随着人工智能技术的迅猛发展，AI模型的参数规模和推理需求正经历指数级增长。根据高盛研究部的预测，到2030年，全球数据中心的电力需求将激增160%。传统的风电和光伏发电受制于自身的波动性，难以满足这种持续且高负荷的算力需求。在这种背景下，稳定、可预测且可调度的基荷电源——核能，再次成为了关注的焦点。一个核心问题随之浮现：下一代核能，能否以足够快的速度、足够的灵活性以及足够低廉的成本，来填补AI时代潜在的“用电荒”？
传统核电站固然贡献巨大，但也面临着工期过长、设计复杂、预算超支等现实困境。而“下一代核能”技术的出现，正是为了破解这些难题。先进核反应堆是实现下一代核能的核心技术载体，通常指代第四代反应堆和小型模块化反应堆。
SMR的单堆电功率通常不超过300兆瓦，其核心优势在于工厂预制和模块化部署。与传统大型核电站动辄8到12年的建设周期相比，SMR的主要组件在受控的工厂环境中制造，运抵现场后可在12至24个月内完成部署。这种模式不仅能显著降低资本风险和前期投入，还能根据电力需求的增长，像搭积木一样逐步增加产能，灵活性极高。
AI领域的巨头们早已敏锐地意识到了核电的重要性，并开始积极布局专属的电力供应。Meta在2025年6月宣布与Constellation Energy达成一项为期20年的购电协议后，近期又与TerraPower、Oklo和Vistra等公司达成新的核电协议，目标正是建造SMR为其庞大的数据中心网络供电。预计到2035年，这几项协议将支持高达6.6吉瓦的清洁能源。
2024年9月，微软与Constellation公司签署了一项为期20年的协议，旨在重启美国三哩岛核电站1号机组，为电网提供835兆瓦的无碳能源。同年10月，Google也与Kairos Power建立了长期合作，目标是通过多次部署SMR，解锁500兆瓦的核电清洁能源。
目前，先进核反应堆技术已在全球范围内吸引了数十亿美元的私人投资，并持续获得各国政府的资金支持。国际能源署预测，在理想情景下，到本世纪中叶，全球SMR装机容量将达到120吉瓦，届时将有超过1000座SMR投入运行。在这种快速增长的情景下，到2050年，SMR的累计投资可能高达6700亿美元。甚至有行业观察家判断，新型反应堆有可能引发自20世纪70年代以来最大规模的一次核电扩张。
美国能源部早在2001年就推动了针对SMR的系统性研究和规划。当时，世界核电行业在经历了三哩岛和切尔诺贝利事故后进入冰封期，随后改进的第三代核电技术带来了短暂复兴，而2011年福岛核事故又让发展再次停滞。近年来，中国和俄罗斯实际上引领了全球核电的复苏。鉴于第四代核能系统的技术成熟度与经济性尚未达到商业化要求，业界普遍将其大规模进入市场的时间点从2030年推迟至2050年左右。
在第四代核能具备完全经济可行性之前，SMR被视为能在现有核工业体系内快速落地的现实选择。因此，一些公司专注于开发发电量显著低于传统核电站的小型反应堆；另一些公司则探索使用熔盐、液态钠或铅等作为冷却剂的先进堆型，这类反应堆无需在高压下运行，其产生的高温热源还可用于制氢等工业用途。
与传统反应堆主要为整座城市供电的定位不同，这些先进反应堆普遍具备一些共同特征：采用新型燃料与冷却剂、设计更趋小型化和模块化、制造流程更加简化。这不仅有助于提升本质安全性，也能灵活满足发电、工业供热、远程地区供电、制氢以及AI数据中心等多样化的能源需求。
从技术路径上划分，先进核反应堆主要包括以下几类：
- 采用TRISO核燃料的高温气冷堆。
- 以熔盐为冷却剂的反应堆，包括液态燃料和固态燃料设计。
