前言
說(shuō)起核電站，無(wú)論是上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)生的切爾諾貝利核電站大爆炸事件，還是2011年發(fā)生的福島核泄漏事件，核輻射給人類造成的傷痛至今還未停止，最近又發(fā)生讓全世界震驚的“日本將123萬(wàn)噸核廢水排向太平洋”的事件。很多人對(duì)核電站的概念模糊，但核電站似乎給人的映像一直是：核電站安全性不高，核廢物會(huì)危害健康，住在核電站附近容易受到核輻射等等。那么，這些擔(dān)心究竟是都真有必要？核電站的安全性真的不高嗎？
HT 用 3D 可視化的方式為大家科普核電站的工作原理，讓大家對(duì)當(dāng)前核電站能有最基本的初步了解，核工業(yè)本來(lái)就是一個(gè)沉甸甸的行業(yè)，從它誕生的那時(shí)起就跟國(guó)家的命運(yùn)緊密結(jié)合，我們的老一輩核工業(yè)人，通過他們的奉獻(xiàn)詮釋出了“兩彈一星”的精神和核工業(yè)的精神。
界面簡(jiǎn)介及效果預(yù)覽
目前世界上的核電站 60%以上都是壓水堆核電站，其主要由反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及有關(guān)系統(tǒng)設(shè)備組成。因此，我們應(yīng)用 HT for Web 自主研發(fā)的強(qiáng)大的 2D/3D渲染引擎，經(jīng)過搭建場(chǎng)景和動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)制作了壓水堆核電站發(fā)電的工作原理可視化。
整體場(chǎng)景以及交互預(yù)覽：
通過點(diǎn)擊各部位的名字，如果有信息面板的話相應(yīng)的信息面板會(huì)顯示，隱藏上一個(gè)顯示的面板，名字做高亮處理，沒有信息面板的只處理名字的高亮效果。
模擬原理動(dòng)畫分析
在核電站中，反應(yīng)堆的作用是進(jìn)行核裂變，將核能轉(zhuǎn)化為水的熱能。
水作為冷卻劑在反應(yīng)堆中吸收核裂變產(chǎn)生的熱能，成為高溫高壓的水然后沿管道進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的U型管內(nèi)，將熱量傳給U型管外側(cè)的水，使其變?yōu)轱柡驼羝�。冷卻后的水再由主泵打回到反應(yīng)堆內(nèi)重新加熱，如此循環(huán)往復(fù)，形成一個(gè)封閉的吸熱和放熱的循環(huán)過程，這個(gè)循環(huán)回路稱為一回路，也稱核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)。一回路的壓力由穩(wěn)壓器控制。由于一回路的主要設(shè)備是核反應(yīng)堆，通常把一回路及其輔助系統(tǒng)和廠房統(tǒng)稱為核島（NI）。
反應(yīng)堆
由上述反應(yīng)原理可以了解到，反應(yīng)堆和燃?xì)庠畹脑砥鋵?shí)沒有本質(zhì)不同，其主要作用加熱水產(chǎn)生水蒸氣帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這里我們應(yīng)用了可視化技術(shù)模擬了水注入反應(yīng)堆后加熱的過程，水位的變化使得整個(gè)動(dòng)畫更加形象的展示出反應(yīng)堆的工作狀態(tài)。
主泵
如果把反應(yīng)堆中的冷卻劑比做人體血液的話，那主泵則是心臟。它的功用是把冷卻劑送進(jìn)堆內(nèi)，然后流過蒸汽發(fā)生器，以保證裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量及時(shí)傳遞出來(lái)。我們?cè)谶@里用閃動(dòng)的亮光來(lái)展示其工作狀態(tài)。
穩(wěn)壓器
穩(wěn)壓器又稱壓力平衡器，是用來(lái)控制反應(yīng)堆系統(tǒng)壓力變化的設(shè)備。在正常運(yùn)行時(shí)，起保持壓力的作用；在發(fā)生事故時(shí)，提供超壓保護(hù)。壓力上升過程中，我們加入了波動(dòng)的效果以展示穩(wěn)壓器內(nèi)壓力的變化。
蒸汽發(fā)生器
它的作用是把通過反應(yīng)堆的冷卻劑的熱量傳給二次回路水，并使之變成蒸汽，再通入汽輪發(fā)電機(jī)的汽缸作功。如圖，上部分圓形轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣泡根據(jù)大小不同上升的速度也不相同；中間傳送帶的走動(dòng)更加清晰的展示了正在工作；底下水位升降時(shí)，水波也在動(dòng)作，使整體效果更為貼切。
由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹作功，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩軸剛性相連，因此汽輪機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
作完功后的蒸汽（乏汽）被排入冷凝器，進(jìn)行冷卻凝結(jié)成水，然后由凝結(jié)水泵送入加熱器預(yù)加熱，再由給水泵將其輸入蒸汽發(fā)生器，從而完成了汽輪機(jī)工質(zhì)的封閉循環(huán)，我們稱此回路為二回路。循環(huán)冷卻水二回路系統(tǒng)與常規(guī)火電廠蒸汽動(dòng)力回路大致相同，故把它及其輔助系統(tǒng)和廠房統(tǒng)稱為常規(guī)島（CI）。
凝結(jié)水泵
中間風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)示意工作正在進(jìn)行，根據(jù)管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向來(lái)決定風(fēng)扇的逆時(shí)針或者順時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。
換料水箱
通過水位的升降來(lái)展示；同理展示的還有輔助給水泵、地坑等。
碳酸箱
我們?cè)黾恿怂牟▌?dòng)效果，讓動(dòng)畫更加形象的展示了這種類型的箱體的工作狀態(tài)。同理展示的還有除鹽水箱、化學(xué)藥物混合罐、容控器等。
