重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

12月20日,全球首座球床模組式高溫氣冷堆核電站——山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示範工程送電成功。這是全球首個併網發電的第四代高溫氣冷堆核電專案。

在人類核電歷史上,壓水堆(加壓水慢化冷卻反應堆)一直是主流。以加壓的、未發生沸騰的輕水(即普通水)作為慢化劑和冷卻劑的反應堆。是核電站應用最廣泛、容量較大的堆型,佔到核電各類反應堆堆型的60%。然而,在核技術蓬勃發展的年代三里島和切爾諾貝利核電廠事故,給全球核電發展籠罩了陰霾。因此,發展具有固有安全的反應堆技術,成為了各個堆型一直追求的發展目標之一。高溫氣冷堆具有獨特的安全性,號稱是“永不熔堆的反應堆”。

高溫氣冷堆為什麼能提高核電站的安全性?

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

今天,利用Hightopo的視覺化系統,為大家科普壓水堆核電站的工作原理,讓大家對當前核電站能有最基本的初步瞭解,核工業本來就是一個沉甸甸的行業,從它誕生的那時起就跟國家的命運緊密結合,我們的老一輩核工業人,透過他們的奉獻詮釋出了“兩彈一星”的精神和核工業的精神。

目前世界上的核電站 60%以上都是壓水堆核電站,其主要由反應堆、蒸汽發生器、汽輪機、發電機及有關係統裝置組成。因此,我們應用 HT for Web 自主研發的強大的 2D/3D渲染引擎,經過搭建場景和動畫驅動製作了壓水堆核電站發電的工作原理視覺化。

整體場景以及互動預覽:

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

透過點選各部位的名字,如果有資訊面板的話相應的資訊面板會顯示,隱藏上一個顯示的面板,名字做高亮處理,沒有資訊面板的只處理名字的高亮效果。

在核電站中,反應堆的作用是進行核裂變,將核能轉化為水的熱能。

水作為冷卻劑在反應堆中吸收核裂變產生的熱能,成為高溫高壓的水然後沿管道進入蒸汽發生器的U型管內,將熱量傳給U型管外側的水,使其變為飽和蒸汽。冷卻後的水再由主泵打回到反應堆內重新加熱,如此迴圈往復,形成一個封閉的吸熱和放熱的迴圈過程,這個迴圈迴路稱為一回路,也稱核蒸汽供應系統。一回路的壓力由穩壓器控制。由於一回路的主要裝置是核反應堆,通常把一回路及其輔助系統和廠房統稱為核島(NI)。

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

反應堆

由上述反應原理可以瞭解到,反應堆和燃氣灶的原理其實沒有本質不同,其主要作用加熱水產生水蒸氣帶動汽輪機發電。這裡我們應用了視覺化技術模擬了水注入反應堆後加熱的過程,水位的變化使得整個動畫更加形象的展示出反應堆的工作狀態。

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

主泵

如果把反應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堆內,然後流過蒸汽發生器,以保證裂變反應產生的熱量及時傳遞出來。我們在這裡用閃動的亮光來展示其工作狀態。

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

穩壓器

又稱壓力平衡器,是用來控制反應堆系統壓力變化的裝置。在正常執行時,起保持壓力的作用;在發生事故時,提供超壓保護。壓力上升過程中,我們加入了波動的效果以展示穩壓器內壓力的變化。

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

蒸汽發生器

它的作用是把透過反應堆的冷卻劑的熱量傳給二次迴路水,並使之變成蒸汽,再通入汽輪發電機的汽缸作功。如圖,上部分圓形轉動時,氣泡根據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。

由蒸汽發生器產生的水蒸汽進入汽輪機膨脹作功,將蒸汽的熱能轉變為汽輪機轉子旋轉的機械能。汽輪機轉子與發電機轉子兩軸剛性相連,因此汽輪機直接帶動發電機發電,把機械能轉換為電能。

作完功後的蒸汽(乏汽)被排入冷凝器,進行冷卻凝結成水,然後由凝結水泵送入加熱器預加熱,再由給水泵將其輸入蒸汽發生器,從而完成了汽輪機工質的封閉迴圈,我們稱此迴路為二回路。迴圈冷卻水二回路系統與常規火電廠蒸汽動力迴路大致相同,故把它及其輔助系統和廠房統稱為常規島(CI)。

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

凝結水泵

中間風扇轉動表示工作正在進行,根據管道內運動方向來決定風扇的逆時針或者順時針的轉動情況。

換料水箱

透過水位的升降來展示;同理展示的還有輔助給水泵、地坑等

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

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。

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

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型別的箱體的工作狀態。同理展示的還有除鹽水箱、化學藥物混合罐、容控器等。

重磅!山東這座核電站真的送電成功!就在榮成石島灣這個地方!

除氧器

下部分水位升降時帶動水波動,上部分的氧氣根據形狀的大小移動速度也不相同。

綜上所述,核能發電包括核能→熱能→機械能→電能的能量轉換全過程。其中後兩種能量轉換過程與常規火力發電廠內的工藝過程基本相同,只是在裝置的技術引數上略有不同。核反應堆從功能上相當於火電廠的鍋爐系統(火電站用鍋爐“燒水”)。但由於它是強放射源,流經反應堆的冷卻劑帶有一定的放射性,一般不宜直接送入汽輪機,所以壓水堆核電站比普通電廠多了一套動力迴路。

高溫氣冷堆固有安全性好、發電效率高、環境適應性強、用途廣泛,在核能發電、熱電冷聯產及高溫工藝熱、制氫等領域應用前景廣闊。

石島灣高溫氣冷堆示範工程是全球首座球床模組式高溫氣冷堆核電站,也是全球首次將高溫氣冷堆核電技術商業化的示範專案。在核能發電、熱電冷聯產及高溫工藝熱應用等領域商業化應用前景廣闊,是我國最佳化能源結構、保障能源供給安全、實現“雙碳”目標的重要路徑。

我國在高溫氣冷堆的自主設計和建造方面,形成了獨立自主的智慧財產權。研究和開發了關鍵的技術和裝置,例如燃料裝卸系統、氦風機、控制棒驅動機構等;完成了大型部件的國產化製造,例如壓力容器、直流蒸汽發生器、金屬堆內構件、石墨堆內構件等;建立了燃料元件的生產線,在國內生產了2萬多個陶瓷包覆顆粒球形燃料元件;研究和開發了全數字化反應堆保護系統。