要多得多。

您是否知道，核能發電作為一種電力來源，如今正重新引起人們的注意？自1942年12月2日世界上第一座核反應爐在芝加哥大學地下室達到臨界狀態以來，已經過了80多年。那次點火引發了關於第四代反應器、小型模組化反應器（SMR），甚至是核融合和人工智慧資料中心電源的討論。

我想以12月2日為切入點，追溯能源發展的歷史，從費米爐到人工智慧時代。

一座誕生於地下壁球場的核反應爐

1942年12月2日，芝加哥大學體育場下方壁球場內，一座由石墨和鈾構成的反應爐——芝加哥1號反應爐（CP-1）建成，據稱實現了人類歷史上首次受控核鍊式反應。這一事件後來被稱為“反應爐日”，標誌著原子能將如何徹底改變現代社會，無論是在武器應用還是能源生產方面。

CP-1是一座實驗性反應器，其目的並非發電，而是驗證鈽生產反應器的設計。然而，它所累積的知識促成了戰後商用核反應爐的發展。即使在80多年後的今天，當年在芝加哥地下室燃起的「零世代」大火仍然是圍繞能源安全、脫碳和人工智慧基礎設施等議題討論的核心。

商業核電廠所支持的快速經濟成長及其影響

自CP-1成功運作以來的十餘年間，世界各國紛紛建造核反應器用於發電，第二代和第三代商用反應堆，主要是輕水反應堆，已遍布全球。核電被譽為“清潔穩定的基荷電源”，並在經濟高速增長時期為許多國家的電氣化和工業化進程提供了支持。然而，三里島和切爾諾貝利等事故也暴露了核電的潛在風險。

在日本，核電廠自1960年代以來就一直在建設，核電也一直是發電結構的核心組成部分，但2011年的福島第一核電廠事故徹底動搖了這一前提。人們清楚地認識到，如何在確保廉價穩定的電力供應與嚴重事故風險和放射性廢物等負面影響之間取得平衡是十分困難的，「我們應該如何處理核電問題」至今仍是一個懸而未決的難題。

面向下一代的第四代反應器

下一代核反應堆，即第四代（Generation IV）反應堆，正試圖為這些挑戰提供技術解決方案。由各國政府和研究機構組成的國際框架選定了六種概念：超高溫氣冷反應器（VHTR）、鈉冷快堆（SFR）、鉛冷快堆（LFR）、氣冷快堆（GFR）、超臨界水冷反應器（SCWR）和熔鹽反應器（MSR）。

這些反應器的特徵是同時追求多個目標，例如提高燃料利用效率、減少長壽命放射性廢棄物、加強被動安全性和防擴散能力，以及確保經濟可行性。許多設計方案的目標是從2030年代開始進行示範和商業化，並試圖回答「核能可以在多大程度上安全、可持續地利用？」這個問題。

小型模組化反應器代表了「後大型核電廠時代」的願景。

同時，一種名為小型模組化反應器（SMR）的新概念正日益受到關注。 SMR是一種小型反應堆，其輸出功率在數十到幾百兆瓦之間，採用模組化方式在工廠生產，然後在現場組裝，旨在縮短建造時間和降低初始投資，並可根據需求規模靈活部署。

目前，各國不僅考慮興建水冷式小型模組化反應器（SMR），也考慮興建高溫氣冷式反應器和熔鹽反應器的SMR，越來越多的工程進入監理審查和示範工程階段。與大型集中式核電廠不同，SMR還設想與再生能源混合運行，並作為偏遠島嶼和工業基地的分散式電源。對於SMR作為「後大型核電廠」的未來，人們既抱持期待，也存在擔憂。

福島核災後的日本及核電廠重啟現狀

福島第一核電廠事故後，日本所有商業反應爐暫時關閉，電力缺口由火力發電填補，導致電價上漲和二氧化碳排放量增加。此後，在更嚴格的新監管標準下，安全檢查和設施改造工作不斷推進。截至2025年，已有十幾座反應爐恢復運行，另有幾座反應爐正在接受審查和地方政府的批准。

近日有報道稱，女川核電廠2號機組將於2024年恢復商業運作；柏崎劊羽核電廠（世界最大的核電廠之一）6號和7號機組在完成安全措施和管理體系審查後，重啟事宜正在與當地進行最終談判。儘管日本政府已設定目標，到2030年核電在其能源結構中的佔比達到20%至22%，但同時也面臨著許多難以達成社會共識的問題，例如延長老舊反應器的運行期限、建造新的反應器、替換現有反應器以及未來引入小型模組化反應器（SMR）等。

人工智慧和資料中心將改變電力需求。

近年來，人工智慧和資料中心帶來的電力需求快速成長，成為一種新的壓力。由於大規模人工智慧模型和生成式人工智慧服務的普及，預計全球資料中心的電力消耗將從2024年的約400太瓦時（TWh）增長到2030年的約900太瓦時，增幅超過一倍。這一增長幅度相當於日本目前的年電力消耗量，並且分析表明，人工智慧加速器伺服器的電力消耗增長速度遠超傳統伺服器。

