新能源发电 第13讲 （西安交大）.pptVIP

新能源发电 主讲教师：王栋 * Email地址： 时间： 核电概况 核电概况 反应堆物理 核能的军事应用 电站动力堆 聚变能 核电是一种清洁安全经济的能源 核能 原子核反应时释放出的巨大的能量，是一种清洁、安全 、经济的能源，是从化石燃料向未来能源（太阳能和聚变能）过渡的不可或缺的能源。 核电在生产中不产生烟尘、CO2 、SO2 、NOx 。即使考虑从采矿到燃料生产的整个燃料链，其产生的有害气体也仅是化石燃料链的1%，向环境释放的放射性物质也仅为化石燃料链的2%。 发电成本低于常规发电,一座100万KW的电站,核燃料仅需25吨/年(￥0.6亿),而火电需煤250万吨/年(￥12亿).发电总成本比火电低30～50%。 核电从20世纪50年代后期至80年代有了迅速的发展，全球共建成核电机组442座，总装机3.56亿kw,占发电总容量 的17%,为经济建设做出了巨大贡献.由于种种原因目前处于发展的低潮期. 中国台湾 21。6% 中国必须发展核能 2050年要达到中等发达国家水平,人口16亿,人均GDP $1万,人均能耗3～4吨标准煤,总耗能45～50亿吨标准煤,人均装机1kw,总装机16-21亿kw. 预计2050年 煤产量20～25亿吨标准煤,石油、天然气、水电和可再生能源总和约10亿吨标准煤.因此缺口达15～20亿吨标准煤. 液体燃料缺口更大. 预计需要石油5～6亿吨,实际只能产2.5 ～3亿吨 环境污染问题 以煤为主的能源政策必须改变. 中国计划到2020年再建30座核电站,总装机4000万kw,占总装机的4%. 反应堆物理基础 原子核 原子核由质子和中子组成，其直径约为原子直径的万分之一，质子带正电中子不带电，两者质量相近，通称核子。 核力 核子间的吸引力，它能克服正电荷之间的电磁斥力将核子结合在一起，但其作用距离只有10-13CM，超过这个距离核力将不起作用。一般质量数中等的原子核内部核子结合得较为紧密，原子核稳定，而重核和较轻的核结合力稍差。重核易出现放射性和裂变，轻核可能聚合成较重的核，这就是核反应。核反应中伴随着质量的亏损和能量释放。 放射性 从原子核内放出的射线，认识原子核的开始。1896年法国物理学家贝克勒尔发现铀化合物能使胶片感光，证明其能放射出看不见的射线，1903年与居里夫妇共同获得诺贝尔奖。系统研究放射现象的最著名科学家是居里夫人，不但系统研究了放射现象，而且直接分离出两种放射性元素镭和钋，1911年再次获得诺贝尔奖。 从原子核放射出的射线有三种：α、β 、γ。 α粒子是带正的氦核，由2个质子和2个中子组成，速度为光速的十分之一，穿透力差, β射线是一种高能电子流，速度为光速的十分之九， γ是一种高能光子，穿透力能力最强。 衰变 原子核自发地放出α粒子或β粒子后就转变为另一种原子核（元素）。一半数量的原子衰变成为另外一种元素的原子的时间称为半衰期。 爱因斯坦质能关系式 E=mc2 1905年爱因斯坦从狭义相对论导出了这一著名的公式，很好地解释了核反应中的质量亏损和能量之间的关系，为核能应用奠定了基础。 上式中Kr（氪）和Ba称为碎片，E为放出的能量 核裂变 1939年德国化学家哈恩根据当时的实验结果和爱因斯坦的理论，提出了“分裂核”的概念，证实铀原子核受中子轰击后分裂成两个碎片，并放出巨大的能量，这一划时代的发现立即得到全世界公认，由此获得1944年度诺贝尔化学奖。 上述裂变反应的质量亏损为0.2144原子质量单位,这一质量亏损就是以动能和辐射能形式释放的能量E.每个铀原子核裂变放出的总能量为200 MeV (1MeV=1.6021×10-18J) 1kg U-235全部裂变所释放能量相当于2500吨标准煤的热量. 链式反应 裂变反应产生的中子有的继续参加反应,有的被俘获或泄漏不能再参加反应,共有3种情况:自持型、发散型和收敛型,反应燃料对应3种状态:临界、超临界和次临界. 核燃料 核燃料 目前只有三种核素可以发生核裂变,并引起链式反应，铀-233、铀-235和钚-239,其中只有铀-235是自然界中存在的. 铀-238在高能中子的轰击下也能发生裂变反应(氢铀弹). 铀-233和钚-239是人工制造的,分别由钍-232和铀-238吸收中子后经过2次β衰变生成. 铀元素是德国柏林大学教授克拉普罗特于1789年发现的,取名铀是为了纪念刚发现的天王星.天然铀是由铀-235、铀-238和铀-234三种同位素组成,其中铀-235的丰度只有0.711%,而铀-238的丰度达99.284%. 因此核能利用的一个关键技术就是铀浓缩(富集). 铀 新能源发电 主讲教师：王栋