人工智能和核能：充满希望的伙伴关系还是生存威胁？

星期三 20 十一月 2024 - 12:00

在过去的几年里，我们目睹了科技巨头与传统能源的关系发生了根本性的转变，随着支持人工智能的大型数据中心的能源需求不断增加，谷歌、亚马逊和微软等主要科技公司。已转向探索更可持续和更有效的替代方案。

这种转变体现在这些公司宣布对核能领域的巨额投资中。在因安全问题和高成本而放弃核能数十年后，在小型领域新创新的推动下，这项技术再次回到了前沿。核反应堆（SMR），它们比传统反应堆更安全、更灵活。

但是，是什么让核能而不是风能或太阳能等可再生能源对这些大公司有吸引力，什么是小型核反应堆，美国在开发它们时面临哪些挑战，这些反应堆是否会推动创新和可持续发展是在人工智能领域，还是我们正处于一个新时代的边缘？切尔诺贝利、福岛、三哩岛等灾难仍然铭刻在记忆中？

首先;哪些公司已开始投资核能项目？

谷歌、亚马逊和微软已宣布对核能项目进行巨额投资，这些投资旨在建造新核电站或重启旧核电站。这些竞争公司是全球提供云计算解决方案的三大公司，也是采用人工智能模型和技术并将其呈现给客户（无论是其他公司还是用户）的最大公司之一，因此，这并非巧合。这些公司是该领域最大的投资者之一。

1-谷歌：

谷歌已与专门从事核能的初创公司 Kairos Power 达成协议，旨在建造 7 个小型核反应堆来运营其数据中心。这些反应堆是提供清洁可靠能源的有前途的解决方案，因为它们的特点是简单的设计和先进的安全系统。

此次合作预计将在 2035 年之前提供约 500 兆瓦的无碳能源，从而支持 Google 实现碳中和的目标。

2-微软：

微软宣布计划与 Constellation Energy 合作，在 2028 年之前重启宾夕法尼亚州已关闭的三哩岛核电站，该核电站见证了美国最严重的核事故。该项目旨在提供约 835 兆瓦的能源，以满足需求。 ..微软数据中心。美国从来没有哪座核电站在退役后重新投入使用，而且之前也没有将单个商业核电站的所有生产分配给单一客户！

微软并没有就此止步，而是与Helion Energy签署了一项协议，探索核聚变能源作为未来能源的可能性。聚变能源被认为是核能领域最有前途的技术之一，因为它提供了大量的能源。清洁能源而不产生危险的核废料。

与此同时，今年早些时候的一些报道指出，微软和 OpenAI 正在秘密开发一款前所未有的超级计算机，该计算机使用数百万个专用服务器芯片来运行人工智能，成本可能高达 1000 亿美元，代号为（Stargate）。，但它需要高达 5 吉瓦的电力才能运行，相当于纽约这样的大城市的耗电量，而且只需要一台计算机！

3-亚马逊：

去年10月，亚马逊宣布签署三项在美国开发小型核反应堆的协议。亚马逊正与西北能源公司合作开发四座小型核反应堆，预计一期发电量为320兆瓦，有可能增至960兆瓦。兆瓦。

此外，亚马逊正在探索与弗吉尼亚州 Dominion Energy 合作开发小型核反应堆的可能性，增加至少 300 兆瓦的发电量，以满足不断增长的能源需求。亚马逊目前与 Talen Energy 的协议还包括投资 6.5 亿美元，在宾夕法尼亚州建立一个直接由核电供电的数据中心。

那么，所有这些巨额投资促使我们思考小型核反应堆以及它们与传统反应堆有何不同？

小型核反应堆是先进的小型核反应堆，旨在产生高达 300 兆瓦的清洁电力，这是传统反应堆发电量的三分之一。

这些反应堆还具有灵活性和适应性，因为它们可以在工厂制造并作为可以在反应堆现场组装的单元进行运输，因此它们是大型传统核反应堆的理想替代品，因为大型传统核反应堆必须针对特定场地进行设计，有时会导致施工延误。

此外;小型核反应堆依赖于各种冷却剂，包括轻水、液态金属和熔盐，提供了很高的设计灵活性。这些反应堆的特点是拥有强大的安全系统（固有安全），该系统依赖堆芯冷却的自然循环，减少了对人为干预的依赖，大大提高了安全性。

