AIに電力を供給する小型モジュール型原子炉（SMR）：100億ドルの原子力革命がデータセンターを変える
小型モジュール式原子炉（SMR）は、AIインフラの基幹となる準備が整いつつある。テック企業が原子力パートナーシップに100億ドル以上を拠出し、世界全体で22ギガワットのプロジェクトが開発されている。SMRを動力源とする最初の商業用データセンターは2030年までに稼働し、デジタル経済への電力供給方法における極めて重要な転換を示すだろう。この原子力技術と人工知能の融合は、重要な課題に対処するものである：AIデータセンターは、2030年までに年間945テラワット時（日本の全電力消費量に匹敵）を消費する一方、原子力だけが確実に供給できる24時間365日カーボンフリーの電力を必要とする。
従来の原子力発電と異なるSMRの仕組み
SMRは、工場での製造と モジュール設計により、原子力を根本的に再構築する。従来の原子炉が5～10年かけて現地で特注製造されるのとは異なり、SMRの構成部品は管理された工場環境で製造され、組み立てのために標準化されたモジュールとして出荷されるため、建設期間はわずか24～36ヵ月に短縮される。これらの原子炉は、従来の原子力発電所が1,000メガワット以上であるのに対し、モジュールあたり5～300メガワットを生産し、特定の電力ニーズに合わせた柔軟な配備を可能にする。
革新の核心は、ポンプやバルブ、オペレーターの介入ではなく、重力や対流といった自然の物理的プロセスに依存するパッシブ・セーフティ・システムにある。例えば、ニュースケールの原子炉は停止する際、外部電源や人為的な操作なしに7日間自力で冷却することができる。X-エナジーのXe-100のような先進的な原子炉では、1,600℃を超える温度でも物理的に溶融しないTRISO燃料を使用している。
現在のSMR設計は、実績のある加圧水型原子炉から先進的な溶融塩や高温ガスシステムまで、6つの技術ファミリーにまたがっている。ニュースケールの77メガワット・モジュールは、4基、6基、12基の構成で組み合わせることができ、308メガワットから924メガワットまでのプラントを作ることができる。一方、TerraPower社のNatriumリアクターは、345MWのナトリウム冷却リアクターと溶融塩エネルギー貯蔵を組み合わせたもので、ピーク需要時に出力を500MWまで急増させることができる。
コスト比較は、課題と機会の両方を明らかにする。現在のSMRの初号機プロジェクトは、1キロワット当たり3,000～6,000ドルの資本コストに直面しているが、メーカー各社は、連続生産により、資本コストは従来の原子力の1キロワット当たり7,675～12,500ドルを下回ると予測している。SMRから得られる電力の平準化コストは現在、メガワット時当たり89～102ドルで、風力発電や太陽光発電の26～50ドル／MWhよりは高いが、95％を超える発電容量係数を考慮すると、信頼性の高いベースロードの代替エネルギーに匹敵する。
AIのインフラ危機が原子力発電の導入を後押ししている。
最新のGPUデータセンターは貪欲なエネルギー消費者となっており、電力需要はかつてない速度でエスカレートしている。エヌビディアの最新のBlackwell B200 GPUは、それぞれ最大1,200ワットを消費し、将来のAIアクセラレーターラックは240キロワットに達する。大規模なAIトレーニング・クラスターは1つで500メガワットの継続的な電力を必要とし、これは中規模の都市にほぼ匹敵する。
H100GPUが導入されるだけで、2024年には13.8テラワット時が消費され、これはグルジアやコスタリカのような国の全電力消費量に匹敵する。米国のデータセンターの電力需要は、2030年までに総消費量の4％から9～12％に急増し、世界の需要は160％成長して年間945TWhに達する。この成長軌道は、従来のグリッド・インフラでは需要を満たすのに十分な速さで拡張できないため、ハイテク企業を専用電源の確保に駆り立てている。
SMRは、このような施設に電力を供給する上でユニークな利点を提供する。モジュール式のスケーラビリティにより、データセンターの成長に的確に対応することができる。24時間365日のベースロード発電により、自然エネルギーが抱える断続性の問題が解消され、停電を許容できないAIのワークロードにとって極めて重要です。おそらく最も重要なことは、SMRは送電網の独立を可能にし、データセンターが地域社会と電力を奪い合ったり、送電のアップグレードに何年も待ったりすることなく運営できるようにすることだ。
SMRとデータセンターの技術的統合は、驚くべき結束力を生み出す。データセンターは、GPUからの熱を管理するために、すでに高度な冷却システムを必要としており、100kWを超えるラック密度に対応するために、液冷市場は毎年20.3％の成長を遂げている。SMRは、電気と吸収式冷凍機用のプロセス熱の両方を供給でき、35～45℃のデータセンター廃熱は地域暖房用途に理想的である。この熱電併給のアプローチは、システム全体の効率を80％以上に高め、廃棄物の流れを貴重な資源に変えることができる。
ハイテク企業の核軍拡競争。
