深度解讀“下一代核能”：當AI開始搶電，全世界重新押注核電

這是《麻省理工科技評論》2026 年“十大突破性技術”深度解讀系列的第六篇內容，關注 DeepTech，關注新興科技趨勢。

隨著 AI 技術的蓬勃發展， AI 模型的參數規模和推理頻次呈指數級增長。據高盛研究部預測，到 2030 年，全球數據中心的電力需求將增長 160%。

傳統的風電、光伏的波動性難以支撐算力的高度需求，作為穩定、可預測和可調度的基荷電源，核能再次走入人們的視野中，它正在試圖回答時代的問題：是否能以足夠快、足夠靈活和足夠便宜的價格，來填補 AI 時代的“用電荒”？

盡管傳統核電站貢獻巨大，但它面臨工期太長、設計太復雜、預算太高的現實問題。下一代核能（Next-gen nuclear）技術的出現有望解決這些問題。先進核反應堆是實現下一代核能最核心的技術載體，它通常是指第四代反應堆（Generation IV）和小型模塊化反應堆（SMR，Small Modular Reactor）。

SMR 的單堆功率通常不超過 300 兆瓦電（MWe），其采用工廠預制和模塊化部署設計。與傳統大型核電站需要 8 至 12 年的建設周期不同，SMR 可在受控的工廠環境中制造，并在 12 至 24 個月內完成部署，不僅能顯著降低資本風險，還可根據需求增長逐步增加產能。

AI 巨頭們也意識到了核電重要性，并積極布局 AI 電力。Meta 繼 2025 年 6 月宣布與 Constellation Energy 達成一項為期 20 年的協議后，近期又與 TerraPower、Oklo 和 Vistra 達成核電協議，旨在建造 SMR 為其數據中心供電。到 2035 年，這三項協議計劃支持高達 6.6 吉瓦（GW，1GW=1000MW）的清潔能源。

2024 年 9 月，微軟與 Constellation 公司簽署了一項為期 20 年的購電協議，旨在重啟原美國三哩島核電站 1 號機組為電網提供 835MW 的無碳能源。2024 年 10 月，Google 與 Kairos Power 簽署了一項長期合作，目標是通過多次部署 SMR 釋放 500MW 的核電清潔能源。

當下，先進核反應堆技術正在全球范圍內吸引了數十億美元的私人投資，并持續獲得政府的資金支持。根據國際能源署預測，在理想情況下，到本世紀中葉， SMR 裝機容量將達到 120GW，屆時將有超過 1,000 座 SMR 投入運行。在這種快速增長的情景下，到 2050 年 SMR 累計投資將達到 6,700 億美元。更有業界人士判斷，新型反應堆有可能引發自 20 世紀 70 年代以來最大規模的一次核電擴張周期。

美國能源部在 2001 年推動了 SMR 系統性研究和規劃。當時，在經歷了 1979 年美國三哩島、1986 年蘇聯切爾諾貝利核電站事故后，世界核電界進入深度反思和冰封期，經過改進的第三代核電技術推動著核電復興，2011 年日本福島核電站事故后，世界核電又經歷了乍暖還寒的幾年停滯。近年來，中俄兩國引領了世界核電的復興。鑒于第四代核能系統的技術成熟度不夠、經濟性不足，業界推斷其進入市場的時間可能從 2030 年推遲到 2050 年。

在第四代核能尚未具備經濟可行性之前，SMR 被視為能在現有核工業體系中快速落地的現實選項。為此，一些公司致力于開發小型反應堆，其發電量顯著低于傳統大型核電站；還有一些公司則在探索熔鹽或液態鈉、鉛等金屬作為冷卻劑的反應堆，使反應堆無需像水冷反應堆那樣在高壓下運行，并且高溫熱源可以做其他用途。

與傳統反應堆通常為整座城市供電的能力不同，這些公司致力研發的先進反應堆，普遍具有共同特征：采用新型燃料與冷卻劑、設計更小型和模塊化、制造流程更簡化。不僅可以提升安全性，同時也能滿足發電、工業過程熱、遠程供電、制氫，以及日益增長的人工智能數據中心應用。

從技術路徑上來看，先進核反應堆可分為：采用 TRISO 核燃料的高溫氣冷堆（HTGR）；以熔鹽為冷卻劑的反應堆，包括液態燃料設計和固態燃料設計；以液態金屬為冷卻劑的快堆，如鈉冷快堆（SFR）和鉛冷快堆（LFR）；以及集成非能動安全特性的輕水冷卻小型模塊化反應堆

