科技赋能传统产业：核电站工艺流程组态仿真

说到核电站，无论是上世纪80年代发生的切尔诺贝利核电站大爆炸事件，还是2011年发生的福岛核电站泄漏事件，核辐射对人类造成的伤害都还没有停止。最近又发生了震惊全球的“日本向太平洋排放123万吨核废水”事件。虽然对核电站的概念模糊不清，但核电站似乎给人一种形象，认为核电站的安全性不高，核废料会对健康有害，住在核电站附近容易受到辐射。让我们以第一可视化视角来了解它的原理。

图扑软件（Hightopo）通过三维可视化展示了大众科学核电站的工作原理，提供了目前对核电站最基本的初步了解。核工业本来就是一个沉甸甸的产业，生来就与国家命运紧密结合。我们的老一代核工业人通过他们的奉献诠释了“两弹一星”的精神和核工业的精神。目前，世界 60% 以上的核电站是压水堆核电站，主要由核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机及相关系统设备组成。因此，我们应用图扑软件（Hightopo）自主开发的强大 2D/3D 渲染引擎，通过场景和动画将压水堆核电站的发电工作原理进行可视化。

整个场景和交互式预览：单击每个部分的名称将显示相应的信息面板，最后显示的面板被隐藏，名称被高亮显示，只有没有信息面板的名称高亮效果被处理。核电站中核反应堆的作用是进行核裂变，将核能变成水的热能。

水作为冷却剂从反应堆中吸收核裂变产生的热量，成为高温高压的水，然后沿着管道进入蒸汽发生器的U型管，将热量传递到U型管外部的水，使之成为饱和蒸汽。冷却的水再次被主泵打回反应堆进行加热，循环，形成封闭的吸热和发热循环过程。这个循环回路也称为一回路，即为核蒸汽供应系统。一个电路的压力由电压调节器控制。一回路的压力由稳压器控制，由于一回路的主要设备是核反应堆，通常把一回路及其辅助系统和厂房统称为核岛（NI）。

反应堆，从上面提到的反应原理可以看出，反应堆和燃气灶的原理没有本质上的区别。其主要作用是加热水产生水蒸气，使蒸汽涡轮运动。在这里，我们应用可视化技术模拟了向核反应堆注水后加热的过程，水位的变化更形象地展示了整个动画。

主泵，其实我们可以将反应堆的冷却水与人体血液相比，主泵相当于心脏。其功能是将冷却水放入堆中，然后通过蒸汽发生器及时传递裂变反应时产生的热量。我们在这里用闪光展示其工作状态。

稳压器，电压调节器，也称为压力平衡器，是控制反应堆系统压力变化的装置。正常工作时能起到保持压力的作用。在事故发生时提供超压保护。在压力上升过程中，图中增加了波动的效果，能展示调节器内部的压力变化。

蒸汽发生器，目的是通过反应堆中冷却水的热量传递到二次回路水，制成蒸汽，然后起到通向汽轮机发电机汽缸的作用。如图所示，当上面的圆旋转时，气泡根据大小上升的速度也不同。中间传送带的移动更清楚地展示了当前的工作。底层水位上升时，水波也在移动，整体效果更加清晰贴切。

蒸汽发生器产生的水蒸气进入汽轮机膨胀，将蒸汽热量转化为汽轮机转子旋转的机械能。汽轮机转子旋转与发电机转子的两轴刚性相连，因此汽轮机直接驱动发电机发电，并将机械能转换为电能。做功结束，蒸汽(乏汽)被排入冷凝器，通过冷却制造出凝结的水，然后从凝结泵用加热器预先加热，再从水泵中将它输入进蒸汽发生器，完成蒸汽涡轮工质的封闭循环。此循环称作二回路。循环冷却水二回路系统同常规火电厂蒸汽动力回路相似，因此辅助系统和工厂统称为常规岛(CI)。

凝结水泵，中间风扇旋转标记表明，根据管道内部的移动方向，正在确定风扇的逆时针或顺时针旋转。

换料水箱，通过水位的上升和下降来表现。同样，还有辅助给水泵、地坑等。

碳酸箱，增加了水的波动效果，动画演示能更形象地展示了这种类型箱体的工作状态。同样运用手法还展示了除盐水箱、化学药品混合罐、容控器等。

低压加热器，每个加热器的位置不同，在视觉效果上更真实，科技感更强。也一起展示。

除氧器，下部水位上升时引起水的波动，上部的氧气根据形状的大小移动的速度也不同。

综上所述，核能发电包括核能-热能-机械能的能量转换全过程。其中最后两个能源转换过程与现有火电厂内的流程大致相同，但设备的技术参数略有不同。核反应堆在功能上相当于火电站的锅炉系统。但是，由于它是强放射性源，通过反应堆的冷却水具有一定的放射性，一般不能直接送到汽轮机，因此，作为压力水，核电站比普通发电站有一套动力电路。上面说了那么多，那么核电站到底是好东西还是坏东西？在传统能源之前有什么优势？

核电站的优势

可以在核能的绿色、经济、安全等方面与传统能源进行简单的对比。

(1)绿色环保：核能在能源生成过程中没有温室气体和污染物排放。在正常工作条件下，核能系统的放射性剂量只有自然辐射剂量的1/1000到1%。也就是说，坐飞机时接收到的剂量远高于站在核电站旁边。

(2)经济层次：核能的发展历史不长，但发展速度极快。目前他电价已经接近煤炭的电价。如果再考虑与雾霾管理相关的费用支出等综合问题，核能的经济利益将对整个国家非常有利。

(3)安全方面：核能是安全能源，事故发生的可能性很小。核能是世界上最安全的产业之一。在全球50年间，500多个核电站反应堆共1万2千多堆运行历史上，仅20世纪70 ~ 80年代就发生了两起堆芯融化的严重事故。现在核电站的安全性能更好，发生事故的可能性更小。

核电系统是一个非常复杂的工业系统，代表着我国的综合工业力量，是大国竞争的阵地。核工业是高新技术的战略产业，是国家安全的重要基石。考虑到这种综合效应，核能应该是大国战略的必然选择。

核电站的工作原理

核电站是利用裂变反应释放的能量发电的发电站，是利用一个或多个动力反应堆产生的热量发电或发电和供暖的动力设备。核反应堆是核电站的核心设备，正在进行链式裂变反应。当今世界只能利用分裂的链式反应产生的能量来发电。核电站燃料是铀。铀制成的核燃料在“反应堆”设备内分裂，产生大量热量，然后用高压下的水把热量抽出来，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动蒸汽与发电机一起旋转，电力不断产生，通过电网送到四面八方，成为我们日常生活中不可缺少的能源。

近年来，为了实现核能的长期可持续发展，世界各国提出了许多新概念反应堆设计和燃料循环方案。最近提出的第四代核电站的性能要求和美国最近颁布的新能源政策贯穿于提高安全性、改善经济、满足确定的安全要求的条件下，争取最佳经济的主线。

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