- 以液态金属为冷却剂的快堆，如钠冷快堆和铅冷快堆。
- 集成非能动安全特性的轻水冷却小型模块化反应堆。
无碳能源已被众多国家列为战略级基础设施的核心部分，目前全球已有超过40个国家明确表示支持扩大核能利用。在先进核反应堆领域，各国的推动路径呈现出明显差异：有的由能源安全需求驱动，有的意在复兴本国核工业，也有的选择同时押注多条技术路线。
美国能源部将SMR作为核能未来发展的重点，试图通过强化技术优势来带动产业复兴，其策略是推动小型水冷堆尽快部署，以恢复在全球核能领域的领导地位。俄罗斯则将小堆发展列入国家基本政策，旨在通过部署小型水冷堆来确保其在北极地区的战略利益。例如，俄罗斯于2020年建成了海上浮动核电站“罗蒙诺索夫院士号”，为偏远城市及海洋资源开发供电供热，该电站配备两座小型堆，可提供70兆瓦电力和300兆瓦热力。
中国在先进核反应堆领域的发展也呈多点开花之势。中国科学院上海应用物理研究所研发的钍基熔盐堆成功实现了钍铀燃料循环，标志着中国建成了世界上唯一运行的钍燃料实验熔盐堆。中核集团发展了钠冷快堆技术，其霞浦600兆瓦示范快堆正在建设中，同时还自主研发了小型模块化压水堆“玲龙一号”。清华大学核研院则建立了10兆瓦高温气冷实验堆，而由中国华能、中核集团与清华大学共建的石岛湾高温气冷堆核电站，更是全球首个采用先进TRISO燃料的模块式高温气冷堆示范工程。
从公司层面看，进展最快的项目主要集中在已进入示范堆建设或获得长期购电协议的企业。美国X-energy公司专注于高温气冷堆Xe-100和TRISO燃料的研发，并于2024年10月与亚马逊建立战略合作，计划到2039年在美国部署超过5吉瓦的核电装机容量。
由比尔·盖茨创立并担任董事局主席的TerraPower公司，是国际影响力较大的先进核能开发商。该公司获得了美国能源部先进堆示范项目提供的20亿美元资助，用于建设其Natrium钠冷快堆示范工程，目标是在2030年前实现商业运行。
Kairos Power公司是美国首家获批开建下一代核反应堆的企业。2023年，该公司获得美国核监管委员会批准建设Hermes示范反应堆，并于2024年正式启动，同时获得了美国能源部3.03亿美元的资助。其实验熔盐反应堆Hermes 2已进入建设阶段。此外，Kairos与田纳西河谷管理局签署的购电协议，被视为“美国公用事业公司首次从第四代先进反应堆购买电力”。该公司首座SMR工厂装置预计于2030年投入运行。
英国初创公司Newcleo正在研发一种小型铅冷快堆，目标是2030年在法国建成首堆。美国NuScale公司设计的50兆瓦全非能动冷却模块化小堆已获得美国核管会设计认证。
必须认识到，能否实现规模化以满足实际生产和生活需求，是下一代反应堆技术面临的关键考验。目前，首批示范项目多处于后期规划或建设阶段。未来，要想真正提升电网的韧性与清洁能源比例，还需要在全球范围内建造更多此类反应堆，并确保其具备经济可行性。
“下一代核能”入选了《麻省理工科技评论》2026年度“十大突破性技术”。我们邀请了三位来自产业与科研一线的专家，围绕其关键技术路径与产业进展进行了点评。以下评论均为个人见解。
专家点评一：真正的瓶颈在于工程与商业落地
点评人：胡玲文，麻省理工学院高级研究科学家
先进核反应堆在冷却剂、中子能谱、燃料形式等方面差异显著。与其说这些技术的发展受限于物理原理，不如说受限于工程设计验证、系统集成和最终的商业可行性。