（來源：國際能源署）

無碳能源已被多個國家列為戰略級基礎設施的重要組成部分，目前已有 40 多個國家支持擴大核能利用。在先進核反應堆領域，各國推動路徑呈現出明顯分化：有的由能源安全驅動，有的由產業復興牽引，也有的同時押注多條技術路線。美國能源部將小堆作為核能未來發展的重點，試圖通過加強技術優勢帶動產業復興，其推進小型水冷堆盡快部署，恢復世界核能領域的領導優勢。

俄羅斯將小堆發展列入國家基本政策，推動小型水冷堆應用以確保北極利益。其于 2020 年建成海上浮動核電站羅蒙諾索夫院士號，為偏遠城市及海洋開發供電供熱。該核電站包括兩座小型堆，可提供 70MW 電力、300MW 熱量以及 24 萬 ㎡ 淡水。

（來源：國際能源署）

從中國先進核反應堆發展來看，中國科學院上海應用物理研究所開發釷基熔鹽堆并實現釷鈾核燃料轉換，標志著中國建成了迄今為止世界上唯一運行的釷燃料入堆的熔鹽堆，這是釷基熔鹽堆研發進展中的重要里程碑。

中核集團發展了鈉冷快堆——霞浦 600MW 示范快堆（CFR600），并自主研發了小型模塊化壓水堆玲龍一號（ACP100）。清華大學核研院建立了 10MW 的高溫氣冷堆，由中國華能集團、中國核工業集團與清華大學合作建設的石島灣高溫氣冷堆核電站（HTR-PM），是全球首個采用先進 TRISO 核燃料的高溫氣冷堆示范工程。

從公司層面看，當前進展最快的項目主要集中在已經進入示范堆建設或獲得長期購電協議的企業。美國 X-energy 公司主要開展高溫氣冷堆 Xe-100 和 TRISO 核燃料。2024 年 10 月，該公司與亞馬遜建立戰略合作伙伴關系，計劃到 2039 年在美國部署超過 5GW 的核電裝機容量。

由比爾·蓋茨創立并擔任該董事局主席的 TerraPower 公司，是國際影響力較大的先進核能開發商。TerraPower 獲得美國能源部先進堆示范項目提供的 20 億美元資助，用于建設其 Natrium 鈉冷快堆示范工程，目標是 2030 年前實現商業運行。

Kairos Power 公司是美國首家獲批開建下一代核反應堆的企業。2023 年，該公司獲得美國核監管委員會批準建設 Hermes 示范反應堆，并于 2024 年啟動建設，獲得美國能源部通過高級反應堆示范項目 3.03 億美元的資助。據公開信息，Kairos Power 的實驗熔鹽反應堆——位于田納西州橡樹嶺的 Hermes 2 已進入建設階段。并且，Kairos 與田納西河谷管理局已簽署一項購電協議，標志著“美國公用事業公司首次從第四代先進反應堆購買電力”。此外，Kairos 首座 SMR 工廠裝置預計于 2030 年投入運行。

英國初創核能公司 Newcleo 正在研發一種小型鉛冷快堆，目標是 2030 年在法國建成 3 萬千瓦的首堆。后續將研發 20 萬千瓦版小堆，并在英國實現商業化部署，目前已投資 5,000 萬歐元。

美國 NuScale 公司 50MW 電功率的全非能動冷卻模塊化小堆，已獲美國核管會設計認證，美國政府支持美國田納西河谷流域的電力管理局，與之簽訂了預售電協議，即支持其 6GW 的意向性評估。此外，BWRX-300 首堆預計 2028 年投運，SMR-160、AP300 首堆預計將在 2030 年后投運。

需要看到的是，能否擴大規模來滿足生產和生活的實際需求，是下一代反應堆技術面臨的關鍵問題。現在，首批示范項目處于后期規劃階段或建設階段。未來，要想提升電網的韌性，還需要在全球范圍內建造更多此類反應堆，并具備經濟可行性。

下一代核能入選了 《麻省理工科技評論》2026 年度“十大突破性技術”，我們邀請三位來自產業與科研一線的代表，圍繞其關鍵技術路徑與產業進展進行了點評。

以下評論內容均為個人見解，不代表《麻省理工科技評論》觀點

先進核反應堆的真正瓶頸，不在物理原理，而在工程技術、政府監管與商業化能力

備注：以下評論由胡玲文提供英文內容，經劉雅坤編譯和整理。

先進核反應堆在冷卻劑選擇、中子能譜、燃料形式和燃料循環特性方面存在顯著差異，與其說這些技術的發展階段受限于物理原理，不如說受限于工程設計驗證、系統集成和商業可行性。

在眾多技術路線中，目前高溫氣冷堆的發展最為領先。這背后，是全球數十年持續研發和工程驗證的積累。其關鍵設計特性，包括 TRISO 燃料性能、氦氣冷卻和非能動余熱載出，已得到廣泛研究和實驗驗證。中國的一座模塊化高溫氣冷堆——石島灣高溫氣冷堆示范電站（HTR-PM）已實現并網發電，首次證明了實驗室規模之外的此類系統集成運行。

