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作者：國盛通信團隊摘要
站在當前時點，我們重新評估AGI的發(fā)展趨勢和投資者預期。市場以算力為起點，延伸出GPU、光模塊、交換機、存儲等賽道，并借力海外映射，對AI應用翹首以盼，但忽略了當算力放量時對上游基礎設施的拉動。如果說應用是爆發(fā)力最強的方向，那基礎設施便需久久為功，不僅是液冷散熱，對能源的需求才是根本，這也是本文的出發(fā)點。
邊際變化：AIDC與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心最大的區(qū)別點之一，在于用電水平大幅提高。AIDC具有數(shù)據(jù)量大、算法復雜以及24/7即時響應的特點，因此與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比，AIDC需要消耗大量電量。隨著AI的迅速發(fā)展，預計集成大語言模型的AI軟件將會迅速發(fā)展，訓練需求和推理需求共振，未來數(shù)據(jù)中心用電量將大幅提升，AIDC會成為新一代「電老虎」，數(shù)據(jù)中心消耗電力的比重會進一步提升。SemiAnalysis預測，全球數(shù)據(jù)中心關鍵IT電力需求將從2023年的49GW激增至2026年的96GW，其中AI將消耗約40GW。Vertiv指引在未來五年內(nèi)，數(shù)據(jù)中心耗電量將增加100GW，到2029年全球數(shù)據(jù)中心電力需求增至140GW。
困境：美國電網(wǎng)難以支撐AI算力發(fā)展。相比于數(shù)據(jù)中心的建設速度，目前美國電網(wǎng)建設速度相對緩慢，且發(fā)電容量有限，因此短期內(nèi)美國將面臨AI發(fā)展下的電力需求困境。目前美國電力供應面臨基礎設施建設周期長、基建設施短缺、勞動力緊張、從業(yè)人員缺乏經(jīng)驗、建設電網(wǎng)需要協(xié)調(diào)多方利益相關者等阻力。而AI的迅速發(fā)展已導致部分地區(qū)電力供應短缺，北美公用事業(yè)公司DominionEnergy表示，其可能無法滿足弗吉尼亞州的電力需求，導致全球增長最快的數(shù)據(jù)中心樞紐建設項目推遲多年。
解決方案：短期-天然氣，中期-SMR核電，遠期-可控核聚變。AI的崛起正在將資源競爭引向算力+能源。在AI驅(qū)動的數(shù)字世界中，算力是迭代和創(chuàng)新的基礎，而能源則是支撐這些算力運轉(zhuǎn)的關鍵。短期內(nèi)，天然氣結(jié)合燃料電池為數(shù)據(jù)中心提供靈活且高效的發(fā)電方案，滿足當前快速擴張的需求。中期來看，小型模塊化反應堆（SMR）因其穩(wěn)定性和適應分布式部署的特性，成為應對數(shù)據(jù)中心功率瓶頸的關鍵路徑。遠期而言，可控核聚變有望徹底突破能源供給限制，為未來的算力生態(tài)提供無限、清潔的動力支持。在這一進程中，從能源技術的持續(xù)創(chuàng)新到算力生態(tài)的高效協(xié)同，不僅推動了AI技術的飛躍，也重塑了能源與計算深度融合的未來格局。
我們認為，目前尚處于算力之戰(zhàn)，但展望未來5年，能源基礎設施之爭或?qū)⒊蔀橹髁。短期來看，今年三季度CSP巨頭資本開支均創(chuàng)新高，且傾向于算力側(cè)，而未來5-10年，結(jié)合AI算力投資持續(xù)加碼和美國目前的電力供應現(xiàn)狀，我們認為美國目前電力持平的時代即將結(jié)束，算力之戰(zhàn)將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉粗疇。亞馬遜、微軟、谷歌等算力巨頭對SMR等核電項目的投資計劃已初步證明了這一點，IT巨頭的加入將大幅引進新技術并加速迭代，相關能源基礎設施的投資機會將逐步顯現(xiàn)。
投資建議：綜上所述，能源是科技競爭的下一場戰(zhàn)役，正如液冷從可選到必選的過程一樣，AI上游基礎設施賽道也正在從傳統(tǒng)行業(yè)走向核心科技配套，搶占布局先機是未來勝出的關鍵。建議關注美股核心標的ETN、EMR、SMR、OKLO、NNE、BE等，A股在核電、天然氣及基建供應鏈建議關注中國廣核、中國核電、新天然氣、中廣核礦業(yè)、金盤科技、英維克、麥格米特、能科科技、科華數(shù)據(jù)、歐陸通、壹石通等。
風險提示：技術與監(jiān)管風險，高資本需求與融資壓力，市場需求與競爭風險投資要件
OpenAI創(chuàng)始人SamAltman在訪談中曾說過一句話：未來的兩種重要資源，將是算力和能源。AI對性能的追逐，在算力領域已經(jīng)逐步呈現(xiàn)白熱化，而下一階段競爭的核心因子，將在能源基礎設施上初步顯現(xiàn)。
【從算力到能源：科技競爭的下一場戰(zhàn)役】
人工智能的崛起更直接地將資源競爭引向算力和能源。在AI驅(qū)動的數(shù)字世界中，算力是迭代和創(chuàng)新的基礎，而能源則是支撐這些算力運轉(zhuǎn)的關鍵。「未來最重要的兩種資源是算力和能源」，這一趨勢從算法優(yōu)化到硬件突破，再到當前對高效能源系統(tǒng)的需求，將貫穿AI技術發(fā)展的每一階段。
【算力的加速需求與硬件極限】
AI算力的需求呈指數(shù)級增長。以英偉達H100GPU為例，60TFLOPS的計算能力正在推動大模型的規(guī)模化訓練，算力激增帶來了巨大的能耗挑戰(zhàn)。Vertiv預計，到2029年，全球數(shù)據(jù)中心的總裝機功率需求預計將從40GW飆升至140GW，而數(shù)據(jù)中心每MW價值量將從250-300萬美元提高到300-350萬美元。英偉達下一代產(chǎn)品Rubinultra單機柜高達1MW以上的功耗也表明，AI算力提升正對電力基礎設施施加前所未有的壓力，算得多快很大程度上依賴于功率大小。
【能源瓶頸的突顯與基礎設施的挑戰(zhàn)】
數(shù)據(jù)中心的擴張暴露了電力供應體系的脆弱性。ElonMusk曾經(jīng)指出，變壓器等關鍵電氣設備的生產(chǎn)能力難以滿足當下AI需求，而這種電力基礎設施的短缺還會進一步放大電網(wǎng)負載的擺幅效應（loadfluctuation），尤其是在AI訓練峰值期，功率需求可能瞬時超過平均負載的數(shù)倍，高峰低谷的用電模式對能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性構(gòu)成巨大威脅。這種瓶頸在AI發(fā)展的初期并不明顯，而隨著集群規(guī)模擴大、AI應用放量將愈發(fā)明顯，Sora的落地過程就能看出這樣的窘境。
【能源技術革新與算力生態(tài)協(xié)同】
在算力需求飛速增長的背景下，能源瓶頸正成為限制AI發(fā)展的核心障礙。核能，尤其是小型模塊化反應堆（SMR），逐步顯露頭角，成為適配AIDC的最佳方案之一。以OKLO\Nuscale為代表的新興核能企業(yè)正在開發(fā)微型反應堆技術，Google和Microsoft等云服務提供商已經(jīng)啟動SMR項目布局，目標是通過分布式小型核電站為未來的數(shù)據(jù)中心供電，提供持續(xù)、穩(wěn)定的算力支持。天然氣+燃料電池/清潔能源/儲能等方案也作為快速落地的選項之一，積極推進中，以BloomEnergy為代表的初創(chuàng)公司也借助行業(yè)東風快速崛起。
從投資角度看，市場對算力的重要性已有認知，對應用的落地也翹首以盼，不斷尋找映射，而忽略了AI基礎設施的重要性，這不僅僅是液冷、機房的機會，更大的視角來看，下一階段的競爭，正在各個能源（天然氣、核電等）領域逐步蓄力。1、「電老虎」AIDC與薄弱電網(wǎng)1.1用電：AIDC下一個短板
1.1.1美國用電的供與需
需求側(cè)：數(shù)據(jù)中心已經(jīng)是「燒電大戶」，用電量占比達到全美4%。2023年美國數(shù)據(jù)中心合計功率約19GW，按此估算全年耗電量約166TWh（太瓦時），在全國用電量中占比4%。
數(shù)據(jù)中心燒電166TWh，超過紐約市全年耗電量，相當于1538萬家庭用戶全年耗電量。分地區(qū)來看，22年紐約全年耗電量143.2TWh，德州全年耗電量475.4TWh，加州251.9TWh，佛羅里達248.8TWh，華盛頓90.9TWh，美國數(shù)據(jù)中心全年耗電量超過紐約市全年耗電量。而2022年每位住宅用戶的年平均用電量為10791kWh，照此估算，166TWh相當于約1538萬家庭用戶一年的耗電量。
*1TWh=1000GWh=10^6MWh=10^9KWh
供給側(cè)：美國全年的發(fā)電量較為固定，目前仍以火電為主要來源，新能源發(fā)電增速較快，核能占比進一步提高。美國全年的發(fā)電量大約在4000-4300太瓦時（TWh）之間，其中2023年火電（燃煤、天然氣、石油）占比約60%，是主要能源來源；新能源發(fā)電（風能、太陽能等）近年來快速增長占比達到21%；核能約占19%，占比進一步提高。
1.1.2邊際變化：AI對電網(wǎng)的挑戰(zhàn)
【挑戰(zhàn)一：用電總量大幅提升】
與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比，AI數(shù)據(jù)中心需要消耗大量電量。主要原因是數(shù)據(jù)量的大幅增長、復雜的算法以及24/7即時相應的需求。例如，一個Google傳統(tǒng)搜索的請求消耗約0.3Wh，而一個ChatGPT請求需要消耗2.9Wh，為前者的十倍；《焦耳》上發(fā)表的一篇論文稱，如果谷歌每一次搜索都使用AIGC，其用電量將上升到每年290億KWh，這將超過肯尼亞、克羅地亞等許多國家的總用電量；根據(jù)紐約客雜志報道，ChatGPT每天消耗超過50萬KWh。
【挑戰(zhàn)三：后續(xù)用電需求更大】
AI數(shù)據(jù)中心的推理由于用戶的大量請求，會比訓練更消耗能源。目前，谷歌已在今年上半年宣布將加入新的AI功能完善搜索體驗，將推出基于Gemini的AIOverviews，該功能已面向部分用戶開放試用；微軟推出名為MicrosoftCopilot的個人AI助手，并已將ChatGPT集成到Bing中。而目前谷歌搜索引擎的訪問量已經(jīng)達到每月820億次，Office商業(yè)產(chǎn)品的付費用戶數(shù)量已超過4億，龐大的用戶基數(shù)意味著訓練好的大模型如果集成到公司產(chǎn)品中，用戶請求數(shù)將大量增長，AI即時響應次數(shù)激增，導致模型推理耗能超過訓練耗能。根據(jù)麥肯錫估計，直到2030年美國數(shù)據(jù)中心電力負載可能占所有新增需求的30%至40%。
現(xiàn)狀：缺時間、缺人、缺基建、缺經(jīng)驗、阻力多。
缺時間：建設一個數(shù)據(jù)中心大概要兩年時間，但是電網(wǎng)的建設要慢得多，建設一個發(fā)電站可能需要三五年的時間，而建設一條長距離的高容量的傳輸線，則需要8年甚至10年的時間。根據(jù)美國區(qū)域輸電組織MISO的說法，其正在規(guī)劃的18個新輸電項目可能需要7到9年的時間，而歷史上類似的項目需要10到12年。據(jù)此推斷，電網(wǎng)的建設速度很可能無法追趕AI的增長速度。
缺基建：根據(jù)美國的電力投資趨勢，從2016年到2023年，美國公用事業(yè)的資本開支顯著增加，尤其是發(fā)電、配電和輸電領域，電網(wǎng)投資從2018年開始提速，主要由于制造業(yè)回流對電力需求的推動，在這種背景下，美國依舊沒有大規(guī)模擴建電網(wǎng)，根據(jù)GridStrategy出具的調(diào)查報告，2010-2014年美國平均每年安裝1700英里的新高壓輸電里程，但在2015-2019年下降到每年僅645英里。
