我们看到有趣的趋势融合为核能复兴打开了大门：人工智能的能源密集型性质、对清洁基载电力的需求，以及大型科技公司为其提供资金的意愿。
业内资深人士、公用事业公司和核电公司建设者都知道未来的挑战；核电是一个难以解决的问题。但是，如果核电建设成本低廉，那么回报将是显而易见的。
在过去的一个月里，这并不是一个被忽视的新闻；我们每天都会看到有关核能解决我们电力需求潜力的文章。受超大规模企业最近对核能的投资的鼓舞，请参阅以下最新公告：
亚马逊向核能初创公司 X-energy投资了 5 亿美元，同时支持建设价值 320 兆瓦的核能发电厂。 谷歌签署了一项协议，支持核能初创公司 Kairos 开发超过 500MW 的电力。 亚马逊斥资 6.5 亿美元购买了一个核电数据中心，计划未来几年将能源消耗从 300MW 扩大到 960MW。 微软签署了重启三哩岛核反应堆的协议。据传，他们已经签署了一份为期 20 年、每年约 8 亿美元的电力购买协议 (PPA)。
虽然最后一点可能看起来很昂贵，但超大规模企业现在更关心的是电力的可用性而不是可负担性。
从表面上看，核能提供了一个清晰的叙述：“持续、清洁的能源。它是人类已知的最有效的能源生产方式。几十年前的事件让公众舆论大跌眼镜，从那以后我们就再也没有恢复过来。”
再深入一层，故事就变得更有趣了。在这些事件发生之前，核能就面临了真正的挑战。它是成本随时间推移而上涨的能源形式之一，如果不是唯一的话。当我与核能专家交谈时，我发现采用核能的问题不是技术问题。这是工程问题。这是建设问题。这是经济问题。
核能领域的各家公司都在努力解决这一问题。
这将深入研究核工业、其技术、历史、当今市场以及未来可能的发展。
聚变，即太阳，将两个原子结合在一起并形成能量。它本质上是人类的最终能源形式，如果商业上可行，它将提供丰富的清洁能源。目前尚不清楚我们距离大规模开发聚变技术还有多远，但这并没有阻止公司尝试。
本文主要关注裂变，即原子分裂释放能量的过程。每次裂变反应的目标都是实现链式反应，分裂铀 235 等重原子。每次反应都会释放更多中子，分裂更多原子，如此反复，直到燃料耗尽。
当水被泵入反应堆时，反应堆会产生热量。水被加热，第二个水回路收集热量，将其转化为蒸汽，蒸汽推动涡轮机发电。
相比之下，沸水反应堆只有一个回路：
请注意，以下短语有些随意。我根据特定反应堆产生的电能兆瓦数 (MWe) 来指代它们。300MWe 和 10MWe 反应堆之间的区别是天壤之别，但它们通常被归类为“SMR”一词。
我们可以在这里看到各种尺寸的小型和微型反应器：
在深入探讨之前，我们应该先回顾一下这个行业的历史。该行业在 70 年代停滞不前时面临的问题与当今各公司正在努力解决的问题有很多相同之处。
2.核工业史
我想以 Nick Touran 的一段话作为开场白，这段话来自Packy McCormick 对核能初创公司 Radiant 的深入分析。本节的大部分内容来自这篇深入分析和相关的Age of Miracles 播客，我强烈推荐阅读/收听。另一个很好的资源是 Fabricated Knowledge最近关于核能的帖子。
20 世纪 40、50、60 年代，全世界有十万人，世界上最聪明的人，都专注于核反应堆技术。当时的情况就像电影《怪形》一样。当时有很多有趣的信息、历史和人们所做的事情。这让我大吃一惊。每次我去看看，我都会发现一些新的东西。我们有很多小型反应堆，几十个小型反应堆，其中一些几乎符合我们现在所兴奋的所有条件。我们真的建造了它们。
