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核工程导论重庆大学主讲教师：潘良明cneng@cqu.edu.cn动力工程学院核能工程系课程课时安排内容学时一核电在能源结构中的地位及作用2h二核电发展的历史2h三核电站与反应堆4h四核燃料循环2h五核电技术的未来发展方向2h合计12h动力工程学院核能工程系教、学参考书[1]秋穗正等，核反应堆结构与动力设备，西安交通大学讲义，1998[2]谢仲生等，21世纪核能——先进核反应堆，西安交通大学出版社，1995[3]杜圣华等，核电站，原子能出版社，1995[4]陈学俊，袁旦庆，能源工程，西安交通大学出版社，2002第一章核电在能源结构中的地位及作用动力工程学院核能工程系主要内容1.何谓能源2.能源的分类3.能源的评价4.世界能源状况及其特点5.中国能源问题6.核能在能源系统中的战略地位动力工程学院核能工程系本章知识点了解能源的内涵、分类及评价方法；1了解世界及我国的能源状况和特点；2了解核能在能源系统中的战略地位。3动力工程学院核能工程系何谓能源？动力工程学院核能工程系“自然界一切物质都具有能量。能量不可能被创造，也不可能被消灭，而只能在一条下从一种形式转变为另一种形式，在转换中能量总量恒定不变。”2mcE动力工程学院核能工程系NightoftheWorld能源消费量越大产品产量越多社会越富裕动力工程学院核能工程系体验能源短缺节能减排全民体验,07.9.23璀璨的上海浦东夜景动力工程学院核能工程系能源是人类进行生产和赖以生存的重要物质基础。能源是经济发展和社会发展的物质基础。能源是提高人类生活水平的先决条件。动力工程学院核能工程系能源的内涵“能源就是能量的来源（或是提供能量的资源）.”古人用人力和兽力（少数地区使用了水能和风能）从事生产。以今天的工业技术来看，热和电是最基本的两种能的形式，可以认为，凡任何能产生热和电的就属于能源。动力工程学院核能工程系能源的分类1、按获得的方法分一次能源：即自然界存在的，可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、水能等。二次能源：即由一次能源直接或间接加工、转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，这类能源一般使用方便，易于利用，是高品质的能源。动力工程学院核能工程系能源的分类2、按被利用的程度分常规能源：其开发利用时间长、技术成熟、能大量生产并广泛使用，如煤炭、石油、天然气、水能等。常规能源有时被称为传统能源。新能源：其开发利用较少或正在研究开发之中，如太阳能、地热能、潮汐能、氢能、生物质能等。动力工程学院核能工程系能源的分类3、按能否再生分可再生能源：不会随其本身的转化或人类的利用而日益减少，如水能、风能、潮汐能、太阳能等。非再生能源：随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。动力工程学院核能工程系能源的分类含能体能源：其本身就是可以提供能量的物质，如石油、煤、天然气、氢等，它们可以直接储存，因此便于运输和传输，含能体能源又称为载体能源。过程性能源：是指由可提供能量的物质的运动所产生的能源，如水能、风能、潮汐能、电能等；其特点是无法直接储存。4、按能源本身的性质分动力工程学院核能工程系能源的分类5、按对环境的污染情况分清洁能源：即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能、氢能、核能等。非清洁能源：即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。动力工程学院核能工程系目前我们能源的主要来源是化石燃料，包括有煤炭、石油、天然气等。科学家推断它们是千百万年前，靠近海岸的微生物或动植物残骸，大量淤积在海底，经过地壳的变动逐渐被埋藏在地底下，经过细菌的分解及长期在高压、高温的作用下，产生了化学变化而变成构造复杂的碳氢化合物，也就形成了化石燃料。