缺人：勞動力緊張也是一個制約因素，尤其是實施新電網(wǎng)項目所必需的電氣專業(yè)工人的短缺問題。根據(jù)麥肯錫的估計，根據(jù)預計的數(shù)據(jù)中心建設和需要類似技能的類似資產(chǎn)，美國可能出現(xiàn)40萬名專業(yè)工人的短缺。
缺經(jīng)驗：對于美國來說，整個電力行業(yè)的從業(yè)人員，在過去20年中沒有見過電力需求的大規(guī)模增長，而且這20年很可能意味著有整整一批工程師、工作人員都沒有大規(guī)模建設新電網(wǎng)的經(jīng)驗。
阻力多：電網(wǎng)的建設需要電站、傳輸線等基礎設施，而這些可能需要無數(shù)利益相關者共同努力，就線路走向和承擔費用達成妥協(xié)。
假設一：芯片增速為每年50%（參考臺積電說法）。
假設二：假設芯片平均壽命為5年（參考英偉達給出的GPU壽命）。
假設三：IT設備平均功率利用率為90%（考慮IT設備中NVSwitches、NVLink、NIC、重定時器、網(wǎng)絡收發(fā)器等功耗，假設GPU、TPU耗能占比90%，其他IT設備耗能占比10%）。
假設四：考慮IT不可能都滿負荷運行，且不可能永遠24小時運行，參考Semianalysis，將可能利用率設置為80%。
假設五：PUE為1.3（PUE為數(shù)據(jù)中心總耗電量除以IT設備所用電量）。
假設六：美國算力需求占比全球34%（經(jīng)中國信息通信研究院測算，美國在全球算力規(guī)模中的份額為34%）。
1.3.2測算角度二（樂觀）：數(shù)據(jù)中心
測算邏輯：測算角度二是從數(shù)據(jù)中心建設角度出發(fā)，參考第三方預測的全球數(shù)據(jù)中心建設進度（復合增速25%），同時由于預測數(shù)據(jù)截至2026年，我們假設2027至2030年依舊維持25%的復合增速，對全球數(shù)據(jù)中心電力需求進行預測，并假設其中AIDC的用電量和占比，因此我們認為，該預測角度得到的數(shù)據(jù)較為「樂觀」，最終預測到2030年美國AIDC用電需求最高為91GW。
研究公司SemiAnalysis利用了5000多個數(shù)據(jù)中心的分析和建設預測，并將這些數(shù)據(jù)與全球數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星圖像分析相結(jié)合，預計未來幾年數(shù)據(jù)中心電力容量增長將加速至25%的復合年增長率，同時AIDC占比將進一步提升，數(shù)據(jù)中心方面，根據(jù)預測數(shù)據(jù)，全球數(shù)據(jù)中心關鍵IT電力需求將從23年的49GW激增到26年的96GW，我們假設27-30年繼續(xù)保持數(shù)據(jù)中心25%的復合增速（參考2023到2026年增速，為25%），那么到29、30年全球數(shù)據(jù)中心關鍵IT電力需求分別增長至188、234GW；參考SemiAnalysis數(shù)據(jù)，結(jié)合AI算力蓬勃發(fā)展、下游應用陸續(xù)爆發(fā)大背景，我們認為未來AI在數(shù)據(jù)中心中占比有望持續(xù)加速提升，因此我們假設23-30年全球AIDC占比分別達到12%/16%/30%/44%/56%/68%/78%/88%，從而計算出29、30年全球的AIDCIT設備電力需求分別為65GW、91GW。
角度二結(jié)論：以美國占比為34%，PUE為1.3計算，到2030年美國AIDC電力需求將達到91GW。
假設一：結(jié)合AI算力蓬勃發(fā)展、下游應用陸續(xù)爆發(fā)大背景，我們認為未來AI在數(shù)據(jù)中心中占比有望持續(xù)加速提升，因此我們假設23-30年全球AIDC占比分別達到12%/16%/30%/44%/56%/68%/78%/88%。
假設二：PUE為1.3（PUE為數(shù)據(jù)中心總耗電量除以IT設備所用電量）。
假設三：美國算力需求占比全球34%（經(jīng)中國信息通信研究院測算，美國在全球算力規(guī)模中的份額為34%）。
1.3.3總結(jié)一：AIDC占比全美總耗電比例提升
（1）AI耗電量占全美耗電量比重提升，占比有望超1成
根據(jù)Statista預測數(shù)據(jù)，2022年，美國的電力使用量約為4085太瓦時，預計未來幾十年美國的電力使用量將繼續(xù)上升，到2030年達到4315太瓦時（對應493GW），到2050年將達到5178太瓦時。根據(jù)我們前面的「測算角度一」，假如2030年AIDC總功耗最高為57GW，那么占全美用電量的比重將提升至12%（57GW/493GW），較2023年的4%大幅提升。
2.1.1變電站成為傳統(tǒng)用電瓶頸
【數(shù)據(jù)中心供電的現(xiàn)狀】
購買電力與變電站：數(shù)據(jù)中心通常通過與電力公司簽訂合同來購買電力，這意味著數(shù)據(jù)中心的電力供應是從發(fā)電站生成的電流經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡輸送到數(shù)據(jù)中心。然而，電力經(jīng)過長距離輸送后，電壓通常需要通過變電站進行調(diào)整，以確保電力符合數(shù)據(jù)中心的電壓需求。
變電站的必要性：變電站將高電壓的電力轉(zhuǎn)化為適合本地使用的低電壓。大多數(shù)電力系統(tǒng)都需要經(jīng)過變電站進行電壓轉(zhuǎn)換和分配。若沒有本地變電站，電力就無法直接用于數(shù)據(jù)中心。
變電站的建設難度較大、周期較長、成本較高：變電站的建設通常需要大量資金投入，涉及到土地、基礎設施建設、設備采購和人力儲備等。此外，變電站建設的周期較長，且需要滿足嚴格的環(huán)境和安全標準。
結(jié)論：目前現(xiàn)有買電方式下，變電站成為制約AIDC用電的瓶頸。由于數(shù)據(jù)中心的電力需求不斷增長，新建變電站或擴容現(xiàn)有變電站需要較長的時間，而且需要大量的審批和建設時間，可能無法迅速跟上數(shù)據(jù)中心的需求。
2.1.2AI快速發(fā)展與SMR核電落地存在時間差
雖然核電在諸多方面具備優(yōu)勢，但北美算力市場當下最重要的需求是「快速實施」，迅速點亮GPU獲得算力，天然氣成為當下首選。
盡管2023年2月美國核管理委員會批準核電公司NuscalePower設計首個SMR（SmallModularReactors小型模塊化反應堆），且中俄等世界各國都在競相將SMR技術付諸實踐，但SMR的商業(yè)化仍需要一段時間，安全審批流程復雜且較為耗時。目前已經(jīng)可以看到SMR已喚起全球?qū)四艿呐d趣。在美國核裂變行業(yè)已獲得《通脹削減法案》提振，該法案包括多項稅收抵免和激勵措施，同時為核能辦公室提供7億美元資金，用于支持發(fā)展高純度低濃縮鈾（SMR所需的燃料）的國內(nèi)供應；全球有70多種商業(yè)SMR設計正在開發(fā)中，且目前已經(jīng)有兩個SMR項目在中國和俄羅斯運營。但根據(jù)美國能源監(jiān)管部門的說法，核反應堆是極其復雜的系統(tǒng)，必須符合嚴格的安全要求，并考慮到各種各樣的事故情景，且許可流程繁瑣且因國家而異。這意味著SMR需要一定的標準化才能進入商業(yè)市場，因此需要尋找其他方案解決短期的能源短缺問題。
公司概況：BloomEnergy專注于開發(fā)高效、低排放的能源技術，致力于通過創(chuàng)新的固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解槽（SOEC）技術，推動全球能源轉(zhuǎn)型。作為一家領先的清潔能源公司，公司通過其先進的氫氣和燃料電池技術，致力于為工業(yè)、商業(yè)以及數(shù)據(jù)中心等高需求領域提供可持續(xù)、可靠的能源解決方案。公司成立于2001年，總部位于美國加利福尼亞州，并在全球范圍內(nèi)拓展業(yè)務。
核心技術：公司核心技術包括固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解槽（SOEC），SOFC系統(tǒng)在使用100%氫氣時提供高效的電力輸出，電氣效率高達65%，遠超傳統(tǒng)能源系統(tǒng)。BloomEnergy的燃料電池系統(tǒng)還能夠集成熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）技術，使得總能效高達90%，從而有效降低能源消耗和碳排放。此外，SOEC技術可用于高效的氫氣生產(chǎn)，是清潔能源轉(zhuǎn)型中的關鍵技術之一。
3.1.1AIDC的特征：分布式與高密度
AIDC算力中心與傳統(tǒng)IDC數(shù)據(jù)中心相比較，有兩大最顯著的區(qū)別，也是AIDC的重要特征。
【AIDC特征一：分布式部署】
AI的應用場景和任務要求等決定了AIDC需要采用分布式部署方式。AIDC與傳統(tǒng)的IDC在計算需求、應用場景、資源消耗等方面有顯著差異，AIDC的任務通常是計算密集型的，尤其是AI領域的大規(guī)模深度學習、機器學習、數(shù)據(jù)分析等任務，單個計算節(jié)點無法承載所有的任務，因此，AIDC需要將計算任務拆分成多個小任務，通過分布式計算框架將任務分發(fā)到多個節(jié)點并行計算，這就需要多個地理位置的數(shù)據(jù)中心或計算節(jié)點協(xié)同工作。
【AIDC特征二：24小時高密度計算】
AI計算任務的持續(xù)性與高負載決定了AIDC必須24小時高負荷運轉(zhuǎn)，對電力資源和冷卻支持的要求更高。AI模型訓練往往是一個長周期的過程，需要持續(xù)的計算力支持，因此AIDC通常會進行長時間持續(xù)的計算任務；傳統(tǒng)IDC的負載一般會根據(jù)業(yè)務需求有所波動，且很多應用不需要如此長期、不間斷的計算支持。因此AIDC的高功耗計算硬件需要全天候的強電力供應和冷卻支持。
3.1.2核電SMR落地速度最快
SMR是什么——模塊化、更小、更便于部署的核反應堆。SMR（SmallModularReactor，小型模塊化反應堆）是核能技術的一種新型發(fā)展，SMR是核電站的一種類型，但與傳統(tǒng)的核電站有明顯的不同。SMR是一種小型、模塊化的核反應堆，其設計目的是提供較小規(guī)模的電力輸出，并且在建造時采用模塊化組件，便于工廠化生產(chǎn)和運輸，通常SMR的輸出功率相比傳統(tǒng)的大型核反應堆更小。在AIDC出現(xiàn)之前SMR常應用于遠離電網(wǎng)的偏遠地區(qū)、小島嶼、軍事基地，或者作為工業(yè)用電的補充來源。
SMR的原理——與大型核反應堆基本相同，還是通過核裂變反應產(chǎn)生熱能形成蒸汽，進而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。（1）核裂變反應：與傳統(tǒng)核電站一樣，SMR的核心是核反應堆，通過核裂變反應產(chǎn)生熱量，反應堆中的鈾-235等可裂變材料（如鈾或钚）吸收中子后發(fā)生裂變，裂變過程會釋放出大量的熱能和中子；（2）熱交換和蒸汽產(chǎn)生：反應堆中的裂變反應產(chǎn)生的熱量可以用來加熱冷卻劑，冷卻劑在核反應堆內(nèi)流動，將熱量帶走，并傳遞到蒸汽發(fā)生器或直接通過熱交換器將熱量傳遞給水，形成蒸汽；（3）蒸汽驅(qū)動發(fā)電機：產(chǎn)生的蒸汽被導入渦輪機，通過渦輪機的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動發(fā)電機，發(fā)電機再將機械能轉(zhuǎn)換為電能，供給電網(wǎng)或用戶；（4）冷卻系統(tǒng)和安全機制：SMR通常采用天然循環(huán)冷卻系統(tǒng)或被動安全系統(tǒng)，利用自然的物理過程（如熱對流）來保持反應堆冷卻，從而減少對外部電力和設備的依賴，這些系統(tǒng)可在出現(xiàn)故障時自動關閉反應堆并降溫。