听起来很像今天的人工智能！二战后，美国兴奋地利用原子能造福人类。因此，著名的“原子能促进和平”演讲。
原子能委员会 (AEC) 负责支持实现这一目标。20 世纪 50 年代，我们看到了如今在核反应堆中使用的大多数技术。
1953 年，第一座压水反应堆达到临界状态，西屋电气随后于 1957 年建造了第一座商用反应堆。
20 世纪 60 年代，我们开始建造核潜艇和核电站。我们甚至研究了核动力飞机，理论上这种飞机可以飞行数年（尽管这些计划后来被取消了）。
然而，当我们开始建设时，这些计划就出现了一个早期的裂痕：核电站成本曲线下降的假设。
西屋电气等公司通过固定价格合同销售早期反应堆，可能亏损。他们希望抢占先机，赢得客户信任，并从率先建造反应堆中吸取经验教训。他们成功了！
西屋电气赢得了客户的信任，客户随后开始以可变成本合同购买反应堆，客户将根据反应堆的建设成本支付费用。每个人都认为核电建设成本会下降。好吧，成本曲线确实下降了，但事实并非如此。
对于为什么会发生这种情况，人们还存在争议，但有几个因素是监管成本和劳动力成本的上升，这占了反应堆成本的大部分：
随着行业成本持续上升，核电站的购买者变得越来越犹豫。
除了经济方面的担忧，70 年代初还发生了一些事情，使核能形势变得复杂。首先，有各种团体反对核能，既有环保组织，也有游说组织。其次，出台了“ALARA”或“尽可能低”等政策，这些政策指的是将核反应堆的辐射降至最低。虽然这一原则听起来合乎逻辑，但其模糊性使企业难以遵守。
此外，1974 年，原子能委员会被拆分为两个组织：能源研究与发展管理局 (ERDA) 和核管理委员会 (NRC)。这将研发委托给第一个组织，而监管委托给第二个组织。这让 NRC 陷入困境，其主要目标是监管民用核能。
自该决定以来，没有批准任何先进的核反应堆设计，也没有批准建造任何新的反应堆设计。
所有这些事情都发生在三哩岛、切尔诺贝利核事故和当时对核能的文化恐惧之前。核能最初的衰落是经济上的，至今仍然是一个挑战。
你可能会问，自这些事件发生以来，已经建造了多少座核电站？嗯……不多。
3. 当今核电市场
尽管面临这些挑战，核能仍然是能源市场的重要组成部分。美国约 20% 的能源来自核能。这些核电站大部分由 Constellation 和 Duke Energy 等公用事业公司运营。这些核电站大部分已有 30-50 年历史。
核能是我们目前最可靠的基本电力形式。核电站建成后，核电的经济效益相当好。
问题在于建设核电的前期成本高昂。例如，佐治亚州的沃格特尔核电站是美国最近建造的反应堆，耗资 350 亿美元（超出预算 210 亿美元），比计划晚了 7 年。高昂的融资成本和建设风险使得这对公用事业公司来说是一个相当不具吸引力的风险/回报。
发射报告认为，随着更多反应堆的建造，经济效益将变得更好，这很可能是真的。沃格特尔也犯了一些独特的错误，导致成本超支。
还有另一条路：如果公用事业公司不是融资者怎么办？
大型科技公司凭借雄厚的财力、政治影响力以及最重要的，如何获取清洁、可靠的电力面临着严重的危机。
但等等，还有更多！如果我们可以减少这些巨额前期成本，并根据需要逐步增加产能，情况会怎样？那就进入 SMR 和微反应堆吧。
SMR 旨在通过制造实现规模经济。理论上，尺寸更小、设计更简单，建造过程也更简单。
首先，我要声明，据我所知，西方国家尚未建造任何小型核反应堆。虽然有价值数十亿美元的协议，但尚未产生收入。鉴于这一事实，本节可能为时过早。现在重要的不是合同，而是执行。
能够以最快的速度满足工程和监管要求的公司将在这个市场上获得最大的成功。我认为，让公司处于最佳位置的方法最有可能取得成功。
