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1、能 源,第五组,主持人：毛世龙发言人：王浩 黄少明 魏友武,问题1：我们每天要吃饭、喝水，用什么来煮饭、烧水呢？回答：煤，煤气，柴草、天然气,问题2：要开动汽车、火车、飞机等交通工具 需要消耗什么呢？回答：汽油或者柴油等,一.能源的概念,能源：能量资源或能源资源，是自然界中能 为人类提供某种形式能量的物质资源。可产生各种能源（如热量、电能、光能 和机械能等）或可做功的物质的统称。,二.能源的分类,(一)按地球上的能量来源对能源分类,1.来自地球外部天体的能源。有直接来自太阳直接照射到地球的光和热能，还有间接地来自太阳的能源,常见的煤炭、石油、天然气，以及生物质能、水能、海洋热能和风能等。2.地
2、球本身蕴藏的能量。其中一种是地球内部蕴藏着的地热能，常见的地下蒸汽、温泉、火山爆发的能量都属于地热能。另一种是地球上存在的铀、钍、锂等核燃料所蕴有的核能。3.地球和其他天体相互作用而产生的能量。太阳和月亮等星球对大海的引潮力所产生的涨潮和落潮所拥有的巨大潮汐能。,(二)按使用类型对能源分类,1.常规能源（传统能源）。已被人类利用多年，目前仍在大规模使用的能源。如水能、生物能、煤炭、石油、天然气等。占全部能源生产消费总量的90以上。2.新能源（非常规能源、替代能源）。近若干年来开始被人类利用（如太阳能、核能）或过去已被利用现在又有新的利用方式（如风能）的能源。,1.可再生能源。可长期提供或可再生
3、的能源（10%左右）例：水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能等。2.不可再生能源。一旦消耗就很难再生的能源（90%左右）例：煤炭、石油、天然气等。,(三)按能否再生对能源分类,(四)按获得的方法对能源分类,1.一次能源（天然能源）。是指直接取自自然界、而不改变它的形态的能源。它又分为可再生能源和非再生能源。例：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、石油、天然气、植物秸杆、水能、风能、太阳能、地热能、核能、海洋能等。2.二次能源（人工能源）。是指一次能源经人为加工成另一种形态的能源。例：汽油、水电、蒸汽、煤气、焦炭、沼气等。,(五)按能否作为燃料对能源分类,1.燃料型能源。包括煤炭、石油、天然气、泥炭、木材
4、等。2.非燃料型能源。包括水能、风能、地热能、海洋能等。,(六)按对环境的污染情况对能源分类,1.清洁能源。使用时对环境没有污染或污染小的能源。例：水能、风能、太阳能以及核能等。2.非清洁能源。对环境污染较大的能源。例：煤炭、石油等。,1.商品能源。凡能进入市场作为商品销售的能源。例：煤、石油、天然气和电等。2.非商品能源。主要指薪柴、秸秆等农业废料和人畜粪便等就地利用的能源。,(七)按能否进入商品流通领域对能源分类,(八)按形态特征或转换与应用的层次对能源分类,世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物能、风能、核能、海洋能和地热能。前三类统称化
5、石燃料或化石能源。,表1-1 能源的分类,世界能源之最（一）1、煤炭探明可开采储量最多的国家：美国2、石油探明可开采储量最多的国家：沙特阿拉伯3、天然气探明可开采储量最多的国家：俄罗斯4、技术可开发水能源资源最多的国家：中国5、最大油田：沙特阿拉伯加瓦尔油田6、已经开发最大煤田：俄罗斯坎撕壳-阿钦斯克煤田7、最大气田：卡塔尔，北方气田，8、一次能源总产量最大的国家：美国，9、原油产量最大的国家：沙特阿拉伯10、原煤产量最大的国家：中国,可开发水能资源最多的国家中国一次能源产量最大的国家美国发电量最多的国家美国水力发电量最多的国家加拿大水电占总发电量比重最高的国家挪威核电最多的国家美国核电占总发
6、电量比重最高的国家法国铀矿产量最大的国家加拿大地热电站装机容量最大的国家美国风力发电量最多的国家美国沼气池最多的国家中国一次能源消费量最大的国家美国石油消费量最大的国家美国天然气消费量最大的国家俄罗斯煤炭消费量最大的国家中国用电量最多的国家美国薪柴消耗最多的国家中国,世界能源之最（二）,风力发电装机容量最多的国家-德国光伏电池产量最多的国家-日本总发电量最多的国家-美国发电装机容量最多的国家-美国小水电最多的国家-中国生物质能消费最多的国家-中国户用沼气池最多的国家-中国太阳能热水器使用最多的国家-中国被动式太阳房最多的国家-中国最大石油公司-沙特阿拉伯国家石油公司最大天然气公司-俄罗斯天然气