在众多技术路线中，高温气冷堆目前的发展最为领先。这得益于全球数十年的持续研发和工程验证积累。其关键设计特性，如TRISO燃料性能、氦气冷却和非能动余热载出，已得到广泛研究。中国的石岛湾高温气冷堆示范电站实现并网发电，首次在实验室规模外证明了此类系统的集成运行能力。
尽管前景广阔，但先进反应堆从概念走向大规模商业部署仍面临一系列严峻挑战，可归结为五类：燃料、监管、工程、资本与人才。
燃料的稳定商业化生产是几乎所有先进反应堆的共同瓶颈。几种先进堆型依赖的高丰度低浓铀燃料和TRISO燃料，目前均未达到可预测成本、产量和质量保证的商业化生产规模。评估燃料本身的过程漫长且耗费巨大，其结果能否获得监管机构认可也存在不确定性。
另一主要瓶颈在于许可和监管流程。现有监管框架主要为大型轻水堆制定，将其调整适用于先进反应堆带来了进度上的不确定性。虽然基于风险和性能的监管新模式正在重塑规则，但政府许可审批流程仍是大多数项目面临的核心瓶颈和最大变数。
首堆建造和系统集成也带来额外挑战。由于非轻水反应堆建造经验有限，先进反应堆在工程设计、供应链、建造和调试环节的风险显著上升。
除了技术本身，一系列非技术因素同样深刻影响着商业化进程。资本结构和融资可获得性尤为重要。先进反应堆需要从开发阶段的风险投资支持，转变为项目全生命周期都需要稳定、长期投资的基础设施资产。此外，供应链和核级质量保证能力同样是现实制约。先进反应堆需要新型组件和材料，这要求供应商能在初始低产量的情况下满足严格的核级标准。
核反应堆是高度跨学科的技术，其发展依赖于高技能人才的培养。目前，受过专业培训的核工程师和技师严重短缺。因此，培养和维持下一代核能人才队伍对于先进反应堆的成功至关重要。
总体来看，先进的轻水小型模块化反应堆很可能引领近期的部署，但它仍将面临与近年来欧美建造大型反应堆类似的监管、施工和财务挑战。高温气冷堆技术的突破，将取决于许可审批、燃料供应与厂址开发三方面的协同推进。熔盐冷却反应堆将聚焦于通过试验堆进行工程示范；而快堆技术则致力于设计的进一步成熟化，其中钠冷快堆有望在数年内获得监管许可并向商业化迈进，铅冷快堆的部署时间表则可能更长。
专家点评二：光伏之后，下一代核能或成能源底座
点评人：谭熠，星环聚能创始人兼首席科学家
能源市场拥有广阔的发展空间，其规模会随着能源成本的下降而迅速扩大，正如光伏板价格降低后带动了整个产业的蓬勃发展。在下一代核能市场中，最活跃的领域之一是小型模块化反应堆。它在基本原理和燃料方面与传统大型核电站并无本质区别，但旨在让获取核电变得更便捷。
在实现方式上，SMR将核电站的功率规模缩小至传统核电站的十分之一左右，达到数十万到百兆瓦级别。这不仅意味着反应堆体积和资金投入的显著减小，还在缩短建设周期、实现大型零部件工厂化批量生产等方面进行了大量探索。因此，其应用场景更为广泛，适用于偏远地区、工业园区等电网薄弱或离网场景，乃至高耗能的算力中心。
从缺电的迫切性上看，我认为美国对下一代核电的需求高于中国，这与其电网结构、能源独立战略及局部电力短缺有关。从最近几年裂变能和聚变能的发展来看，越来越多的民营企业加入到推动行业发展的队伍中，这与传统意义上由国家牵头发展的局面大不相同。因此，从研发速度、管理形式等方面，它们可能会走出一条独特的发展之路。
如果未来聚变电力实现商用，有望与核裂变共同扩大整体能源市场的基数。与裂变电站相比，核聚变在固有安全性、燃料储量和长寿命核废料处理等方面，被普遍认为更具优势。在未来能源系统中，核聚变更适合作为稳定的基荷能源，与波动性的风电、光伏形成互补。
当前，核裂变的瓶颈在于监管和公众对其安全性的接受程度；而对于核聚变来说，主要瓶颈在于实现从聚变反应到持续稳定发电的全流程贯通。更重要的是，通过建设并运行一代又一代的高性能聚变装置，来发现并解决工程化与商业化过程中的真实痛点，从而为技术突破指明方向。