在日本，由於雲端運算和人工智慧服務的擴張，對資料中心的需求正在迅速增長，預計到2034年，電力消耗量將從2024年的約19太瓦時增長三倍以上。尖峰需求預計將達到6.6-7.7吉瓦，相當於全國尖峰負荷的幾個百分點。隨著政府邀請主要的海外雲端服務供應商作為戰略合作夥伴，電力來源問題已成為GX和數位政策的關鍵所在。

核能作為人工智慧基礎設施的能源

對於預計全年365天、每天24小時運轉的人工智慧資料中心而言，電力供應的穩定性和碳排放正成為限制其業務發展的因素。多項分析表明，到2030年代，新建的核電廠和小型模組化反應器（SMR）可以滿足數據中心快速增長的電力需求的10%至20%，核電作為一種基荷低碳能源正被重新評估。

海外已有報案稱，大型科技公司和核電業者簽訂了長期購電協議（PPA），並計劃在資料中心附近安裝小型模組化反應器（SMR）和微型反應器。在日本，人們也在討論將下一代反應器和小型模組化反應器定位為人工智慧、半導體工廠和資料中心集群的專用電源，如何平衡數位產業戰略、能源安全和電價很可能成為未來的重要議題。

核融合開啟了長遠的視野

從長遠來看，核融合能源正逐漸成為費米反應器發展歷程的延伸。諸如ITER之類的國際專案以及像Commonwealth Fusion Systems和Helion Energy這樣的新創公司正在加速研發，目標是在2020年代末或2030年代建成一座試驗工廠。這些路線圖，包括利用人工智慧和數位孿生技術優化設計和運行，以及製定監管框架，設想在2050年左右實現併網。

日本企業和研究機構也不斷深化其在全球供應鏈中的參與，展現其在聚變反應器材料、加熱和測量技術、真空設備、模擬等方面的優勢。當核聚變成為實用技術時，它有望繼風能、太陽能、核能和氫能之後，成為能源領域的“第五大支柱”，以低碳排放滿足包括人工智慧數據中心在內的巨大電力需求。

將12月2日定為「能源轉型日」。

12月2日，芝加哥派爾1號機組達到臨界狀態，這天至今仍被銘記為人類取得可控核能技術的日子。同樣，我們目前也面臨第四代反應器、小型模組化反應器、核融合以及人工智慧驅動下日益增長的電力需求等挑戰。日本正被問及應該在哪些領域利用核能，以及應該在哪些方面劃清界線。

如果我們把12月2日視為回顧能源發展史並思考人工智慧時代電力供應方式的日子，我們可以將費米反應器、第四代反應器、小型模組化反應器、核融合以及人工智慧資料中心的發展歷程串聯起來，重新審視。我們希望這能啟發讀者思考，在人工智慧時代，他們希望擁有怎樣的能源結構，並充分考慮自身的生活方式、電費支出，甚至日本的產業競爭力。

[資訊]

第四代國際論壇（GIF）官方網站（外部連結）
這是一個針對第四代反應器（Gen IV）的國際合作框架，它公佈了成員國在六種反應器概念（包括高溫氣冷器、鈉冷快器和熔鹽反應器）方面的目標、路線圖和工作進展。它是了解第四代反應器總體情況以及每種反應器類型定位的重要資訊來源。

世界核能協會（WNA）「第四代核反應器」 （外部連結）
這是由全球核工業協會提供的關於第四代反應器的全面說明頁面。它概述了每種概念反應器、其研發現狀以及安全、經濟和燃料循環等問題，是本文中提及的第四代反應器細節的補充。

世界核能協會「日本核電」 （外部連結）
本頁面概述了日本核電的歷史、政策、重啟現狀和未來規劃。頁面按時間順序更新了各核電廠的運作狀況和相關政策趨勢，有助於理解有關重啟核電廠和日本能源結構討論的背景。

日本經濟產業省自然資源能​​源廳《核電廠重啟—為何必要？如何確保重啟？ 》 （外部連結）
本頁由日本政府以英文發布，闡述了重啟核電廠的必要性以及確保安全的機制。對於希望了解日本政策立場以及新監管標準和安全措施背後思路的讀者而言，本頁是可靠的官方資訊來源。

國際原子能總署（IAEA）「聚變能」專題（外部連結）
這是國際原子能總署的聚變能源資訊入口網站，也是通往國際熱核融合實驗堆（ITER）等國際計畫、各國研究、會議資料等的門戶。對於那些希望持續關注聚變技術挑戰和發展路線圖以及國際合作努力的人來說，它非常有用。

德勤《核能在資料中心成長中的作用》 （外部）
本報告重點關注資料中心與核能之間的關係，並概述了人工智慧和雲端運算需求的成長、電力基礎設施的建設以及利用核能和小型模組化反應器（SMR）的商業模式。本報告推薦給希望從商業和政策角度深入了解「核能作為人工智慧基礎設施的能源」這一主題的讀者。