7、股份公司最大煤炭公司-美国皮博迪煤炭公司最大抽水蓄能电站-中国一次能源消费量最大国家-美国二氧化硫排放量最多的国家-中国能源强度最低的国家-日本,世界能源之最（三）,原子核能,1、原子核能 原子核能是原子核结构发生变化时释放出的能量，习惯上称作核能或原子能。原子核的变化过程有两种：一种是自发的变化过程，叫放射性锐变。地球上由放射性锐变释放的原子核能在地球内部可以转变为地热。另一种是人工制造的变化过程，叫核反应。核反应是原子核与原子核或原子核与基本粒子相互作用时释放的能量的过程。核反应有两种：一是核裂变反应，是重元素的原子核发生分裂的反应。二是核聚变反应，是氢元素的原子核发生聚合的反应。这两种反
8、应所释放出来的巨大能量在原子弹爆炸和氢弹爆炸中得到了证明。,2、原子核能的利用（1）原子弹 原子弹中的核燃料是高浓缩铀（浓度达93%）或钚。将弹壳内铀块（或钚块）分成各自低于临界质量的两部分，但总质量超过临界质量。原子弹爆炸时，首先引爆装在铀燃料外部的普通TNT炸药层，其冲击力会把两块铀235压聚在一起，超过临界质量的铀块立即会产生雪崩似的链式反应，即发生核爆炸。（原理图）（2）核电站 核电站是利用原子核裂变反应放出的核能来发电的装置。核电站主要由两部分组成。一部分是反应装置及冷却装置，其核心为一个反应堆，是维持和控制核裂变反应的装置，在内部实现核能转换为为热能。释放出的热能由一回路系统冷却剂
9、带出，用以产生蒸汽。整个闭路系统被称为核蒸汽供应系统，也叫核岛，相当于常规火电厂的锅炉系统。另一部分由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回系统，与常规火电厂的汽轮机发电机系统基本相同，也称作常规岛。（原理图）,3、原子核能的价值 1千克铀235的原子核所释放出来的热量，大约相当于2800吨（2800000千克）标准煤燃烧时所放出的热量。建造一座发电量为100万千瓦的电站，如果是核电站，每年需要补充的核燃料为30吨，六辆解放牌载重汽车就可运进。如果是烧煤的火力电站，每年要消耗300多万吨煤。运输这些煤炭，平均每天要开三列火车，每列火车挂40节车皮；或是每天要开一艘万吨级的轮船。核电厂每年要用掉80
10、吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。,4、核能发电简史,核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。动力堆的发展最初是出于军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为 5兆瓦（电）的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年，有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界
11、22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座，总装机容量已达107776兆瓦（电）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16%。世界上第一座核电站苏联奥布灵斯克核电站。中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。中国自行设计建造的30万千瓦（电）秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核电站于1987年开工，于1994年全部并网发电。,链式裂变反应,原子弹爆炸,核能发电原理,核能发电示意图,核能的和平利用核电站,思考：在电站工作
12、过程中，能量是如何转化的？,核能,内能,机械能,电能,使原子核的裂变在可控制的条件下缓慢进行，释放的核能就可有效地利用。,核能发电,1954年 苏联建成了世界上第一座核电站 奥布灵斯克核电站,核能发电,英国的原子能发电站,苏联的核能灯塔,核能发电,秦山核电站,核能发电,大亚湾核电站,优点 1.不会造成空气污染。2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。4.核燃料运输与储存都很方便5.核能发电成本低,核能nuclear energy,核能发展存在两个制约因素：一是核事故，二是放射性废物对生态和环境的影响。与燃煤火电厂相比，核电站对环境
