前言

核電是當前僅次于水電的第二大低碳能源，能可靠地供應(yīng)電力并對不穩(wěn)定的風電、太陽能發(fā)電等可再生能源形成很好的補充。核能作為清潔、低碳、安全、高效的優(yōu)質(zhì)能源，是我國應(yīng)對氣候變化、兌現(xiàn)減排承諾的重要保障。在“碳達峰”“碳中和”的大背景下，核電有望大規(guī)模替代傳統(tǒng)化石能源的基荷電源。

場景展示

效果展示

目前世界上有超過60%的核電站是壓水堆核電站，主要由反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機、發(fā)電機及其他設(shè)備組成。在核電站工作運行時，它主要是由核島以及常規(guī)島兩部分組成的，包括核反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機、發(fā)電機等設(shè)備。因此，我們利用數(shù)維圖 自主研發(fā)的強大 2D Web組態(tài)平臺 -Sovit2D，經(jīng)過便捷的拖拉拽方式設(shè)計制作動畫驅(qū)動的壓水堆核電站發(fā)電的工作原理可視化系統(tǒng)。

通過點擊場景中部件，會彈出相對應(yīng)的信息面板，隱藏上一個顯示的面板，名字做高亮處理，沒有信息面板的只處理名字的高亮效果。

模擬動畫

在核電站中，反應(yīng)堆的作用是進行核裂變。核反應(yīng)堆通過自身的核能反應(yīng)來加熱水，這就像是家里的鍋爐一樣，不過鍋爐是燃燒木炭，而核反應(yīng)堆是憑借原子核的裂變，冷水在核反應(yīng)堆裂變產(chǎn)生的高溫下，被加熱成沸騰的高壓水流，隨后水流在蒸汽發(fā)生器中形成飽和熱蒸汽，并做功于汽輪機，這樣就實現(xiàn)了熱能轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">機械能，再由發(fā)動機將機械能轉(zhuǎn)成電能，如此一來便形成了一個完整的回路。

反應(yīng)堆

由核電站反應(yīng)原理可以了解到，反應(yīng)堆主要作用加熱水產(chǎn)生水蒸氣帶動汽輪機發(fā)電。應(yīng)用可視化技術(shù)模擬水注入反應(yīng)堆后加熱的過程，水位的變化使得整個動畫更加形象的展示出反應(yīng)堆的工作狀態(tài)。

主泵

它的功用是把冷卻劑送進堆內(nèi)，然后流過蒸汽發(fā)生器，以保證裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量及時傳遞出來。系統(tǒng)設(shè)計中用閃動的亮光來展示其工作狀態(tài)。

穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器又稱壓力平衡器，是用來控制反應(yīng)堆系統(tǒng)壓力變化的設(shè)備。在正常運行時，起保持壓力的作用;在發(fā)生事故時，提供超壓保護。壓力上升過程中，用波動的效果以展示穩(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)電機的汽缸作功。如圖，上部分圓形轉(zhuǎn)動時，氣泡根據(jù)大小不同上升的速度也不相同;中間傳送帶的走動更加清晰的展示了正在工作;底下水位升降時，水波也在動作，使整體效果更為貼切。

由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸汽進入汽輪機膨脹作功，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能。汽輪機轉(zhuǎn)子與發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩軸剛性相連，因此汽輪機直接帶動發(fā)電機發(fā)電，把機械能轉(zhuǎn)換為電能。

作完功后的蒸汽(乏汽)被排入冷凝器，進行冷卻凝結(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

中間風扇轉(zhuǎn)動示意工作正在進行，根據(jù)管道內(nèi)運動方向來決定風扇的逆時針或者順時針的轉(zhuǎn)動情況。

碳酸箱

我們增加了水的波動效果，讓動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、化學藥物混合罐、容控器等。

低壓加熱器

每個加熱器的位置推達點不同，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

下部分水位升降時帶動水波動，上部分的氧氣根據(jù)形狀的大小移動速度也不相同。

發(fā)展前景

根據(jù)《“十四五”規(guī)劃和2035遠景目標綱要》，至2025年，我國核電運行裝機容量達到7000萬千瓦。此外，根據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國核能年度發(fā)展與展望(2020)》中的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，到2025年，我國在運核電裝機達到7000萬千瓦，在建3000萬千瓦;到2035年，在運和在建核電裝機容量合計將達到2億千瓦；核電建設(shè)有望按照每年6至8臺機組穩(wěn)步推進。

實現(xiàn)價值

核電是安全性、可靠性要求極高的復(fù)雜發(fā)電系統(tǒng)，積極探索推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，能夠有效提高核電廠的安全性、經(jīng)濟性和競爭力，有助于核工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

各大核電廠都在充分應(yīng)用5G、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等先進信息通信技術(shù)，積極探索數(shù)字化轉(zhuǎn)型。加快核電數(shù)字化進程，已成為核電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。

在核電廠建設(shè)及運維管理中，面對復(fù)雜的系統(tǒng)布局、高精度的施工要求以及嚴格的安全監(jiān)控標準，利用數(shù)維圖Sovit2D可視化組態(tài)軟件打造智慧核電站場景，進一步幫助核電企業(yè)降本增效。

總的來說，智能核電站是一種利用先進技術(shù)和智能化管理手段，提高核電站運行安全性、經(jīng)濟性和可靠性的新型電站。

審核編輯 黃宇