新能源發(fā)電技術(shù) 課件 于立軍 第1、2章 緒論、核能利用

新能源發(fā)電技術(shù)

教學(xué)課件新能源發(fā)電技術(shù)1.1能源問(wèn)題2019年2月任課老師：視頻文件微信公眾號(hào)：走進(jìn)能源我們所面臨的挑戰(zhàn)：總量控制

使我國(guó)所消耗的能源總量，尤其是煤炭、石油等化石能源總量最小化。研究表明，強(qiáng)化節(jié)能，可將年能耗E總控制到：年代202020302050E總（億tce）<48～60～80注：我國(guó)2018年能源消費(fèi)總量已經(jīng)超過(guò)45億噸標(biāo)準(zhǔn)煤我們所面臨的挑戰(zhàn)：環(huán)境問(wèn)題目錄Contents1.1.1能源分類(lèi)1.1.2能源發(fā)展過(guò)程1.1.3能源結(jié)構(gòu)1.1.4能源利用效率1.1.5新能源滲透率目錄Contents1.1.1能源分類(lèi)1.1.2能源發(fā)展過(guò)程1.1.3能源結(jié)構(gòu)1.1.4能源利用效率1.1.5新能源滲透率1.1.1能源分類(lèi)能源0102030405煤炭石油。。。天然氣

生物質(zhì)能為了更好的區(qū)分這些能源，采用不同的方法來(lái)區(qū)分1.1.1能源分類(lèi)能源是能量物質(zhì)或能量資源的統(tǒng)稱，它是自然界中可為人類(lèi)提供某種能量的各類(lèi)能量物質(zhì)，或者可以做功的各種能量資源。煤炭風(fēng)能核能1.1.1能源分類(lèi)形成與來(lái)源開(kāi)發(fā)與利用狀況燃燒能力能源是否可再生商品價(jià)值1.1.1能源分類(lèi)——形成和來(lái)源二次能源比一次能源具有更高的終端利用效率，使用時(shí)更方便、更清潔柴草煤炭風(fēng)力蒸汽焦炭氫能一次能源二次能源1.1.1能源分類(lèi)——開(kāi)發(fā)及利用狀況常規(guī)能源新能源常規(guī)能源與新能源的劃分并無(wú)嚴(yán)格界限，會(huì)隨著時(shí)間推移或地區(qū)不同發(fā)生一定的變化。石油煤炭天然氣石油煤炭天然氣核能風(fēng)能太陽(yáng)能核能風(fēng)能太陽(yáng)能常規(guī)能源新能源1.1.1能源分類(lèi)——能源是否可再生能源可再生能源不可再生能源潮汐能風(fēng)能太陽(yáng)能核燃料煤炭礦物燃料商品能源:能夠進(jìn)入能源市場(chǎng)作為商品銷(xiāo)售的能源，例如煤炭、石油、天然氣和電能等非商品能源:薪柴和農(nóng)作物殘余等1.1.1能源分類(lèi)——其他分類(lèi)方式商品能源和非商品能源燃料能源和非燃料能源燃料能源:可用于直接燃燒發(fā)出能量的物質(zhì)，例如煤、油、氣、柴草等。非燃料能源:不可用于直接燃燒的能源，例如水能、風(fēng)能、電能等一次能源常規(guī)能源商品能源煤炭、石油二次能源常規(guī)能源商品能源電力、汽油一次能源可再生能源非商品能源太陽(yáng)能、風(fēng)能？目錄Contents1.1.1能源分類(lèi)1.1.2能源發(fā)展過(guò)程1.1.3能源結(jié)構(gòu)1.1.4能源利用效率 1.1.5新能源滲透率1.1.2能源發(fā)展過(guò)程遠(yuǎn)古時(shí)代，早期人類(lèi)掌握了火的利用技術(shù)18世紀(jì)，第一次工業(yè)革命，蒸汽機(jī)的發(fā)明，第二次工業(yè)革命，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，電力的廣泛使用柴薪時(shí)期煤炭時(shí)期石油時(shí)期人類(lèi)利用能源大致經(jīng)歷了以柴薪、煤炭、石油作為主要能源的三個(gè)階段1.1.2能源發(fā)展過(guò)程隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各類(lèi)新能源開(kāi)始投入運(yùn)用，也許在不久的將來(lái)，新能源會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)化石能源1.1.2能源發(fā)展過(guò)程——常規(guī)能源煤炭天然氣石油隨著能源需求量的增加，人們不斷尋找熱值更高的能源最早：漢代使用煤炭取暖蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，使人類(lèi)對(duì)工業(yè)能源的需求劇增，煤炭取代柴薪作為人類(lèi)的第一大能源最早：公元前10世紀(jì)應(yīng)用于建筑方面內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，增強(qiáng)了人類(lèi)對(duì)石油的需求人類(lèi)開(kāi)始大規(guī)模地開(kāi)采石油最早：公元前3世紀(jì)到1世紀(jì)作為燃料大規(guī)模應(yīng)用：第二次工業(yè)革命1.1.2能源發(fā)展過(guò)程——新能源風(fēng)能太陽(yáng)能水能核能02010304太陽(yáng)能利用太陽(yáng)能提供能量核能核裂變產(chǎn)生大量的熱能水能利用水的動(dòng)能與勢(shì)能風(fēng)能利用風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)為電能太陽(yáng)能1.1.2能源發(fā)展過(guò)程——新能源0102太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)：利用光生伏特效應(yīng)直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)：將太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)熱能再轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電技術(shù)風(fēng)能幾百年前，人類(lèi)就發(fā)明了風(fēng)車(chē)應(yīng)用風(fēng)能目前為止，人類(lèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用了現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)1.1.2能源發(fā)展過(guò)程——新能源風(fēng)能的清潔性、可再生性以及大規(guī)模應(yīng)用技術(shù)的成熟，使得風(fēng)能成為新能源領(lǐng)域中技術(shù)最成熟、最具開(kāi)發(fā)條件和最有發(fā)展前景的清潔能源。水能2000多年前就已經(jīng)在農(nóng)業(yè)上使用水車(chē)現(xiàn)在人類(lèi)對(duì)水能的利用主要集中在水電站上1.1.2能源發(fā)展過(guò)程——新能源由于我國(guó)地勢(shì)西高東低跨輻巨大，因此在我國(guó)水能應(yīng)用潛力較大

核能核能是原子核發(fā)生裂變或聚變時(shí)，所釋放出的能量1.1.2能源發(fā)展過(guò)程——新能源現(xiàn)核能發(fā)電主要為核裂變發(fā)電核電產(chǎn)能大，發(fā)電潛力極大核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核燃料具有強(qiáng)烈的放射性，一旦泄露會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞2011年3月，受日本地震影響，日本福島核電站發(fā)生核泄漏事故常規(guī)與新能源發(fā)電環(huán)節(jié)對(duì)比注意：概念相對(duì)性，如核能在中國(guó)屬新能源，在發(fā)達(dá)國(guó)家已入常規(guī)之列。CENTRALPLANT常規(guī)發(fā)電方式CENTRALPLANTWINDFUELCELLMICRO-TURBINEGENERATORSOLAR未來(lái)方式目錄Contents1.1.1能源分類(lèi)1.1.2能源發(fā)展過(guò)程1.1.3能源結(jié)構(gòu)1.1.4能源利用效率1.1.5新能源滲透率2016能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)：1.1.3能源結(jié)構(gòu)-能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)能源種類(lèi)產(chǎn)量增長(zhǎng)量探明儲(chǔ)量石油40萬(wàn)桶／日較去年增長(zhǎng)150億桶（總儲(chǔ)量50年）天然氣210億立方米186.6萬(wàn)億立方米（50年）煤炭-6.2%滿足153年現(xiàn)如今的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)仍舊以化石能源為主體，但是可再生能源和核能的增速不可忽視，可以預(yù)測(cè)到在未來(lái)隨著化石能源全球儲(chǔ)量的降低，可再生能源以及核能等新能源利用方式將會(huì)具有更加重要的戰(zhàn)略地位。2016世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)：1.1.3能源結(jié)構(gòu)-能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)煤、石油、天然氣仍占有主導(dǎo)地位，而包括太陽(yáng)能、風(fēng)能等在內(nèi)的新能源增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，預(yù)示著新能源將會(huì)在消費(fèi)結(jié)構(gòu)中承擔(dān)越來(lái)越重要的角色能源增長(zhǎng)量增長(zhǎng)百分比石油160萬(wàn)/桶1.6%天然氣630億立方米1.5%煤炭--1.7%可再生（不含水能）-14.1%2016世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖2016中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)：1.1.3能源結(jié)構(gòu)-能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段我國(guó)仍舊以煤炭作為主要的能源來(lái)源。在可再生能源生產(chǎn)方面，中國(guó)超過(guò)美國(guó)，成為全球最大的可再生能源生產(chǎn)國(guó)。2016中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖

能源彈性系數(shù)是研究能源消費(fèi)（生產(chǎn)）量與宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)（一般采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值GDP）之間關(guān)系的數(shù)值?；径x為能源消費(fèi)（生產(chǎn)）增長(zhǎng)率與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率之比。

式中，e為能源消費(fèi)（生產(chǎn)）彈性系數(shù)；α為能源消費(fèi)（生產(chǎn)）增長(zhǎng)率；β為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)率；ΔE為計(jì)算期間的能源消費(fèi)（生產(chǎn)）增量；E0為計(jì)算起始年的能源消費(fèi)（生產(chǎn)）量；ΔG為計(jì)算期間的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增量；G0為計(jì)算起始年的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值。1.1.3能源結(jié)構(gòu)-能源彈性系數(shù)

1.1.3能源結(jié)構(gòu)-能源彈性系數(shù)年份能源生產(chǎn)彈性系數(shù)能源消費(fèi)彈性系數(shù)20070.560.6120080.520.3020090.330.5120100.860.6920110.960.7720120.400.4920130.280.4720140.120.2920150.000.142016-0.590.21