美国能源部《商业发射途径》报告对 SMR 进行了很好的描述：
对于小型模块化反应堆（SMR），“小型”一般被认为是约350MW以下，而“模块化”通常指标准化工厂生产。 由于土建工程建设推动了核电资本成本，因此 SMR 的价值主张集中在最大限度地实现设计标准化和工厂化生产。为了实现这一潜力，SMR 必须将总支出的很大一部分（超过 50%）转移到工厂化生产。如果没有这种转变，SMR 就有可能沦为仅仅是土建工程建设项目，缺乏规模经济效益。 SMR 建设需要专用的模块化组装能力，具体要求因设计而异。每种设计都需要独特的能力，因此设计筛选对于标准化和降低行业总成本至关重要。
因此，SMR 的价格可能更贵，但更快的建设速度和更易消化的前期成本使其具有吸引力：
正如之前提到的，亚马逊、谷歌和甲骨文已公开表示他们正在与 SMR 合作。目前全球只有2 个 SMR在运行，因此这是对未来的赌注。
因此，理论上，小型模块化反应堆的建造成本更易于接受。如果我们能把它们做得更小呢？
输入微反应器。
一种特别有趣的方法是建造能量范围从300kW到10MW的便携式微反应堆。
我们可以用 Radiant Nuclear 来举例。Radiant 是由 SpaceX 资深人士 Doug Bernauer 创立的，其目标是将电力输送到火星。为此，他需要开发可以在地球上运行并能赚钱的核反应堆。
他们最终选定了可以装入集装箱的 1MWe 微反应堆：
该技术类似于上文所述的压水反应堆双回路反应堆。反应堆采用石墨堆芯和 HALEU 燃料芯块。冷却剂氦气被泵入反应堆以收集热量。通过热交换器，热量被传递到超临界 CO2 回路以发电：
该设计旨在通过燃料（防熔化颗粒）、冷却剂（氦不具有放射性）和被动冷却（反应堆自行安全关闭）来优化安全性。
关于微反应器的商业模式。
微反应堆并非旨在解决电网规模的能源问题。它们的价值在于提供便携、可靠、清洁的能源。如今，最好的比较对象是柴油发电机。柴油发电机的问题在于它们需要持续的燃料，这意味着需要持续的燃料运输。在偏远地区、军事基地和救灾中，这可能不可行。
这并不是说数据中心不会使用微反应堆；请记住，它们本身也使用柴油发电机。它们只是无法解决数据中心的 GW 级电力需求。
如果像 Radiant 这样的方法有效，他们就可以大规模生产能够提供清洁、可靠、便携、可扩展能源的微反应堆。
核电的新一波买家（和融资者）。 新一波公司致力于使核能成本更加合理，主要是通过更好的工程和更好的制造。
4. 关于空间的一些思考
我认为，很容易看到SMR和微反应器公司的阵列，并思考它们之间的竞争。
我认为正确的做法是将此视为一项全行业的运动，目标是取代化石燃料或满足净新能源需求。例如，如果一家微反应器公司的设计获得批准，那么其他每家公司都有一份设计获批的路线图。第一家公司将开始获得客户并建立对核电的信任。
潮流使所有船只都受益。供应链开始发展，客户信任度上升，并且可能开始获得一些规模经济。从 1MW 反应堆到 300MW 反应堆的行业都从中受益。
最后我想说的是，我对这个领域抱有明显的乐观态度。这个行业面临的问题令人生畏；这些问题很难解决，而且需要数年时间才能成功解决。最近对核能的炒作不应该影响我们的判断，在这个领域创办公司的人们也非常清楚这些挑战。
然而，创新的最大好处是承认这些挑战并继续前进。核能的发展就体现了这一点。这些由雄心勃勃的人领导的公司正在接受看似不可能的挑战，希望推动我们前进。这是我们所有人都可以引以为豪的事情。
