新能源发电技术 课件全套 于立军 第1-8章 绪论、核能利用-燃料电池技术

新能源发电技术

教学课件新能源发电技术1.1能源问题2019年2月任课老师：视频文件微信公众号：走进能源我们所面临的挑战：总量控制

使我国所消耗的能源总量，尤其是煤炭、石油等化石能源总量最小化。研究表明，强化节能，可将年能耗E总控制到：年代202020302050E总（亿tce）<48～60～80注：我国2018年能源消费总量已经超过45亿吨标准煤我们所面临的挑战：环境问题目录Contents1.1.1能源分类1.1.2能源发展过程1.1.3能源结构1.1.4能源利用效率1.1.5新能源渗透率目录Contents1.1.1能源分类1.1.2能源发展过程1.1.3能源结构1.1.4能源利用效率1.1.5新能源渗透率1.1.1能源分类能源0102030405煤炭石油。。。天然气

生物质能为了更好的区分这些能源，采用不同的方法来区分1.1.1能源分类能源是能量物质或能量资源的统称，它是自然界中可为人类提供某种能量的各类能量物质，或者可以做功的各种能量资源。煤炭风能核能1.1.1能源分类形成与来源开发与利用状况燃烧能力能源是否可再生商品价值1.1.1能源分类——形成和来源二次能源比一次能源具有更高的终端利用效率，使用时更方便、更清洁柴草煤炭风力蒸汽焦炭氢能一次能源二次能源1.1.1能源分类——开发及利用状况常规能源新能源常规能源与新能源的划分并无严格界限，会随着时间推移或地区不同发生一定的变化。石油煤炭天然气石油煤炭天然气核能风能太阳能核能风能太阳能常规能源新能源1.1.1能源分类——能源是否可再生能源可再生能源不可再生能源潮汐能风能太阳能核燃料煤炭矿物燃料商品能源:能够进入能源市场作为商品销售的能源，例如煤炭、石油、天然气和电能等非商品能源:薪柴和农作物残余等1.1.1能源分类——其他分类方式商品能源和非商品能源燃料能源和非燃料能源燃料能源:可用于直接燃烧发出能量的物质，例如煤、油、气、柴草等。非燃料能源:不可用于直接燃烧的能源，例如水能、风能、电能等一次能源常规能源商品能源煤炭、石油二次能源常规能源商品能源电力、汽油一次能源可再生能源非商品能源太阳能、风能？目录Contents1.1.1能源分类1.1.2能源发展过程1.1.3能源结构1.1.4能源利用效率 1.1.5新能源渗透率1.1.2能源发展过程远古时代，早期人类掌握了火的利用技术18世纪，第一次工业革命，蒸汽机的发明，第二次工业革命，内燃机的发明，电力的广泛使用柴薪时期煤炭时期石油时期人类利用能源大致经历了以柴薪、煤炭、石油作为主要能源的三个阶段1.1.2能源发展过程随着科学技术的进步，各类新能源开始投入运用，也许在不久的将来，新能源会逐渐取代传统化石能源1.1.2能源发展过程——常规能源煤炭天然气石油随着能源需求量的增加，人们不断寻找热值更高的能源最早：汉代使用煤炭取暖蒸汽机的出现，使人类对工业能源的需求剧增，煤炭取代柴薪作为人类的第一大能源最早：公元前10世纪应用于建筑方面内燃机的发明，增强了人类对石油的需求人类开始大规模地开采石油最早：公元前3世纪到1世纪作为燃料大规模应用：第二次工业革命1.1.2能源发展过程——新能源风能太阳能水能核能02010304太阳能利用太阳能提供能量核能核裂变产生大量的热能水能利用水的动能与势能风能利用风的动能转为电能太阳能1.1.2能源发展过程——新能源0102太阳能光伏发电技术：利用光生伏特效应直接将太阳能转换成电能的技术太阳能光热发电技术：将太阳辐射经过热能再转换成电能的发电技术风能几百年前，人类就发明了风车应用风能目前为止，人类已经广泛应用了现代风力发电技术1.1.2能源发展过程——新能源风能的清洁性、可再生性以及大规模应用技术的成熟，使得风能成为新能源领域中技术最成熟、最具开发条件和最有发展前景的清洁能源。水能2000多年前就已经在农业上使用水车现在人类对水能的利用主要集中在水电站上1.1.2能源发展过程——新能源由于我国地势西高东低跨辐巨大，因此在我国水能应用潜力较大