低壓加熱器
每個(gè)加熱器的位置推達(dá)點(diǎn)不同，在視覺上更逼真、更有科技感的效果，同理展示的還有高壓加熱器。
除氧器
下部分水位升降時(shí)帶動(dòng)水波動(dòng)，上部分的氧氣根據(jù)形狀的大小移動(dòng)速度也不相同。
綜上所述，核能發(fā)電包括核能→熱能→機(jī)械能→電能的能量轉(zhuǎn)換全過程。其中后兩種能量轉(zhuǎn)換過程與常規(guī)火力發(fā)電廠內(nèi)的工藝過程基本相同，只是在設(shè)備的技術(shù)參數(shù)上略有不同。核反應(yīng)堆從功能上相當(dāng)于火電廠的鍋爐系統(tǒng)（火電站用鍋爐“燒水”）。但由于它是強(qiáng)放射源，流經(jīng)反應(yīng)堆的冷卻劑帶有一定的放射性，一般不宜直接送入汽輪機(jī)，所以壓水堆核電站比普通電廠多了一套動(dòng)力回路。
上面說(shuō)了那么多，那么，核電站到底是個(gè)好東西還是壞東西？它跟傳統(tǒng)能源先比有什么優(yōu)勢(shì)？
核電站的優(yōu)勢(shì)
可以從核能的環(huán)保型、經(jīng)濟(jì)性、安全等方面來(lái)與傳統(tǒng)能源做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比。
�。� 1 ）環(huán)保方面：核電在產(chǎn)生能源的過程中沒有溫室氣體和污染物的排放。在正常運(yùn)行情況下，核能系統(tǒng)的放射性劑量，只有天然輻射劑量的千分之一到百分之一。也就是說(shuō)，如果你去坐飛機(jī)，你接受到的劑量可能比你在核電站旁邊還要高很多；
�。� 2 ）經(jīng)濟(jì)方面：核電的發(fā)展歷史并不長(zhǎng)，但是發(fā)展的速度非�？欤壳八碾妰r(jià)已經(jīng)接近煤的電價(jià)了，如果再考慮到霧霾治理的相關(guān)費(fèi)用支出等一些綜合性問題，核電的經(jīng)濟(jì)效益從整個(gè)國(guó)家來(lái)考慮非常有優(yōu)勢(shì)；
�。� 3 ）安全方面：核電是安全能源，發(fā)生事故的可能性小。核電是世界上最安全的行業(yè)之一。全世界50年來(lái)500多座核電反應(yīng)堆在 其總共1萬(wàn)2千多堆年的運(yùn)行歷史中，只在上世紀(jì)七八十年代發(fā)生過兩起堆芯熔化的嚴(yán)重事故�，F(xiàn)在核電站的安全性能更好，發(fā)生事故的可能性更小。
核電系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)，代表著我們國(guó)家綜合工業(yè)實(shí)力，是大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的陣地。核工業(yè)是高科技的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家安全的重要基石。在這樣一種綜合效應(yīng)的考慮之下，核電應(yīng)該是大國(guó)戰(zhàn)略的必然選擇。
我國(guó)核電站的發(fā)展
核電站自 20 世紀(jì) 50 年代開始，根據(jù)其工作原理和安全性能的差異，可將其分為四代。1951 年，美國(guó)最先建成世界上第一座實(shí)驗(yàn)性核電站，被稱為第一代核電站。到如今已經(jīng)發(fā)展到第四代核電站。
我國(guó)核電站的建設(shè)始于 20 世紀(jì) 80 年代中期。首臺(tái)核電機(jī)的組裝在秦山核電站進(jìn)行，1985 年開工，1994 年商業(yè)運(yùn)行，電功率為 300MW ，為我國(guó)自行設(shè)計(jì)建造和運(yùn)行的原型核電機(jī)組。使我國(guó)成為繼美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、蘇聯(lián)、加拿大和瑞典后，全球第 7 個(gè)能自行設(shè)計(jì)建造核電機(jī)組的國(guó)家。截至 2013 年 2 月，我國(guó)大陸已建成并投入商業(yè)運(yùn)行的核電站有 7 個(gè)，分別為浙江秦山核電站一期、二期、三期，廣東大亞灣核電站和嶺澳核電站一期、二期，江蘇田灣核電站，共 15 臺(tái)機(jī)組，還有 28 臺(tái)機(jī)組處于建設(shè)中。
核電站的工作原理
核電站是利用核裂變反應(yīng)所釋放的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠，就是利用一座或若干座動(dòng)力反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來(lái)發(fā)電，或發(fā)電兼供熱的動(dòng)力設(shè)備。反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)備，鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)就在其中進(jìn)行。而現(xiàn)如今世界上只能利用裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電。
核電站用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，電就源源不斷地產(chǎn)生出來(lái)，并通過電網(wǎng)送到四面八方，成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡哪芰俊?
總結(jié)
近年來(lái)為實(shí)現(xiàn)核能的長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)性發(fā)展，世界各國(guó)提出了許多新概念的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和燃料循環(huán)方案。最新提出的第四代核電站的性能要求以及美國(guó)最近頒布的新的能源政策，都貫穿一條主線，就是要提高安全性、改善經(jīng)濟(jì)性，在滿足確定的安全要求的條件下，爭(zhēng)取最好的經(jīng)濟(jì)性。所以將來(lái)的核電必然更加普及更加安全，大眾應(yīng)對(duì)核電充滿信心。