中國(guó)2007-2016年能源彈性系數(shù)表能源生產(chǎn)彈性系數(shù)實(shí)質(zhì)上是國(guó)民經(jīng)濟(jì)變化對(duì)同期能源生產(chǎn)量變化的影響能源消費(fèi)彈性系數(shù)實(shí)質(zhì)上是國(guó)民經(jīng)濟(jì)變化對(duì)同期能源消費(fèi)量變化的影響1.1.3能源結(jié)構(gòu)-結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是提高能源質(zhì)量和確保經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要措施1322016年2020年2030年=43.6億噸<50億噸<60億噸非化石能源天然氣2030年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)2030年我國(guó)能源發(fā)展消費(fèi)架構(gòu)目標(biāo)為：非化石能源消費(fèi)比重提高到20%左右，天然氣消費(fèi)比重力爭(zhēng)達(dá)到15%，新增能源需求主要依靠清潔能源滿足。目錄Contents1.1.1能源分類(lèi)1.1.2能源發(fā)展過(guò)程1.1.3能源結(jié)構(gòu)1.1.4能源利用效率1.1.5新能源滲透率1.1.4能源利用效率物理學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)能源效率:減少提供同等能源服務(wù)的能源投入在使用能源（開(kāi)采、加工、轉(zhuǎn)換、貯運(yùn)和終端利用）的活動(dòng)中所得到的起作用的能源量與實(shí)際消耗的能源量之比。單要素能源效率:只把能源要素與產(chǎn)出進(jìn)行比較而不考慮其他生產(chǎn)要素全要素能源效率:考慮各種投入要素相互作用的能源效率。1.1.4能源利用效率-影響因素分析產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)能源利用效率的影響因素有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步、能源價(jià)格、市場(chǎng)化水平以及對(duì)外開(kāi)放水平等產(chǎn)業(yè)能源的消耗量不同產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展程度不同第三產(chǎn)業(yè)比重越大，能源利用效率越高各能源的利用效率不同優(yōu)質(zhì)能源（石油、天然氣）使用比率的上升會(huì)提高能源利用效率1.1.4能源利用效率-影響因素分析技術(shù)進(jìn)步能源價(jià)格能源技術(shù)進(jìn)步,如能源開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步非能源技術(shù)進(jìn)步，表現(xiàn)在生產(chǎn)設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備改進(jìn)、勞動(dòng)者勞動(dòng)能力提高等方面能源價(jià)格上漲將導(dǎo)致企業(yè)使用能源的成本上升，為了降低成本，生產(chǎn)者將盡可能提高能源效率市場(chǎng)化水平:市場(chǎng)機(jī)制作用下，企業(yè)會(huì)更加關(guān)注生產(chǎn)效率和技術(shù)創(chuàng)新，從而提高企業(yè)內(nèi)部的能源利用效率對(duì)外開(kāi)放:技術(shù)轉(zhuǎn)讓、管理技能和國(guó)際營(yíng)銷(xiāo)技能等方面發(fā)揮正向促進(jìn)作用目錄Contents1.1.1能源分類(lèi)1.1.2能源發(fā)展過(guò)程1.1.3能源結(jié)構(gòu)1.1.4能源利用效率1.1.5新能源滲透率1.1.5新能源滲透率新能源滲透率:各種新能源占全部能源用量的比重對(duì)社會(huì)發(fā)展的意義新能源普遍綠色環(huán)保，提高新能源滲透率有利于構(gòu)建節(jié)能減排的資源節(jié)約型社會(huì)對(duì)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)構(gòu)建新的能源體系，擺脫傳統(tǒng)化石能源的束縛對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的意義提高新能源的滲透率可以提高能源利用效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)GDP快速可持續(xù)速增長(zhǎng)1.1.5新能源滲透率提高對(duì)新能源滲透率的主要措施技術(shù)方面：發(fā)展先進(jìn)的多能源耦合或獨(dú)立的新能源分布式發(fā)電技術(shù)，使新能源在能源結(jié)構(gòu)中占有支配地位。政策方面：政府應(yīng)提出相應(yīng)的政策支持，宣傳新能源的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，為發(fā)展新能源提供有利的客觀條件。①請(qǐng)簡(jiǎn)述新能源與可再生能源的主要區(qū)別？②

什么是能源彈性系數(shù)，請(qǐng)給出其數(shù)學(xué)表達(dá)式？③什么是二次能源，二次能源與一次能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？思考題與習(xí)題謝謝！1.2環(huán)境問(wèn)題目錄Contents1.2.1能源環(huán)境問(wèn)題1.2.2能源環(huán)境污染成因1.2.3能源環(huán)境污染實(shí)例1.2.4改善能源環(huán)境的主要途徑目錄Contents1.2.1能源環(huán)境問(wèn)題1.2.2能源環(huán)境污染成因1.2.3能源環(huán)境污染實(shí)例1.2.4改善能源環(huán)境的主要途徑1.2.1能源環(huán)境問(wèn)題PM2.5土壤污染氣候變暖水污染石油泄漏1.2.1能源環(huán)境問(wèn)題隨著人們生活水平的不斷提高，環(huán)境狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，從而引發(fā)各類(lèi)環(huán)境問(wèn)題。能源環(huán)境污染大體上可分為大氣污染、水污染以及土壤污染。主要影響:一是對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的危害，二是對(duì)人類(lèi)社會(huì)的危害。目錄Contents1.2.1能源環(huán)境問(wèn)題1.2.2能源環(huán)境污染成因1.2.3能源環(huán)境污染實(shí)例1.2.4改善能源環(huán)境的主要途徑能源環(huán)境污染主要分三大類(lèi)大氣污染水污染土壤污染其中：大部分能源環(huán)境污染是由于能源的浪費(fèi)或者不合理使用引起的。1.2.2能源環(huán)境污染的成因1.2.2能源環(huán)境污染的成因大氣污染的成因主要以下三類(lèi):工業(yè)能源環(huán)境污染交通運(yùn)輸能源環(huán)境污染日常生活能源環(huán)境污染大氣污染的成因1.2.2能源環(huán)境污染的成因工業(yè)能源環(huán)境污染化石能源的使用：大量的SO2、NO2和CO2被排放到大氣中，進(jìn)而造成大氣污染工廠排放火電廠排放1.2.2能源環(huán)境污染的成因交通運(yùn)輸能源環(huán)境污染交通工具（汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、輪船等）產(chǎn)生的廢氣污染物（CO、NOx和PM2.5等）汽車(chē)尾氣交通污染1.2.2能源環(huán)境污染的成因日常生活能源環(huán)境污染主要來(lái)源：生活爐灶與采暖鍋爐；爐灶和鍋爐時(shí)消耗大量煤炭，并釋放大量煙塵、SO2、CO等有害物質(zhì)。北方地區(qū)，冬季采暖用的燃煤的燃燒，會(huì)改變其周?chē)目諝赓|(zhì)量，污染大氣生活爐灶采暖鍋爐1.2.2能源環(huán)境污染的成因水污染的成因由于水污染成因較多，單純由能源浪費(fèi)和不合理利用造成的水污染大致可以分為兩類(lèi)：酸雨造成的水污染石油造成的水污染1.2.2能源環(huán)境污染的成因酸雨造成的水污染燃煤產(chǎn)生的SO2等酸性氣體排入大氣中，造成局部地區(qū)SO-2含量過(guò)高，與云層中的水蒸氣反應(yīng)生成亞硫酸，進(jìn)而繼續(xù)與其它污染物發(fā)生催化反應(yīng)生成硫酸，最后以酸雨的形式降下。1.2.2能源環(huán)境污染的成因石油造成的水污染石油泄漏污染地下水，直接危及人類(lèi)的健康，導(dǎo)致各種疾病的患病率上升海上石油泄漏污染會(huì)造成大面積的海洋生物死亡，破壞生態(tài)平衡1.2.2能源環(huán)境污染的成因土壤污染的成因酸雨造成的土壤污染酸雨的一部分降入土壤，造成了土壤酸化，導(dǎo)致土壤污染石油造成的土壤污染在開(kāi)采、存儲(chǔ)、使用的過(guò)程中，石油中的重金屬等污染物進(jìn)入土壤導(dǎo)致土壤的質(zhì)量下降，無(wú)法發(fā)揮其正常作用目錄Contents1.2.1能源環(huán)境問(wèn)題1.2.2能源環(huán)境污染成因1.2.3能源環(huán)境污染實(shí)例1.2.4改善能源環(huán)境的主要途徑1.2.3能源環(huán)境污染實(shí)例大氣污染霧霾天氣1952年倫敦?zé)熿F酸雨事件水污染北美死湖酸雨事件海洋石油污染事件土壤污染油田采油污染重金屬污染霧霾天氣

2015年11月8日，中國(guó)某省出現(xiàn)了史上最嚴(yán)重的霧霾天氣，這次霧霾天氣的特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、污染面積大、污染程度深。全省14個(gè)城市中有11個(gè)處于重度污染以上。當(dāng)?shù)豍M2.5濃度一度超過(guò)1000μg/m3，局部地區(qū)高達(dá)1400μg/m31952年倫敦?zé)熿F酸雨事件

1952年12月倫敦發(fā)生煙霧酸雨，死亡人數(shù)高達(dá)4000。酸雨pH值低至1.4-1.9，而正常雨水的pH值僅為5.6左右北美死湖酸雨事件20世紀(jì)70年代起，在美國(guó)東北部及加拿大東南部的湖泊水質(zhì)發(fā)生酸化，污染程度高的湖泊pH值已低到1.4，污染程度較低的pH值也有3.5，而正常湖泊的pH值在6～7之間。1930年當(dāng)?shù)刂挥?%的湖泊沒(méi)有魚(yú)，但是在1975年，就有50%的湖泊沒(méi)有魚(yú)，其中有200個(gè)湖泊已經(jīng)成為死湖海洋石油污染事件

