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人工智能耗電量極高 令核能發電廠復生

1979年4月9日,美國《時代》雜誌的封面以「核電噩夢」為題,報道當年美國賓夕法尼亞州三哩島(Three Mile Island)核電廠第二號反應爐的爐心熔毀事故。當時的市長下令疏散核電廠5公里範圍內的居民。

該宗事件被視為美國最嚴重的核事故,幸而未有導致任何傷亡,核電廠第一號機組仍然營運了20年。到2019年,三哩島核電廠最終因頁岩氣(shale gas)等更為潔淨的能源出現,核能需求不足,成本過高而停止運作。

在三哩島和1986年烏克蘭切爾諾貝爾核事故後,各地核電廠在1990年後逐漸式微。但是核電廠在2000年開始復甦,但到2011年,日本福島的核事故令一些國家暫停了核電廠計劃。目前美國仍有94座傳統核電廠,約佔全球五分之一,但數十年來新建計劃不多。然而,核電廠可能因資訊科技再而復生,推手之一是人工智能。

今年9月20日,科技巨擘微軟(Microsoft)與聯合能源公司(Constellation Energy)簽署合約,後者會斥資16億美元翻新三哩島核電廠,廠房預計於2028年重新投產,微軟在此後20年會購買三哩島電力。

今年10月,谷歌(Google)宣佈與核能初創公司Kairos Power簽訂協議,將向該公司未來六至七座小型模組反應堆(Small Modular Reactor,簡稱SMR)採購電力,供應數據中心及發展人工智能的需求,總電量為500兆瓦(megawatts,簡稱MW)。第一座發電廠預料2030年建成和運行,其餘於2035年前陸續建成。

10月15日,電子商貿公司亞馬遜(Amazon)向北美洲最大的獨立石油和天然氣公司道明尼能源公司(Dominion Energy)投資5億美元,探討在北安娜(North Anna)核能設施內開發小型模組反應堆。此外,有消息傳OpenAI與核融合新創公司Helion商談購買能源。OpenAI共同創辦人森姆‧奧特曼(Sam Altman)也是Helion的投資者,他強調要發展AI,能源必須有類似核融合的技術突破。

各大科技公司日益增長的人工智能與雲端運算需求,耗費大量電力。其中最耗電的是數據中心,由數以千計電腦伺服器組成,需要持續運作,是5G和雲端儲存不可或缺的基礎設施,用作支援從金融交易、社群媒體到政府運作等功能。事件實際上,每當手機資料備份至雲端,就是儲存至數據中心。數據中心運作有賴穩定和持續的電力供應。

隨著科技業積極轉向人工智能,數據中心的建造和使用量急遽升高,因為訓練人工智能模型非常耗能,遠遠超過過去數據中心的運作。美國電力研究院(Electric Power Research Institute,EPRI)副院長大衞‧波特(David Porter)表示,舉例來說,利用聊天機器人ChatGPT查詢資料的耗能程度,比Google的標準搜尋高出10倍。

根據國際能源總署(IEA)1月估計,數據中心目前佔全球用電量超過1%。全球數據中心到2026年的用電需求將達1,000百萬兆瓦─時(terawatt-hours,簡稱TWh),將比2022年的460百萬 TWh 增長逾一倍。由於核電比太陽能、風力等再生能源都來得穩定,因而獲科技公司青睞。

加州大學聖地牙哥分校教授維克多(David Victor)指出,核能可以提供可靠的全天候潔淨能源,非常適合數據中心。一座AI數據中心可能需要高達1吉瓦(gigawatts,即1,000兆瓦)的電力,相當於一座大型核電廠的發電量,要靠數百萬塊太陽能板方能應付。

不過,美國、歐洲和日本適合用於科技發展的退役核反應器較少,因此需要建造新工廠。科技巨頭目前看上成本較低、建造時間較短的小型模組化反應爐,因其體積較小,可以建在離電網更近的地方。這些小型反應爐總發電量上限為300兆瓦,即每日700萬千瓦─時(kilowatt-hours,KW/h或稱度,1度即一件功率為1千瓦的電器一小時消耗的能量)。

三哩島核電廠。
三哩島核電廠。

目前,全球只有兩座小型模組化反應爐在運作中,但西方的電力設備製造商和許多初創企業正積極開發這種設施。而小型模組反應爐可以在工廠生產,運送到指定地點安裝使用。西方多家大型能源設備製造商,如GE Vernova、勞斯萊斯(Rolls Royce)及初創公司TerraPower、Oklo等,都已積極投入開發小型模組。

支持者認為,這是更靈活建造新核電廠的方法,需要更少冷卻水和更小佔地面積,因而有更多地方適合建廠。然而,環保人士和學者反對這項技術,表示資源應該花在再生能源上,例如離岸風電場。

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