第十八章能源的开发和利用

1、第十八章 能源的开发和利用第一节 能源利用与社会发展一、能源的概念一、能源的概念 像煤、天然气、汽油、水流、像煤、天然气、汽油、水流、风、电、太阳光等等能够提供能风、电、太阳光等等能够提供能量的物质资源，我们把它们都叫量的物质资源，我们把它们都叫做能源做能源.二、人类利用开发能源的历史二、人类利用开发能源的历史火的利用火的利用化石能源的利用化石能源的利用电能的利用电能的利用核能的发现核能的发现能源的种类能源的种类一次能源一次能源是自然界直接提供的是自然界直接提供的能源能源.由自然界提供的能源转化而来由自然界提供的能源转化而来的能源是的能源是二次能源二次能源.电能是什么能源？电能是什么能源？二次

2、能源二次能源 对于一次能源，如太阳能、对于一次能源，如太阳能、风能等可从自然界源源不断的风能等可从自然界源源不断的得到，称之为得到，称之为可再生能源可再生能源 象煤、石油天然气以及核象煤、石油天然气以及核燃料等一旦消耗很难再生，这燃料等一旦消耗很难再生，这类能源称之为类能源称之为不可再生能源不可再生能源我们把化石燃料、水流能、风我们把化石燃料、水流能、风能等人类早就应用的能源叫做能等人类早就应用的能源叫做常规能源常规能源.把核能、太阳能、地热能、潮把核能、太阳能、地热能、潮汐能等新近才开始利用的能源汐能等新近才开始利用的能源叫做叫做新能源新能源从古到今，人类使用的能源都从古到今，人类使用的能源

3、都是由是由转化来的转化来的. 太阳每秒钟要向周围空间辐射太阳每秒钟要向周围空间辐射3.81026J的能量，其中到达地球的能量，其中到达地球表面的太阳能只有表面的太阳能只有1.71017J，但但仍有大量的太阳能还没有被利用仍有大量的太阳能还没有被利用.太阳能太阳能清洁能源清洁能源：对还价无污染或污：对还价无污染或污染很小的能源。如：太阳能、染很小的能源。如：太阳能、水能、风能水能、风能非清洁能源非清洁能源：对环境污染较大：对环境污染较大的能源。如：煤、石油、天然的能源。如：煤、石油、天然气等化石能源气等化石能源解决能源问题的两条途径解决能源问题的两条途径1、开发新能源、开发新能源2、提高能源的利

4、用率、提高能源的利用率第二节第二节 核能核能n我国用了短短我国用了短短4年时间完成了原子年时间完成了原子弹的研制工作，并于弹的研制工作，并于1964年年10月月16日成功地爆炸了第一颗日成功地爆炸了第一颗原子弹原子弹. n1967年年6月月17日又成功地爆炸了日又成功地爆炸了第一颗第一颗氢弹氢弹，完成了其他国家要，完成了其他国家要十几年或几十年才完成的工作十几年或几十年才完成的工作.我国第一我国第一颗原子弹颗原子弹我国第一我国第一颗氢弹颗氢弹一、核能一、核能 n原子弹和氢弹为什么会具有这么大的原子弹和氢弹为什么会具有这么大的威力呢？威力呢？n因为它们都利用了核能因为它们都利用了核能.我们知道化

5、我们知道化学能是在分子发生变化时放出的能量学能是在分子发生变化时放出的能量而核能是在原子核发生变化时放出的而核能是在原子核发生变化时放出的能量能量.n在原子核发生变化时放出的能在原子核发生变化时放出的能量叫做核能，也叫原子能。量叫做核能，也叫原子能。原子核的构成原子核的构成 由质子和中子组成，质子带由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电正电，中子不带电 二、获得核能的两条途径二、获得核能的两条途径 n （1）裂变）裂变n （2）聚变）聚变(1)裂变裂变n质量数较大的原子核在中子的轰击下，质量数较大的原子核在中子的轰击下，分裂大小差不多的两部分，这种现象分裂大小差不多的两部分，这种现象叫做裂变