目前小型模塊化反應堆SMR主要有幾種不同的技術路線，最主流的是輕水反應堆（LWR-SMR），因為技術基礎成熟，容易獲得監(jiān)管批準。截至2021年，全球各國提出70多種不同的SMR核電方案，包括壓水堆方案、氦氣冷堆方案（HTGR）、高溫氣冷實踐堆方案、鈉冷快中子堆方案（SFR），這些方案中約有一半是輕水堆反應，是從第二代核電技術演變而來，技術承接性較高，能快速商業(yè)化。但是由于2011年福島核電站問題，關于核電的科技樹選擇變得更為復雜，對輕水堆的安全擔憂更加突出，更安全的非輕水堆方案受到青睞，高溫氣冷堆方案也逐步流行：
輕水反應堆（LWR-SMR）：基于成熟的輕水冷卻技術，如NuScale的設計，最主流且靠近商業(yè)化；
高溫氣冷反應堆（HTGR）：使用惰性氣體（如氦氣）冷卻，適用于高溫工藝熱需求，如國內(nèi)的華能高溫氣冷堆；
液態(tài)金屬冷卻反應堆（如鈉冷堆）：如TerraPower開發(fā)的Natrium反應堆，具有高效散熱能力；
熔鹽反應堆（MSR）：使用高溫熔巖作為冷卻快中子反應堆（FNR）：利用快中子高效率裂變?nèi)剂，如俄羅斯BREST堆型。
3.3.1云巨頭大力部署核電
電力緊缺，各家云巨頭紛紛布局SMR核電，一方面是數(shù)據(jù)中心對電力需求巨大，SMR提供長期穩(wěn)定的清潔能源，可以減少對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，另一方面，長期來看SMR可以降低電價波動風險，并優(yōu)化長期運營成本，并且?guī)椭緦崿F(xiàn)碳中和承諾：
亞馬遜：早在今年3月已開始尋找核電支持方案，以6.5億美元收購了位于賓夕法尼亞州SusquehannaSteamElectricStation核電站旁的TalenEnergy數(shù)據(jù)中心園區(qū)；并于今年10月公布了三項重大核電投資協(xié)議，分別與EnergyNorthwest、DominionEnergy合作在華盛頓、弗吉尼亞建設960MW、300MW的SMR；領投了核能初創(chuàng)公司X-energy獲得的500億美元C-1輪融資；
微軟：對于核電的支持力度同樣不小，比爾蓋茨在今年6月表示將通過其創(chuàng)辦的初創(chuàng)公司TerraPowerLLC繼續(xù)對美國懷俄明州「下一代」核電站投資數(shù)十億美元，預計首座商業(yè)反應堆將于2030年完工；在9月與星座能源達成策略協(xié)議，旨在重啟ThreeMileIsland（三里島）核電站，約為微軟的數(shù)據(jù)中心提供835兆瓦的電力。
谷歌：10月表示已同意購買一家名為KairosPower的初創(chuàng)公司正在開發(fā)的小型模塊化反應堆的核能，開發(fā)超過500MW的電力，并預計第一座反應堆將于2030年投入運行；
甲骨文：創(chuàng)始人拉里·埃里森9月稱甲骨文計劃建設一個由三個SMR支持的1GW數(shù)據(jù)中心園區(qū)；
Meta：正積極向核電開發(fā)商征求提案，旨在通過增加核能發(fā)電能力來推動其人工智能技術的發(fā)展并實現(xiàn)環(huán)境目標，計劃在2030年代初增添1至4千兆瓦的美國核能發(fā)電能力。
AI數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的龐大電力缺口以及CSP面臨的迫切電力要求使得SMR核電產(chǎn)業(yè)趨勢越發(fā)明顯，預計后續(xù)將會有更多SMR布局公布。
鈾加工：鈾濃縮技術對安全性、成本和技術要求非常高，因此主要由幾家跨國公司主導。天然鈾主要由鈾-235和鈾-238組成，當中子與鈾-235碰撞時，會通過裂變反應釋放出巨大的能量，而鈾-238的裂變性比鈾-235小，天然鈾中僅含有約0.7％的鈾-235，因此需要同位素分離（鈾濃縮）將其含量提高到3％至5％，以用作輕水反應堆的燃料。濃縮方法包括氣體擴散法、激光濃縮法和離心法。
*離心法原理：將氣態(tài)鈾化合物六氟化鈾送入離心機快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中，分離出U-235和U-238，較重的同位素U-238被向外推，而較輕的同位素U-235則聚集在轉(zhuǎn)子中心。U-235濃度較高的氣體被抽出并送入另一臺離心機，重復此過程數(shù)次可產(chǎn)生U-235含量更高的鈾。
主要鈾濃縮公司：CentrusEnergy（NYSE:LEU，美國，主導全球市場）、Orano（法國，同時布局開采與加工）、Rosatom（俄羅斯）、Urenco（歐洲）。
（2）核燃料組件制造
SMR反應堆使用的燃料包括鈾燃料棒、燃料元件和控制棒等，組件必須符合特定的標準以確保反應堆的安全和高效運行。
參與者：如Westinghouse、Orano等，提供核燃料組件和技術支持。
（3）反應堆組件制造
反應堆組件是SMR的重要組成部分，包括反應堆壓力容器、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、堆芯和其他相關設施，這些組件需要高度的耐輻射性、抗高溫性能以及可靠性。由于SMR的模塊化設計，反應堆組件通常在工廠進行大規(guī)模制造，再運輸?shù)浆F(xiàn)場進行快速組裝，減少了現(xiàn)場建設時間。
參與者：如NuScalePower、Rolls-Royce等。
【中游：設計、研發(fā)與建造】
（1）SMR設計與研發(fā)
設計與研發(fā)：設計公司負責SMR反應堆的技術開發(fā)、設計標準化工作，SMR的研發(fā)通常包括核反應堆的結(jié)構(gòu)設計、冷卻系統(tǒng)設計、控制系統(tǒng)的集成等，設計研發(fā)公司與政府部門、監(jiān)管機構(gòu)緊密合作，確保設計符合核安全標準。
參與者：SMR設計與研發(fā)公司如NuScalePower、OKLO、TerraPower、Rolls-Royce等；政府機構(gòu)如美國能源部（DOE），提供資金支持并對SMR的設計進行監(jiān)管與驗證。
（2）反應堆建造與安裝
SMR的模塊化設計允許大部分組件在工廠預制，然后運輸?shù)浆F(xiàn)場進行快速安裝。建造階段相較于傳統(tǒng)核電站更為簡便，因為SMR的規(guī)模較小、模塊化程度高，可以在不需要大規(guī)模建設的情況下投入運行，比如建造公司負責將SMR反應堆的各個模塊組裝成一個完整的核電站，完成現(xiàn)場安裝，工廠預制的組件將大大縮短現(xiàn)場建設周期。
參與者：建設公司如Bechtel、Fluor等，負責SMR電站的建設與組裝。
（2）電力銷售與電網(wǎng)連接
SMR電站生產(chǎn)的電力通過電力購買協(xié)議（PPA）出售給電網(wǎng)公司或工業(yè)用戶。SMR適用于小型電網(wǎng)，尤其適合遠程地區(qū)、偏遠城市或工業(yè)項目等特定市場。
*電力購買協(xié)議（PPA）：運營商與電力購買方（如電網(wǎng)公司、大型工業(yè)用戶、政府等）簽訂長期合同，確保穩(wěn)定的現(xiàn)金流和盈利模式。
參與者：電力購買方如地方電網(wǎng)公司、大型工業(yè)企業(yè)、政府機構(gòu)等。
核聚變是通過兩個輕原子核結(jié)合形成一個較重原子核，并釋放大量能量的過程。可控核聚變反應釋放的能量比燃燒煤炭、石油或天然氣高出約400萬倍，比核裂變多4倍，如果核聚變過程可以實現(xiàn)工業(yè)化復制，則能夠提供無限的清潔且價格低廉的能源。目前已有50多個國家正在開展核聚變研究，但由于核聚變發(fā)生條件嚴格，實現(xiàn)可控核聚變?nèi)孕枰虏牧虾托录夹g上的突破。而實現(xiàn)可控核聚變具體需要多長時間將取決于行業(yè)的技術開發(fā)進度，同時需要開發(fā)必要的基礎設施并制定該項技術的管理要求和標準。根據(jù)space報道，英國TokamakEnergy公司首次在新型反應堆中將氫等離子體加熱到2700萬華氏度，溫度高于太陽核心。該公司表示利用核聚變生產(chǎn)商業(yè)電力可能于2030年實現(xiàn)。
競爭優(yōu)勢：公司擁有自己的核電工廠——VOYGRPlantModels。VOYGRPlantModels是NuScale為其小型模塊化反應堆SMR設計的標準化核電廠，電力輸出靈活且運營效率更高，可以滿足不同規(guī)模的電力需求，是首個也是唯一一個獲得美國核管理委員會(NRC)設計批準的小型模塊化反應堆。
VOYGRPlantModels不同參數(shù)模塊：
VOYGR-4：由4個NuScaleSMR模塊組成，提供約308兆瓦電力輸出，適合為中小型社區(qū)和工業(yè)應用提供電力；
VOYGR-6：包含6個模塊，提供約462兆瓦電力，適合中型電力需求的應用，例如小城市或較大工業(yè)設施；
VOYGR-12：由12個模塊組成，總計約924兆瓦電力輸出，這是NuScale最大容量的VOYGR布局，適合用于滿足大規(guī)模電力需求的城市和工業(yè)應用，甚至可以作為國家級電網(wǎng)的基荷電力，即使發(fā)生災難性損失，VOYGR-12可以在不使用新燃料的情況下，以154MW的功率供電12年。
項目進展：已經(jīng)與全球多個國家的客戶合作SMR核電項目。目前為止，公司已經(jīng)與RoPowerNuclearS.A.（羅馬尼亞）、KGHMPolskaMiedS.A.（波蘭）、Kozloduy發(fā)電廠（保加利亞）、StandardPower（俄亥俄州和賓州）、ProdigyMarine發(fā)電站（加拿大）、IndonesiaPower（印度尼西亞）、GSEnergy（韓國）有項目合作。
「軟實力」：注重科研、培養(yǎng)人才，在全球多個大學開設E2核能探索中心實驗室。此外，公司還設置了E2中心（能源探索中心），通過模擬的真實核電站運行場景，為用戶提供應用核科學和工程原理的實踐機會，E2在全球多個大學和多個區(qū)域設有中心點，如得克薩斯州大學城、布加勒斯特理工大學（羅馬尼亞）、韓國首爾國立大學、俄勒岡州立大學等。
財務分析：公司財務情況目前處于波動階段，現(xiàn)金流充盈且無債務，降本增效成果優(yōu)異。公司最新發(fā)布的三季報顯示，2024三季度：
營收：公司營業(yè)收入為50萬美元，去年同期公司營收700萬美元，營收減少主要是與CFPP合約終止導致（2023年11月8日，UAMPS和NuScale宣布雙方同意終止無碳電力項目CFPP）；
凈利潤：公司凈虧損4550萬美元（其中720萬美元是已發(fā)行認股權證公允價值相關的非現(xiàn)金費用），去年同期公司凈虧損5830萬美元，凈虧損進一步縮窄；
費用：運營費用為4120萬美元，而去年同期為9390萬美元，運營費用同比減少5270萬美元，公司進一步提高降本增效能力；
現(xiàn)金：截至24年三季報，現(xiàn)金、現(xiàn)金等價物和短期投資為1.6億美元（其中510萬美元受限制），并且沒有債務。
核心產(chǎn)品（燃料側(cè)）：子公司HALEUEnergy專注于為其反應堆以及其他SMR和微反應堆公司開發(fā)和制造高純度低濃縮鈾HALEU，并被選為美國能源部的新高純度低濃縮鈾聯(lián)盟（HALEU聯(lián)盟于2022年12月7日成立）的正式創(chuàng)始成員。HALEU是經(jīng)過濃縮的鈾，其可裂變同位素U-235的濃度占燃料質(zhì)量的5%至19.9%。相較于傳統(tǒng)鈾燃料，HALEU具有較多優(yōu)點——反應堆不需要經(jīng)常補充燃料、減少廢棄物量、可以作為現(xiàn)有反應堆的下一代燃料使用、具有更高的經(jīng)濟性和安全性等。根據(jù)NNE數(shù)據(jù)，到2030年需要近600公噸的HALEU才能將新反應堆推向市場。