13、的影响主要是放射性污染。核电站排入环境中的放射性污染物的数量与反应堆类型、电站功率大小、净化能力、反应堆运行状况等因素有关。在早期，核电站每年排出的废水放射性强度较高，一般为几居里到几十居里。但20世纪70年代后期以来，年排放的放射性强度大大降低，一般小于5居里。在正常情况下由于核电站采用多重屏障保护，其对环境的放射性污染很轻微。即使生活在核电站周围的居民，从核电站排放的放射性核素中接受的辐射剂量，一般也不超过本底辐射剂量的1。只有在核电站反应堆发生堆芯熔化等罕见事故时，才可能对环境造成严重的污染。,核电可能产生的放射性污染物主要是放射性废水、放射性废气和放射性固体废物。1座100万kW核电站
14、，1年卸出的乏燃料约为25 t，其中主要成分是铀和钚等重金属。经过后处理提取其中的铀和钚以后，就减少到10 t。低放射性强度的放射性废物，通常经净化处理后可直排入环境中，中、高强度的放射性废物则必须进行固化处置后埋入地下，让其放射性核素在较长的时间里自然衰变，逐渐降低其放射性至环境能接受的水平。中、高放射性废物的处置费用较大，但其数量甚少。,但是自3月11日以来，由日本大地震引发的“核电站危机”，持续牵动着全世界的神经。一时间人们谈核色变,福岛第一核电站3号机组发生氢气爆炸,日本核电站爆炸,范围大对周围生物破坏极为严重持续时期长，几千年甚至上万年都不会消失，事后处理危险复杂。产生的放射性核素对
15、周围产生很强的辐射，形成核污染。核子武器爆炸后通常是以三种杀伤为主：光辐射 冲击波 核辐射。,危害,切尔诺贝利（Chernobyl）事故美国三里岛核电站事故苏联核动力卫星坠美国核动力卫星事故以及核战争。,核污染事件,看不见的魔鬼-核污染,切尔诺贝利核电站事故,鬼城切尔诺贝利,放射鼠,爆炸后的切尔诺贝利核电站,核无小事，要高度重视安全。一方面，要不断总结经验教，提高核安全应急处置能力；另一方面，更要时刻保持审慎，对核电站选址科学论证、对核废料处置未雨绸缪、对相关法规抓紧制定,当然，核事故一旦发生即会造成严重后果,核无小事,核污染是可怕的，但是核能目前仍旧难以取代。原因：1、核能在现代经济发展中的
16、地位与作用难以取代 2、核能是“取之不尽用之不竭”的高效而清洁的能源，是应对气候变暖的一个难以取代的一大支柱。3、与其他可再生能源相比核能也占有较大优势,仍难取代,1.严格控制能引起核污染的原料使用2.通过立法限制核的使用和核原料的买卖交易 3.以安全最大化为原则4.加快核能的科技研究5避免核战争6.进行核试验和开发核能，在比较偏僻的地方进行,防治,未来核能世界核能走向,核聚变研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。与不可再生能源和常规清洁能源不同，聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一，也是目前认识到的可以最终解决
17、人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。,可控热核聚变堆的前景展望 太阳之所以有这样大的高温高压,是因为它的质量是地球的33万倍,所以它的物质之间的相互引力特别大,足以克服带正电的氢原子核之间的正电斥力,使四个氢原子核聚合成一个氦原子核,就发出了能量。所以,太阳能本质上是核聚变能。但是,在地球上我们就没有这样的条件。由于原子核都带正电,它们相互间的正电斥力远远大于质量引力,所以在地球上只能靠人工条件来实现聚变。多年的研究说明把原子核约束到一起的主要途径有二:磁约束和惯性约束.80年代以来,一些大型托卡马克(磁约束)装置取得的试验成果证明了这些聚变装置的输出能量能大于输
18、入能量,宣告了磁约束受控热核聚变的科学可行性已被证实。在此基础上,欧、美、日、俄四方联合开发的国际热核试验反应堆ITER已于1988年完成了工程设计,预期在2020年前建成,其设计功率为500MW,等离子体持续时间大于500s。如果这样一座大功率的聚变核反应堆能如期建成运行,将使聚变发电的工程可行性得到证实.,国际热核聚变实验堆（ITER）计划,“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，它的建造大约需要10年，耗资50亿美元（1998年值）。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。2003年1月，国务院批准我国参加ITER计划谈判，经过三年谈判，2006年5月24日，经国务院批准，中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定，这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家，覆盖的人口接近全球一半。我国参加ITER计划是基于能源长远的基本需求。,总结,核能发电风险与机遇并存，任何事情都有利有弊，人类探索自身能源发展的道路是曲折的，我相信在未来核能一定会是人类我们高效安全的能源,谢谢大家,再 见,