原子力を確保するための競争は、前例のないパートナーシップと投資の波を引き起こした。アマゾン・ウェブ・サービスは、最も野心的なプログラムでリードしており、X-エナジーへの5億ドルの投資とワシントン州とバージニア州にまたがるパートナーシップを通じて、2039年までに5ギガワットのSMR容量を導入することを約束している。彼らのエネルギー・ノースウエスト協定では、まず320MWを生産する4基のXe-100原子炉を配備し、12のモジュールで960MWまで拡張する可能性がある。
グーグルは2024年10月、6～7基の溶融塩炉に500メガワットを導入するため、カイロス・パワー社と提携し、世界初の企業向けSMR購入契約を結び、歴史に名を刻んだ。最初の1基は2030年までに稼働し、2035年までにフル稼働する予定だ。この契約は、SMRメーカーが工場への投資を正当化し、規模の経済を達成するために必要な、重要な「注文書」需要シグナルを提供する。
マイクロソフト社は、2028年までに837メガワットのカーボンフリー電力を確保するため、スリーマイル島1号機を再稼働させる20年契約をコンステレーション・エナジー社と結んだ。同社は同時に社内に原子力チームを結成し、ウルトラセーフニュークリア社とテネシーバレーオーソリティ社から原子力技術担当役員を採用し、グローバルなデータセンター群に対する包括的なSMR戦略を策定した。
現在の建設は、業界にとって画期的な出来事である。テラパワー社は2024年6月、ワイオミング州ケンメラーでナトリュウム原子炉に着工した。エネルギー省とビル・ゲイツの支援を受けたこの40億ドルのプロジェクトは、2030年までに345MWのクリーン電力を供給し、引退する石炭発電所を置き換える予定である。この施設の統合型溶融塩貯蔵システムは、出力を5時間500MWまで高めることを可能にし、AIの作業負荷変動に理想的に適合する。
国境を越えてグローバル展開が加速
発表されたプロジェクトでは米国がリードしているが、国際市場では独自のSMR能力が急速に開発されている。中国のLinglong Oneは、2023年に海南省で210MWを生産する世界初の商業用陸上型SMRとなった。同国は国内展開のために推定250億～350億ドルを割り当て、輸出市場でも大きなシェアを獲得できるよう位置づけている。
カナダは、オンタリオ発電所が2025年4月にダーリントン・サイトでGE日立BWRX-300の建設承認を取得したことで、もう一つの早期リーダーとして浮上した。この77億カナダドルのプロジェクトは、2029年までの運転開始を目標としており、132億カナダドルで3基の増設が計画されている。実績のある沸騰水型原子炉技術は、従来の原子力発電所よりも60％の資本コストを約束する。
欧州連合（EU）は2024年10月、鉛冷却高速炉から溶融塩システムまで幅広い技術を対象とする9つのSMRプロジェクトを産業同盟に選定した。ポーランドだけでも、石炭火力発電所に代わる複数のSMR配備に取り組んでおり、ORLEN Synthos Green Energy社が11カ国にまたがる17社のコンソーシアムを率いている。ルーマニアは2029年までにニュースケールの6モジュールVOYGRプラントを導入する計画で、ヨーロッパで初めてSMRを運転する国となる。
英国は、ロールス・ロイス社の4億7000万ワットのSMR設計に大きな賭けをし、民間投資と同額の2億8000万ポンドの政府資金を提供した。この技術は2025年に規制評価の最終段階まで進み、4カ所の配備先が特定され、2030年代半ばの系統接続を目指している。建設パートナーのレイング・オロークとBAMは、重要なインフラに関する専門知識を提供し、配備を加速させる。
技術ロードマップは劇的な進歩を約束している。
今後10年間は、原子力技術の展開において根本的な変革が起こる。NuScaleの77MWモジュールやGE日立のBWRX-300のような第一世代SMRは、実績のある軽水炉技術に依拠しており、既存の燃料インフラと規制枠組みで2030年までの導入が可能である。これらの設計は、現在の原子力サプライチェーンとの互換性を維持しながら、パッシブシステムによる安全性の向上を実現している。
2030年代初頭に登場する第四世代原子炉は、新たな能力を解き放つだろう。溶融塩炉は、燃料を液体塩に溶かし込んで大気圧で運転するため、燃料補給なしで最長150ヶ月の連続運転が可能である。X-energy社のXe-100のような高温ガス炉は750℃に達し、水素製造や工業プロセス熱への応用を可能にする。テラパワー社のナトリウム冷却ナトリュウム設計は、熱貯蔵を統合し、原子力発電所を再生可能な送電網を補完する発送可能な資源に変える。
マイクロリアクターは原子力技術革新の最前線であり、オクロ社、ウェスチングハウス社などの設計により、工場で密閉されたユニットで1～30メガワットを供給する。これらの原子炉は燃料補給なしで数十年間運転できるため、遠隔地への配備やエッジコンピューティング施設の分散型電源として利用できる。オクロのオーロラ発電所は、2044年まで12ギガワットの配備契約を確保しており、簡素化された原子力ソリューションに対する市場の大きな意欲を示している。