美国核能机构估计，到2035年，全球小型核反应堆市场的电力可能达到21吉瓦。

第三;为什么特别是核能而不是风能或太阳能？

用于训练人工智能模型的数据中心需要大量电力。随着这些模型的规模和复杂性增加，能源需求急剧增加。目前，大多数数据中心依赖化石燃料产生的电力，这会增加碳排放。

这里出现了一个重要的问题：大型语言模型消耗多少能量？
训练大型AI模型会消耗大量能源，例如包含1750亿教师的GPT-3模型每小时使用1,287兆瓦，而包含2800亿教师的DeepMind模型每小时使用高达1,066兆瓦。每小时，这大约相当于一个美国家庭一年平均使用能源的100倍，这证实了该行业对环境的重大影响。

公司正在努力到 2030 年或 2035 年实现碳中和，但完全依赖太阳能和风能等可再生能源面临着重大挑战，例如由于天气条件而导致产量变化，因为太阳能在夜间无法使用，以及风能受天气波动的影响，需要复杂的存储和管理设施来确保运行的连续性。

在这里，核能成为满足这种不断增长的需求的有前途的解决方案，原因如下：

高功率：核反应堆可以在相对较小的空间内产生大量电力，非常适合满足大型数据中心的需求。
可靠性：与太阳能和风能等不稳定的可再生能源不同，核电是一种稳定可靠的能源。
低碳排放：核能是清洁能源，不产生温室气体或其他污染物，有助于实现应对气候变化的目标。

第四；美国发展小型核反应堆面临哪些挑战？

美国在该行业面临的主要挑战是建造第一座小型核反应堆，迄今为止，整个美国还没有正在运行或在建的小型核反应堆。据核能机构称，世界上只有三座小型核反应堆在运行，其中两座位于美国的两个主要地缘政治对手中国和俄罗斯，日本还有一座测试反应堆在运行。

到目前为止，美国公司正在致力于开发小型核反应堆的设计，美国现在有大约70个小型反应堆的设计，但只有其中一个获得批准开始建设，这就是Kairos Power项目，该项目将在在田纳西州。

造成这种延误的原因是设计审批通常需要几年时间；考虑到反应堆设计的复杂性和放射性材料的风险。

美国核管理委员会前主席艾利森·麦克法兰解释说，在全球范围内实现核能系统标准化几乎是不可能的。这是因为每个国家在处理这个重要领域都有自己的理念，这使得达成统一的监管框架非常困难。

国际原子能机构总干事拉斐尔·格罗西强调，需要制定能够跟上核能行业快速发展步伐的灵活监管体系。他指出，耗时多年的冗长监管程序阻碍了该行业的发展，并建议核工业从航空业中汲取灵感，航空业依赖全球统一的飞机设计和运营标准，有助于提高质量并减少成本。成本。

此外，小型核反应堆需要高浓缩核燃料（HALEU），它比目前常规反应堆使用的燃料具有更高的浓缩率，使其更加高效并能够产生能量。

据美国能源部称，HALEU 燃料的浓缩程度高于 5% 的浓缩铀 235 燃料，后者是在链式反应过程中产生能量的主要裂变同位素，用于常规核反应堆。

HALEU 燃料需要浓缩度为 5% 至 20%，这使其效率更高，能够在较小的反应堆中产生最大量的能量。它还有助于提高小型反应堆的性能并延长其运行寿命，因为这种燃料有助于提高小型反应堆的性能。冷却过程中使用的钠元素持续时间更长，并且使用更少的燃料产生更多的能量。

但这里的问题是，这种燃料在美国的商业规模生产仍然非常有限，全球的主要来源是俄罗斯。去年五月，美国总统乔·拜登签署了一项禁止美国进口铀的法律。俄罗斯。

第五；人工智能和核能：充满希望的伙伴关系还是生存威胁？

人工智能渗透到我们日常生活的各个方面，但核电系统不需要它，这些系统依赖于已知的、可预测的物理原理，根本不需要人工智能的复杂性。以美国核管理委员会（NRC）为首的世界各地监管机构也极其谨慎地处理此事，并阻止其整合到这些系统中。

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