三、新能源技术综述

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1、 主要内容 n一、能源的相关概念。 n二、可开发的新能源种类 1、原子核能 2、太阳能 3、风能 4、海洋能 5、地热能 6、氢能 7、生物质能 一、能源的相关概念 1、能源的概念 能源（Energy）：是自然界中能为人类提供 某种形式能量的物质资源。人类社会的存在与发 展离不开能源。 2、化石能源的概念 化石能源（Fossil energy）：是千万年前埋 在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，如 煤炭、石油、天然气等。 随着大规模的开采，化石能源的枯竭在所难 免，大部分化石能源在本世纪将被开采殆尽。 3、能源危机与环境压力 全世界消耗的能源中，石油最多，占到35% ，煤炭占到29%，天然

2、气占到24%，核电占5%。目 前全世界消耗的能源主要是化石能源。根据目前 国际上通行的预测，石油能源可用40年，天然气 60年内枯竭，煤炭也只能用220年。 化石能源的消耗也带来两个严重问题：一个 是环境污染，另一个就是气温上升。环境污染主 要是二氧化硫和氮氧化物，还包括开采、运输时 造成的环境污染。二氧化碳等温室气体的排放也 大幅度增加致使地球在过去100年里平均气温上 升0.30.6，全球海平面平均上升1025cm。 4、能源结构变化的趋势 从全球来讲，加快能源结构的转变，就 是要从现在的以化石能源为主，不断转向以 新能源或是以可再生能源为主的时代，由清 洁能源替代污染能源，最终进入低碳能

3、源或 无碳能源的时代。 中国为了推动可再生能源发展，2006年 就制定了可再生能源法，这几年发展很 快，每年风电发电量成倍增长。新能源产业 受到政策支持，我国新能源以太阳能和风能 为开发重点，核电、潮汐发电、地热发电等 发展也非常快。 u 5、新能源的概念 u新能源（New energy）：是指近几十年来人类 采用新技术开发的可再生能源。 u如：原子核能、太阳能、风能、海洋能、生物 质能和氢能等。 u6、可再生能源（Renewable Energy）：在自 然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源 ，称之可再生能源。 u新能源和可再生能源的区别： 新能源一般包括了可再生能源，但是新能源不一

4、定就是可再生能源。例如：核能属于新能源，但 是不属于可再生能源。 u7、新能源技术的概念 u新能源技术（New energy technology） ：是指近几十年来人类对于可再生能源的开 发应用技术。主要包括对原子核能、太阳能 、风能、海洋能、生物质能和氢能等的利用 技术。 u新能源可以再生，对环境影响小，但对开 发的技术要求高。 8、开发发和利用新能源的意义义是什么？ 新能源的开发和利用，虽短期成本 较高，长期将占优势，能大量节省能源 ，大幅减少污染，提高人民生活的质量 ，获得显著的经济和环保效益。新能源 的开发和利用将从根本上解决能源问题 。 （新能源正在塑造未来的世界形态 ，未来属于领

5、先新能源技术的国家。因 此，了解和掌握新能源，就是拥抱未来 。） 9、可开发的新能源种类 （1）原子核能 （2）太阳能 （3）风能 （4）海洋能 （5）地热能 （6）氢能 （7）生物质能 图为：太阳能热水器 10、世界各国的新能源开发及利用情况 美国：太阳能、风能首当其冲 。 日本：太阳能铺就新能源路 。 英国：风能、核能并举 。 丹麦：靠风“驱动”的国家。 芬兰：生物能源独辟蹊径 。 冰岛：利用地热。 挪威：借风发展“氢经济”。 埃及：新能源发展首选核能。 （一）原子核能（Nuclear Energy） 1、原子核能的概念及种类 （1）原子核能的概念 原子核能：是原子核结构发生变化时释 放出