6、叫做裂变.n1kg铀中的铀核如果全部发生裂变，铀中的铀核如果全部发生裂变，释放出的能量大约相当于释放出的能量大约相当于2500t的标的标准煤完全燃烧所放出能量准煤完全燃烧所放出能量.链式反应链式反应 用中子轰击铀核，使铀核发生裂变，放出能量用中子轰击铀核，使铀核发生裂变，放出能量. 铀铀核分裂时，还同时放出核分裂时，还同时放出23个中子，又可以轰击个中子，又可以轰击其它铀核，使它们也发生裂变其它铀核，使它们也发生裂变. 这些铀核分裂时，同样放出中子，从而引起更多这些铀核分裂时，同样放出中子，从而引起更多的铀核发生裂变的铀核发生裂变.于是裂变反应便会链锁式地自行于是裂变反应便会链锁式地自行持续下

7、去持续下去.这种现象叫做链式反应这种现象叫做链式反应.n如果对裂变的链式反应不加控制，在极短时如果对裂变的链式反应不加控制，在极短时间（约百万分之几秒）会释放出大量核能，发生间（约百万分之几秒）会释放出大量核能，发生猛烈爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的猛烈爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的. 核反应堆核反应堆 n为便于和平利用核能，必须控制链为便于和平利用核能，必须控制链式反应的速度，使核能缓慢而又平式反应的速度，使核能缓慢而又平稳地释放出来稳地释放出来.为此，人们制成了为此，人们制成了一种专门装置一种专门装置核反应堆核反应堆. n核反应堆能缓慢、平稳地释放核能核反应堆能缓慢、平稳地释放核能

8、. 核电站核电站一、核电站的工作原理一、核电站的工作原理l核电站的核心是核反应堆，世界上第一座铀核电站的核心是核反应堆，世界上第一座铀核链式反应堆是在物理学家费米领导下于核链式反应堆是在物理学家费米领导下于19421942年年1212月在美国芝加哥大学体育场建成的月在美国芝加哥大学体育场建成的. .l我们知道重核裂变时可释放出巨大的核能，我们知道重核裂变时可释放出巨大的核能，而且我们已经掌握了控制裂变链式反应速度的而且我们已经掌握了控制裂变链式反应速度的方法方法. .利用核能发电的电站叫做核电站利用核能发电的电站叫做核电站. .目前已目前已建成的核电站都是利用重核裂变的链式反应释建成的核电站都

9、是利用重核裂变的链式反应释放的能量来发电的放的能量来发电的.核反应堆核反应堆l第一回路：在第一回路中，先用泵把水或其他液第一回路：在第一回路中，先用泵把水或其他液体压入核反应堆，在那里获得铀核裂变释放的核体压入核反应堆，在那里获得铀核裂变释放的核能，被加热，然后进入热交换器，在那里把热量能，被加热，然后进入热交换器，在那里把热量传递给第二回路中的水，再被泵压回反应堆重新传递给第二回路中的水，再被泵压回反应堆重新被加热被加热. .l第二回路：在热交换器内，第二回路中的水被加第二回路：在热交换器内，第二回路中的水被加热成高温高压蒸汽后，进入汽轮发电机推动汽轮热成高温高压蒸汽后，进入汽轮发电机推动汽

10、轮机做功，把内能转化成电能机做功，把内能转化成电能. .做功后的蒸汽温度和做功后的蒸汽温度和压强都降低了，它将进入冷凝器冷却成水，再由压强都降低了，它将进入冷凝器冷却成水，再由泵压回热交换器重新加热成高温高压蒸汽泵压回热交换器重新加热成高温高压蒸汽. .核电站工作原理核电站工作原理l汽轮机带动发电机发电：通过汽轮机带动发电机发电：通过两个回路的不断循环，把核反应两个回路的不断循环，把核反应堆中铀核裂变释放的核能，源源堆中铀核裂变释放的核能，源源不断地转化成第二回路中水的内不断地转化成第二回路中水的内能，去推动汽轮发电机发电，转能，去推动汽轮发电机发电，转化成我们所需要的电能化成我们所需要的电能