核能核能是原子核发生裂变或聚变时，所释放出的能量1.1.2能源发展过程——新能源现核能发电主要为核裂变发电核电产能大，发电潜力极大核裂变链式反应核燃料具有强烈的放射性，一旦泄露会造成严重的环境破坏2011年3月，受日本地震影响，日本福岛核电站发生核泄漏事故常规与新能源发电环节对比注意：概念相对性，如核能在中国属新能源，在发达国家已入常规之列。CENTRALPLANT常规发电方式CENTRALPLANTWINDFUELCELLMICRO-TURBINEGENERATORSOLAR未来方式目录Contents1.1.1能源分类1.1.2能源发展过程1.1.3能源结构1.1.4能源利用效率1.1.5新能源渗透率2016能源生产结构：1.1.3能源结构-能源生产结构能源种类产量增长量探明储量石油40万桶／日较去年增长150亿桶（总储量50年）天然气210亿立方米186.6万亿立方米（50年）煤炭-6.2%满足153年现如今的能源生产结构仍旧以化石能源为主体，但是可再生能源和核能的增速不可忽视，可以预测到在未来随着化石能源全球储量的降低，可再生能源以及核能等新能源利用方式将会具有更加重要的战略地位。2016世界能源消费结构：1.1.3能源结构-能源生产结构煤、石油、天然气仍占有主导地位，而包括太阳能、风能等在内的新能源增长势头迅猛，预示着新能源将会在消费结构中承担越来越重要的角色能源增长量增长百分比石油160万/桶1.6%天然气630亿立方米1.5%煤炭--1.7%可再生（不含水能）-14.1%2016世界能源消费结构图2016中国能源消费结构：1.1.3能源结构-能源消费结构现阶段我国仍旧以煤炭作为主要的能源来源。在可再生能源生产方面，中国超过美国，成为全球最大的可再生能源生产国。2016中国能源消费结构图

能源弹性系数是研究能源消费（生产）量与宏观经济发展指标（一般采用国内生产总值GDP）之间关系的数值。基本定义为能源消费（生产）增长率与经济增长率之比。

式中，e为能源消费（生产）弹性系数；α为能源消费（生产）增长率；β为国内生产总值增长率；ΔE为计算期间的能源消费（生产）增量；E0为计算起始年的能源消费（生产）量；ΔG为计算期间的国内生产总值增量；G0为计算起始年的国内生产总值。1.1.3能源结构-能源弹性系数

1.1.3能源结构-能源弹性系数年份能源生产弹性系数能源消费弹性系数20070.560.6120080.520.3020090.330.5120100.860.6920110.960.7720120.400.4920130.280.4720140.120.2920150.000.142016-0.590.21

中国2007-2016年能源弹性系数表能源生产弹性系数实质上是国民经济变化对同期能源生产量变化的影响能源消费弹性系数实质上是国民经济变化对同期能源消费量变化的影响1.1.3能源结构-结构优化调整能源结构的优化是提高能源质量和确保经济增长的重要措施1322016年2020年2030年=43.6亿吨<50亿吨<60亿吨非化石能源天然气2030年能源消费结构2030年我国能源发展消费架构目标为：非化石能源消费比重提高到20%左右，天然气消费比重力争达到15%，新增能源需求主要依靠清洁能源满足。目录Contents1.1.1能源分类1.1.2能源发展过程1.1.3能源结构1.1.4能源利用效率1.1.5新能源渗透率1.1.4能源利用效率物理学评价指标经济学评价指标能源效率:减少提供同等能源服务的能源投入在使用能源（开采、加工、转换、贮运和终端利用）的活动中所得到的起作用的能源量与实际消耗的能源量之比。单要素能源效率:只把能源要素与产出进行比较而不考虑其他生产要素全要素能源效率:考虑各种投入要素相互作用的能源效率。1.1.4能源利用效率-影响因素分析产业结构能源消费结构能源利用效率的影响因素有产业结构、能源消费结构、技术进步、能源价格、市场化水平以及对外开放水平等产业能源的消耗量不同产业技术的发展程度不同第三产业比重越大，能源利用效率越高各能源的利用效率不同优质能源（石油、天然气）使用比率的上升会提高能源利用效率1.1.4能源利用效率-影响因素分析技术进步能源价格能源技术进步,如能源开采技术的进步非能源技术进步，表现在生产设备和运输设备改进、劳动者劳动能力提高等方面能源价格上涨将导致企业使用能源的成本上升，为了降低成本，生产者将尽可能提高能源效率市场化水平:市场机制作用下，企业会更加关注生产效率和技术创新，从而提高企业内部的能源利用效率对外开放:技术转让、管理技能和国际营销技能等方面发挥正向促进作用目录Contents1.1.1能源分类1.1.2能源发展过程1.1.3能源结构1.1.4能源利用效率1.1.5新能源渗透率1.1.5新能源渗透率新能源渗透率:各种新能源占全部能源用量的比重对社会发展的意义新能源普遍绿色环保，提高新能源渗透率有利于构建节能减排的资源节约型社会对能源结构的优化促进人类社会构建新的能源体系，摆脱传统化石能源的束缚对经济增长的意义提高新能源的渗透率可以提高能源利用效率，促进经济社会的可持续发展，实现GDP快速可持续速增长1.1.5新能源渗透率提高对新能源渗透率的主要措施技术方面：发展先进的多能源耦合或独立的新能源分布式发电技术，使新能源在能源结构中占有支配地位。政策方面：政府应提出相应的政策支持，宣传新能源的优点，优化产业结构，为发展新能源提供有利的客观条件。①请简述新能源与可再生能源的主要区别？②

