《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：SMR–renewable microgrids for 24/7 carbon-free energy matching in data centers: Techno-economic performance and sustainability indicators
编辑推荐：
•与光伏、风电和电池协同定容最多八个170兆瓦小型模块化反应堆模块，按小时级调度优化。•在24种成本与融资情形中的17种里，七模块小型模块化反应堆混合方案被选中。•将年度未满足电量限制在1千瓦时以内，在24种情形中使净现值成本最多上升4.34%。•针对不利年份重新优化后，唯一
- •
与光伏、风电和电池协同定容最多八个170兆瓦小型模块化反应堆模块，按小时级调度优化。
- •
在24种成本与融资情形中的17种里，七模块小型模块化反应堆混合方案被选中。
- •
将年度未满足电量限制在1千瓦时以内，在24种情形中使净现值成本最多上升4.34%。
- •
针对不利年份重新优化后，唯一不含反应堆模块的方案被替换为七个模块。
- •
反应堆模块数量减少会将需求转移至光伏占地面积、电池周转和过剩电力。
引言
寻求全天候无碳能源的超大规模数据中心必须决定在可再生能源和储能之外建设多少基荷容量。其快速增长影响着发电充分性和选址问题[1], [2]。年度清洁电力核算可能掩盖全天候无碳能源匹配所暴露的每小时缺口、盈余和平衡需求[3], [4]。韩国海南岛太阳能开发及国家人工智能计算计划[5], [6]，配合能源政策和无碳能源标准化举措[7], [8]以及可再生能源立法和国际标准[9], [10]，为该问题提供了千兆瓦级的背景。
已有研究确立了该决策的各项要素，但针对千兆瓦级离网负荷的要素组合却鲜有关注。小型模块化反应堆经济性研究确定了资本成本、规模经济、学习效应、分阶段部署和融资等竞争力决定因素[11], [12]。光伏、海上风电和储能电池系统成本正在演变[13], [14]，并有国际基准[15], [16]及强调不确定性的预测[17], [18]。小时级采购研究表明全天候匹配会改变清洁能源资源组合和成本，但假设了并网条件[3], [4]。小型模块化反应堆-可再生能源微电网综述呼吁联合定容反应堆、可再生能源和储能，并反映反应堆运行约束[19]。一项混合方案案例研究在96个代表性时间点比较了预定义的兆瓦级配置[20]。对于核能数据中心，仅以核能供应为前提，已针对可用率目标优化了反应堆规模和数量[21]。仍未解决的问题是：在哪些成本和融资条件下，可再生能源和储能可以替代反应堆模块（从边际模块开始），以及这种替代所需的容量、小时级充分性和基础设施如何变化。
本研究针对服务韩国超大规模负荷的专用离网微电网回答了这一问题，该负荷平均需求为1000兆瓦。最多八个170兆瓦小型模块化反应堆模块与光伏、海上风电、储能电池和逆变器在HOMER Pro模型中进行时序8760小时联合定容，涵盖24种技术成本和融资情形。排除并网进口、出口和化石燃料备用，直接暴露了核能、可再生能源和储能容量之间的替代关系。此处，全天候无碳能源指将全清洁能源组合与负荷在每小时进行匹配的目标；实现的可满足度通过未满足电量、短缺小时数、事件持续时间和短缺深度分别报告。
本研究做出四项贡献：
- •
在24种成本与融资情形中的23种里，可再生能源和储能替代了第八个模块；仅在最昂贵反应堆成本（17550美元/千瓦）或可再生能源学习曲线折现率为7%时，选中模块数才少于七个。
- •
将年度未满足电量限制在1千瓦时以内，使净现值成本最多上升4.34%，并在8种情形中改变了选中模块数量，但备用短缺依然存在。
- •
在S5基准情形下，选中模块数从六个增至八个（即全部可用槽位），范围为基准负荷的0.9至1.1倍；针对最不利天气年重新优化后，唯一的零模块方案被替换为七个模块。
- •
在包含七个、五个和零个模块的代表性方案中，模块数减少会将物理需求从核燃料吞吐量转移至光伏占地面积、储能周转和过剩电力。
各节摘要
文献综述
2023年美国数据中心用电量达到176太瓦时[2]，与人工智能相关的需求仍不确定[22], [23]，基础设施和供应影响[24], [25]以及大型新增负荷的可靠性风险[26]正在评估中。灵活计算可降低采购成本[27], [28]；本研究将需求视为外生变量，以隔离供给侧投资决策。
小时级无碳能源采购研究还探讨了先进清洁技术的采用[29]和时序匹配指标[30]。离网研究
场地、资源与系统边界
本案例代表韩国西南海岸海南岛太阳能开发区的超大规模开发项目[5], [6]。太阳辐照数据取自韩国气象厅（KMA） Mokpo ASOS 165站，距假定负荷位置约13公里[48]。环境温度采用NASA POWER T2M数据，坐标为北纬34.63°、东经126.40°；海上风电代理数据采用NASA POWER/MERRA-2 WS50M数据，坐标约为北纬35.3721°、东经126.1382°[49], [50]。这些点位提供资源时间序列数据；它们并非建议的项目选址或电缆路线。
设计年
架构体制
24种具体情形下的选择涵盖五个体制：17种选用七个模块，三种选用六个，两种选用五个，一种选用八个，一种选用零个模块（见图2(a)）。S1低情形单独选用了八个模块，不含光伏、风电、储能电池或逆变器。
在17种七模块选择中，光伏容量范围为332.8至395.6兆瓦，储能电池容量为0.842至1.043吉瓦时。其中15种不含风电；只有当反应堆替代程度更深时，更大规模的风电才会纳入。
成本分摊存在显著差异。不同模块数之间
边际模块桥梁
反复出现的七模块混合方案遵循负荷-模块比。七个模块提供1190兆瓦，接近1190.7兆瓦峰值，但停机造成了可再生能源和储能的补充角色。可推广的发现涉及边际模块处的替代，而非独立于需求、反应堆额定容量或停机时机的优选模块数。
成本惯例与融资
将非燃料运维成本计入发电量而非装机容量，改变了5种选择，并将七模块方案的出现频率从17种降至13种。几何增长10%
结论
本研究在24种技术成本和融资情形下，为韩国离网数据中心负荷联合定容了小型模块化反应堆、可再生能源和储能。17种情形中选中了七模块混合方案，可再生能源学习曲线在较高反应堆成本锚点下替代了更多反应堆容量，候选池合并改变了三种模块数量，最多降低净现值成本0.911%。未满足电量≤1千瓦时的年度筛选使净现值成本最多上升4.338%，并在8种情形中改变了模块数量，但备用短缺依然存在。
CRediT作者贡献声明
尹成文：撰写——原稿撰写，可视化，软件，方法论，形式化分析，数据整理，概念化。赵康旭：撰写——审阅与编辑，验证，调查，数据整理。朴秀珍：撰写——审阅与编辑，监督，资源，项目管理，资金获取，概念化。
写作过程中生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明
在准备本工作期间，作者使用ChatGPT和Claude以提高论文的准确性和可读性。在使用这些工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对发表内容的全部负责。
资助
本工作由韩国大韩民国韩国电力公社国际核能研究生院（KINGS）2026年度研究基金资助。资助方在研究设计、数据收集、分析、解释、论文撰写及提交发表的决策中均未发挥作用。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
尹成文 | 赵康旭 | 朴秀珍