6、的能量，习惯上称作核能或原子能。 （2）核反应的概念 核反应（The nuclear reaction）：人 工制造的原子核结构变化过程。 二、可开发的新能源种类 （3）核反应的种类 核裂变反应：是重元素的原子核发生 分裂的反应。 核聚变反应：是氢元素的原子核发生 聚合的反应。 核反应 种类 这两种反应所释放出来的巨大能量，在原 子弹爆炸（核裂变）和氢弹爆炸（核聚变 ）中得到了证明。 （4）核裂变反应（Nuclear Fission） n核裂变：重金属元素铀-235的原子核吸收一个 中子后产生核反应，使这个重原子核分裂成两 个（极少情况下会是3个）更轻的原子核以及2 -3个自由中子，还有和射线

7、和中微子，并 释放出巨大的能量，这一过程称为核裂变。 n1千克铀-235的全部核的裂变将产生20,000兆 瓦小时的能量(足以让20兆瓦的发电站运转 1,000小时)，与燃烧300万吨煤释放的能量一 样多。 n核裂变产生的粒子辐射是质子辐射，穿透性 较强。 n射线是光子辐射，穿透性最强。 辐射会伤害人体，剂量过大会使人呕吐、头晕 ，辐射会让细胞、甚至基因受损，影响新陈代 谢，严重的会直接杀死细胞；裸露皮肤与放射 性物体接触后会造成皮肤癌等各种辐射病，无 药可治。 n核辐射同样引起植物的异常生长。 （5）裂变的链式反应（The fission chain reaction） n裂变的链式反应：当

8、中子轰击铀-235原子 核时，一部分铀-235原子核吸收中子而发 生裂变。如果铀-235核裂变产生的中子又 去轰击另一个铀-235将再引起新的裂变， 如此不断地持续进行下去，就是裂变的链 式反应。 n图为：重核裂变的 链式反应图 。 （6）核聚变反应（Nuclear Fusion） n核聚变（又称核融合）：是指由质量小的原 子，比方说氘和氚，在一定条件下（如超高 温和高压），发生原子核互相聚合作用，生 成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放的 一种核反应形式。 n氘（dao）：氢的同位素之一。 也叫重氢。 n氚（chuan）：氢的同位素 之一，也叫超重氢。 图为：核聚变示意图。 n核聚变反应主

9、要借助氢同位素，核聚变不 会产生核裂变所出现的长期和高水平的核 辐射，不产生核废料，当然也不产生温室 气体，基本不污染环境。 （7）核反应堆（Nuclear Reactor） n核反应堆：是一种启动、控制并维持核裂变 或核聚变链式反应的装置。 n相对于核武爆炸瞬间所发生的失控链式反应 ，在反应堆之中，核变的速率可以得到精确的 控制，其能量能够以较慢的速度向外释放，供 人们利用。 n核反应堆的用途：最重要的是产生热能，用 以代替其他燃料，产生蒸汽发电或驱动航空母 舰等设施运转。当前（截至2011年）全部商业 核反应堆都是基于核裂变的，其裂变产物可以 生产核武器之中使用的钚。 2、原子核能的利用

10、原子弹爆炸 核电站 （1）原子弹 （The atomic bomb） 原子弹中的核燃料是高浓缩铀（浓度达 93%）或钚。将弹壳内铀块（或钚块）分成各自 低于临界质量的两部分，但总质量超过临界质 量。原子弹爆炸时，首先引爆装在铀燃料外部 的普通TNT炸药层，其冲击力会把两块铀235压 聚在一起，超过临界质量的铀块立即会产生雪 崩似的链式反应，即发生核爆炸。 临界质量：在一定体积内，铀应具有足够的 量维持链式反应，这最低的量叫做临界质量。 核子武器在引爆以前必须维持在次临界。 铀235临界质量为52kg，钚239为10kg。 原子弹示意图 图为：原子弹爆炸 9月3日！ 合法拥核国家：中国、 美国、