2010年4月20日，英國(guó)BP石油公司在美國(guó)墨西哥灣租用的鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸，導(dǎo)致大量石油泄漏1967年3月，油輪“托利卡尼翁”號(hào)在英吉利海峽觸礁失事，油輪失事造成了嚴(yán)重的海洋石油污染。近140千米的海岸受到了嚴(yán)重的石油污染。受石油污染的海域有25000多只海鳥(niǎo)死亡油田采油污染延長(zhǎng)油田西區(qū)采油廠發(fā)生油污泄漏，污染河流，污染地域地跨陜西省和甘肅省，對(duì)人類(lèi)和環(huán)境造成嚴(yán)重危害重金屬污染重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染日本水俁病事件目錄Contents1.2.1能源環(huán)境問(wèn)題1.2.2能源環(huán)境污染成因1.2.3能源環(huán)境污染實(shí)例1.2.4改善能源環(huán)境的主要途徑1.2.4改善能源環(huán)境污染的主要途徑預(yù)防方面采取洗煤、脫硫脫硝等技術(shù)，降低污染物排放實(shí)行汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)（法律手段）汽車(chē)尾氣處理1.2.4改善能源環(huán)境污染的主要途徑治理方面土壤修復(fù)技術(shù)、水污染治理循環(huán)經(jīng)濟(jì)、環(huán)評(píng)制度新能源技術(shù)風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、海洋能、水能等各類(lèi)新能源在使用過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)太陽(yáng)能風(fēng)能

海洋能水能

地?zé)崮苌镔|(zhì)能新能源①常見(jiàn)的能源環(huán)境污染分為哪幾種？②請(qǐng)簡(jiǎn)述改善能源環(huán)境污染的主要途徑。思考題與習(xí)題謝謝！1.3溫室氣體的排放和核算目錄Contents1.3.1溫室效應(yīng)1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5總結(jié)目錄Contents1.3.1溫室效應(yīng)1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5總結(jié)1.3.1溫室效應(yīng)地球的熱平衡太陽(yáng)通過(guò)輻射把能量傳遞給地球，一部分被反射回宇宙中，另一部分則被地面所吸收。地面增溫后通過(guò)長(zhǎng)波輻射，將能量返還給宇宙，這是地球本身的熱平衡溫室效應(yīng)概念1.3.1溫室效應(yīng)由于大氣中某些物質(zhì)的增加，導(dǎo)致熱量無(wú)法向外層空間發(fā)散，地球表面的溫度則會(huì)逐漸升高。由于這種情況類(lèi)似于溫室大棚的保溫效果，故稱之為溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)概念能夠產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體則被稱為溫室氣體。溫室氣體1.3.1溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)概念溫室效應(yīng)中幫助加熱溫室的輻射過(guò)程使地球表面平均溫度由-18℃上升到當(dāng)今自然生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)已經(jīng)適應(yīng)的平均15℃的舒適溫度利導(dǎo)致在海洋變暖、冰凍圈退縮、海平面上升和極端天氣氣候事件等諸多方面給生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)負(fù)面影響，使人們對(duì)溫室效應(yīng)產(chǎn)生了恐懼心理弊1.3.1溫室效應(yīng)溫室氣體種類(lèi)及其特性1997年12月制定的《京都議定書(shū)》中有6種：

二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）溫室氣體的作用強(qiáng)度全球變暖潛能值（GWP）：相對(duì)值，可度量各種溫室氣體對(duì)全球變暖的影響表示一定質(zhì)量的某種溫室氣體所捕獲得到的熱量相對(duì)于同樣質(zhì)量的CO2

所捕獲的熱量之比。GWP是在一定時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算得到的，以二氧化碳為基準(zhǔn)，將1kg二氧化碳使地球變暖能力作為1，其它物質(zhì)均以其相對(duì)數(shù)值來(lái)表示。1.3.1溫室效應(yīng)溫室氣體種類(lèi)及其特性溫室氣體大氣預(yù)留時(shí)間/年全球變暖潛力(100年)CO250～2001CH412±321N2O120310CF4500006500C2F6100009200SF6320023900GWP值的計(jì)算含有一些不確定因素，計(jì)算某溫室氣體通常需要了解該氣體在大氣層中的演變情況以及它在大氣層的余量所產(chǎn)生的輻射影響。因此，溫室氣體的GWP并不是一個(gè)精確值1.3.1溫室效應(yīng)溫室氣體的影響氣候轉(zhuǎn)變，全球變暖溫室氣體的濃度上升會(huì)減少紅外線輻射到太空中，由于地球生態(tài)環(huán)境存在的正反饋和負(fù)反饋機(jī)制，會(huì)使地球的氣候發(fā)生轉(zhuǎn)變。1.3.1溫室效應(yīng)溫室氣體的影響對(duì)海洋的影響海平面上升海洋酸化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響生物數(shù)量和地理分布變化生物物種滅絕1.3.1溫室效應(yīng)溫室氣體的影響對(duì)人類(lèi)生活的影響海平面的顯著上升會(huì)對(duì)沿海地區(qū)人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重的危害熱浪襲擊頻繁或嚴(yán)重程度增加，病菌、病毒、寄生蟲(chóng)更加活躍。目錄Contents1.3.1溫室效應(yīng)1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5總結(jié)1.3.2二氧化碳在1800年時(shí)，空氣中二氧化碳的濃度僅為283ppmv1994年時(shí)，增加到358ppmv2004年時(shí)，增加到377ppmv2015年全年二氧化碳濃度已經(jīng)突破400ppmv現(xiàn)狀化石燃料的燃燒人類(lèi)對(duì)于自然資源的耗竭式利用成因1.3.2二氧化碳二氧化碳的主要來(lái)源化石燃料的燃燒現(xiàn)階段在新能源技術(shù)還不成熟的情況下，化石燃料依然是人們的主要能量來(lái)源，每年通過(guò)化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生巨額的二氧化碳。1.3.2二氧化碳二氧化碳的主要來(lái)源對(duì)自然資源的耗竭式利用植被和土壤中有著巨大的碳儲(chǔ)量，人們砍伐樹(shù)木破壞植被，將會(huì)讓本來(lái)被固定住的碳又以二氧化碳的形式回到大氣中植物本身有吸收二氧化碳的功能，自然植被的破壞會(huì)大大減少空氣中二氧化碳的吸收1.3.2

二氧化碳減排措施提高能源利用效率尋找清潔的新能源作為代替二氧化碳的捕集與封存

目錄Contents1.3.1溫室效應(yīng)1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5總結(jié)1.3.3甲烷在大氣中的含量遠(yuǎn)不及二氧化碳，總的溫室效應(yīng)也不及二氧化碳，但其GWP（100年）是二氧化碳的21倍，增長(zhǎng)趨勢(shì)也遠(yuǎn)超過(guò)二氧化碳。甲烷的含量從1750年的0.7ppmv，猛增至2015年的1.8ppmv，翻了兩倍多，而同期二氧化碳含量的增長(zhǎng)只有40%左右現(xiàn)狀化石燃料開(kāi)采中的泄漏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物品的掩埋主要來(lái)源1.3.3甲烷甲烷的主要來(lái)源化石燃料開(kāi)采中的泄漏不論是對(duì)于煤礦的開(kāi)采中煤層氣的泄漏，還是對(duì)于石油開(kāi)采中的甲烷滲漏，都是大氣中甲烷的重要來(lái)源。1.3.3甲烷甲烷的主要來(lái)源農(nóng)業(yè)生產(chǎn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中動(dòng)物反芻、糞便處理以及稻田種植中均會(huì)產(chǎn)生大量的甲烷。1.3.3甲烷甲烷的主要來(lái)源廢棄物品的掩埋廢棄物品填埋雖然可以避免燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，但是其中的厭氧分解則會(huì)產(chǎn)生大量的甲烷。1.3.3

甲烷減排措施針對(duì)農(nóng)業(yè)方向的措施改進(jìn)飼料的成分來(lái)減少動(dòng)物反芻建立沼氣池和發(fā)酵池利用甲烷通過(guò)水分管理和肥料管理來(lái)減少甲烷的產(chǎn)生1.3.3

甲烷減排措施針對(duì)甲烷的逃逸將甲烷注回地下或者點(diǎn)燃火炬，能大幅度的減少甲烷的泄漏1.3.3

甲烷減排措施針對(duì)廢棄物的措施通過(guò)在廢棄物周?chē)佋O(shè)防滲層，進(jìn)行氣體和瀝出液的捕獲，進(jìn)行重復(fù)利用目錄Contents1.3.1溫室效應(yīng)1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5總結(jié)1.3.4

碳核算碳核算方法排放因子法質(zhì)量平衡法實(shí)測(cè)法碳核算方法可參考核算結(jié)果的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度要求、可獲得的計(jì)算用數(shù)據(jù)情況、排放源的可識(shí)別程度等因素進(jìn)行選取規(guī)定二氧化碳當(dāng)量（CO2e）為度量溫室效應(yīng)的基本單位實(shí)測(cè)法排放因子法質(zhì)量平衡法1.3.4

碳核算排放因子法依照碳排放清單列表，每一種排放源的活動(dòng)數(shù)據(jù)（ActivityData)與排放因子（EmissionFactor）的乘積作為該排放項(xiàng)目的碳排放量估算值EGHG為溫室氣體排放量（如CO2、CH4等），單位為tCO2eAD為溫室氣體活動(dòng)數(shù)據(jù)（單個(gè)排放源與碳排放直接相關(guān)的具體使用和投入數(shù)量），單位根據(jù)具體排放源確定EF為排放因子（單位某排放源使用量所釋放的溫室氣體數(shù)量），單位與活動(dòng)數(shù)據(jù)的單位相匹配GWP為全球變暖潛能，數(shù)值可參考IPCC提供的數(shù)據(jù)1.3.4

碳核算排放因子法能源二氧化碳碳排放因子能源名稱二氧化碳排放因子原煤1.9003kg/kg焦炭2.8604kg/kg原油3.0202kg/kg燃料油3.1705kg/kg汽油2.9251kg/kg煤油3.0179kg/kg柴油3.0959kg/kg液化石油氣3.1013kJ/kg油田天然氣2.1622kg/m31.3.4