化石燃料动力工程学院核能工程系石油优点：1、容易开采。2、容易储存和提炼。3、容易运输，且安全性颇高。缺点：1、石油无法再重复使用。2、石油是化石燃料储存量最少的。3、世界上有产石油的地方不多。4、石油的应用会造成空气污染（汽车排放废气就是最明显的例子）。动力工程学院核能工程系煤优点：1、煤的储藏量很丰富。2、容易被转换成热能。3、容易运送，且使用安全性高。缺点：1、煤无法再重复使用。2、燃烧煤时会浪费一些热能，并释放出二氧化硫、二氧化碳、微粒及黑烟等，造成空气污染。动力工程学院核能工程系天然气优点：1、干净的燃料，对空气污染较小。2、运送及存放皆容易。缺点：1、天然气无法再重复使用。2、储存需要较大的空间。动力工程学院核能工程系核能核能主要来自核裂变和核聚变。所谓核裂变是指铀、钚等元素，受到中子撞击时，会分裂成为二个质量较轻略微相等的分裂产物，并释放出大量的能量，同时产生二至三个中子，中子再分别撞击其它的原子核，再引起核分裂，如此反复循环，形成连锁反应。动力工程学院核能工程系核聚变是两个原子结合成新的原子，并释放大量的能量。如太阳和星球的光和热便是来自聚变反应。核聚变要在很高的温度下才会发生，所以又称为热核反应。核聚变没有辐射、废料、燃料来源的问题，一旦人类能够控制聚变反应，而且符合经济的效益，那么能源不足的问题，也将迎刃而解。动力工程学院核能工程系优点：1、与石化燃料比较，燃烧过程核能不会造成环境污染。2、只需少量的原料，即可产生大量的热能。3、如能实现可控聚变反应，将彻底解决人类能源问题。缺点：1、发电造厂之费用成本较高且建设周期较长。2、高阶核废料的辐射能仍然会对人体有害，故存放更需留意。3、实现可控聚变反应条件极为苛刻。动力工程学院核能工程系铀矿石动力工程学院核能工程系大亚湾核电站动力工程学院核能工程系氢弹爆炸时产生的冷凝云动力工程学院核能工程系太阳能就是地球接收来自太阳所放射的辐射能，它直接或间接带给地球上绝大部分的能源。巨量的太阳能传到地球时，大部分的能量被大气散射掉，只47%的能量传到地面。假如，我们能将照射在地球上的阳光收集起来，以40分钟的太阳能源完全回收来讲，就可相当全世界1年间的能源消费量。太阳能动力工程学院核能工程系优点：1、它是干净且取之不尽的能源。2、不会增加或减少地球上的温度。3、安全性高。4、热效率亦很高。缺点：1、当有阳光的日子，才会发电，亦即只有白天才能发电。2、能量密度低。3、占用大量土地资源，而总发电功率低。动力工程学院核能工程系世界最大太阳能电站动力工程学院核能工程系建造中的全球最大太阳能电站动力工程学院核能工程系动力工程学院核能工程系风能风的产生是由于太阳将地表的空气加温，空气受热膨胀变轻而往上升，热空气上升后，低温的重空气就从四周横向流入，因而形成空气的流动，这就是风。人类很早以前就懂得利用风力在日常生活上，如使用风车来取水、灌溉、磨麦、木材加工等各种费力的工作。其它如风力推动帆船、滑翔机等。动力工程学院核能工程系优点：1、只要有平均风速达5m/s以上的地方即可。2、不会造成空气污染。3、取之不尽、用之不竭。缺点：1、因风速非定值，风能来源不稳。2、受地域性限制较大。3、现有技术风力发电设备造价高，发电成本大。动力工程学院核能工程系丹麦,北海荷恩礁风电场动力工程学院核能工程系KingMountain动力工程学院核能工程系水力水是地球上重要的资源之一，它也是地球上含量最多的化合物。江、河、湖、海中的水借着太阳能蒸发，变成水蒸气停留在大气中，直至碰到冷空气，凝结而成雨或雪再掉落地表面，如此产生水循环。自古人类便利用水力来推动水车灌溉，近代主要作为水力发电。动力工程学院核能工程系优点：1、可以重复使用，亦即取之不尽。2、单位成本低。3、水能转换成电能的效率是90%。4、不会造成空气污染。缺点：1、建设周期非常长，且建筑费用相当高。2、受地域性限制很大。3、筑水坝，会破坏河川的生态。动力工程学院核能工程系目前世界上大约21％的电量来自水电。我国水电资源十分丰富，占世界总量的16.4％，但现在已开发的水电资源非常有限，我国电力系统中水电的比例为15.1％。