公司財務：公司持續(xù)推進各類稀土元素開采，近期因運輸問題產(chǎn)量低于預期。公司成功完成了對BaseResources的收購，其中包括馬達加斯加先進的世界級的加圖利亞鈦鋯項目，確保公司在鈦和鋯礦產(chǎn)行業(yè)的領先地位。公司最新發(fā)布三季報顯示，2024三季度：
營收：公司三季度實現(xiàn)營收404萬美元，去年同期為1100萬美元，主要由于從PinyonPlain礦到WhiteMesaMill的礦石運輸出現(xiàn)延誤，預計該問題將在2024年第四季度得到解決；
凈利潤：公司三季度歸屬于公司的凈虧損1206萬美元，去年同期為凈收入1056萬美元，主要原因為與推進Donald項目相關的交易和整合成本、收購BaseResources相關成本和經(jīng)常性運營費用；
毛利率：公司三季度鈾礦業(yè)務毛利潤為215萬美元，毛利率為54%；
費用：公司三季度運營費用為1411萬美元，去年同期為1238萬美元，增長原因為新項目整合成本以及并購交易成本的增加。
資方背景：
BlackRock：全球知名資產(chǎn)管理公司，持有EnergyFuels的公開交易股份；
VanguardGroup：另一大型資產(chǎn)管理公司，通過公開市場投資于EnergyFuels；
StateStreetCorporation：作為大型金融服務機構(gòu)，StateStreet持有EnergyFuels的部分股份。
5.1.6其他
小微型核電產(chǎn)業(yè)鏈龐大，除了專注于SMR技術的創(chuàng)新企業(yè)外，傳統(tǒng)核電企業(yè)和電力運營商也參與其中：
UEC（UraniumEnergy）：注于北美鈾資源的勘探、開發(fā)和生產(chǎn)的公司，主要采用原地浸出（In-SituRecovery,ISR）技術，采礦方式成本較低且更環(huán)保，公司目前運營兩大ISR平臺：一個位于德克薩斯州，由Hobson工廠支持；另一個位于懷俄明州，依托Irigaray和ChristensenRanch（原WillowCreek項目）支持，這些平臺管理多個鈾礦項目，具備較高的生產(chǎn)準備度，此外公司在加拿大擁有高品位傳統(tǒng)鈾項目如HendayLake和Carswell。
CCJ(Cameco)：加拿大的鈾礦開采和供應商，專注于上游鈾礦的開采和加工，是全球最大的鈾供應商之一，為核燃料市場提供原材料。
BWXT(BWXTechnologies)：專注于核反應堆組件制造和核能技術，與SMR/OKLO等最大的區(qū)別在于，BWXT是大型設備供應商和技術服務商，主要為政府和商業(yè)領域提供核反應堆組件、核燃料、以及國防相關核技術，客戶包括美國政府（如為海軍核潛艇提供核反應堆）。
DUK(DukeEnergy)、CEG(ConstellationEnergyGroup)、EXC(ExelonCorporation)、ETR(EntergyCorporation)：美國大型綜合性電力公司，運營傳統(tǒng)核電站并提供電力服務，核心業(yè)務包括發(fā)電、輸電和配電服務等，DUK側(cè)重于東南部地區(qū)，發(fā)電組合較均衡，包括天然氣、煤和可再生能源；CEG以清潔能源為核心，運營美國最大的無碳核電站群，聚焦碳減排；EXC專注于核能發(fā)電，是美國最大的核電運營商，覆蓋多個州；ETR服務于美國南部，以核電和天然氣發(fā)電為主，注重高可靠性供電。5.2競爭格局與優(yōu)勢
從行業(yè)競爭格局來看，由于SMR核電目前尚處于發(fā)展初期，競爭格局尚未穩(wěn)定，各公司市場份額差距不大，主要的差異體現(xiàn)在技術路徑、商業(yè)模式和市場布局：
1）技術路線的差異
壓水堆（PWR）主導地位：目前，NuScalePower等企業(yè)推動的壓水堆技術占據(jù)主流市場，因為其技術成熟度高，監(jiān)管審批路徑較為清晰，更容易獲得政府和投資者信任；
創(chuàng)新技術崛起：如X-energy的高溫氣冷堆（HTGR）和TerrestrialEnergy的熔鹽堆（MSR），代表了核能的下一代創(chuàng)新技術，提供了更高的效率和靈活性，但面臨研發(fā)周期長和監(jiān)管復雜等挑戰(zhàn)；
關鍵分歧：傳統(tǒng)技術的穩(wěn)健性和先進技術的潛在突破性形成了差異化競爭格局。
2）商業(yè)模式的差異
模塊化與可擴展性：NuScalePower等企業(yè)專注于模塊化的設計，使得反應堆更易于生產(chǎn)、運輸和組裝，從而降低建設和運營成本；
特定市場定位：NanoNuclearEnergy將目標鎖定在偏遠地區(qū)和軍事基地的小型高效反應堆市場，提供更靈活的電力解決方案。
3）市場布局的區(qū)域化差異
美國：得益于政策支持（如《通脹削減法案》）和技術優(yōu)勢，美國企業(yè)（NuScale、X-energy）在技術領先和資本獲取方面具備先發(fā)優(yōu)勢；
俄羅斯：Rosatom憑借RITM-200已實現(xiàn)商用化，是浮動核電站和極地市場的領先者；
中國：政府推動的石島灣高溫氣冷堆并網(wǎng)成功，為國家能源安全提供支撐，同時在出口市場上展現(xiàn)潛力。
展望未來，技術成熟度、成本競爭力、政策支持、市場定位是決定SMR參與者成敗的幾項重要因素：
1）技術成熟度與安全性
核電行業(yè)的核心是技術的安全性與成熟度，這是進入市場的首要門檻。NuScale已獲得美國核管理委員會（NRC）的設計認證，是全球首家獲得這一認證的SMR公司；X-energy的Triso燃料具有高安全性和無法熔化的特性，是未來事故容錯核燃料和高溫堆核燃料的重要發(fā)展方向。
2）成本優(yōu)勢
SMR需要證明其在全生命周期成本（建造、運營、退役）上優(yōu)于傳統(tǒng)核電站和其他能源形式，模塊化設計是降低成本的關鍵。NuScale、OKLO等都通過標準化制造和批量生產(chǎn)來減少單堆成本。
3）政策與資金支持
政府的扶持政策和初期資本投入是決定SMR項目能否落地的重要因素。美國通過各種激勵政策支持核能復興，包括直接撥款和稅收優(yōu)惠，此外，企業(yè)也可以通過國際合作進行融資，如NuScale與羅馬尼亞、波蘭達成協(xié)議推動全球部署。
4）市場定位與應用場景
多樣化應用是SMR的重要競爭優(yōu)勢，涵蓋發(fā)電、工業(yè)熱供應、海水淡化、氫氣生產(chǎn)等。比如NuScale目標市場集中在公共電力供應和工業(yè)電力市場，NanoNuclear定位偏遠地區(qū)和特種用途市場，強調(diào)小型化、移動性和快速部署能力。
5）國際化與客戶資源
國際市場競爭將成為未來關鍵，企業(yè)需要證明其技術在不同國家的監(jiān)管、地質(zhì)、經(jīng)濟條件下的適用性。目前NuScale與多個國家簽署供應協(xié)議，搶占全球市場，Rolls-Royce在英國本土市場的政策支持下，計劃向歐洲擴展。
財務數(shù)據(jù)橫向比較發(fā)現(xiàn)位于產(chǎn)業(yè)鏈上游的核燃料開采公司如EnergyFuels、CentrusEnergy商業(yè)化進展較快，2023年均實現(xiàn)營收、利潤為正，而位于產(chǎn)業(yè)鏈中游的微型反應堆制造公司如NuScalePower、OKLO、NANONuclearEnergy整體來說尚處于商業(yè)模式驗證階段，高額研發(fā)、生產(chǎn)開支使得凈利潤呈現(xiàn)負數(shù)，其中NuScalePower進展較快，通過與多國合作的SMR項目，2023年取得2281萬美元營收。具體來看，各公司競爭優(yōu)勢包括：
NuScalePower：1、公司擁有自己的核電工廠——VOYGRPlantModels，是首個也是唯一一個獲得美國核管理委員會(NRC)設計批準的小型模塊化反應堆；2、公司目前已經(jīng)與全球多個國家的客戶合作SMR核電項目；
OKLO：1、OKLO的Aurora微型反應堆屬于中等規(guī)模的SMR，在滿足中型的分布式、偏遠和獨立電力需求上具有競爭優(yōu)勢；2、Oklo的Aurora反應堆采用金屬燃料，而非傳統(tǒng)的輕水反應堆燃料，更為清潔環(huán)保、成本更低；
NANONuclearEnergy：業(yè)務覆蓋較廣，公司主業(yè)涵蓋4塊SMR相關內(nèi)容，囊括制造、燃料、運輸?shù)榷喹h(huán)節(jié)，旨在打造多元化垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈；
EnergyFuels：產(chǎn)能規(guī)模較大，公司在美國擁有多個生產(chǎn)設施，是北美核燃料供應鏈的重要參與者，同時近期成功完成了對BaseResources的收購，其中包括馬達加斯加先進的世界級的加圖利亞鈦鋯項目，確保公司在鈦和鋯礦產(chǎn)行業(yè)的領先地位；
CentrusEnergy：1、專注于為全球核能市場提供高純度低濃縮鈾和高效核燃料解決方案，尤其在先進燃料（如HALEU）領域處于市場前沿；2、公司獲得了美國能源部的大力支持，特別是在高濃縮低濃鈾(HALEU)生產(chǎn)方面，以促進先進核燃料的研發(fā)和部署。6、投資建議
【從算力到能源：為什么在當下推薦能源基礎設施賽道】
存在預期差：當下推薦能源賽道的核心邏輯，源于AI驅(qū)動下的科技產(chǎn)業(yè)鏈條正在從算力生態(tài)向能源IT基礎設施延展，而市場目前對這一關鍵環(huán)節(jié)的中長期價值，尚未充分認知。同時市場認為中國的電力基礎設施完備，AI占比較小，很難有彈性。但我們認為，全球算力放量已是趨勢，算力功耗上行已是必然，國內(nèi)在IT基礎設施領域的優(yōu)勢更能趁著這波東風實現(xiàn)海外布局。
1.從算力到能源：產(chǎn)業(yè)鏈驅(qū)動的必然路徑
AI產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展下，GPU、CPU到存儲、通信、銅纜等各細分領域，已經(jīng)成為當前市場熱議的主題，但這些算力生態(tài)的背后，強烈依賴于能源和基礎設施的持續(xù)供給。從下游AI應用場景（無論是游戲、金融、還是醫(yī)療等）到上游基礎配套（囊括散熱、IDC、能源等），每一個環(huán)節(jié)都環(huán)環(huán)相扣，然而，目前市場在算力競爭白熱化的背景下，更多聚焦于中下游環(huán)節(jié)（硬件和應用），而忽略了基礎設施對算力長期可持續(xù)發(fā)展的關鍵作用，當下電力及IT基礎設施已成為北美算力市場的瓶頸。算力軟硬件毫無疑問已成為市場熱點，展望未來3-5年，挖掘更多算力相關的機會，更需要提前研究上游基礎設施環(huán)節(jié)，尤其是能源環(huán)節(jié)。
2.市場對基礎設施中長期規(guī)劃的忽視，帶來能源賽道的投資窗口
1）供需矛盾日益突出
北美的電力供給處于緊平衡狀態(tài)，而AI算力需求正在迅速提升，預計到2029年全球數(shù)據(jù)中心的裝機功率需求將從40GW增長至140GW。這種指數(shù)級的能耗增長，已經(jīng)暴露了當前基礎設施規(guī)劃的不足。電力基礎設施擴張滯后，變壓器等關鍵設備的生產(chǎn)周期制約能源供給能力。
2）市場短期行為帶來的長期隱患
當前資本市場對算力相關賽道（如GPU、存儲、通信）的關注度極高，但對散熱、IDC、能源等基礎設施的中長期布局重視不足。而這些基礎設施環(huán)節(jié)，正是推動算力生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的核心。以液冷為例，當我們在24年初發(fā)布液冷行業(yè)深度報告的時間點，行業(yè)變化并未在資本市場被重視，其市場熱度是在AI功耗需求爆發(fā)后逐步顯現(xiàn)的，類似的邏輯同樣適用于能源賽道，而這一切才剛剛開始。