碳核算質(zhì)量平衡法根據(jù)質(zhì)量守恒定律，用輸入物料中的含碳量減去輸出物料中的含碳量進(jìn)行平衡計(jì)算得到二氧化碳排放量EGHG為溫室氣體排放量（tCO2e）；MI為溫室氣體排放量（tCO2e）；

MO為輸出物料的量，單位根據(jù)具體排放源確定；CCI為輸入物料的含碳量，單位與輸入物料的量的單位相匹配；CCO為輸出物料的含碳量，單位與輸出物料的量的單位相匹配；

為碳質(zhì)量轉(zhuǎn)化為溫室氣體質(zhì)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)；GWP為全球變暖潛能，數(shù)值可參考IPCC提供的數(shù)據(jù)。1.3.4

碳核算實(shí)測(cè)法通過(guò)安裝檢測(cè)儀器、設(shè)備，并采用相關(guān)技術(shù)文件中要求的方法測(cè)量溫室氣體源排放到大氣中的溫室氣體排放量，進(jìn)行匯總從而得到相關(guān)碳排放量?jī)?yōu)點(diǎn)：該法中間環(huán)節(jié)少、結(jié)果準(zhǔn)確缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)獲取相對(duì)困難，投入較大1.3.4

碳核算碳核算方法比較類(lèi)別優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用對(duì)象應(yīng)用現(xiàn)狀排放因子法①簡(jiǎn)單明確易于理解②有成熟的核算公式和活動(dòng)數(shù)據(jù)、排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)③有大量應(yīng)用實(shí)例參考對(duì)排放系統(tǒng)自身發(fā)生變化時(shí)的處理能力較質(zhì)量平衡法要差社會(huì)經(jīng)濟(jì)排放源變化較為穩(wěn)定，自然排放源不是很復(fù)雜或忽略其內(nèi)部復(fù)雜性的情況①應(yīng)用廣泛②結(jié)論權(quán)威質(zhì)量平衡法明確區(qū)分各類(lèi)設(shè)施設(shè)備和自然排放源之間的差異需要納入考慮范圍的排放的中間過(guò)程較多，容易出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，數(shù)據(jù)獲取困難且不具權(quán)威性社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、排放設(shè)備更換頻繁、自然排放源復(fù)雜的情況①剛剛興起②具體操作方法眾多③結(jié)論需討論實(shí)測(cè)法①中間環(huán)節(jié)少②結(jié)果準(zhǔn)確數(shù)據(jù)獲取相對(duì)困難，投入較大受到樣品采集與處理流程中涉及到的樣品代表性、測(cè)定精度等因素的干擾小區(qū)域、簡(jiǎn)單生產(chǎn)排鏈的碳排放源，或小區(qū)域、有能力獲取一手監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自然排放源①應(yīng)用歷史較長(zhǎng)②應(yīng)用范圍窄1.3.4

碳核算企業(yè)的碳核算1.直接排放主要指企業(yè)直接燃燒的化石燃料以及生產(chǎn)中產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)中所放出的二氧化碳在進(jìn)行核算時(shí)可以先將各種燃料折算成標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量，然后根據(jù)每個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)折算成碳排放。對(duì)于反應(yīng)中的碳排放可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)時(shí)進(jìn)行碳排放的估算，然后對(duì)于非二氧化碳的溫室氣體通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行折算成碳排放。1.3.4

碳核算企業(yè)的碳核算2.電力的間接排放指企業(yè)控制下購(gòu)買(mǎi)的電力、蒸汽、制熱、制冷在其生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放在輸送中的損耗也要計(jì)算在內(nèi)。通過(guò)對(duì)于使用冷熱電的總量的統(tǒng)計(jì)，再加上前一級(jí)企業(yè)生產(chǎn)這些冷熱電的碳排放即可以得到電力的間接排放。1.3.4

碳核算企業(yè)的碳核算3.其他間接排放主要指企業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的排放，例如燃料的運(yùn)輸、員工通勤、出差時(shí)產(chǎn)生的碳這一部分的統(tǒng)計(jì)和核算比較困難，因?yàn)榘ǖ膬?nèi)容非常廣泛1.3.4

碳核算其他的碳核算方法生產(chǎn)碳足跡法不考慮由于經(jīng)濟(jì)交往產(chǎn)生的碳轉(zhuǎn)移，只按照地理界線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)該區(qū)域生產(chǎn)帶來(lái)的碳排放，而不考慮產(chǎn)品在本區(qū)域消費(fèi)或者是在其他區(qū)域消費(fèi)，適用于分析該地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)于碳排放的影響排放消費(fèi)碳足跡法不考慮消費(fèi)產(chǎn)品在哪里制造，只考慮在本地區(qū)消費(fèi)的產(chǎn)品的碳排放，該方法考慮了經(jīng)濟(jì)交往的碳排放，關(guān)注各個(gè)區(qū)域消費(fèi)結(jié)構(gòu)不同帶來(lái)的碳排放差異，應(yīng)用更廣泛目錄Contents1.3.1溫室效應(yīng)1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5總結(jié)1.3.5總結(jié)根本的解決方案國(guó)家層面要加強(qiáng)科研發(fā)展，盡快改善能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，尋找清潔的新能源作為替代，同時(shí)建立更加規(guī)范的碳核算體制，嚴(yán)格控制各類(lèi)溫室氣體的排放強(qiáng)度。個(gè)人層面要了解溫室效應(yīng)的危害和基本原因，了解到個(gè)人也可以做到溫室氣體減排，從個(gè)人做起，從每一天做起，減少溫室氣體的排放。①什么是溫室效應(yīng)，通常所說(shuō)的溫室氣體主要有哪幾種？②碳排放因子是什么？有哪些二氧化碳減排措施？思考題與習(xí)題謝謝！1.4新能源發(fā)電技術(shù)目錄Contents1.4.1問(wèn)題歸納1.4.2新能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)述1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型1.4.4結(jié)論與展望目錄Contents1.4.1問(wèn)題歸納1.4.2新能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)述1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型1.4.4結(jié)論與展望1.4.1

問(wèn)題歸納問(wèn)題化石能源消耗過(guò)快,造成資源短缺問(wèn)題二氧化碳急劇增加，引發(fā)霧霾等極端天氣環(huán)境惡化，影響地球各物種的生存與健康我國(guó)能源人均占有量較少，能源問(wèn)題突出通過(guò)新能源滿足未來(lái)能源增量是一個(gè)必然選擇人均資源占有量不及世界平均水平的一半人口數(shù)量和工業(yè)規(guī)模都是世界第一部分能源需要依賴進(jìn)口，能源安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)能源需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國(guó)家1.4.1

問(wèn)題歸納我國(guó)能源形勢(shì)目錄Contents1.4.1問(wèn)題歸納1.4.2新能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型1.4.4結(jié)論與展望1.4.2新能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介213電能為社會(huì)發(fā)展提供動(dòng)力源泉，也是保證人們?nèi)粘Ｉ钏降闹匾A(chǔ)電能是最主要的能源消費(fèi)方式發(fā)電技術(shù)在各能源利用技術(shù)中占有重要地位利用新能源來(lái)提供和保障電力供應(yīng)成為解決問(wèn)題的重要部分新能源發(fā)電技術(shù)定義及分類(lèi)1.4.2新能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介定義：新能源發(fā)電技術(shù)就是區(qū)別于傳統(tǒng)化石能源的能源利用與轉(zhuǎn)換的技術(shù)。分類(lèi)：包括核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芤约昂Ｑ竽?、燃料電池技術(shù)等一系列新技術(shù)。目錄Contents1.4.1問(wèn)題歸納1.4.2新能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型1.4.4結(jié)論與展望1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型意義核能太陽(yáng)能地?zé)崮茱L(fēng)能生物質(zhì)能海洋能有效降低化石能源的消耗量有助于改善環(huán)境質(zhì)量是解決能源與環(huán)境問(wèn)題的有力武器主要類(lèi)型