コスト予測は、競争力への明確な道筋を示している。ウッド・マッケンジーは、メーカーが発電容量を2倍にするごとに5～10％の学習率を達成するにつれて、SMRのコストは2030年までに1メガワット時あたり120ドルまで低下すると予測している。5～7基または10～20GWの設備容量を達成すると、この技術は学習曲線のプラトーに達し、さらなるコスト削減が緩やかになる。これらの目標を達成するためには、戦略的な工場投資とサプライチェーン開発が不可欠となる。
規制改革は配備スケジュールを早める。
SMRの導入を可能にするため、規制の状況は劇的に変化している。バイデン大統領の大統領令14300号は、新しい原子炉の申請に対して、従来の5～7年の審査期間と比較して、最長18ヶ月の審査期間を義務付けている。原子力規制委員会は、規定的な要件よりも性能に基づく基準を重視する、先進的な原子炉に合わせたまったく新しい許認可の枠組みであるパート53を開発している。
IAEAの原子力調和・標準化イニシアチブを通じた国際的な調和の努力は、標準化された設計の世界的な展開を可能にすることを約束している。SMR規制当局フォーラムには、米国、カナダ、英国、その他の国々の当局が集まり、安全評価に対する共通のアプローチを開発している。このような協調的な取り組みにより、実証済みの設計を複数の国に展開する時間とコストを削減できる可能性がある。
2024年アドバンス法では、SMR申請のための50％の手数料引き下げや、エネルギー省サイトでの実証炉のための新たな道筋など、重要な改革が導入された。製造ライセンスは、認証されたモジュールの工場生産を可能にする一方、新規制の枠組みは、標準設計のマルチサイト展開に対応する。早期の立地許可と設計認証が並行して進められるようになり、プロジェクトのスケジュールが数年短縮される。
前進する道は、将来性と課題のバランスを保っている。
SMR革命は、力強い勢いにもかかわらず、大きな逆風に直面している。資本コストは依然として高く、1キロワット当たり3,000～6,000ドル（1号機プロジェクト）となっており、忍耐強い資本と政府の支援が必要である。多くの先進的設計で必要とされる高純度低濃縮ウラン（HALEU）燃料は、現在ロシアの供給に依存しているが、国内生産施設は開発中である。地域社会は、クリーンエネルギーの利点と、歴史的事故によって形成された原子力の安全性への懸念を天秤にかけており、一般市民の受け入れ態勢は依然として複雑である。
材料の適格性評価から廃棄物管理まで、技術的な課題は山積している。SMRの設計によっては、総放射能は低いものの、従来の原子炉の2～30倍の放射性廃棄物が発生する可能性がある。サプライチェーン開発には、数十年間休眠状態にあった原子力製造能力を再構築する必要がある。SMRの建設と運転に必要な専門技術を提供するため、労働力の訓練を加速させなければならない。
SMRをAIデータセンターに統合するためのインフラの複雑さには、専門的な知識が必要です。企業は、1ラックあたり数百キロワットを消費する高密度のGPU導入から、極端な熱負荷を管理する高度な液体冷却システムまで、すべてをナビゲートする必要があります。イントロールのようなインフラのスペシャリストは、全世界で10万台以上のGPUを導入し、複雑なデータセンターの移行を管理した経験を持ち、AIインフラを拡張する際のユニークな課題を理解しています。彼らの専門知識は APAC市場は、原子力発電とAIコンピューティング・インフラの融合をサポートし、これらの技術が世界的に拡大する中で、その地位を確立しています。
しかし、SMR採用を推進する諸力の収束は止められないようだ。ハイテク企業の飽くなき電力需要、2030～2040年までのネット・ゼロの約束、送電網インフラの限界は、原子力ソリューションに有利なパーフェクト・ストームを生み出している。米国だけで55億ドルを超える政府支援と、それに匹敵する数十億ドルの民間投資が、初期導入のハードルを乗り越えるために必要な資本を提供している。最も重要なことは、電力制限のためにAI開発を抑制するという選択肢は、技術的リーダーシップを競う企業や国家にとって考えられないということである。
結論
小型モジュール炉は、AI革命の動力源と脱炭素化の達成という、現代を定義する2つの課題の交差点に立っている。この技術は、最初のユニットが着工し、ハイテク大手が将来の容量を確保するために数十億ドルを拠出することで、コンセプトから建設へと進展している。2030年までに、SMRはワイオミング州からワシントン州までのデータセンターに電力を供給し始め、工場建設型原子力発電が安全性の強化、配備の加速化、競争力のあるコストの約束を実現できるかどうかを証明することになるだろう。
SMRが21世紀のエネルギーインフラの礎石になるか、それとも過渡期の技術にとどまるかは、今後5年間で決まる。成功には、継続的な規制改革、製造規模の達成、燃料供給制約の解消、そしておそらく最も重要な第一世代プロジェクトの完璧な実行が必要だ。SMRの配備をマスターした企業、地域社会、そして国は、計算能力が経済的・戦略的競争力をますます左右するようになるAI時代において、決定的な優位性を獲得するだろう。原子力ルネサンスは始まっている。その究極のインパクトは、今後何世代にもわたって、エネルギーの生成と消費の方法を再構築するだろう。
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