11、. .这就是这就是核电站的工作原理核电站的工作原理. . 二、核电站的特点二、核电站的特点n1.1.消耗的消耗的“燃料燃料”少少n 核电站只需消耗很少的核燃料，就核电站只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能能产生大量的电能. .n 例如一座例如一座100100万千瓦的火力发电厂每万千瓦的火力发电厂每年要耗煤三、四百万吨，而相同功率年要耗煤三、四百万吨，而相同功率的核电站每年只需核燃料三、四十吨，的核电站每年只需核燃料三、四十吨，这就大大减少了燃料的运输这就大大减少了燃料的运输. .核电站的特点核电站的特点n2.2.成本低成本低n虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂

12、得多，但是最后核算下来的成本仍然要比得多，但是最后核算下来的成本仍然要比火力发电站低火力发电站低20%20%以上以上. .所以世界上很多国所以世界上很多国家都在大力发展核电站家都在大力发展核电站. .到到19891989年，全世界年，全世界运行中的核电站已有运行中的核电站已有434434座，总装机容量约座，总装机容量约3200032000万千瓦，发电量占全世界总发电量的万千瓦，发电量占全世界总发电量的17%17%，预计到，预计到2121世纪，核能发电将达到世界世纪，核能发电将达到世界总发电量的总发电量的30%30%以上，核能将成为以上，核能将成为2121世纪的世纪的主要能源之一主要能源之一.

13、.三、我国核电的发展三、我国核电的发展 n我国第一座实验性反应堆是在我国第一座实验性反应堆是在19541954年年6 6月建成投月建成投入运行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电入运行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电站已经运行发电了；广东大亚湾电站第一期工程站已经运行发电了；广东大亚湾电站第一期工程也已建成，并运行发电了，全部建成后年发电量也已建成，并运行发电了，全部建成后年发电量可达可达100100亿度亿度. .n因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免

14、造成放射性污染，以保证核电站的安全运行避免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行. .我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用监督的核安全局，保证核能的安全应用. . （2）聚变n科学家们发现，某些质量较小的原子科学家们发现，某些质量较小的原子核结合成质量较大的原子核时，也能核结合成质量较大的原子核时，也能释放出核能，这种现象叫做核聚变，释放出核能，这种现象叫做核聚变，简称聚变简称聚变. n聚变是获得大量核能的另一重要途径聚变是获得大量核能的另一重要途径.n前面讲过，原子弹是利用重核裂变现前面讲过，原子弹是利用重核裂

15、变现象制成的象制成的.而另一种威力更大的核武而另一种威力更大的核武器器氢弹，则是利用轻核聚变现象氢弹，则是利用轻核聚变现象制成的制成的.聚变又叫热核反应聚变又叫热核反应n一个氘核由一个质子和一个中子组成，一一个氘核由一个质子和一个中子组成，一个氚核由一个质子和二个中子组成，它们个氚核由一个质子和二个中子组成，它们发生聚变反应结合成由二个质子和二个中发生聚变反应结合成由二个质子和二个中子组成的氦核时，要放出一个中子，并释子组成的氦核时，要放出一个中子，并释放出核能放出核能.n一定质量的氘核和氚核聚变时放出的能量一定质量的氘核和氚核聚变时放出的能量要比等量的铀核裂变时放出的能量大几倍要比等量的铀核裂变时放出的能量大几倍.n聚变需要在几百万摄氏度的高温下才能发聚变需要在几百万摄氏度的高温下才能发生，因此聚变又叫热核反应生，因此聚变又叫热核反应.自然界中的热核反应自然界中的热核反应n自然界中，太阳内部的温度高达摄自然界中，太阳内部的温度高达摄氏氏1千万度以上，在那里就进行着大千万度以上，在那里就进行着大规模的聚变反应规模的聚变反应.太阳辐射出的光和太阳辐射出的光和热，正是由聚变反应释放的核能转热，正是由聚变反应释放的核能转化而来