盡管前景廣闊，但不容忽視的是，先進反應堆從概念走向大規模商業部署仍面臨一系列嚴峻挑戰，可以歸結為五類：燃料、監管、工程、資本與人才。

燃料在商業規模上的穩定生產，是幾乎所有先進反應堆面臨的共同瓶頸。幾種先進反應堆依賴高豐度低濃鈾 （HALEU） 燃料和基于 TRISO 的燃料，這兩者目前均未達到可預測成本、產量和質量保證的商業化生產規模。評估燃料本身過程漫長、耗費巨大，且其結果能否獲得監管機構認可，也存在不確定性。

另一主要瓶頸在于許可和監管流程。現有的監管框架主要為大型輕水反應堆而制定，將其調整用于先進反應堆帶來了進度上的不確定性。雖然基于風險和性能的監管模式正在重塑規則，但政府許可審批流程仍是大多數項目面臨的核心瓶頸和最大變數。

首堆建造和系統集成也帶來了額外挑戰。由于非輕水反應堆建造經驗有限，先進反應堆的工程設計、供應鏈、建造和調試環節的風險顯著上升。

除了技術本身，一系列非技術因素同樣深刻影響著先進反應堆能否走向商業化。例如，資本結構和融資可獲得性尤為重要。先進反應堆將從開發階段的風險投資支持的高風險知識產權資產，轉變為在項目全生命周期需要穩定、長期投資和融資的基礎設施資產。

此外，供應鏈和核級質量保證能力同樣是現實制約因素。先進反應堆需要新型組件和材料，這要求供應商具備資格，能夠在初始低產量的情況下滿足核級標準。

核反應堆是跨學科的技術，技術的發展依賴于高技能的技術人才培養。目前，受過培訓的核專業人員和技師嚴重短缺。因此，培訓和維持下一代核能人才隊伍對于先進反應堆的成功開發和部署至關重要。

總體來看，我認為先進的輕水小型模塊化反應堆很可能引領近期部署工作，但它仍將面臨與近年來歐美建造的大型反應堆類似的監管許可、施工執行和財務挑戰。高溫氣冷堆技術的突破，將取決于許可審批、燃料供應與廠址開發這三方面的協同推進。

從發展路徑看，熔鹽冷卻反應堆將聚焦于通過試驗堆進行示范，其核心任務在于材料鑒定、部件制造、建造方法與監管接洽；而快堆技術則致力于設計的進一步成熟化。其中，鈉冷快堆有望在數年內獲得監管許可，并開始向商業化邁進，鉛冷快堆的部署時間表則有可能超過五年。

光伏之后，下一代核能可能成為真正的能源底座

能源市場擁有廣闊的發展空間，其規模將會隨著能源成本的下降而迅速擴大，就像現在光伏板價格降低后，光伏市場的發展日益蓬勃。下一代核能市場中，最活躍的領域之一是小型模塊化反應堆（SMR，Small Modular Reactors），它能夠更方便地獲取核電。其在基本原理和燃料方面，與大型傳統核電站并沒有本質的區別。

但在實現方式上，SMR 將核電站的功率規模縮小至傳統核電站的十分之一——數十萬到百兆瓦級別，不僅在反應堆體積、資金投入規模方面都顯著變小，還在建設周期和大型零部件在工廠中批量生產等方面進行了大量探索。因此，其應用場景更廣泛，如偏遠地區、工業園區等電網薄弱或離網場景，甚至算力中心。

從缺電的迫切性上，我認為美國對下一代核電的需求高于中國，這與其電網結構、能源獨立戰略及局部電力短缺有關。從最近幾年裂變能和聚變能的發展來看，越來越多的民營企業加入到推動行業發展的隊伍中，這與傳統意義上的國家牽頭發展的局面大不相同。因此，從研發速度、管理形式等方面，它們可能會走出一條獨特的發展之路。

如果未來聚變電力實現商用，有望與核裂變共同擴大整體能源市場的基數。與裂變電站相比，核聚變在固有安全性、燃料儲量和長壽命核廢料等方面，被普遍認為更具優勢。在未來能源系統中，核聚變更適合作為穩定的基荷能源，與風電光伏形成互補。

當前，核裂變的瓶頸在于監管和公眾對其安全性的接受程度；而對于核聚變來說，主要瓶頸是聚變能全流程走通。而更重要的，是通過建設并運行一代又一代的高性能聚變堆，來發現并解決工程化與商業化的真實痛點，從而為技術突破指明方向。

