全球三大雲端平台(Google的GCP、亞馬遜的AWS、微軟的Azure)陸續提出將使用核電、其至是參與核電開發的計畫。這些計畫有什麼?涉及的技術有那些?除了電力供應外,可能涉及的美國政策目的有什麼?
三大雲的核電計畫
Google今年(2024)10月14日宣布,已與核能新創公司Kairos Power簽訂協議,買下該公司未來7座小型模組化反應爐(SMR)生產的電力,為資料中心及AI需求提供能源。預計第一座SMR在2030年上線,並在2035年打造更多反應爐。按照雙方的協議,Kairos將提供Google約500MW的電力。
依據二手轉述的資訊,目前Kairos建造反應爐的地點尚未確定,不過Google預計將在反應爐附近地區建設資料中心,不過也還不知道這些反應爐是否會直接供電給Google。
- 亞馬遜
亞馬遜於10月16日宣布(中文報導參考),與3間核電或核電新創公司簽署協議,計畫地點分別在華盛頓、賓州、維吉尼亞。
亞馬遜在華盛頓州,與「西北能源公司」(Energy Northwest)達成協議,優先採購前4座SMR的電,總裝置容量320MW。Energy Northwest預計蓋12座,第一期先4座。同時亞馬遜也決定投資SMR研發商X-energy。
亞馬遜在維吉尼亞州,與「道明尼能源公司」(Dominion Energy)簽署協議,計畫在該公司現有的「北安娜核電廠」(North Anna Nuclear Generating Station)附近開發一個SMR項目,預計將為維吉尼亞地區提供至少300MW電力。
Dominion Energy似乎還沒決定要用什麼SMR,目前的說法是正在諮詢多家業者。(參考、參考)
亞馬遜在賓州Talen Energy公司的核設施旁,興建資料中心。
- 微軟
微軟在今年9月20日宣布,與「星座公司」(Constellation)簽署協議。星座公司正規劃重啟三哩島核電廠的1號爐。
此外,微軟創辦人比爾蓋茲創辦了核能公司TerraPower,過去以新穎的行波反應爐作為宣傳,但在今年6月動土實際興建的,則是已有不少前例的鈉冷快中子反應爐。
舊核電與新核電
三大雲的核電計畫中,可分為兩大類。
- 傳統核電廠
一大類是傳統核電的延續使用。包括亞馬遜在賓州的計畫,只提及與Talen Energy的合作,並未提及新的核電技術。Talen Energy擁有Susquehanna核電廠,該核電廠兩顆反應爐分別自1982、1984年取得運轉執照,並在2009年取得延役許可,將可運轉至2042、2044年。
微軟宣布的合作對象Constellation,持有三哩島核電廠的1號反應爐,並在9月20日宣布將重啟。三哩島核電廠2號機於1979年發生核事故後,便停機至今。1號機則在事故後持續運轉,並在2009年取得延役許可,雖然1號機的延役許可期限至2034年,但因經濟因素提早於2019年停機至今。
- 新型核電的研發
三大雲涉及的新型核電計畫,已具體的包括Google將合作的Kairos energy、亞馬遜將合作的X-energy、以及比爾蓋茲的TerraPower。
Kairos energy在研發的,是固態燃料熔鹽反應爐。X-energy在研發的,是高溫氣冷型反應爐。兩種反應爐使用的冷卻劑截然不同,在反應爐分類上有相當的差異,不過預計都將使用美國能源部投資研發的Triso作為核燃料。
比爾蓋茲的TerraPower,過去大力宣傳的,是在研發行波反應爐。行波反應爐是一種新穎概念的想法,近年主要就是比爾蓋茲在大力提倡。其核反應機制屬於鈉冷快中子反應爐的一種,主要差異在於不移動核燃料、而是移動核反應區域,將涉及更高的技術瓶頸。
TerraPower今年實際興建的,是鈉冷快中子反應爐。鈉冷快中子反應爐並非新技術,上世紀中葉以來即有案例,目前美、俄、中、法、印、日都有這個類型反應爐。過去的鈉冷快中子反應爐,在發電等能源供給上並不存在更多的優勢;其特性之一,是可以將不可裂變的鈾238,轉變為可裂變的鈽239。鈽239是核武最常使用的可裂變材料,因此可以發現,目前擁有鈉冷快中子反應爐的國家,除了日本以外,都是核武國。而日本也因為有持有大量來自鈉冷快中子爐的鈽239,而一直遭到IAEA、美國等單位關切。
是否有政策目的?
在傳統核電的部分,美國是最早、最大量興建核電的國家;但也形成其核反應爐平均已運轉超過40年的現象。對此,美國提出的政策,是允許核電可延役至80年。三大雲的傳統核電計畫,呼應了美國政府核電延役的政策。
在新型核電的部分,Google/Kairos energy、亞馬遜/X-energy都將使用美國能源部推動的Triso燃料。與傳統核電廠最主要使用的,以鈾235作為可裂變材料、製作成棒狀的「燃料棒」相比,Triso仍以鈾235作為可裂變原料,但並不是製作成大型的柱狀體,而製作為一顆一顆的小形球體,且適合在比傳統核反應爐更高溫的反應爐類型使用。Triso是一種核燃料的類型稱呼,包括美國、中國、英國等,都有對於Triso的研發計畫。
值得留意的是,美國政府對Triso燃料的研究,除了民用核電以外,可能更重要的是軍事科技的目的。美國國防部的Pele計畫中,也使用Triso,作為軍事目的反應爐的核燃料。
Terrapower興建的鈉冷快中子爐,以過去實際案例來說,難期待有發電的直接經濟價值。同時,美國政府允許民間公司持有能大量產生鈽239的反應爐,似乎也有些詭異。在非軍事相關上,或許Terrapower實際看中的,是其轉化掉鈾238的能力,想開拓美國大量反應爐用過核燃料市場。又或許,Terrapower實際上將扮演為美國政府提供鈽239的角色。