从广义的核能角度来看，该领域已经进入一个全新的阶段。SMR有望在几年内建成示范堆并开始并网发电；聚变堆如果一切顺利，其商业化应用也不会太遥远。据我个人预测，未来能源格局将会出现巨大颠覆，风电、光伏等可再生能源可能会占到30%-40%的份额，而包括聚变和裂变在内的核电，可能会占据60%-70%。这是一个值得长期关注的方向。
专家点评三：SMR是通往下一代核能的现实桥梁
点评人：田佳树，上海钧合原子科技有限公司创始人兼董事长
无论是第四代核能系统，还是涵盖了第三代先进轻水堆及第四代非水冷堆技术路线的SMR，其在物理原理上的验证早在20世纪50年代就已通过实验堆完成。不同反应堆各有其适用的场景、技术成熟度和市场可接受度。
在第四代先进核能技术中，钠冷快堆技术相对成熟并已完成商业化示范，但其经济性尚不能满足当下的市场需求。改进的压水堆和沸水堆技术，都是经过充分验证的先进反应堆技术路线。基于成熟水冷堆技术和工业基础的SMR，最先具备商业化示范和推广的条件。
超高温气冷堆已完成从研究堆到工程示范堆的发展阶段，中国在该方向处于国际领先地位。但由于支撑其优势发挥的耐高温材料和氦气透平技术等仍面临挑战，其价值和经济性难以完全体现。采用TRISO燃料的高温气冷堆固有安全性好，同时具备防核扩散的技术属性。
铅铋冷却剂和熔盐冷却剂快中子反应堆，目前还处于研究堆和工程示范堆发展阶段，面临耐腐蚀材料开发、理论完善和数据积累等问题。铅冷快堆和熔盐堆具备小型化和紧凑型的发展空间，美俄等国均有战略性部署，其在耐腐蚀材料方面的突破值得期待。
核燃料被普遍看作是先进反应堆的“卡脖子”问题之一。目前的先进核燃料和燃料循环系统能够支持先进反应堆的开发和应用，中国已经实现了TRISO核燃料的研发和商业化生产。HALEU燃料开发和应用的关键，在于是否将这种技术推广到民用核能领域。现阶段，核电站燃料元件的铀富集度控制在5%左右，采用不超过20%富集度的核燃料，更多的是立法和监督管理问题。
建立在水冷堆技术和工业基础上的核电法规标准与监管实践需要与时俱进。各种技术路线必须在技术和工程上可行，且产品具备经济竞争力，这是其能否生存和发展的前提。
在目前中美“AI+先进核能”的潜在竞争领域，考虑到AI算力中心的高耗能特性，未来或许可通过 “AI + 算力中心 + 先进核能 + 新能源” 构建新型综合能源示范场景，来推动中国的核电发展，或满足零碳工业园区、特殊场景的能源需求。
未来3至5年，水冷堆SMR有可能率先跨过从示范到规模化的门槛。在中国，国家的电网结构相对集中，且超高压、特高压技术可支持大电源远距离调度。因此，未来10年中国的大型先进压水堆仍将作为主力堆型发展。
考虑到国家安全、能源安全和技术安全，分布式电源、“区块链+智能电网”等低成本、高效率的发展模式也是未来的方向之一。更长远地看，业内普遍认为实现完整的第四代核能系统可能要到2050年以后。
我非常期待铅铋快堆、熔盐堆、高温气冷堆能尽快解决技术成熟度、材料耐腐蚀和耐高温等方面的挑战，更好地发挥其独特价值。同时，也希望核聚变能够尽快建成反应堆级的研究设施，推动实验室成果产业化，完成工程验证并具备商业开发价值，最终实现人类对清洁能源的终极梦想。
关于下一代核能与AI能源需求的更多前沿讨论，欢迎到专业的技术论坛与同行交流。
发表于 17 小时前
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