11、俄罗斯、 法国、 英国。 非法拥核国家：印度、 巴基斯坦、朝鲜 。 匿核国家： 以色列、伊 朗、日本 。 （2）氢弹（hydrogen bomb） n氢弹：核武器的一种，是利用原子弹爆炸 的能量点燃氢的同位素氘、氚等质量较轻 的原子的原子核发生核聚变反应（热核反 应）瞬时释放出巨大能量的核武器，又称 聚变弹 、热核弹、热核武器。 氢弹的示意图 氢弹爆炸 n氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比 原子弹大得多。 n原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量， 氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。其战 术、技术性能比原子弹更好，用途更广泛，其爆 炸达到的温度约为3.5亿度，远远高于太阳中心

12、温度（约1500万度）。 n放射性污染较严重。 图为：氢弹爆炸。 （3）核电站（nuclear power plant ） 核电站：是利用原子核裂变反应放出的核能 来发电的装置。 右图：英国 的原子能发 电站。 核电站主要由两部分组成 n核岛：是反应装置及冷却装置，其核心为 一个反应堆，是维持和控制核裂变反应的 装置，在内部实现核能转换为热能。释放 出的热能由一回路系统冷却剂带出，用以 产生蒸汽。整个闭路系统被称为核蒸汽供 应系统，也叫核岛，相当于常规火电厂的 锅炉系统。 n常规岛：由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发 电的二回路系统，与常规火电厂的汽轮机 发电机系统基本相同，也称作常规岛。 核电站示

13、意图 1千克铀235的原子核所释放出来的热量，大 约相当于2800吨（2800000千克）标准煤燃烧时 所放出的热量。 建造一座发电量为100万千瓦的电站，如果 是核电站，每年需要补充的核燃料为30吨，六 辆解放牌载重汽车就可运进。 如果是烧煤的火力电站，每年要消耗300多 万吨煤。运输这些煤炭，平均每天要用20吨的 大卡车运480车才够；或要开三列火车，每列火 车挂40节车皮；或是每天要开一艘万吨级的轮 船。 u原子核能的利用价值 核能发电 1954年 苏联建成了世界上第一座核电站 奥布灵斯克核电站 苏联的核能灯塔 世界核电站分布图 （2014 ） 在去年全世界正在运行的核电站中，美国最 多

14、，达104座；法国59座，英国和俄罗斯也都 在30座以上。目前世界最大的核电站是日本 福岛核电站，总装机容量8814万千瓦， 2011 年3月11日因地震、海啸发生爆炸。 世界各国核电站数量排名（2014） 排名 国家和地区 运营核电站 数量 在建核电站 数量 筹建核电站 数量 1 美国104111 2 法国5811 3 俄罗斯331017 4 韩国(ROK) 2345 5 印度20718 6 加拿大1732 7 英国1604 8 中国大陆152551 9 乌克兰1502 10 瑞典1000 11 德国900 12 西班牙800 13 比利时700 14 捷克602 15 中国台 湾 621

15、16 瑞士500 17 芬兰410 18 匈牙利400 19 斯洛伐 克 420 20 巴基斯 坦 320 中国国家发展改革委员会正在制定中国 核电发展民用工业规划，准备到2020年中国 电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比 重将占电力总容量的4%，即是中国核电在 2020年时将为3600-4000万千瓦。 也就是说，到2020年中国将建成40座相 当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。 3、我国核能发展趋势 中国2014年核电站分布图 位于广东省深圳 市龙岗区大鹏半 岛大亚湾核电站 。 2003年建成，地处浙江省海盐县。2015年 1月现有的9台机组全部投产发电，总装机容 量达到656.4万千瓦，年发电量约500亿千瓦 时。目前国内核电机组数量最多、堆型最丰 富、装机最大的核电基地。 图为：秦山核电站 中国秦山核电站 1986年4月26日切尔诺贝利核事故！乌克兰 普里皮亚季邻近的切尔诺贝利核电厂的第四号 反应堆发生了爆炸。连续的爆炸引发了大火并 散发出大量高能辐射物质到大气层中，爆炸最 终导致20多万平方公里的土地 受到污染。所释放出的辐射线 剂量是二战时期爆炸于广岛的 原子弹的400倍以上。 被称作历史上最严重的核电事故。 切尔诺贝利城因此被废弃。 核的灾难