燃料電池1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型核能利用及其發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介將一個(gè)質(zhì)量較大的原子核分裂成兩個(gè)或多個(gè)質(zhì)量較小的原子核，裂變過(guò)程中會(huì)釋放出巨大的能量，即核能目前主要使用鈾核進(jìn)行核裂變獲取核能核裂變1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型核能利用及其發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介將質(zhì)量較小的兩個(gè)原子核聚合成一個(gè)比質(zhì)量較大的原子核，聚變過(guò)程中也會(huì)釋放出巨大的能量，即核能目前主要依靠氫核聚變來(lái)獲取核能核聚變1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型核能利用及其發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介核聚變213核聚變放出的能量遠(yuǎn)大于核裂變，燃料是氫的同位素氘或氚產(chǎn)物無(wú)放射性，不產(chǎn)生溫室氣體，是理想的清潔能源但是，核聚變十分難控制，“受控核聚變”難題也受到國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型核能利用及其發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介核電站簡(jiǎn)介目前商業(yè)核電站基于核裂變實(shí)現(xiàn)核電站所需的熱能來(lái)自于核燃料核裂變成所釋放出的熱量根據(jù)核反應(yīng)堆型式的不同，核電站可分為輕水反應(yīng)堆、重水反應(yīng)堆及石墨冷氣堆等核反應(yīng)堆：實(shí)現(xiàn)大規(guī)模可控核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型核能利用及其發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介核反應(yīng)堆類(lèi)型輕水反應(yīng)堆通常采用輕水，即普通的水(H2O)作為慢化劑和冷卻劑。重水反應(yīng)堆重水作中子慢化劑，重水或輕水作冷卻劑。用天然鈾作燃料，不需鈾濃縮過(guò)程，燃料循環(huán)簡(jiǎn)單，建造成本較高。石墨冷氣堆采用石墨作為中子慢化劑，用氣體作冷卻劑。氣冷堆的冷卻溫度較高，因而提高熱效率，熱效率可以超過(guò)40%。1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型核能利用及其發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介核反應(yīng)堆類(lèi)型-輕水反應(yīng)堆目前世界上的核電站大多數(shù)采用輕水反應(yīng)堆，占90%左右正在研發(fā)的第四代核反應(yīng)堆將能夠滿足極少的核廢物生成、風(fēng)險(xiǎn)低、防止核擴(kuò)散等基本要求輕水堆輕水壓水堆輕水沸水堆約70%約20%1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型核能利用及其發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介核反應(yīng)堆類(lèi)型-快中子增殖堆①不用慢化劑，使用快中子引發(fā)核裂變反應(yīng)②堆芯體積小、功率大采用氦冷卻的快堆，其增殖比很大，是第四代核技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)堆型之一1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型核能利用及其發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介我國(guó)核電發(fā)展規(guī)劃我國(guó)的核電裝機(jī)容量已經(jīng)接近3000萬(wàn)kW，主要是大亞灣、嶺澳以及秦山、田灣核電站我國(guó)核電裝機(jī)將達(dá)到5800萬(wàn)kW裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.2億～1.5億kW2016年2020年2030年1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)介ABCD是新能源中的一種，有著傳統(tǒng)化石能源沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)是典型的可再生能源，對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有影響風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)的重要組成部分目前是除了水力發(fā)電之外技術(shù)最成熟前景最好的發(fā)電方式1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)介風(fēng)力發(fā)電原理和類(lèi)型原理利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再最終轉(zhuǎn)化為電能風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用類(lèi)型1.水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)2.垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)介風(fēng)力發(fā)電發(fā)展歷程查爾斯·弗朗西斯·布拉升安裝了世界上第一臺(tái)用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)19世紀(jì)80年代20世紀(jì)90年代各國(guó)都大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，促進(jìn)了風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展2016我國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量1.69億kW，風(fēng)電發(fā)電量為2410億kWh未來(lái)風(fēng)力發(fā)電必將成為未來(lái)重要的發(fā)電方式之一1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型太陽(yáng)能發(fā)電簡(jiǎn)介太陽(yáng)能太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)能主要指太陽(yáng)輻射能來(lái)源是太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生核聚變釋放出來(lái)的能量太陽(yáng)能發(fā)電就是利用太陽(yáng)能產(chǎn)生電能的技術(shù)包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電和太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型太陽(yáng)能發(fā)電簡(jiǎn)介太陽(yáng)能光伏發(fā)電光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能結(jié)構(gòu)：太陽(yáng)能電池組件—電源系統(tǒng)控制器逆變器—控制保護(hù)系統(tǒng)負(fù)載—用戶終端1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型太陽(yáng)能發(fā)電簡(jiǎn)介太陽(yáng)能光熱發(fā)電將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為中高溫?zé)崮埽賹崮苻D(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式與傳統(tǒng)火力發(fā)電有些類(lèi)似，主要差別是該系統(tǒng)利用太陽(yáng)能中高溫集熱器取代傳統(tǒng)鍋爐1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型太陽(yáng)能發(fā)電簡(jiǎn)介在我國(guó)，光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)先于光熱發(fā)電技術(shù)。我國(guó)太陽(yáng)能電池發(fā)電成本高達(dá)200元/kWh我國(guó)光伏工業(yè)開(kāi)始起步，降至40元/kWh至45元/kWh太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)電成本降到1元/kWh以下1977年20世紀(jì)80年代2016年1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型生物質(zhì)能發(fā)電簡(jiǎn)介來(lái)源優(yōu)點(diǎn)生物質(zhì)能，就是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式來(lái)源于植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料，是一種可再生能源，同時(shí)也可以視為碳源原料豐富清潔低碳可再生可代替化石能源1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型生物質(zhì)能發(fā)電簡(jiǎn)介生物質(zhì)能相關(guān)技術(shù)01直接燃燒發(fā)電：把生物質(zhì)原料投入鍋爐中燃燒，帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電02沼氣發(fā)電03氣化發(fā)電：將原料通過(guò)熱解或發(fā)酵等方法使其產(chǎn)生可燃性氣體，然后進(jìn)行發(fā)電1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型地?zé)岚l(fā)電簡(jiǎn)介地?zé)嶂饕傻厍騼?nèi)部發(fā)生的核裂變產(chǎn)生，是一種儲(chǔ)量巨大的新能源地?zé)嵋彩且环N清潔能源，有著廣闊的開(kāi)發(fā)前景地?zé)?.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型地?zé)岚l(fā)電簡(jiǎn)介利用地下蒸汽或熱水的熱能，通過(guò)一定的裝置和技術(shù)手段將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能地?zé)岚l(fā)電分類(lèi)：雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電閃蒸型地?zé)岚l(fā)電蒸汽型地?zé)岚l(fā)電技術(shù)種類(lèi)1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型地?zé)岚l(fā)電簡(jiǎn)介地中海到喜馬拉雅，包括意大利和我國(guó)西藏大西洋中脊帶，大部分在海洋，北端穿過(guò)冰島環(huán)太平洋帶，美國(guó)西海岸，新西蘭，還有中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)等地?zé)豳Y源的分布1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型地?zé)岚l(fā)電簡(jiǎn)介世界各國(guó)對(duì)于地?zé)崮艿睦?904年，意大利的拉德瑞羅，第一次用地?zé)狎?qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)目前美國(guó)、新西蘭等國(guó)家都建設(shè)了地?zé)岚l(fā)電站我國(guó)目前最大的地?zé)崂没鼐褪茄虬司責(zé)犭姀S我國(guó)的高溫地?zé)豳Y源主要分布在滇、藏、川西和臺(tái)灣1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型挑戰(zhàn)我國(guó)的發(fā)展情況海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、海洋溫差能及鹽差能等海洋能的開(kāi)發(fā)與利用的最大問(wèn)題在于獲取海洋能的技術(shù)手段我國(guó)是世界上建造潮汐電站最多的國(guó)家，江廈電站是中國(guó)最大的潮汐電站海洋能發(fā)電簡(jiǎn)介世界各國(guó)對(duì)于地?zé)崮艿睦?.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型燃料電池發(fā)電技術(shù)燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電器1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型燃料電池發(fā)電技術(shù)優(yōu)點(diǎn)2341可將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芫哂谐掷m(xù)的發(fā)電能力，還有較高的發(fā)電效率能量損失比傳統(tǒng)的火力發(fā)電少燃料適應(yīng)性廣，輸出功率由電池電堆的容量決定。1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型燃料電池發(fā)電技術(shù)燃料電池的發(fā)展?jié)摿ξ磥?lái)發(fā)展

氫能氫能是一種清潔、高效的能源。氫氧燃料電池，其產(chǎn)物是水，屬于環(huán)境友好型發(fā)電方式。具有很大的發(fā)展?jié)摿?。世界各?guó)都將其視為未來(lái)的主要能源。目錄Contents1.4.1問(wèn)題歸納1.4.2新能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介1.4.3新能源發(fā)電主要技術(shù)類(lèi)型1.4.4結(jié)論與展望1.4.4結(jié)論與展望相信新能源發(fā)電技術(shù)將在我國(guó)的發(fā)電市場(chǎng)中占據(jù)舉足輕重的地位，成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的重要成員。新能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，它已具備初步規(guī)模。①舉例說(shuō)明你所熟悉的新能源發(fā)電技術(shù)？②

新能源滲透率如何定義？③可以試著描述一下風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的適用領(lǐng)域及其優(yōu)勢(shì)嗎？思考題與習(xí)題謝謝！2.1核反應(yīng)堆的物理基礎(chǔ)目錄Contents2.1.1核物理基礎(chǔ)2.1.2核反應(yīng)基礎(chǔ)2.1.3核裂變反應(yīng)相關(guān)2.1.4自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)目錄Contents2.1.1核物理基礎(chǔ)2.1.2核反應(yīng)基礎(chǔ)2.1.3核裂變反應(yīng)相關(guān)2.1.4自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)鈾-235裂變:8.32×1013J/kg鈾=2000t汽油氘聚變：3.5×1014J/kg=4kg鈾重要反應(yīng)核燃料增殖過(guò)程核裂變反應(yīng)2.1.1.1原子核的組成03原子質(zhì)量單位02組成01質(zhì)子中子

原子核2.1.1.2核力

飽和性短程力強(qiáng)相互作用力2.1.1.3核的結(jié)合能其核子的質(zhì)量總和聚合釋放能量新原子核的質(zhì)量<

m為質(zhì)量虧損2.1.1.3核的結(jié)合能比結(jié)合能=總的結(jié)合能原子核質(zhì)量數(shù)核能計(jì)算在原子能領(lǐng)域內(nèi)，一般用電子伏特（eV）、（MeV）作為能量單位。1u質(zhì)量相當(dāng)于為931MeV；1MeV=1.6021

10-13J。2.核聚變反應(yīng)質(zhì)量虧損為0.0276u，則核聚變反應(yīng)式＋MeV3.如果核裂變反應(yīng)式+200MeV（0.215u），1g鈾含有2.6

1021個(gè)鈾原子，問(wèn)完全裂變放出多少熱量（kJ）？思考題：1.m質(zhì)量的質(zhì)量虧損相當(dāng)于能量E=，E的單位為MeV，m的單位為u2.6

1021

200=5.2

1023MeV=8.33

107kJ1克鈾-235裂變釋放的熱量:相當(dāng)于3噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量2.1.1.4核的放射性當(dāng)原子核內(nèi)中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的比例超出與質(zhì)量數(shù)相應(yīng)的穩(wěn)定界限時(shí)，這種核將通過(guò)放射性衰變的方式向著更穩(wěn)定的方向自發(fā)地變化。穿透能力比較2.1.1.4核的放射性半衰期：放射性原子數(shù)量衰減到初始數(shù)量的一半時(shí)所需要的時(shí)間周期。

