第四章新能源详解.ppt

第四章 新能源;第一节 核 能;核能的来源 ;当中子和质子形成原子核时，会放出能量，这种能量称为该原子核的结合能。 结合能的大小可以通过爱因斯坦的质能关系式求得： ΔE=Δmc2 式中: ΔE——结合能，J； Δm——质量亏损，kg； c——光速，m/s； 不同原子核俘获中子后得到的结合能不同。;爱因斯坦的质能关系式;当质量数小于60或大于60的原子核由于某种原因向质量数等于60这个方向变换时，比结合能增大。也就是说，在这样的变换中必定伴随着能量的释放。;根据这一原理，核能的实际利用有两种方法：一是目前已达到实用阶段的重核裂变方法，这就是核裂变反应堆的原理； 二是目前还处于研究试验阶段的轻核聚变方法，这就是核聚变反应的原理 。;核裂变反应;;核聚变反应;核燃料;核裂变的燃料;与一般的矿物燃料相比，核燃料有两个突出的不同特点： （1）生产过程复杂，要经过采矿、加工、提炼、转化、浓缩、燃料元件制造等多道工序才能制成可供反应堆使用的核燃料； （2）还要进行“后处理”。 ;临时贮藏;铀的浓缩方法： （1）气体扩散法； （2）激光分离法。 ;核聚变的核燃料;世界核能利用的现状 ;美国三里岛和苏联切尔诺贝利核电站事故引起公众对核的恐惧。在过去10年中，核电变成了一个倍受争议的话题，它已从世界发展最快的能源沦为发展最慢的能源。;;;;反应堆;反应堆的分类;反应堆的分类;动力堆;轻水堆;压水反应堆;沸水反应堆;重水堆;重水反应堆;气冷堆;高温气冷堆;快中子增殖堆;快中子增殖堆; 由于快堆堆芯中没有慢化剂，故堆芯结构紧凑、体积小，功率密度比一般轻水堆高4~8倍。由于快堆体积小，功率密度大，故传热问题显得特别突出。 快中子堆虽然前途广阔，但技术难度非常大，目前在核电站的各种堆型中仅占0.7%。 ;供热堆;核电站 ;;核电站的系统和设备通常由两大部分组成：核的系统和设备，又称核岛；常规的系统和设备，又称常规岛。目前核电站中广泛采用的是轻水堆，即压水堆和沸水堆。 压水堆核电站的最大特点是整个系统分成两大部分，即一回路系统和二回路系统。 ;;蒸??发生器;稳压器;通常一个压水堆有2~4个并联的一回路系统(又称环路)，但只有一个稳压器。每一个环路都有一台蒸发器和1~2台冷却剂泵。 压水堆核电站由于以轻水作慢化剂和冷却剂，反应堆体积小，建设周期短，造价较低；加之一回路系统和二回路系统分开，运行维护方便，需处理的放射性废气、废液、废物少，因此在核电站中占主导地位。 ;核电站系统;核岛的核蒸汽供应系统;核岛的辅助系统;常规岛的系统;核电站的安全性;核电与核弹;核弹是由高浓度（＞90%）的裂变物质（几乎是纯235U或纯239Pu）和复杂精密的引爆系统组成的，当引爆装置点火起爆后，弹内的裂变物质被爆炸力迅猛地压紧到一起，大大超过了临界体积，巨大核能在瞬间释放出来，于是产生破坏力极强的、毁灭性的核爆炸。;核电反应堆的结构和特性与核弹完全不同，既没有高浓度的裂变物质，又没有复杂精密的引爆系统，不具备核爆炸所必需的条件，当然不会产生像核弹那样的核爆炸。核电反应堆通常采用天然铀或低浓度（约3%）裂变物质作燃料，再加上一套安全可靠的控制系统，从而能使核能缓慢地有控制地释放出来。;核电站放射性影响;各种液体的放射性水准 ;核电站排放物会使人的一生寿命缩短24s。这与因抽烟缩短寿命7～10年相比，可以说微乎其微。;防止放射性泄漏的屏障;;可控核聚变 ;;辐射传热与温度的四次方成正比，在发生核聚变的超高温下，等离子体以辐射的形式损失的热量是非常巨大的。如果聚变反应释放的能量小于辐射损失，热核反应就会中止。因此存在一临界温度，当超过这一温度时，聚变反应就能持续进行。这一临界温度就被称作临界点火温度，对于氘－氚反应，临界点火温度约为4 400万℃ ，纯氘反应，点火温度约为2亿℃ 。;;磁约束系统;磁约束有各种不同的形式，其中一种叫托卡马克的系统是目前性能最好的磁约束装置 。 ;惯性约束系统;惯性约束系统;;在21世纪，核能利用将在我国取得更大的进展，并在改善我国能源结构中发挥越来越大的作用。 ;第二节 太 阳 能;概述;;;;太阳能利用;太阳的构造;由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量，温度也从中心向表面逐渐降低。 由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每1 g质量将亏损0.0072 g。根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持100亿年，因此太阳能可以说是用之不竭的。 ;太阳内部有“里三层”，从中心向外，依次是核反应区，这里是太阳热能产生的基地