3.為什么能源賽道值得提前布局？
能源是科技行業(yè)下一階段競爭的核心要素，而市場對能源的規(guī)劃和認知仍在起步階段：
戰(zhàn)略性稀缺資源：SamAltman提到，未來最重要的資源是算力和能源。能源賽道不僅是算力的支撐，更是實現(xiàn)可持續(xù)科技發(fā)展的基礎。
初期投資窗口：當前AI能源賽道正處于起步階段，投資估值相對合理，未來需求上修空間大。
政策與科技協(xié)同驅(qū)動：以SMR核電為例，其具備低碳環(huán)保、高效供電等特性，與全球碳中和政策目標高度契合。天然氣作為過渡性能源也將在短期內(nèi)受益于數(shù)據(jù)中心的擴張需求。
供給側(cè)：美國全年的發(fā)電量較為固定，目前仍以火電為主要來源，新能源發(fā)電增速較快，核能占比進一步提高。美國全年的發(fā)電量大約在4000-4300太瓦時（TWh）之間，其中2023年火電（燃煤、天然氣、石油）占比約60%，是主要能源來源；新能源發(fā)電（風能、太陽能等）近年來快速增長占比達到21%；核能約占19%，占比進一步提高。
電價：美國是全球電價最低的國家之一，且個別州因為能源優(yōu)勢有更低的電價水平。美國電力消費結(jié)構(gòu)主要劃分為4個領域：居民、商業(yè)、工業(yè)和運輸。2024年9月居民用戶電價為0.17美元/千瓦時（約折1.24元/千瓦時，匯率截至12月13日），商業(yè)用戶電價為0.135美元/千瓦時（約折0.98元/千瓦時）；工業(yè)用電價為0.09美元/千瓦時，運輸用電價為0.13美元/千瓦時，2023年批發(fā)電價為0.036美元/千瓦時。而一些州因為其能源優(yōu)勢電價水平較低，截至2024年4月，德克薩斯州（天然氣和可再生能源豐富）的電價約為0.147美元/千瓦時、路易斯安那州（能源資源豐富）約為0.115美元/千萬時、田納西州（水電資源豐富）約為0.125美元/千瓦時。一些較為耗電的大型基建比如數(shù)據(jù)中心等，往往在低電價省份建設，上述州府也成為當今算力產(chǎn)業(yè)集中地。
數(shù)據(jù)中心全年用電成本測算：按照批發(fā)價0.036美元/千瓦時估算，美國數(shù)據(jù)中心（AI尚未大規(guī)模應用情況下）一年耗電166TWh，預估需要約60億美元。
1.1.2邊際變化：AI對電網(wǎng)的挑戰(zhàn)
【挑戰(zhàn)一：用電總量大幅提升】
與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比，AI數(shù)據(jù)中心需要消耗大量電量。主要原因是數(shù)據(jù)量的大幅增長、復雜的算法以及24/7即時相應的需求。例如，一個Google傳統(tǒng)搜索的請求消耗約0.3Wh，而一個ChatGPT請求需要消耗2.9Wh，為前者的十倍；《焦耳》上發(fā)表的一篇論文稱，如果谷歌每一次搜索都使用AIGC，其用電量將上升到每年290億KWh，這將超過肯尼亞、克羅地亞等許多國家的總用電量；根據(jù)紐約客雜志報道，ChatGPT每天消耗超過50萬KWh。
【挑戰(zhàn)二：用電擺伏加劇】
現(xiàn)象：AI數(shù)據(jù)中心（無論是訓練還是推理）電流需求高度瞬變，會在幾秒內(nèi)出現(xiàn)巨大的擺幅。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡模型任務負載的增加或減少，電流需求會有劇烈波動，每微秒變化甚至可達2000A。
原理：1）高峰負載波動：AI模型的訓練和推理對算力需求巨大，但并非持續(xù)運行，模型訓練啟動時會出現(xiàn)高峰負載，而低谷時則維持基礎運行，導致用電擺伏；2）資源動態(tài)調(diào)度：AI任務具有周期性，例如大規(guī)模訓練需要集中資源，而推理階段相對分散，這使得功耗曲線更加不穩(wěn)定；3）實時響應需求：生成式AI和大模型應用需要低延遲和高吞吐，驅(qū)動基礎設施實時擴展，進一步放大功耗波動性。
結(jié)果：影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。電網(wǎng)設計并不適應擺伏過大，電網(wǎng)基本針對用電負荷進行設計，希望看到一個比較平穩(wěn)、有規(guī)律的緩慢變化的負載，例如，用電負荷100GW的用電設備接入電網(wǎng)后可能會有兩條200GW的傳輸線進行供電，兩條傳輸線有一條傳輸線正常就可以保證運行。而AI用電特征會在幾秒內(nèi)出現(xiàn)巨大擺幅，這種劇烈波動可能會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
【挑戰(zhàn)三：后續(xù)用電需求更大】
AI數(shù)據(jù)中心的推理由于用戶的大量請求，會比訓練更消耗能源。目前，谷歌已在今年上半年宣布將加入新的AI功能完善搜索體驗，將推出基于Gemini的AIOverviews，該功能已面向部分用戶開放試用；微軟推出名為MicrosoftCopilot的個人AI助手，并已將ChatGPT集成到Bing中。而目前谷歌搜索引擎的訪問量已經(jīng)達到每月820億次，Office商業(yè)產(chǎn)品的付費用戶數(shù)量已超過4億，龐大的用戶基數(shù)意味著訓練好的大模型如果集成到公司產(chǎn)品中，用戶請求數(shù)將大量增長，AI即時響應次數(shù)激增，導致模型推理耗能超過訓練耗能。根據(jù)麥肯錫估計，直到2030年美國數(shù)據(jù)中心電力負載可能占所有新增需求的30%至40%。
結(jié)論：隨著AI的迅速發(fā)展，預計集成大語言模型的AI軟件將會迅速發(fā)展，訓練需求和推理需求共振，未來數(shù)據(jù)中心用電量將大幅提升，AIDC會成為新一代“電老虎”，數(shù)據(jù)中心消耗電力的比重會進一步提升。
1.2現(xiàn)實困境：電網(wǎng)難以支撐
經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)決定了北美電網(wǎng)基建較為薄弱。近20年來，美國電力需求與經(jīng)濟增長脫鉤速度急劇加快。自2010年以來，美國經(jīng)濟累計增長24%，而電力需求卻幾乎保持不變，2023年，美國電力消耗甚至比2022年下降了2%。其本質(zhì)是區(qū)別于國內(nèi)經(jīng)濟主要靠工業(yè)和服務業(yè)帶動，美國的經(jīng)濟增長主要并不依靠用電或能源的消耗，而主要依賴于高科技產(chǎn)業(yè)，能源消耗較低。且效率的提高（主要是用熒光燈和LED取代白熾燈）已經(jīng)抵消了人口和經(jīng)濟增長帶來的電力需求，使得公用事業(yè)公司和監(jiān)管機構(gòu)沒有擴大電網(wǎng)或發(fā)電能力。
現(xiàn)狀：缺時間、缺人、缺基建、缺經(jīng)驗、阻力多。
缺時間：建設一個數(shù)據(jù)中心大概要兩年時間，但是電網(wǎng)的建設要慢得多，建設一個發(fā)電站可能需要三五年的時間，而建設一條長距離的高容量的傳輸線，則需要8年甚至10年的時間。根據(jù)美國區(qū)域輸電組織MISO的說法，其正在規(guī)劃的18個新輸電項目可能需要7到9年的時間，而歷史上類似的項目需要10到12年。據(jù)此推斷，電網(wǎng)的建設速度很可能無法追趕AI的增長速度。
缺基建：根據(jù)美國的電力投資趨勢，從2016年到2023年，美國公用事業(yè)的資本開支顯著增加，尤其是發(fā)電、配電和輸電領域，電網(wǎng)投資從2018年開始提速，主要由于制造業(yè)回流對電力需求的推動，在這種背景下，美國依舊沒有大規(guī)模擴建電網(wǎng)，根據(jù)GridStrategy出具的調(diào)查報告，2010-2014年美國平均每年安裝1700英里的新高壓輸電里程，但在2015-2019年下降到每年僅645英里。
缺人：勞動力緊張也是一個制約因素，尤其是實施新電網(wǎng)項目所必需的電氣專業(yè)工人的短缺問題。根據(jù)麥肯錫的估計，根據(jù)預計的數(shù)據(jù)中心建設和需要類似技能的類似資產(chǎn)，美國可能出現(xiàn)40萬名專業(yè)工人的短缺。
缺經(jīng)驗：對于美國來說，整個電力行業(yè)的從業(yè)人員，在過去20年中沒有見過電力需求的大規(guī)模增長，而且這20年很可能意味著有整整一批工程師、工作人員都沒有大規(guī)模建設新電網(wǎng)的經(jīng)驗。
阻力多：電網(wǎng)的建設需要電站、傳輸線等基礎設施，而這些可能需要無數(shù)利益相關者共同努力，就線路走向和承擔費用達成妥協(xié)。
假設一：芯片增速為每年50%（參考臺積電說法）。
假設二：假設芯片平均壽命為5年（參考英偉達給出的GPU壽命）。
假設三：IT設備平均功率利用率為90%（考慮IT設備中NVSwitches、NVLink、NIC、重定時器、網(wǎng)絡收發(fā)器等功耗，假設GPU、TPU耗能占比90%，其他IT設備耗能占比10%）。
假設四：考慮IT不可能都滿負荷運行，且不可能永遠24小時運行，參考Semianalysis，將可能利用率設置為80%。
假設五：PUE為1.3（PUE為數(shù)據(jù)中心總耗電量除以IT設備所用電量）。
假設六：美國算力需求占比全球34%（經(jīng)中國信息通信研究院測算，美國在全球算力規(guī)模中的份額為34%）。
1.3.2測算角度二（樂觀）：數(shù)據(jù)中心
測算邏輯：測算角度二是從數(shù)據(jù)中心建設角度出發(fā)，參考第三方預測的全球數(shù)據(jù)中心建設進度（復合增速25%），同時由于預測數(shù)據(jù)截至2026年，我們假設2027至2030年依舊維持25%的復合增速，對全球數(shù)據(jù)中心電力需求進行預測，并假設其中AIDC的用電量和占比，因此我們認為，該預測角度得到的數(shù)據(jù)較為“樂觀”，最終預測到2030年美國AIDC用電需求最高為91GW。
研究公司SemiAnalysis利用了5000多個數(shù)據(jù)中心的分析和建設預測，并將這些數(shù)據(jù)與全球數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星圖像分析相結(jié)合，預計未來幾年數(shù)據(jù)中心電力容量增長將加速至25%的復合年增長率，同時AIDC占比將進一步提升，數(shù)據(jù)中心方面，根據(jù)預測數(shù)據(jù)，全球數(shù)據(jù)中心關鍵IT電力需求將從23年的49GW激增到26年的96GW，我們假設27-30年繼續(xù)保持數(shù)據(jù)中心25%的復合增速（參考2023到2026年增速，為25%），那么到29、30年全球數(shù)據(jù)中心關鍵IT電力需求分別增長至188、234GW；參考SemiAnalysis數(shù)據(jù)，結(jié)合AI算力蓬勃發(fā)展、下游應用陸續(xù)爆發(fā)大背景，我們認為未來AI在數(shù)據(jù)中心中占比有望持續(xù)加速提升，因此我們假設23-30年全球AIDC占比分別達到12%/16%/30%/44%/56%/68%/78%/88%，從而計算出29、30年全球的AIDCIT設備電力需求分別為65GW、91GW。
角度二結(jié)論：以美國占比為34%，PUE為1.3計算，到2030年美國AIDC電力需求將達到91GW。
假設一：結(jié)合AI算力蓬勃發(fā)展、下游應用陸續(xù)爆發(fā)大背景，我們認為未來AI在數(shù)據(jù)中心中占比有望持續(xù)加速提升，因此我們假設23-30年全球AIDC占比分別達到12%/16%/30%/44%/56%/68%/78%/88%。