目錄Contents2.1.1核物理基礎(chǔ)2.1.2核反應(yīng)基礎(chǔ)2.1.3核裂變反應(yīng)相關(guān)2.1.4自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)2.1.2.1核反應(yīng)的定義核反應(yīng)是指外來(lái)粒子引起某原子核發(fā)生變化的反應(yīng)鈾核裂變氘氚核聚變2.1.2.2中子與原子核的相互作用中子觸發(fā)核反應(yīng)的原理：中子與原子核結(jié)合之后，核的平均結(jié)合能造成了超出核素可以保持穩(wěn)定的擾動(dòng)，導(dǎo)致核素趨向生成了更加穩(wěn)定的核素。2.1.2.2中子與原子核的相互作用Step.1吸收中子動(dòng)能轉(zhuǎn)為內(nèi)能處于激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放能量Step.2Step.3Step.4Step.5復(fù)合核的形成反應(yīng)堆主要的中子和原子核的相互作用形式2.1.2.2中子與原子核的相互作用中子觸發(fā)核反應(yīng)的原理：中子與原子核結(jié)合之后，核的平均結(jié)合能造成了超出核素可以保持穩(wěn)定的擾動(dòng)，導(dǎo)致核素趨向生成了更加穩(wěn)定的核素。最簡(jiǎn)單的也是很主要的核反應(yīng)，它是中子波和核表面勢(shì)相互作用的結(jié)果，中子并未進(jìn)入耙核入射中子直接與耙核內(nèi)的某個(gè)核子碰撞。這種情況要求中子的能量極大，基本可以不予考慮2.1.2.3反應(yīng)截面和核反應(yīng)率

2.1.2.3反應(yīng)截面和核反應(yīng)率宏觀截面：一個(gè)中子與單位體積內(nèi)原子核發(fā)生核反應(yīng)平均幾率的度量一個(gè)中子穿行單位距離與核發(fā)生相互作用的幾率大小的一種度量。

2.1.2.3反應(yīng)截面和核反應(yīng)率核反應(yīng)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位體積內(nèi)發(fā)生核反應(yīng)的次數(shù)

宏觀截面和中子通量的乘積目錄Contents2.1.1核物理基礎(chǔ)2.1.2核反應(yīng)基礎(chǔ)2.1.3核裂變反應(yīng)相關(guān)2.1.4自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)2.1.3.1核燃料裂變臨界能量：復(fù)合核從變形到分裂需要能量，所需的最小能量每消耗一個(gè)易裂變核所生成的新易裂變核核數(shù)稱為轉(zhuǎn)換比

生成新易裂變核的數(shù)目消耗新易裂變核的數(shù)目r=核燃料增殖注：天然鈾中有鈾-235的含量?jī)H為0.7%，其余99.3%為鈾-238（非裂變?cè)兀?。核燃料增殖過(guò)程核裂變反應(yīng)r﹤1時(shí)反應(yīng)堆稱為轉(zhuǎn)換堆

設(shè)初始的核燃料量M0，M0被消耗掉以后，會(huì)產(chǎn)生rM0的新燃料，進(jìn)一步又能得到r2M0，依此類(lèi)推，總共可供使用的核燃料量為（中間可能需要停爐）：r﹥=1時(shí)反應(yīng)堆稱為增殖堆

反應(yīng)堆消耗1kg的核燃料的同時(shí)，還能生產(chǎn)出超過(guò)1kg的新核燃料，這種增殖型反應(yīng)堆。不僅可以大量發(fā)電，而且可以逐漸積累核燃料，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行，將反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的新核燃料提取，又可建造新的核反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆充分利用了自然界大量蘊(yùn)藏的非裂變核燃料，使核電站反應(yīng)堆成為一座可裂變核燃料的加工廠，為核電站提供了豐富的核燃料資源。

M0新堆的循環(huán)量，G為增殖堆每天消耗的裂變?nèi)剂稀?/p>

倍增時(shí)間D=，單位為天數(shù)。思考：r有無(wú)理論上限？2.1.3.2核裂變產(chǎn)物的分布和能量常規(guī)的核反應(yīng)堆中，熱中子與靶核碰撞，形成復(fù)合核，發(fā)生（n,f）反應(yīng)，由于激發(fā)的能量是分配在許多核子上的，所以可能的產(chǎn)物有很多能量分布2.1.3.3中子的慢化平均對(duì)數(shù)能降增量：每次碰撞中子能量的自然對(duì)數(shù)的平均變化值

慢化劑2.1.3.4核裂變反應(yīng)堆功率

核燃料消耗速率

目錄Contents2.1.1核物理基礎(chǔ)2.1.2核反應(yīng)基礎(chǔ)2.1.3核裂變反應(yīng)相關(guān)2.1.4自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)2.1.4.1自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)機(jī)理自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)：不依靠外來(lái)中子的補(bǔ)充，就能持續(xù)裂變下去的核反應(yīng)。中子被核燃料吸收，發(fā)生裂變中子被核燃料吸收，卻不發(fā)生裂變中子被慢化劑、冷卻劑、結(jié)構(gòu)材料等有害吸收中子被泄露2.1.4.2有效增殖系數(shù)

反應(yīng)堆超臨界反應(yīng)堆臨界反應(yīng)堆次臨界2.1.4.3反應(yīng)堆內(nèi)中子循環(huán)剩余96個(gè)熱中子

漏失、被慢化劑和結(jié)構(gòu)材料俘獲剩余76個(gè)熱中子中子循環(huán)剩余76個(gè)熱中子第二代100個(gè)快中子被235U俘獲發(fā)生裂變思考題與習(xí)題：原子核由哪些粒子組成，分別用什么字母表示，原子核通常如何表示？核能的來(lái)源是什么？請(qǐng)列舉原子核放出的射線類(lèi)型。請(qǐng)說(shuō)出核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)的區(qū)別。原子核與中子的作用按表現(xiàn)形式分為哪兩種？什么是反應(yīng)截面，核反應(yīng)率如何計(jì)算？什么是轉(zhuǎn)換堆，什么是增殖堆？什么是中子的慢化？什么是自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)，什么是有效增殖系數(shù)？謝謝！2.2核反應(yīng)堆的熱工分析目錄Contents反應(yīng)堆熱源2.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)堆的傳熱過(guò)程2.2.12.2.3目錄Contents反應(yīng)堆熱源2.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)堆的傳熱過(guò)程2.2.32.2.12.2.1堆的熱源反應(yīng)堆內(nèi)的熱量來(lái)自核裂變釋放的能量，每次裂變釋放的能量平均約為200MeV。約84%裂變碎片的動(dòng)能γ與β射線其余2.2.1堆的熱源裂變能的分布與反應(yīng)堆的具體設(shè)計(jì)有關(guān)，對(duì)于熱中子反應(yīng)堆，一般來(lái)說(shuō)，90%以上的總裂變能是在燃料元件內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱能的，大約5%的總裂變能在慢化劑中轉(zhuǎn)換成熱能，剩余不到5%則在反射層、熱屏蔽等部件中轉(zhuǎn)換成熱能。2.2.1堆的熱源壓水動(dòng)力堆燃料元件的釋熱量占反應(yīng)堆總釋熱量的97.4%。沸水堆燃料元件的釋熱量占堆總釋熱量的96%。燃料元件釋熱量占比熱工分析目的及時(shí)輸出燃料元件內(nèi)產(chǎn)生的熱量2.2.1堆的熱源特別需要注意的是，反應(yīng)堆停止運(yùn)行后，反應(yīng)堆的功率不會(huì)一下子降為零，而是按照一定的規(guī)律衰減。熱量來(lái)源燃料棒內(nèi)儲(chǔ)存的顯熱剩余中子引起的核裂變

（剩余裂變發(fā)熱）裂變產(chǎn)物及中子俘獲反應(yīng)產(chǎn)物的衰變（衰變熱）燃料棒內(nèi)的顯熱、剩余裂變熱約在30s內(nèi)傳出，其后的冷卻要求完全取決于衰變熱。目錄Contents反應(yīng)堆熱源2.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)堆的傳熱過(guò)程2.2.12.2.32.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)燃料元件名稱極其繁多，這主要是由于不同的分類(lèi)方法造成的。下面介紹幾種主要的燃料元件分類(lèi)方法：按燃料類(lèi)型：

可分為金屬型燃料元件、彌散型燃料元件和陶瓷型燃料元件三種。

輕水堆燃料元件（二氧化鈾）屬于陶瓷型燃料元件。按幾何形狀：

可分為棒狀、板狀、管狀和球狀等燃料元件形式。

輕水堆幾乎全部用棒狀燃料元件。按反應(yīng)堆類(lèi)型：

反應(yīng)堆型+燃料元件。如輕水堆燃料元件、重水堆燃料元件。2.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)雖然燃料元件種類(lèi)繁多，但是不論何種形狀和形式的燃料元件，其組成不外乎兩大部分：燃料棒和骨架。2.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)燃料棒結(jié)構(gòu)典型的壓水堆燃料棒由UO2芯塊、鋯合金包殼、端塞、壓緊彈簧及氦氣腔組成。鋯合金在300～400℃的高溫高壓水和蒸汽中有良好的耐蝕性能、適中的力學(xué)性能、較低的原子熱中子吸收截面（鋯為0.18靶恩），對(duì)核燃料有良好的相容性，因此常用作水冷核反應(yīng)堆的包殼材料。壓水堆燃料棒上端塞貯氣腔壓緊彈簧包殼燃料芯塊上端塞2.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)燃料棒結(jié)構(gòu)包殼中留有足夠的空間和間隙，用于補(bǔ)償包殼和燃料芯塊不同的熱膨脹，以及芯塊的輻照膨脹，并且作容納裂變氣體的膨脹室。上端塞帶有一個(gè)小孔，用于制造時(shí)往包殼內(nèi)充氦氣加壓至2.0MPa，以減少包殼蠕變和增加燃料棒的導(dǎo)熱性能和可靠性。用氦氣加壓后，用熔焊將小孔封死。包殼內(nèi)的壓緊彈簧可以防止運(yùn)輸與操作過(guò)程中芯塊的竄動(dòng)。壓水堆燃料棒上端塞貯氣腔壓緊彈簧包殼燃料芯塊上端塞2.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)燃料元件的骨架是支撐燃料棒束的結(jié)構(gòu)部件它承受冷卻劑的沖刷，和緊急停堆時(shí)數(shù)十公斤的控制棒突然下落產(chǎn)生的沖擊力。此外，堆內(nèi)的高溫和強(qiáng)烈的中子輻照也會(huì)是骨架的機(jī)械性能發(fā)生變化甚至發(fā)生彎曲。因此，骨架的結(jié)構(gòu)決定了燃料元件的剛性，它的幾何尺寸直接影響元件的外形。壓水堆燃料元件骨架燃料元件骨架目錄Contents反應(yīng)堆熱源2.2.2燃料元件結(jié)構(gòu)堆的傳熱過(guò)程2.2.12.2.32.2.3堆的傳熱過(guò)程熱交換方式熱傳導(dǎo)熱對(duì)流熱輻射（水冷堆）（高溫氣冷堆）2.2.3堆的傳熱過(guò)程反應(yīng)堆內(nèi)的傳熱過(guò)程就是指燃料元件內(nèi)產(chǎn)生的裂變熱經(jīng)一系列過(guò)程傳給冷卻劑。其主要過(guò)程包括：燃料芯塊導(dǎo)熱→燃料-包殼間間隙導(dǎo)熱→包殼導(dǎo)熱→包殼表面向冷卻劑對(duì)流換熱。棒狀燃料元件徑向的溫度分布情況如圖所示。棒狀燃料元件徑向溫度分布燃料芯氣隙包殼冷卻劑tcitcstut02.2.3堆的傳熱過(guò)程燃料元件與冷卻劑的傳熱過(guò)程分析燃料芯塊導(dǎo)熱屬于有內(nèi)熱源的圓柱形芯塊溫度場(chǎng)問(wèn)題。燃料芯塊內(nèi)部導(dǎo)熱的主要計(jì)算式為：

