能源与环境第3章

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1、第3章新能源的开发和利用3.1核能3.2太阳能3.3地热能3.4风能3.5海洋能3.6生物质能3.7氢能3.8核聚变能新能源一般是指最近一、二十年才为人们所重视，并开始开发利用的能源，技术上还很不成熟，在目前使用的能源中所占的比例还很小，但很有发展前途，是解决化石燃料枯竭后世界能源问题的根本途径。它们一般包括太阳能、地热能、海洋能、潮汐能、生物质能和氢能等。核能虽然在国外已视为常规能源，但由于我国对核能的开发还刚刚起步发展，因此也归为新能源。石油、天然气和煤炭这三种人类使用的主要能源可开采年限，分别只有40年、50年和240年。科学家们为21世纪的能源需求计算出大致的

2、比例：2000年石油、煤炭、天然气这三种传统能源消费量约90%以上，其中石油占一半以上，2040年石油消费量将达到最高峰，2100年石油消费将减少到不足能源消费总量的5%，而从2050年开始，新能源的比例将大大上升，达到总能源消费量的一半以上。开发新能源已成为全球可持续发展的当务之急。核能是今后能源发展的重要方向。世界上有丰富的核燃料资源，如U235（铀）、Th232（钍）、D（氘）、T（氚）、Li（锂）、B（硼）等，世界上铀的储量为417亿吨，氘、氚由于取自海水，是可再生的核燃料，据初步估计核燃料资源至少相当于全部化石燃料的10倍，所以核能将是解决今后能源问题的主要

3、途径。作为民用，核能主要用于发电。3.1核能核能是从爱因斯坦发现的相对论之后，人类才开始认识的。根据相对论原理，物质的质量和能量可以互相转化，即E=m•c2。因光速c≈3×108m/s，所以有物质质量转换成的能量是非常惊人的。1kgU235完全裂变可释放出热量678亿千焦，相当于2400吨标准煤；1kg氘氚混合物聚变时可释放热量3390亿千焦，相当于12000吨标准煤。核能的产生有两种方式，即核裂变和核聚变。核裂变能是指质量较大的原子核在中子激发下分裂成较小原子核时，减少的质量所释放出的能量。核聚变是较小的原子核聚合成较大的原子核时，减少的质量所所释放出的能量。目前聚

4、变能还没有有效的控制方法，因此只有核裂变能得到普遍的利用。核燃料一般指裂变核燃料，目前主要有U235、U238、Pu239（钚）、U233。U235很容易裂变，而U238几乎不可以裂变，但U235在天然铀矿种含量仅为7%；Pu239和U233也是优质核燃料，但自然界中几乎不存在，必须以U238和Th232为原料，用人工方法制备。核裂变原理U235等重核在吸收中子后产生裂变，分裂为质量大致相同的两个新原子核，同时放出2～3个中子，这些新产生的中子又引起其它U235原子核发生裂变，又产生第三代中子，再引起新的裂变，如此继续下去，就产生所谓链式反应。在裂变过程中伴随能量放出

5、，这就是核能（裂变能）。235U+n→140Ba（钡）+94Kr（氪）+2nU235每次核裂变放出约200MeV的能量，相当于一个C原子燃烧时放出能量（4.1eV）的4878万倍裂变能的优点（1）资源量充足与化石燃料相比，资源储量巨大，它的开发和利用，是人类最终解决长期能源需求的希望。地球上的裂变燃料若全部充分利用可供人类上千年的能量需求。（2）核电是安全的随着核能技术的不断进步，核电站的安全性已达到很高的水平。核电事故率远低于火电，比火电安全。核电站采用了多重应急安全系统和设施，设有能包容放射性物质的4道安全屏障：UO2陶瓷芯块、元件包壳、压力容器和安全壳，可防止放

6、射性外逸。目前压水堆正常运行时排到环境的放射性剂量，只稍高于天然放射性本底值。*两次较大核电事故：前苏联切尔诺贝利核电站事故（1986）美国宾州三里岛核电站泄露事故（1979）（3）核电是干净的1973～1990年全球由于利用核能，少排放了1.09亿吨SO2和9800万吨NOx。（4）发展核能可避免温室效应核能，包括核燃料循环工业在内，排放的CO2量是微不足道的。因此，发展核能可避免温室效应。（5）核电技术已经成熟自1942年第一座核反应堆运行以来，核电的发展已走过50多年的路程，现在全世界有几百座核电站在运转和正在建造，核电在世界的电力生产中已占有相当的比例，其技术

7、发展已相当成熟。核电自1942年第一座核反应堆运行以来，核电的发展已走过50多年的路程，核电在世界的电力生产中已占有相当的比例。世界核电站的发展大致经历了三个阶段：1954～1960年为试验性阶段，只有原苏联、美国、英国和法国建成了10座试验性核电站，机组容量3～210MW，总容量859MW；1961～1968年为实用阶段，除这四国外，德国、日本、加拿大、意大利、比利时、瑞士和瑞典等国也建成了核电站，总容量达到12230MW，最大机组容量608MW；1969年以后为迅速发展阶段，目前全世界已有30多个国家和地区共建成投产了537座核电站，总容量已超过