假設二：PUE為1.3（PUE為數(shù)據(jù)中心總耗電量除以IT設備所用電量）。
假設三：美國算力需求占比全球34%（經(jīng)中國信息通信研究院測算，美國在全球算力規(guī)模中的份額為34%）。
1.3.3總結(jié)一：AIDC占比全美總耗電比例提升
（1）AI耗電量占全美耗電量比重提升，占比有望超1成
根據(jù)Statista預測數(shù)據(jù)，2022年，美國的電力使用量約為4085太瓦時，預計未來幾十年美國的電力使用量將繼續(xù)上升，到2030年達到4315太瓦時（對應493GW），到2050年將達到5178太瓦時。根據(jù)我們前面的“測算角度一”，假如2030年AIDC總功耗最高為57GW，那么占全美用電量的比重將提升至12%（57GW/493GW），較2023年的4%大幅提升。
1.3.3總結(jié)二：AIDC耗電量有望比肩BitcoinMining
在我們2024年8月6日發(fā)布的報告《AI東風已至，Bitcoin礦場開啟第二增長曲線》中，對Bitcoin礦場用電量進行過假設和預測，在該報告中，據(jù)我們預測2024/2025/2026/2027/2028年得州Bitcoin礦場負荷分別為4.7/6.5/8.3/10.1/11.9GW（假設得州Bitcoin礦場年新增負荷為1.8GW），關于得州Bitcoin礦場負荷在美國的份額，我們假設保持28.5%不變，因此據(jù)我們預測美國Bitcoin礦場年負荷分別為17/23/29/36/42GW。
為了方便對比，我們將數(shù)據(jù)預測至2030年，假設：1）得州Bitcoin礦場年新增負荷為1.8GW，2）假設2029年和2030年德州礦場份額保持28.5%不變。因此得出2024/2025/2026/2027/2028/2029/2030年，美國Bitcoin礦場每年耗電分別為17GW/23GW/29GW/26GW/42GW/48GW/54GW。
結(jié)論：保守預測下，美國AIDC耗電量將在2030年趕超BitcoinMining電力需求；樂觀預測下,美國AIDC電力需求將在2029年超過BitcoinMining。
2、困境何解：短期“天然氣+”是主流
2.1短期內(nèi)最快落地方案是天然氣
2.1.1變電站成為傳統(tǒng)用電瓶頸
【數(shù)據(jù)中心供電的現(xiàn)狀】
購買電力與變電站：數(shù)據(jù)中心通常通過與電力公司簽訂合同來購買電力，這意味著數(shù)據(jù)中心的電力供應是從發(fā)電站生成的電流經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡輸送到數(shù)據(jù)中心。然而，電力經(jīng)過長距離輸送后，電壓通常需要通過變電站進行調(diào)整，以確保電力符合數(shù)據(jù)中心的電壓需求。
變電站的必要性：變電站將高電壓的電力轉(zhuǎn)化為適合本地使用的低電壓。大多數(shù)電力系統(tǒng)都需要經(jīng)過變電站進行電壓轉(zhuǎn)換和分配。若沒有本地變電站，電力就無法直接用于數(shù)據(jù)中心。
變電站的建設難度較大、周期較長、成本較高：變電站的建設通常需要大量資金投入，涉及到土地、基礎設施建設、設備采購和人力儲備等。此外，變電站建設的周期較長，且需要滿足嚴格的環(huán)境和安全標準。
結(jié)論：目前現(xiàn)有買電方式下，變電站成為制約AIDC用電的瓶頸。由于數(shù)據(jù)中心的電力需求不斷增長，新建變電站或擴容現(xiàn)有變電站需要較長的時間，而且需要大量的審批和建設時間，可能無法迅速跟上數(shù)據(jù)中心的需求。
2.1.2AI快速發(fā)展與SMR核電落地存在時間差
雖然核電在諸多方面具備優(yōu)勢，但北美算力市場當下最重要的需求是“快速實施”，迅速點亮GPU獲得算力，天然氣成為當下首選。
盡管2023年2月美國核管理委員會批準核電公司NuscalePower設計首個SMR（SmallModularReactors小型模塊化反應堆），且中俄等世界各國都在競相將SMR技術付諸實踐，但SMR的商業(yè)化仍需要一段時間，安全審批流程復雜且較為耗時。目前已經(jīng)可以看到SMR已喚起全球?qū)四艿呐d趣。在美國核裂變行業(yè)已獲得《通脹削減法案》提振，該法案包括多項稅收抵免和激勵措施，同時為核能辦公室提供7億美元資金，用于支持發(fā)展高純度低濃縮鈾（SMR所需的燃料）的國內(nèi)供應；全球有70多種商業(yè)SMR設計正在開發(fā)中，且目前已經(jīng)有兩個SMR項目在中國和俄羅斯運營。但根據(jù)美國能源監(jiān)管部門的說法，核反應堆是極其復雜的系統(tǒng)，必須符合嚴格的安全要求，并考慮到各種各樣的事故情景，且許可流程繁瑣且因國家而異。這意味著SMR需要一定的標準化才能進入商業(yè)市場，因此需要尋找其他方案解決短期的能源短缺問題。
2.2“天然氣+多能源”搭配更穩(wěn)健
天然氣+其他多能源的搭配方案，是目前能適應AI電力需求的最快落地方案。相比SMR核電這種高能量密度但部署周期較長的獨立解決方案，天然氣發(fā)電因其高效性和靈活性，可作為基礎能源快速響應負載需求，同時與可再生能源、燃料電池、儲能系統(tǒng)協(xié)同使用，有效彌補間歇性和穩(wěn)定性不足。這種多能源組合既能滿足AI數(shù)據(jù)中心對穩(wěn)定供電的需求，又在碳排放和成本之間提供平衡，成為當前數(shù)據(jù)中心能源戰(zhàn)略的重要選擇。
協(xié)同不是必需，但對于需要綜合平衡穩(wěn)定性、環(huán)保性和成本的大規(guī)模AI數(shù)據(jù)中心，協(xié)同使用多能源方案是更靈活且長遠的選擇，有明確目標（如低成本、超快速部署）的情況下，單一方案也可以滿足：
【僅用天然氣發(fā)電（單一方案）】
優(yōu)點：天然氣發(fā)電本身可以作為獨立的供電方案，適合對電力需求穩(wěn)定、快速部署要求高的場景，尤其是需要高可調(diào)度性的AI數(shù)據(jù)中心；
局限：雖然部署速度快，但長期來看碳排放較高。
【多能源協(xié)同的必要性】
更穩(wěn)定安全：AI數(shù)據(jù)中心對電力連續(xù)性要求極高（不允許短時斷電），可以采用天然氣+儲能系統(tǒng)或燃料電池作為后備支持；
更環(huán)保：天然氣+風能、太陽能等低碳能源搭配。
2.3天然氣方案：以xAI為例
天然氣發(fā)電技術路徑成熟、配套設備完善、且性價比較高，在短期內(nèi)是能夠最快解決AI電力短缺問題的選擇，特斯拉xAI采用天然氣方案作為應急電力供應。天然氣發(fā)電機是一種使用天然氣而不是汽油或柴油的發(fā)電機。相比于柴油，天然氣購買成本較低且不存在“濕堆積”問題。因此從短期的能源解決方案來看，天然氣發(fā)電機相比于燃油等其他使用化石燃料的發(fā)電機相比具有成本效益、運行效率高、更環(huán)保等優(yōu)勢。根據(jù)DCD報道，目前特斯拉CEO馬斯克已從Voltagrid采購了14臺移動天然氣發(fā)電機，每臺發(fā)電機可提供2.5MW電力，用以緩解其初創(chuàng)公司xAI的數(shù)據(jù)中心電力短缺問題。
*補充細節(jié)1：馬斯克xAI主要采用英偉達H系服務器，集群散熱采用液冷方案。xAI數(shù)據(jù)中心中的每個液冷機架包含8個英偉達H100GPU服務器，總計64塊GPU，密集布局要求每個計算節(jié)點都能高效散熱，傳統(tǒng)風冷方式難以適應，因此xAI選擇了超微的液冷方案。
*補充細節(jié)2：xAI數(shù)據(jù)中心同時采用了Megapack儲能系統(tǒng)。xAI表示其團隊在建設計算集群時發(fā)現(xiàn)AI服務器并不會全天候以100%的功率運行，而是存在許多功耗的峰值和谷底，因此在中間添加特斯拉的電池存儲產(chǎn)品Megapack來緩沖波動，從而提高整體系統(tǒng)的可靠性，減少電力損耗。
2.4燃料電池：以BloomEnergy為例
公司概況：BloomEnergy專注于開發(fā)高效、低排放的能源技術，致力于通過創(chuàng)新的固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解槽（SOEC）技術，推動全球能源轉(zhuǎn)型。作為一家領先的清潔能源公司，公司通過其先進的氫氣和燃料電池技術，致力于為工業(yè)、商業(yè)以及數(shù)據(jù)中心等高需求領域提供可持續(xù)、可靠的能源解決方案。公司成立于2001年，總部位于美國加利福尼亞州，并在全球范圍內(nèi)拓展業(yè)務。
核心技術：公司核心技術包括固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解槽（SOEC），SOFC系統(tǒng)在使用100%氫氣時提供高效的電力輸出，電氣效率高達65%，遠超傳統(tǒng)能源系統(tǒng)。BloomEnergy的燃料電池系統(tǒng)還能夠集成熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）技術，使得總能效高達90%，從而有效降低能源消耗和碳排放。此外，SOEC技術可用于高效的氫氣生產(chǎn)，是清潔能源轉(zhuǎn)型中的關鍵技術之一。
產(chǎn)品應用：公司產(chǎn)品廣泛應用于多個領域，包括工業(yè)電力供應、商業(yè)能源管理和數(shù)據(jù)中心能源解決方案。特別是在數(shù)據(jù)中心領域，隨著對能源高效性和碳中和目標的需求不斷增加，BloomEnergy的燃料電池技術的高效、低排放的特點更為突出，其氫氣解決方案不僅可以滿足大規(guī)模能源需求，還能為企業(yè)提供可靠的備用電源，確保運營的連續(xù)性和穩(wěn)定性。目前BloomEnergy的市場已經(jīng)覆蓋北美、亞洲和歐洲等多個地區(qū)，尤其是在韓國與SKEcoplant的合作中，BloomEnergy的氫氣燃料電池項目預計將在2025年上線。此外，公司已經(jīng)宣布與AEP達成千兆瓦燃料電池采購協(xié)議，為AI數(shù)據(jù)中心提供動力。
3、中期方案：SMR核電脫穎而出
3.1為什么是核電：更適配AI
3.1.1AIDC的特征：分布式與高密度
AIDC算力中心與傳統(tǒng)IDC數(shù)據(jù)中心相比較，有兩大最顯著的區(qū)別，也是AIDC的重要特征。
【AIDC特征一：分布式部署】
AI的應用場景和任務要求等決定了AIDC需要采用分布式部署方式。AIDC與傳統(tǒng)的IDC在計算需求、應用場景、資源消耗等方面有顯著差異，AIDC的任務通常是計算密集型的，尤其是AI領域的大規(guī)模深度學習、機器學習、數(shù)據(jù)分析等任務，單個計算節(jié)點無法承載所有的任務，因此，AIDC需要將計算任務拆分成多個小任務，通過分布式計算框架將任務分發(fā)到多個節(jié)點并行計算，這就需要多個地理位置的數(shù)據(jù)中心或計算節(jié)點協(xié)同工作。
【AIDC特征二：24小時高密度計算】
AI計算任務的持續(xù)性與高負載決定了AIDC必須24小時高負荷運轉(zhuǎn)，對電力資源和冷卻支持的要求更高。AI模型訓練往往是一個長周期的過程，需要持續(xù)的計算力支持，因此AIDC通常會進行長時間持續(xù)的計算任務；傳統(tǒng)IDC的負載一般會根據(jù)業(yè)務需求有所波動，且很多應用不需要如此長期、不間斷的計算支持。因此AIDC的高功耗計算硬件需要全天候的強電力供應和冷卻支持。
3.1.2核電SMR落地速度最快