t0為燃料芯塊的中心溫度tu為燃料芯塊的表面溫度為燃料芯塊的熱導(dǎo)率

ql為線功率（1）燃料芯塊內(nèi)的導(dǎo)熱t(yī)0tur

2.2.3堆的傳熱過(guò)程燃料元件與冷卻劑的傳熱過(guò)程分析（2） 氣體間隙導(dǎo)熱。燃料芯塊與包殼之間存在很薄的間隙，通常情況下，使用氣隙導(dǎo)熱模型來(lái)計(jì)算。其主要計(jì)算式為：tci為包殼內(nèi)表面的溫度為氣體間隙的熱導(dǎo)率dci為燃料芯塊直徑du為包殼內(nèi)表面直徑反應(yīng)堆長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，燃料芯塊可能會(huì)與包殼直接接觸，不能再使用上述的氣隙導(dǎo)熱模型了，需要利用接觸導(dǎo)熱模型進(jìn)行計(jì)算。tutcidcidu2.2.3堆的傳熱過(guò)程燃料元件與冷卻劑的傳熱過(guò)程分析（3）包殼導(dǎo)熱。包殼導(dǎo)熱屬于最常見(jiàn)的無(wú)熱源圓筒壁導(dǎo)熱問(wèn)題。其主要計(jì)算式為：

tcs為包殼外表面的溫度為包殼的熱導(dǎo)率

dcs為包殼外表面直徑tcitcs

dcs2.2.3堆的傳熱過(guò)程燃料元件與冷卻劑的傳熱過(guò)程分析（4）包殼與冷卻劑的單相對(duì)流換熱冷卻劑的主要目的就是通過(guò)對(duì)流換熱把燃料芯塊內(nèi)產(chǎn)生的熱量給傳遞出去。因此其主要計(jì)算式為：

tf為冷卻劑的溫度h為冷卻劑與包殼的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)Al為單位軸向長(zhǎng)度的換熱面積。各變量均為軸向位置z的函數(shù)tftcs2.2.3堆的傳熱過(guò)程燃料元件與冷卻劑的傳熱過(guò)程分析冷卻劑流過(guò)燃料元件時(shí)，溫度升高。假設(shè)冷卻劑從堆芯進(jìn)口到位置z處的換熱量為Q(z)，則冷卻劑的溫升為：W為冷卻劑的質(zhì)量流量cp為冷卻劑的比熱容。（5）冷卻劑換熱升溫tf2.2.3堆的傳熱過(guò)程當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)的傳熱過(guò)程出現(xiàn)異常，冷卻劑不能及時(shí)地把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳遞出去的時(shí)候，就極有可能會(huì)發(fā)生堆芯熔化事故。堆芯熔化的過(guò)程一般如下：當(dāng)堆芯喪失余熱載出手段后，堆芯開(kāi)始升溫，隨著溫度的逐漸上升，包殼首先熔化，然后控制棒解體，進(jìn)而燃料芯塊熔化、下移，造成堆芯支撐結(jié)構(gòu)失效和堆芯解體。堆內(nèi)傳熱異常的后果思考題：請(qǐng)說(shuō)出反應(yīng)堆內(nèi)熱量的主要來(lái)源。請(qǐng)描述燃料芯塊內(nèi)的熱量導(dǎo)出給冷卻劑的過(guò)程。請(qǐng)大致畫(huà)出反應(yīng)堆內(nèi)溫度的徑向分布。謝謝！2.3核反應(yīng)堆的動(dòng)力回路核反應(yīng)堆動(dòng)力回路分類(lèi)按核反應(yīng)燃料類(lèi)型裂變反應(yīng)堆聚變反應(yīng)堆裂變聚變混合堆按冷卻劑材料壓水堆沸水堆重水堆氣冷堆液態(tài)金屬冷卻堆按核反應(yīng)堆的用途研究堆生產(chǎn)堆動(dòng)力堆按中子能譜熱中子堆中能中子堆快中子堆目錄Contents2.3.1壓水堆核電站動(dòng)力回路2.3.22.3.3重水堆核電站動(dòng)力回路2.3.4高溫氣冷堆核電站動(dòng)力回路2.3.5鈉冷快中子增殖堆核電站動(dòng)力回路沸水堆核電站動(dòng)力回路目錄Contents2.3.1壓水堆核電站動(dòng)力回路2.3.2沸水堆核電站動(dòng)力回路2.3.3重水堆核電站動(dòng)力回路2.3.4高溫氣冷堆核電站動(dòng)力回路2.3.5鈉冷快中子增殖堆核電站動(dòng)力回路2.3.1壓水堆核電站動(dòng)力回路特征采用高壓輕水作為冷卻劑和慢化劑，且水在堆內(nèi)不沸騰的核反應(yīng)堆。冷卻劑的壓力一般在120到160個(gè)大氣壓范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)反應(yīng)堆時(shí)不會(huì)氣化。應(yīng)用目前世界上核電站、核動(dòng)力潛艇及航母應(yīng)用最多最普遍的一種核反應(yīng)堆。裝機(jī)容量占所有核電站反應(yīng)堆的60%以上。實(shí)例秦山一期、二期核電站廣東大亞灣核電站2.3.1壓水堆核電站動(dòng)力回路一回路反應(yīng)堆冷卻劑帶走核反應(yīng)熱量再傳熱給蒸汽發(fā)生器的過(guò)程二回路蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電，然后被冷凝由給水泵送回蒸汽發(fā)生器的過(guò)程冷卻回路用于冷卻二回路的水蒸氣2.3.1.1

基本組成與工作過(guò)程水水壓力容器穩(wěn)壓器主泵主管道蒸發(fā)器汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)冷凝器輸配電二回路一回路基本參數(shù)： 一回路：壓力154bar，291-310℃，高壓水 二回路：壓力55bar，250-280℃，出口飽和蒸汽蒸汽相關(guān)參數(shù)：冷卻劑&慢化劑：除鹽除氧的含硼水工作壓力：14.7-15.7MPa進(jìn)口溫度：280-300℃出口溫度：310-330℃溫升：30-40℃2.3.1壓水堆核電站動(dòng)力回路2.3.1.2

一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備壓力容器反應(yīng)堆堆芯控制棒組件包容整個(gè)堆芯、固定和支撐控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、堆內(nèi)構(gòu)件。作為一回路系統(tǒng)的組成部分，在運(yùn)行溫度和壓力條件下作為容納冷卻劑的壓力邊界。壓水堆的心臟，可控的鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)就在這里進(jìn)行。由上百個(gè)橫截面呈正方形或六角形的燃料組件構(gòu)成通過(guò)提升和插入來(lái)實(shí)現(xiàn)電廠啟動(dòng)、停閉、負(fù)荷改變等情況下比較快速的反應(yīng)性變化。2.3.1.2一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備（1）壓水反應(yīng)堆樞紐產(chǎn)生汽輪機(jī)所需蒸汽的換熱設(shè)備既是一回路設(shè)備，又是二回路設(shè)備二回路冷卻水在U型管束空間吸收來(lái)自一回路側(cè)的熱量產(chǎn)生蒸汽蒸汽濕度降低由蒸汽導(dǎo)管導(dǎo)出，送往汽輪機(jī)做功將一回路的放射性物質(zhì)阻擋在一回路內(nèi)對(duì)整個(gè)核動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性有十分重要的影響自然循環(huán)不需要外加壓力依靠水和汽水的密度差而進(jìn)行的水循環(huán)2.3.1.2一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備（2）蒸汽發(fā)生器穩(wěn)壓器低壓時(shí)工作狀態(tài)穩(wěn)壓器高壓時(shí)工作狀態(tài)2.3.1.2一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備（3）穩(wěn)壓器

