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1、现代科学技术辅导第三章能源科学技术一、能源和能源分类1．能源能源是自然界在一定条件下所提供的某种形式的能量资源。能源是社会发展的重要物质基础；是维持人类生存和发展的重要物质条件；是衡量一个国家经济技术发展水平的重要标志。能源科学技术是研究能源的开发和利用理论、实践和政策的一门科学技术。2．能源的分类世界上能源的种类很多,按照能源的来源可划分为3大类:第一类是来自太阳的能量；第二类是来自地球内部的能量；第三类是地球和月亮、太阳之间相对位置的周期性变化,它们之间的引力使海水涨落形成的潮汐能。在能源科学中,通常把能源划分为两大类型:一类是"一次能源"；另一类
2、是"二次能源"。自然界现成存在的、没有经过加工或转换的能源,称为一次能源。把需要依靠其他能源来制取或转换的能源称为二次能源。在一次能源中,按照能源是否可以再生,又分为再生能源和非再生能源。水能、风能、潮汐能、太阳能(直接的太阳辐射)等称为可再生能源；石油、天然气、煤炭、核燃料等称为非再生能源。按照能源本身的性质,能源还可以分为含能体能源和过程性能源。按照能源是否获得广泛应用又分为常规能源和新能源。新能源是一个相对的概念,目前的常规能源在过去也曾是新能源,现在的新能源将来也会成为常规能源。二.常规能源煤、石油、天然气、水能和风能等属常规能源。在地球上,煤
3、是一种储量极为丰富的矿产燃料资源。与石油、天然气等燃料相比有它的一些缺点。为了发挥煤炭的作用,必须解决煤炭的开采、运输及煤的气化、液化等方面的技术问题。石油在当今能源消费构成中占第一位。石油又称原油,经加工后可形成包括汽油、柴油、煤油、重油、轻油等一系列的能源产品,其与煤相比具有很多煤所不具备的优点:用途广；其输送和开采均相对方便；热效率高；对环境的污染相对较小等等。当今各国在如何进一步合理开发和利用已有石油资源问题上正积极寻找各种途径。石油的加工技术有分馏和裂化,分馏是通过对石油的加热,根据其中组成成分不同的沸点,在不同的加热温度下,分别获得不同的石
4、油制品。采用裂化炼制技术可以使比汽油、煤油、柴油等分子量大的馏分分裂成小分子成分,从而达到增加汽油产量的目的。利用分馏与裂化的联合装置对石油进行炼制可取得理想的效果。水能是一种可以再生的能源,人类利用水能的历史悠久,近代对水能的利用主要是用作发电。对水能的利用应着重于进一步的综合开发利用。风能资源虽然较丰富,但由于能量密度低、稳定性差、地区差别大等原因,还没发挥其应有的作用。三.新能源为了保证人类社会的持续发展,应该在充分开发利用现有常规能源的同时,尽快开发利用至今还没有被充分开发利用的更为理想的新能源。什么是未来比较理想的新能源呢?它的资源应该是无限
5、的,可以再生的,或者是储量极为丰富的；它应该既清洁、又安全,使用过程中不会污染环境,不会破坏生态平衡,对人类的生存发展不会构成威胁；它既可以进行大规模的开发,又可以作小型分散的使用。如果这种能源还具有很高的能量密度或发热本领,便于运输、储存和使用,那就更理想了。符合这些条件的新能源,有原子能、太阳能、地热能、海洋能、氢能、生物质能,等等。它们是世界新技术革命的动力,是未来社会能源系统的基础。1．原子能原子能又称核能,它是由原子核结合的变化而释放出的一种能量。这种能量有两种:一是由一个重原子核裂变成两个或两个以上较轻的原子核时所产生的能量；二是由两种轻原
6、子核聚变成一个重原子核时所释放出的能量。上述两种原子能形成的过程,分别称为核裂变反应和核聚变反应。核反应产生的大量热量通过热交换器把热量传递给水,水受变成高温高压的蒸汽,蒸汽就可以推动涡轮发电机发电。利用核能发出的电简称核电,这样的电站叫核电站。核反应堆是核电站最重要的组成部分,它的作用相当于火电站的锅炉。核反应堆是一种能使原子核裂变的链式反应有控制地进行的装置。按所用冷却剂、慢化剂的不同,核反应堆可分成轻水堆(压水堆和沸水堆)、重水堆和石墨气冷堆(天然铀气冷堆、改进型气冷堆、高温气冷堆)。现在使用最普遍的是压水堆,不过石墨高温气冷堆具有相当大的吸引力
7、。现在一般核反应堆里装的核燃料大都是天然铀或者是含3%铀-235的二氧化铀,用经过慢化剂"慢化"了的慢中子(又叫热中子)去轰击铀-235并使它发生裂变。人们把这种核反应堆统称为热中子反应堆,或简称为"热堆"。可是,热中子只能使铀-235裂变,而在天然铀中,铀-235只占7‰左右,另一种铀的同位素铀-238却占了98%以上。这样,在热中子反应堆中,绝大多数的铀就不能参加核反应,不能被"燃烧"利用。为了解决这个问题,科学家们设计建造了一种新型的核反应堆,它不是用铀-235而是用钚-239作燃料,它不用慢化剂而是直接利用钚-239裂变时产生的快中子来维持链式
8、反应。所以这种核反应堆又叫做快中子反应堆,或简称为"快堆"。快堆有一个特点,就是在它的反应区周