從廣義的核能角度來看，該領域已經進入到一個全新的階段。SMR 有望在幾年內形成示范堆開始并網發電，聚變堆如果一切順利，其商業化也不會太遠。據我個人預測，未來能源格局將會出現巨大的顛覆，風電、光伏等可能會占到 30%-40% 的份額，而包括聚變和裂變在內的核電，可能會占 60%-70%。這是一個值得大家長期關注的方向。

SMR 不是核能革命，而是通往下一代核能的現實橋梁

無論是第四代核能系統，還是涵蓋了第三代先進輕水堆核電站技術以及第四代非水冷反應堆技術路線的 SMR，在 20 世紀 50 年代均已在實驗堆完成物理意義上的開發和驗證。不同反應堆各有不同的應用場景、技術成熟度和市場可接受度。

第四代先進核能技術中，鈉冷快堆技術相對成熟并已完成商業化示范，但它的經濟性尚不能滿足當下的能源和市場需求。改進的壓水堆和沸水堆技術，都是經過驗證的先進反應堆技術路線。基于先進水冷堆技術和工業基礎的 SMR，最先具備商業化示范和推廣條件。

超高溫氣冷堆已完成高溫氣冷堆的研究堆、工程示范堆的發展階段，中國在該方向處于國際領先地位。由于支持其優勢發揮的耐高溫材料和氦氣透平技術等還有諸多挑戰，超高溫氣冷堆的價值和經濟性難以體現。TRISO 核燃料的高溫氣冷堆固有安全性好，同時具備防止核擴散的技術屬性。

鉛鉍冷卻劑和熔鹽冷卻劑快中子反應堆，目前還處于研究堆和工程示范堆發展階段，面臨耐腐蝕材料開發、理論完善和數據積累等問題。鉛冷快堆和熔鹽堆具備小型化和緊湊型的應用場景和發展空間，美俄等國均有戰略性部署，在耐腐蝕材料方面的突破值得期待。

核燃料被普遍看作是先進反應堆的“卡脖子”問題之一。目前的先進核燃料和核燃料循環系統能夠支持先進反應堆的開發和應用，中國已經實現了 TRISO 核燃料的研發和商業化生產，HALEU 燃料開發和應用關鍵在于是否將這種技術推廣到民用核能領域。現階段，核電站燃料元件的鈾富集度控制在 5% 左右，采用不超過 20% 富集度的核燃料元件（組件）更多的是立法和監督管理問題。

建立在水冷堆技術和工業基礎上的核電法規標準和監管實踐需要與時俱進。各種技術路線在技術和工程可行、產品具備經濟競爭力，是其能否生存和發展的前提。

在目前中美 AI+先進核能的競爭領域里，考慮到 AI 算力中心的高耗能，未來或許可通過 AI + 算力中心 + 數據中心 + 先進核能 + 新能源，構建新場景示范來推動中國的核電發展，或滿足零碳工業園、特殊場景等需求。

未來 3 至 5 年，水冷堆 SMR 有可能率先跨過示范到規模化的門檻。在中國，國家的電網結構相對集中，而且超高壓、特高壓技術可支持大電源建設和遠距離調度。因此，未來 10 年中國的大型先進壓水堆仍將作為主力堆型發展。

考慮到國家安全、能源安全、電力安全、技術安全，分布式電源、區塊鏈+智能電網等低成本、高效率的發展模式也是未來的發展方向之一。更長遠地來看，業內普遍認為實現第四代核能系統的時間在 2050 年以后。

我非常期待鉛鉍快堆、熔鹽堆、高溫氣冷堆盡快解決技術成熟度、材料的耐腐蝕和耐高溫等方面的挑戰，更好地發揮出它們的價值。與此同時，也希望核聚變能夠盡快實現反應堆級的研究設施，使實驗室的研究盡快產業化，完成工程驗證并具備商業開發的價值，最終實現人類對能源的終極夢想。

參考資料：

https://www.iea.org/reports/the-path-to-a-new-era-for-nuclear-energy/executive-summary

https://www.businesswire.com/news/home/20251121803787/en/Global-Advanced-Nuclear-Technologies-Market-2026-2045-Focus-on-Small-Modular-Reactors-SMRs-Nuclear-Fusion-and-Emerging-Advanced-Technologies---ResearchAndMarkets.com

https://www.gzw.sh.gov.cn/shgzw_zxzx_gqdt/20251120/adc64a9e28eb49d29c2623063b88b91d.html

https://blog.google/company-news/outreach-and-initiatives/sustainability/google-first-advanced-nuclear-reactor-project-with-kairos-power-and-tennessee-valley-authority/

https://www.reuters.com/business/energy/meta-strikes-nuclear-power-agreements-with-three-companies-2026-01-09

排版：KIK