SMR是什么——模塊化、更小、更便于部署的核反應堆。SMR（SmallModularReactor，小型模塊化反應堆）是核能技術的一種新型發(fā)展，SMR是核電站的一種類型，但與傳統(tǒng)的核電站有明顯的不同。SMR是一種小型、模塊化的核反應堆，其設計目的是提供較小規(guī)模的電力輸出，并且在建造時采用模塊化組件，便于工廠化生產(chǎn)和運輸，通常SMR的輸出功率相比傳統(tǒng)的大型核反應堆更小。在AIDC出現(xiàn)之前SMR常應用于遠離電網(wǎng)的偏遠地區(qū)、小島嶼、軍事基地，或者作為工業(yè)用電的補充來源。
相較于傳統(tǒng)核電站，SMR具備規(guī)模小、建設時間短、（建設和維護）成本更低、安全性更高、更清潔綠色、壽命更長等特點：
模塊輸出功率。篠MR的輸出功率比傳統(tǒng)核電站小，通常在幾十到幾百兆瓦之間，而傳統(tǒng)核電站的規(guī)模通常為1000兆瓦以上，比如NuScale的SMR模塊單個能提供77MW的電力，最高拼裝12個模塊后能提供924MW的電力；
建設時間較短：因為SMR采用模塊化設計，允許工廠化預制和快速組裝，比如NuScale的SMR核電站只需要36個月（3年），而傳統(tǒng)核電站的建設周期通常較長，可能需要五到十年以上。
占地面積。簜鹘y(tǒng)核電站占地面積較大，通常大于1平方英里（約等于2.6平方公里），而模塊化的SMR占地面積通常更小，NuScale預測的SMR核電站占地面積0.06平方英里，接近一個小型公園的面積。
成本更低：傳統(tǒng)核電站的建設成本通常較高，且受規(guī)模效應影響，但SMR的建設成本相對較低，部分原因是采用標準化、模塊化設計，使得各個模塊能夠批量生產(chǎn)，降低單個反應堆的建設和維護成本。
安全性更高：SMR設計往往具備更高的被動安全特性和抗災能力，能夠在出現(xiàn)故障時自動停堆，不需要人為干預，而且SMR反應堆體積更小，因此具備更高的安全性和可靠性。
更清潔：SMR采用先進的反應堆設計，可以更高效地使用燃料，并且減少核廢料的產(chǎn)生，更符合清潔能源的要求；
壽命更長：SMR的設計使用壽命長達幾十年而無需換燃料，壽命遠超傳統(tǒng)發(fā)電模式，比如Nuscale的SMR設計壽命長達60年。
SMR的構(gòu)成——通常包括多個模塊，采用標準化的組件，可以快速組裝和部署。（1）反應堆核心：包含核燃料、發(fā)生核裂變、產(chǎn)生大量熱能；（2）冷卻系統(tǒng)：通過循環(huán)冷卻劑將熱量從反應堆核心帶走，冷卻劑可以是液態(tài)金屬（如鈉）、氣體（如二氧化碳或氦氣）、或者水，一些SMR設計采用自然對流或被動安全系統(tǒng)，不依賴外部動力來保持冷卻，增強了系統(tǒng)的安全性；（3）蒸汽發(fā)生器：將熱交換后的冷卻劑傳遞給水，從而產(chǎn)生蒸汽，蒸汽導入渦輪機，驅(qū)動發(fā)電；（4）渦輪機和發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)換為電能；（5）控制系統(tǒng)：SMR采用數(shù)字化控制系統(tǒng)，部分還引入AI技術；（6）安全系統(tǒng)：采用被動安全系統(tǒng)，即在無外部電源或操作員干預的情況下，系統(tǒng)能夠自動冷卻反應堆，常見的設計包括自然對流冷卻、蓄熱裝置等，這些設計能在出現(xiàn)緊急情況時，通過物理原理（如熱對流或重力）維持反應堆的安全；（7）核廢料處理系統(tǒng)：存儲或處理核廢料和放射性物質(zhì)。
目前小型模塊化反應堆SMR主要有幾種不同的技術路線，最主流的是輕水反應堆（LWR-SMR），因為技術基礎成熟，容易獲得監(jiān)管批準。截至2021年，全球各國提出70多種不同的SMR核電方案，包括壓水堆方案、氦氣冷堆方案（HTGR）、高溫氣冷實踐堆方案、鈉冷快中子堆方案（SFR），這些方案中約有一半是輕水堆反應，是從第二代核電技術演變而來，技術承接性較高，能快速商業(yè)化。但是由于2011年福島核電站問題，關于核電的科技樹選擇變得更為復雜，對輕水堆的安全擔憂更加突出，更安全的非輕水堆方案受到青睞，高溫氣冷堆方案也逐步流行：
輕水反應堆（LWR-SMR）：基于成熟的輕水冷卻技術，如NuScale的設計，最主流且靠近商業(yè)化；
高溫氣冷反應堆（HTGR）：使用惰性氣體（如氦氣）冷卻，適用于高溫工藝熱需求，如國內(nèi)的華能高溫氣冷堆；
液態(tài)金屬冷卻反應堆（如鈉冷堆）：如TerraPower開發(fā)的Natrium反應堆，具有高效散熱能力；
熔鹽反應堆（MSR）：使用高溫熔巖作為冷卻快中子反應堆（FNR）：利用快中子高效率裂變?nèi)剂希缍砹_斯BREST堆型。
3.3SMR核電現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)鏈
3.3.1云巨頭大力部署核電
電力緊缺，各家云巨頭紛紛布局SMR核電，一方面是數(shù)據(jù)中心對電力需求巨大，SMR提供長期穩(wěn)定的清潔能源，可以減少對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，另一方面，長期來看SMR可以降低電價波動風險，并優(yōu)化長期運營成本，并且?guī)椭緦崿F(xiàn)碳中和承諾：
亞馬遜：早在今年3月已開始尋找核電支持方案，以6.5億美元收購了位于賓夕法尼亞州SusquehannaSteamElectricStation核電站旁的TalenEnergy數(shù)據(jù)中心園區(qū)；并于今年10月公布了三項重大核電投資協(xié)議，分別與EnergyNorthwest、DominionEnergy合作在華盛頓、弗吉尼亞建設960MW、300MW的SMR；領投了核能初創(chuàng)公司X-energy獲得的500億美元C-1輪融資；
微軟：對于核電的支持力度同樣不小，比爾蓋茨在今年6月表示將通過其創(chuàng)辦的初創(chuàng)公司TerraPowerLLC繼續(xù)對美國懷俄明州“下一代”核電站投資數(shù)十億美元，預計首座商業(yè)反應堆將于2030年完工；在9月與星座能源達成策略協(xié)議，旨在重啟ThreeMileIsland（三里島）核電站，約為微軟的數(shù)據(jù)中心提供835兆瓦的電力。
谷歌：10月表示已同意購買一家名為KairosPower的初創(chuàng)公司正在開發(fā)的小型模塊化反應堆的核能，開發(fā)超過500MW的電力，并預計第一座反應堆將于2030年投入運行；
甲骨文：創(chuàng)始人拉里·埃里森9月稱甲骨文計劃建設一個由三個SMR支持的1GW數(shù)據(jù)中心園區(qū)；
Meta：正積極向核電開發(fā)商征求提案，旨在通過增加核能發(fā)電能力來推動其人工智能技術的發(fā)展并實現(xiàn)環(huán)境目標，計劃在2030年代初增添1至4千兆瓦的美國核能發(fā)電能力。
AI數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的龐大電力缺口以及CSP面臨的迫切電力要求使得SMR核電產(chǎn)業(yè)趨勢越發(fā)明顯，預計后續(xù)將會有更多SMR布局公布。
鈾加工：鈾濃縮技術對安全性、成本和技術要求非常高，因此主要由幾家跨國公司主導。天然鈾主要由鈾-235和鈾-238組成，當中子與鈾-235碰撞時，會通過裂變反應釋放出巨大的能量，而鈾-238的裂變性比鈾-235小，天然鈾中僅含有約0.7％的鈾-235，因此需要同位素分離（鈾濃縮）將其含量提高到3％至5％，以用作輕水反應堆的燃料。濃縮方法包括氣體擴散法、激光濃縮法和離心法。
*離心法原理：將氣態(tài)鈾化合物六氟化鈾送入離心機快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中，分離出U-235和U-238，較重的同位素U-238被向外推，而較輕的同位素U-235則聚集在轉(zhuǎn)子中心。U-235濃度較高的氣體被抽出并送入另一臺離心機，重復此過程數(shù)次可產(chǎn)生U-235含量更高的鈾。
主要鈾濃縮公司：CentrusEnergy（NYSE:LEU，美國，主導全球市場）、Orano（法國，同時布局開采與加工）、Rosatom（俄羅斯）、Urenco（歐洲）。
（2）核燃料組件制造
SMR反應堆使用的燃料包括鈾燃料棒、燃料元件和控制棒等，組件必須符合特定的標準以確保反應堆的安全和高效運行。
參與者：如Westinghouse、Orano等，提供核燃料組件和技術支持。
（3）反應堆組件制造
反應堆組件是SMR的重要組成部分，包括反應堆壓力容器、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、堆芯和其他相關設施，這些組件需要高度的耐輻射性、抗高溫性能以及可靠性。由于SMR的模塊化設計，反應堆組件通常在工廠進行大規(guī)模制造，再運輸?shù)浆F(xiàn)場進行快速組裝，減少了現(xiàn)場建設時間。
參與者：如NuScalePower、Rolls-Royce等。
【中游：設計、研發(fā)與建造】
（1）SMR設計與研發(fā)
設計與研發(fā)：設計公司負責SMR反應堆的技術開發(fā)、設計標準化工作，SMR的研發(fā)通常包括核反應堆的結(jié)構(gòu)設計、冷卻系統(tǒng)設計、控制系統(tǒng)的集成等，設計研發(fā)公司與政府部門、監(jiān)管機構(gòu)緊密合作，確保設計符合核安全標準。
參與者：SMR設計與研發(fā)公司如NuScalePower、OKLO、TerraPower、Rolls-Royce等；政府機構(gòu)如美國能源部（DOE），提供資金支持并對SMR的設計進行監(jiān)管與驗證。
（2）反應堆建造與安裝
SMR的模塊化設計允許大部分組件在工廠預制，然后運輸?shù)浆F(xiàn)場進行快速安裝。建造階段相較于傳統(tǒng)核電站更為簡便，因為SMR的規(guī)模較小、模塊化程度高，可以在不需要大規(guī)模建設的情況下投入運行，比如建造公司負責將SMR反應堆的各個模塊組裝成一個完整的核電站，完成現(xiàn)場安裝，工廠預制的組件將大大縮短現(xiàn)場建設周期。
參與者：建設公司如Bechtel、Fluor等，負責SMR電站的建設與組裝。
【下游：運營、銷售與廢料處理】
（1）SMR核電站運營
運營商負責電站的長期管理、維護、監(jiān)控反應堆運行，并確保反應堆處于安全狀態(tài)。SMR核電站其運營管理的復雜度較傳統(tǒng)核電站更低，此外運營商還負責SMR系統(tǒng)的定期維護，包括燃料更換、設備檢查和技術升級等。
參與者：如美國電力公司（AEP）、英國電力公司（EDF）、SouthernCompany、ExelonCorporation、DukeEnergy(NYSE:DUK) 、EntergyCorporation(NYSE:ETR) 、PSEG(PublicServiceEnterpriseGroup,NYSE:PEG)、DominionEnergy等，部分運營商可能會購買SMR電站并進行運營；管理與監(jiān)控公司會提供智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與系統(tǒng)優(yōu)化的服務。
（2）電力銷售與電網(wǎng)連接
SMR電站生產(chǎn)的電力通過電力購買協(xié)議（PPA）出售給電網(wǎng)公司或工業(yè)用戶。SMR適用于小型電網(wǎng)，尤其適合遠程地區(qū)、偏遠城市或工業(yè)項目等特定市場。
*電力購買協(xié)議（PPA）：運營商與電力購買方（如電網(wǎng)公司、大型工業(yè)用戶、政府等）簽訂長期合同，確保穩(wěn)定的現(xiàn)金流和盈利模式。
參與者：電力購買方如地方電網(wǎng)公司、大型工業(yè)企業(yè)、政府機構(gòu)等。
（3）廢料及核電退役處理