从水电工程规模来看，现已投入运行的1000万kW以上的工程有4处，即1991年建成的巴西、巴拉圭边界的伊泰普水电站，装机1260万kW，其次为1986年投运的委内瑞拉古里电站，装机容量为1030万kW。最大的在中国——三峡大坝动力工程学院核能工程系全球10大巨型水电站国家名称电站名称所在河流装机容量/万kW开始发电年份中国三峡长江22402003巴西、巴拉圭伊泰普巴拉那河12601984美国大古力哥伦比亚河10831942委内瑞拉古里卡罗尼河10301965巴西图库鲁伊托坎廷斯河8001984俄罗斯萨扬舒申斯克叶尼塞河6401978俄罗斯克拉斯诺雅尔斯克叶尼塞河6001968加拿大拉格兰德拉格兰德河5331979加拿大丘吉尔瀑布丘吉尔河5231971俄罗斯布拉茨克安加拉河4501961动力工程学院核能工程系中国三峡水电站动力工程学院核能工程系巴西伊泰普水电站动力工程学院核能工程系地热能在世界某些地区，因火山形成作用，地下水被加热而形成温泉、喷泉、地热井等，提供了丰富的地热能。地热的利用历史久远，如：古罗马人、希腊人、墨西哥人、日本人等利用温泉沐浴、烹饪、暖房等，近代则利用地热发电。动力工程学院核能工程系优点：1、地热的蕴藏量很丰富。2、建造地热电站时间短且容易。缺点：1、热效率低，共有30%的地热能用来推动涡轮发电机。2、流出的热水含有很高的矿物质。3、一些有毒气体（如硫、硼等）会随着热气，而喷入空气中，造成空气污染。动力工程学院核能工程系冰岛地热动力工程学院核能工程系新西兰地热站动力工程学院核能工程系西藏羊八井地热站动力工程学院核能工程系潮汐能利用海洋的潮汐所贮藏的能源来发电。1960年法国在兰斯河口建立世界第一座容量24万千瓦电力的潮汐发电厂，所以在未来的世界中，这些发电方式对某些地区是很重要的。它们具有无污水、不会浪费资源的优点，唯发电成本比较高些。动力工程学院核能工程系法国朗斯潮汐电站动力工程学院核能工程系潮汐电站发电原理动力工程学院核能工程系生物质能动力工程学院核能工程系利用动植物所衍生的能源称为生物质能。生质能最基本的利用方式是将生物直接燃烧，获取能源，如木柴、干草等直接燃烧使用。第二种利用方式是用酦酵程序，将生质能制成酒精或是同类的液态燃料。利用醣类发酵产制酒精是传统的技术，也可以利用畜产的废弃物，经过酦酵程序产生沼气，取代部分的农村能源消耗。第三种方式是利用气化、裂解的程序，生产石化原料。将含水量低的木屑、稻谷等有机物，经过适当的化学程序，如气化、裂解等，可以制造氢气以及有用的碳氢化合物等。动力工程学院核能工程系优点：1、生质能所使用的原料来源丰富。2、生产技术简单。缺点：1、转换效率低。2、种植原料所需约土地很大。3、原料含水量高。动力工程学院核能工程系总的来说，地球上的能源按照其来源可概况成三类：第一类：来自地球以外天体的能量，其中最主要的如上述来自太阳的辐射能；第二类：地球本身蕴藏的能量，如地球内部的热能以及海洋河地壳中储存的原子核能；第三类：由于地球和其他天体相互作用而产生的能量，如潮汐能。动力工程学院核能工程系能源的评价储量是能源评价中的一个非常重要的指标。作为能源的一个必要条件是储量要足够丰富。对储量常有不同的理解。一种观点认为，对煤和石油等化石燃料而言，储量是指地质资源量；对太阳能、风能、地热能等新能源而言则是指资源总量。而另一种理解是，储量是指有经济价值的可开采的资源量或技术上可利用的资源量。储量丰富且探明程度高的能源才有可能被广泛应用。1、储量动力工程学院核能工程系能源的评价能量密度是指在一定的质量、空间或面积内，从某种能源中所能得到的能量。显然，如果能量密度很小，就很难用作主要能源。太阳能和风能的能量密度就很小，各种常规能源的能量密度都比较大，核燃料的能量密度最大。几种能源的能量密度见下表。2、能量密度动力工程学院核能工程系能源类别能量密度风能（风速3m/s）0.02kW/m2水能（流速3m/s）20kW/m2波浪能（波高2m）30kW/m2潮汐能（朝差10m）100kW/m2太阳能（晴天平均）1kW/m2太阳能（昼夜平均）0.16kW/m2天然铀5.0×108kJ/kg铀235（核裂变）7.0×1