提供驅(qū)動(dòng)壓力，將一回路經(jīng)過(guò)蒸汽發(fā)生器的冷卻劑壓回核燃料燃燒的堆芯，再把反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量送至蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生推動(dòng)汽輪機(jī)做功的蒸汽形成循環(huán)。耐高溫耐高壓防輻射耐腐蝕密閉好無(wú)泄漏大功率高溫度不停轉(zhuǎn)心臟2.3.1.2一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備（4）反應(yīng)堆冷卻劑泵汽輪機(jī)系統(tǒng)汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)冷凝水及加熱系統(tǒng)汽輪機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力機(jī)械。它首先把蒸汽的熱能變?yōu)檎羝鞯膭?dòng)能，然后再把蒸汽流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)包括：汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)、汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)、汽水分離再熱器等。汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器被冷凝為凝結(jié)水，凝結(jié)水需經(jīng)過(guò)凝結(jié)水泵、低壓加熱器、除氧器、給水泵、高壓加熱器再作為二回路給水供給蒸汽發(fā)生器。2.3.1.3二回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備目錄Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5壓水堆核電站動(dòng)力回路沸水堆核電站動(dòng)力回路重水堆核電站動(dòng)力回路高溫氣冷堆核電站動(dòng)力回路鈉冷快中子增殖堆核電站動(dòng)力回路2.3.2沸水堆核電站動(dòng)力回路2.3.2沸水堆核電站動(dòng)力回路2.3.2沸水堆核電站動(dòng)力回路優(yōu)點(diǎn)直接循環(huán)，只有一個(gè)回路。造價(jià)較低，節(jié)約成本。工作壓力可以降低。這使得系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，降低了投資。堆芯出現(xiàn)空泡。經(jīng)驗(yàn)表明，堆芯出現(xiàn)起泡使得沸水堆更加穩(wěn)定，具有較好的控制調(diào)節(jié)性能。缺點(diǎn)輻射防護(hù)和廢物處理較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)和維修麻煩,當(dāng)汽輪機(jī)等設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，維修時(shí)間也很長(zhǎng)。功率密度比壓水堆小。由于水沸騰后慢化能力降低，導(dǎo)致燃料利用率較低，因此需要比壓水堆多的核燃料。目錄Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5壓水堆核電站動(dòng)力回路沸水堆核電站動(dòng)力回路重水堆核電站動(dòng)力回路高溫氣冷堆核電站動(dòng)力回路鈉冷快中子增殖堆核電站動(dòng)力回路2.3.3重水堆核電站動(dòng)力回路重水慢化劑重水的中子吸收截面比輕水小得多，所以重水堆中慢化劑吸收的中子比輕水堆要少得多，可以直接利用天然軸作為核燃料冷卻劑與慢化劑循環(huán)與壓水堆動(dòng)力回路不同的是，重水堆的冷卻劑、慢化劑循環(huán)是分開(kāi)的。蒸汽發(fā)生器和主回路水泵安裝在反應(yīng)堆的兩端。2.3.3重水堆核電站動(dòng)力回路優(yōu)點(diǎn)重水堆可以采用天然鈾作燃料，而不必提純，燃料利用率高于輕水堆。燒過(guò)的燃料中鈾-235的含量極小，不需要進(jìn)行乏燃料的處理。缺點(diǎn)重水的價(jià)格比較昂貴，且需要頻繁的更換燃料。目錄Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5壓水堆核電站動(dòng)力回路沸水堆核電站動(dòng)力回路重水堆核電站動(dòng)力回路高溫氣冷堆核電站動(dòng)力回路鈉冷快中子增殖堆核電站動(dòng)力回路2.3.4高溫氣冷堆核電站動(dòng)力回路冷卻劑：氦氣慢化劑：石墨結(jié)構(gòu)：雙動(dòng)力回路一回路：冷卻劑氦氣二回路：工質(zhì)水實(shí)例：我國(guó)建成的石島灣核電站2.3.4高溫氣冷堆核電站動(dòng)力回路優(yōu)點(diǎn)熱效率高燃耗深氦氣性質(zhì)穩(wěn)定傳熱性能好，感生放射性低，停堆后能將余熱安全帶出不易發(fā)生堆芯熔化，安全性能好缺點(diǎn)高燃耗包覆顆粒核燃料元件的制備和輻照考驗(yàn)高溫高壓氦氣回路設(shè)備的工藝技術(shù)問(wèn)題燃料后處理及再加工問(wèn)題目錄Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5壓水堆核電站動(dòng)力回路沸水堆核電站動(dòng)力回路重水堆核電站動(dòng)力回路高溫氣冷堆核電站動(dòng)力回路鈉冷快中子增殖堆核電站動(dòng)力回路2.3.5鈉冷快中子增殖堆核電站動(dòng)力回路定義：以液態(tài)鈉為冷卻劑，由快中子引起核裂變并維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的反應(yīng)堆。原理：快堆用钚-239作燃料，在堆心燃料钚-239的外圍再生區(qū)里放置鈾-238，钚-239燃燒產(chǎn)生的中子會(huì)被外圍的鈾-238吸收，生成钚-239，這樣燃料越燒越多。結(jié)構(gòu)：鈉冷快堆（SFR）一般設(shè)計(jì)成三個(gè)回路，比壓水堆中間多一個(gè)三回路。2.3.5鈉冷快中子增殖堆核電站動(dòng)力回路優(yōu)點(diǎn)鈉具有中子吸收截面小、導(dǎo)熱性好、比熱大等優(yōu)點(diǎn)。沸點(diǎn)高達(dá)886.6℃，所以常壓下鈉的工作溫度可以很高。金屬鈉的溫度就能達(dá)到500—600℃。鈉對(duì)金屬材料不具有腐蝕性，因此鈉是一種很好的冷卻劑。缺點(diǎn)作為冷卻劑的金屬鈉由于化學(xué)特性很活潑，易與水、氧氣等反應(yīng)，在空氣中能燃燒，因此需要采取嚴(yán)格的防范措施，技術(shù)難度上比熱堆大。由于三回路和金屬鈉的特殊性，維修比較困難，且金屬鈉使用量大。思考題：請(qǐng)根據(jù)冷卻劑種類(lèi)列舉幾個(gè)反應(yīng)堆類(lèi)型。請(qǐng)描述壓水堆一回路的主要運(yùn)行流程和主要設(shè)備。請(qǐng)描述壓水堆二回路的主要運(yùn)行流程和主要設(shè)備。請(qǐng)說(shuō)出沸水堆與壓水堆的主要區(qū)別。謝謝！2.4核電站的安全基礎(chǔ)目錄Contents2.4.1輻射及其危害2.4.2反應(yīng)堆的固有安全性2.4.3核電站安全性2.4.4核電站安全事故目錄Contents2.4.1輻射及其危害2.4.2反應(yīng)堆的固有安全性2.4.3核電站安全性2.4.4核電站安全事故2.4.1.1天然輻射與人工輻射核電站潛在危險(xiǎn)性輻射危害不穩(wěn)定核素天然輻射釋放帶電粒子形成穩(wěn)定核素人工輻射2.4.1.1天然輻射與人工輻射γ射線β射線α射線穿透能力極弱，電離能力極強(qiáng)防止吸入被污染的空氣和食入被污染的食物、防止傷口被污染穿透能力中等，電離能力中等防止直接接觸應(yīng)對(duì)β射線，樓房是很好的屏蔽體穿透能力極強(qiáng)，電離能力極弱盡可能減少受輻射的時(shí)間，遠(yuǎn)離輻射源天然放射性同位素放射的射線2.4.1.1天然輻射與人工輻射本底輻射/天然輻射人工輻射輻射無(wú)處不在人類(lèi)在自然界這種輻射環(huán)境下生存和發(fā)展低水平的輻射不會(huì)對(duì)人類(lèi)造成危害核工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生、使用以及排放的放射性物質(zhì)的照射核技術(shù)應(yīng)用中使用的放射性核素產(chǎn)生射線照射計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)等用電設(shè)備產(chǎn)生的輻射2.4.1.2輻射劑量1.指單位質(zhì)量的物質(zhì)吸

收電離輻射的能量2.國(guó)際單位是戈瑞（Gy）1Gy=1J/Kg吸收劑量(D)1.在吸收劑量的基礎(chǔ)上考慮了人體

受到輻射后產(chǎn)生的生物效應(yīng)2.是吸收劑量D與輻射的品質(zhì)因子Q的乘積3.在輻射防護(hù)中更常用4.單位稱為希沃特（Sv），1Sv=1J/kg當(dāng)量劑量(H)輻射劑量2.4.1.2輻射劑量100%0.01核電站周?chē)?00%0.15水果糧食空氣100%0.038~0.075每天吸20支煙100%20放射性工作者職業(yè)劑量限值100%0.02胸肺透視一次100%0.75磚房100%0.001每天看一小時(shí)電視100%0.005毫希/小時(shí)乘坐飛機(jī)100%3.7某些高原地區(qū)居民生活中受到的天然輻射量單位：毫希/年2.4.1.3輻射危害超過(guò)限定值的核輻射對(duì)人體產(chǎn)生危害指其對(duì)受照者本人產(chǎn)生的影響，如核輻射可能會(huì)引起白內(nèi)障、皮膚良性損傷、骨髓造血障礙、生育能力減退以及血管結(jié)締組織受損等指其對(duì)下一代的影響輻射傷害通過(guò)兩種途徑引起放射性核素在生物體外，使生物受到來(lái)自外部的射線照射放射性核素進(jìn)入生物體，使生物受到來(lái)自內(nèi)部的射線照射內(nèi)(部)輻射外(部)輻射遺傳效應(yīng)軀體效應(yīng)一般來(lái)講，身體接受的輻射能量越多，其放射病癥狀越嚴(yán)重。2.4.1.3輻射危害100%100-1000白細(xì)胞減少人體本身不會(huì)有感覺(jué)100%2000-4000骨髓遭到破壞紅白細(xì)胞極度減少嘔吐、出血100%>4000直接導(dǎo)致死亡100%<100無(wú)危害100%1000-2000導(dǎo)致輕微射線疾病接

受

當(dāng)

量

劑

量

與

人

體

的

表

現(xiàn)單位：毫希2.4.1.3輻射危害較長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)允許劑量的輻射損傷短時(shí)間內(nèi)大劑量電離輻射引起的放射性損傷隨受照劑量的不同，在受照部位可能出現(xiàn)紅斑、水腫、干性脫皮和濕性脫皮、起水泡、疼痛、壞死、壞疽或脫發(fā)等癥狀主要出現(xiàn)在急性放射病典型病程的初期，表現(xiàn)為惡心、嘔吐、疲勞、發(fā)熱和腹瀉全身外照射損傷局部照射損傷急性放射病慢性放射病核輻射致病按受輻射劑量分類(lèi)分別導(dǎo)致的病狀目錄Contents2.4.1輻射及其危害2.4.2反應(yīng)堆的固有安全性2.4.