SMR反應堆在生命周期結(jié)束后需要廢料管理，核廢料的長期存儲和處理是核電行業(yè)的重要環(huán)節(jié)，廢料管理公司負責廢料的安全處理、運輸與存儲，確保符合核安全標準。
參與者：廢料處理公司如WasteControlSpecialists，專門從事核廢料的處置。
4、遠期展望：可控核聚變
核聚變是通過兩個輕原子核結(jié)合形成一個較重原子核，并釋放大量能量的過程？煽睾司圩兎磻尫诺哪芰勘热紵禾俊⑹突蛱烊粴飧叱黾s400萬倍，比核裂變多4倍，如果核聚變過程可以實現(xiàn)工業(yè)化復制，則能夠提供無限的清潔且價格低廉的能源。目前已有50多個國家正在開展核聚變研究，但由于核聚變發(fā)生條件嚴格，實現(xiàn)可控核聚變?nèi)孕枰虏牧虾托录夹g上的突破。而實現(xiàn)可控核聚變具體需要多長時間將取決于行業(yè)的技術開發(fā)進度，同時需要開發(fā)必要的基礎設施并制定該項技術的管理要求和標準。根據(jù)space報道，英國TokamakEnergy公司首次在新型反應堆中將氫等離子體加熱到2700萬華氏度，溫度高于太陽核心。該公司表示利用核聚變生產(chǎn)商業(yè)電力可能于2030年實現(xiàn)。
競爭優(yōu)勢：公司擁有自己的核電工廠——VOYGRPlantModels。VOYGRPlantModels是NuScale為其小型模塊化反應堆SMR設計的標準化核電廠，電力輸出靈活且運營效率更高，可以滿足不同規(guī)模的電力需求，是首個也是唯一一個獲得美國核管理委員會(NRC)設計批準的小型模塊化反應堆。
VOYGRPlantModels不同參數(shù)模塊：
VOYGR-4：由4個NuScaleSMR模塊組成，提供約308兆瓦電力輸出，適合為中小型社區(qū)和工業(yè)應用提供電力；
VOYGR-6：包含6個模塊，提供約462兆瓦電力，適合中型電力需求的應用，例如小城市或較大工業(yè)設施；
VOYGR-12：由12個模塊組成，總計約924兆瓦電力輸出，這是NuScale最大容量的VOYGR布局，適合用于滿足大規(guī)模電力需求的城市和工業(yè)應用，甚至可以作為國家級電網(wǎng)的基荷電力，即使發(fā)生災難性損失，VOYGR-12可以在不使用新燃料的情況下，以154MW的功率供電12年。
項目進展：已經(jīng)與全球多個國家的客戶合作SMR核電項目。目前為止，公司已經(jīng)與RoPowerNuclearS.A.（羅馬尼亞）、KGHMPolskaMiedS.A.（波蘭）、Kozloduy發(fā)電廠（保加利亞）、StandardPower（俄亥俄州和賓州）、ProdigyMarine發(fā)電站（加拿大）、IndonesiaPower（印度尼西亞）、GSEnergy（韓國）有項目合作。
“軟實力”：注重科研、培養(yǎng)人才，在全球多個大學開設E2核能探索中心實驗室。此外，公司還設置了E2中心（能源探索中心），通過模擬的真實核電站運行場景，為用戶提供應用核科學和工程原理的實踐機會，E2在全球多個大學和多個區(qū)域設有中心點，如得克薩斯州大學城、布加勒斯特理工大學（羅馬尼亞）、韓國首爾國立大學、俄勒岡州立大學等。
財務分析：公司財務情況目前處于波動階段，現(xiàn)金流充盈且無債務，降本增效成果優(yōu)異。公司最新發(fā)布的三季報顯示，2024三季度：
營收：公司營業(yè)收入為50萬美元，去年同期公司營收700萬美元，營收減少主要是與CFPP合約終止導致（2023年11月8日，UAMPS和NuScale宣布雙方同意終止無碳電力項目CFPP）；
凈利潤：公司凈虧損4550萬美元（其中720萬美元是已發(fā)行認股權證公允價值相關的非現(xiàn)金費用），去年同期公司凈虧損5830萬美元，凈虧損進一步縮窄；
費用：運營費用為4120萬美元，而去年同期為9390萬美元，運營費用同比減少5270萬美元，公司進一步提高降本增效能力；
現(xiàn)金：截至24年三季報，現(xiàn)金、現(xiàn)金等價物和短期投資為1.6億美元（其中510萬美元受限制），并且沒有債務。
核心產(chǎn)品（燃料側(cè)）：子公司HALEUEnergy專注于為其反應堆以及其他SMR和微反應堆公司開發(fā)和制造高純度低濃縮鈾HALEU，并被選為美國能源部的新高純度低濃縮鈾聯(lián)盟（HALEU聯(lián)盟于2022年12月7日成立）的正式創(chuàng)始成員。HALEU是經(jīng)過濃縮的鈾，其可裂變同位素U-235的濃度占燃料質(zhì)量的5%至19.9%。相較于傳統(tǒng)鈾燃料，HALEU具有較多優(yōu)點——反應堆不需要經(jīng)常補充燃料、減少廢棄物量、可以作為現(xiàn)有反應堆的下一代燃料使用、具有更高的經(jīng)濟性和安全性等。根據(jù)NNE數(shù)據(jù)，到2030年需要近600公噸的HALEU才能將新反應堆推向市場。
公司財務：公司目前正處于項目開拓階段，現(xiàn)金流較為充足，2024年二季度：
費用：運營費用為432萬美元，而去年同期為270萬美元，投入顯著擴大
凈利潤：公司凈虧損467萬美元，去年同期為270萬美元。凈利潤虧損擴大由持續(xù)投入導致
現(xiàn)金：截至24年二季度末，現(xiàn)金、現(xiàn)金等價物為1379萬美元，主要來自于2024年5月上市融資。
資方背景：
CitizensFinancialGroupInc：公民金融集團（CitizensFinancialGroupInc）通過公開市場投資持有NNE的股份。
BlackRock：全球最大的資產(chǎn)管理公司之一，BlackRock通過公開市場投資持有NNE的股份。
5.1.4LEU（CentrusEnergy，燃料加工）
公司概況：CentrusEnergy定位是核燃料和服務供應商（位于產(chǎn)業(yè)鏈中游），專注于為全球核能市場提供高純度低濃縮鈾和高效核燃料解決方案。公司總部位于美國，業(yè)務涵蓋鈾濃縮服務及其相關技術的研發(fā)，尤其在先進燃料（如HALEU）領域處于市場前沿，支持小型模塊化反應堆（SMR）和下一代核能項目的商業(yè)化。在傳統(tǒng)核能領域，Centrus設計、制造并成功運行氣體離心濃縮技術——美國離心機，并已通過美國能源部的測試，目前公司正在逐步從傳統(tǒng)核燃料業(yè)務拓展到更多先進燃料業(yè)務。
主要業(yè)務：公司主要業(yè)務有三類，1）核燃料供應：提供低濃縮鈾（LEU）和高濃縮鈾（HALEU），服務于核能和新型反應堆市場；2）先進制造：利用高精密工程技術制造復雜部件，具體產(chǎn)品包括用于核燃料循環(huán)的高效設備、超高精度機械部件以及用于核能和安全系統(tǒng)的復雜模塊等，為能源、國防和航空航天行業(yè)提供支持；3）國防：為美國政府提供核燃料技術和相關服務，保障核能基礎設施安全。
公司財務：公司營收保持增長趨勢，主要驅(qū)動力為與能源部（DOE）簽署的HALEU操作合同，但毛利隨著SWU銷售數(shù)量減少出現(xiàn)較大程度下降。公司最新發(fā)布三季報顯示，2024三季度：
營收：公司三季度實現(xiàn)營收5770萬美元，去年同期為5130萬美元，營收穩(wěn)中有升，主要是2022年公司與能源部（DOE）簽署的HALEU操作合同，正在從2023年底的第一階段過渡到第二階段帶來營收擴；
毛利：公司毛利在截至2024年和2023年9月30日的三個月內(nèi)分別為890萬美元和1130萬美元，2024年9月30日的三個月的減少主要歸因于LEU部門毛利的減少，這主要由于出售的SWU數(shù)量減少導致SWU單位成本上漲；
費用：運營費用為1650萬美元，而去年同期為1420萬美元，運營費用同比增加230萬美元，主要在于銷售、管理費用增加；
凈利潤：公司凈虧損500萬美元，去年同期為凈收入820萬美元，主要由于毛利下降導致。
資方背景：
美國能源部(DOE)：CentrusEnergy獲得了美國能源部的大力支持，特別是在高濃縮低濃鈾(HALEU)生產(chǎn)方面，以促進先進核燃料的研發(fā)和部署。
BlackRock：全球最大的資產(chǎn)管理公司之一，BlackRock通過公開市場投資持有Centrus的股份。
TerraPower：由比爾·蓋茨創(chuàng)立的核能公司，與Centrus合作開發(fā)適用于小型模塊化反應堆(SMR)的先進核燃料。
X-Energy：美國核能公司，與Centrus合作開發(fā)高溫氣冷堆的燃料技術。
5.1.5UUUU（EnergyFuels，原料開采）
公司概況：EnergyFuels是一家總部位于美國的礦業(yè)和能源公司（位于產(chǎn)業(yè)鏈上游，直接儲備燃料資源），2006年正式成立，2013年在紐交所上市，專注于生產(chǎn)天然鈾和釷，是核能和先進燃料（如HALEU）技術的重要原料，還涉足稀土元素（REE）的分離和提煉。公司在美國擁有多個生產(chǎn)設施，是北美核燃料供應鏈的重要參與者。
主要業(yè)務：公司主要業(yè)務包括天然鈾和釷的開采與加工，為核能行業(yè)提供關鍵燃料，同時通過旗下設施提煉稀土氧化物，用于風力發(fā)電、電子設備等清潔能源和高科技應用。公司的商業(yè)模式圍繞礦產(chǎn)資源的提取、加工和銷售展開，并與能源和技術領域的客戶建立長期供應關系。
綜上，能源賽道的邏輯，與我們在去年推薦液冷行業(yè)時的邏輯類似：在行業(yè)爆發(fā)的早期，市場估值并不低，但投資的是長期成長性，而非短期便宜價位。能源是科技競爭的下一場戰(zhàn)役，正如液冷從可選到必選的過程一樣，AI上游基礎設施賽道也正在從傳統(tǒng)行業(yè)走向核心科技配套，搶占布局先機，是未來勝出的關鍵。
6.1SMR核電美股
SMR核電單一方案即可滿足供電需求，因此我們梳理了產(chǎn)業(yè)鏈上中下游參與者：
6.2天然氣+多能源美股
除了SMR核電，還有多種方法來應對能源挑戰(zhàn)，包括天然氣發(fā)電、可再生能源（如太陽能、風能）、儲能系統(tǒng)，以及利用燃料電池等創(chuàng)新技術，通常采用天然氣+其他能源的復合方案，因此我們梳理了各個環(huán)節(jié)主要參與者：
天然氣發(fā)電：NextEraEnergy(NYSE:NEE)、DominionEnergy(NYSE:D)、CheniereEnergy(NYSEAMERICAN:LNG)等。
可再生能源（太陽能和風能）：FirstSolar(NASDAQ:FSLR)、EnphaseEnergy(NASDAQ:ENPH)、BrookfieldRenewablePartners(NYSE:BEP)等。
儲能技術（平衡可再生能源的間歇性）：Tesla(NASDAQ:TSLA)、FluenceEnergy(NASDAQ:FLNC)等。
燃料電池和分布式發(fā)電（燃料電池以天然氣或氫氣為燃料）：BloomEnergyCorporation(NYSE:BE)、PlugPower(NASDAQ:PLUG)等。
核心能源效率技術（數(shù)據(jù)中心冷卻）：Vertiv(NYSE:VRT)、SchneiderElectric等。
7、風險提示
1.技術與監(jiān)管風險。
SMR技術尚處于研發(fā)和早期部署階段，許多設計尚未獲得全面的監(jiān)管批準，開發(fā)周期長且存在技術不確定性，例如安全性測試、材料性能驗證等，任何技術上的失敗或監(jiān)管延誤都可能顯著增加成本，并影響商業(yè)化進程。
2.高資本需求與融資壓力。
SMR的開發(fā)和部署需要巨額資本投入，包括設計、建設和審批成本，許多初創(chuàng)企業(yè)依賴外部融資維持運營，一旦資金鏈斷裂，可能導致項目中止。此外，投資回報周期較長，需數(shù)十年才能收回初始投入。
3.市場需求與競爭風險。
市場接受度和需求可能受到能源政策、公眾態(tài)度和技術
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