什么是能源弹性系数，请给出其数学表达式？③什么是二次能源，二次能源与一次能源相比有哪些优点？思考题与习题谢谢！1.2环境问题目录Contents1.2.1能源环境问题1.2.2能源环境污染成因1.2.3能源环境污染实例1.2.4改善能源环境的主要途径目录Contents1.2.1能源环境问题1.2.2能源环境污染成因1.2.3能源环境污染实例1.2.4改善能源环境的主要途径1.2.1能源环境问题PM2.5土壤污染气候变暖水污染石油泄漏1.2.1能源环境问题随着人们生活水平的不断提高，环境状态也随之发生变化，从而引发各类环境问题。能源环境污染大体上可分为大气污染、水污染以及土壤污染。主要影响:一是对自然生态系统的危害，二是对人类社会的危害。目录Contents1.2.1能源环境问题1.2.2能源环境污染成因1.2.3能源环境污染实例1.2.4改善能源环境的主要途径能源环境污染主要分三大类大气污染水污染土壤污染其中：大部分能源环境污染是由于能源的浪费或者不合理使用引起的。1.2.2能源环境污染的成因1.2.2能源环境污染的成因大气污染的成因主要以下三类:工业能源环境污染交通运输能源环境污染日常生活能源环境污染大气污染的成因1.2.2能源环境污染的成因工业能源环境污染化石能源的使用：大量的SO2、NO2和CO2被排放到大气中，进而造成大气污染工厂排放火电厂排放1.2.2能源环境污染的成因交通运输能源环境污染交通工具（汽车、火车、飞机、轮船等）产生的废气污染物（CO、NOx和PM2.5等）汽车尾气交通污染1.2.2能源环境污染的成因日常生活能源环境污染主要来源：生活炉灶与采暖锅炉；炉灶和锅炉时消耗大量煤炭，并释放大量烟尘、SO2、CO等有害物质。北方地区，冬季采暖用的燃煤的燃烧，会改变其周围的空气质量，污染大气生活炉灶采暖锅炉1.2.2能源环境污染的成因水污染的成因由于水污染成因较多，单纯由能源浪费和不合理利用造成的水污染大致可以分为两类：酸雨造成的水污染石油造成的水污染1.2.2能源环境污染的成因酸雨造成的水污染燃煤产生的SO2等酸性气体排入大气中，造成局部地区SO­2含量过高，与云层中的水蒸气反应生成亚硫酸，进而继续与其它污染物发生催化反应生成硫酸，最后以酸雨的形式降下。1.2.2能源环境污染的成因石油造成的水污染石油泄漏污染地下水，直接危及人类的健康，导致各种疾病的患病率上升海上石油泄漏污染会造成大面积的海洋生物死亡，破坏生态平衡1.2.2能源环境污染的成因土壤污染的成因酸雨造成的土壤污染酸雨的一部分降入土壤，造成了土壤酸化，导致土壤污染石油造成的土壤污染在开采、存储、使用的过程中，石油中的重金属等污染物进入土壤导致土壤的质量下降，无法发挥其正常作用目录Contents1.2.1能源环境问题1.2.2能源环境污染成因1.2.3能源环境污染实例1.2.4改善能源环境的主要途径1.2.3能源环境污染实例大气污染雾霾天气1952年伦敦烟雾酸雨事件水污染北美死湖酸雨事件海洋石油污染事件土壤污染油田采油污染重金属污染雾霾天气

2015年11月8日，中国某省出现了史上最严重的雾霾天气，这次雾霾天气的特点是持续时间长、污染面积大、污染程度深。全省14个城市中有11个处于重度污染以上。当地PM2.5浓度一度超过1000µg/m3，局部地区高达1400µg/m31952年伦敦烟雾酸雨事件

1952年12月伦敦发生烟雾酸雨，死亡人数高达4000。酸雨pH值低至1.4-1.9，而正常雨水的pH值仅为5.6左右北美死湖酸雨事件20世纪70年代起，在美国东北部及加拿大东南部的湖泊水质发生酸化，污染程度高的湖泊pH值已低到1.4，污染程度较低的pH值也有3.5，而正常湖泊的pH值在6～7之间。1930年当地只有4%的湖泊没有鱼，但是在1975年，就有50%的湖泊没有鱼，其中有200个湖泊已经成为死湖海洋石油污染事件

2010年4月20日，英国BP石油公司在美国墨西哥湾租用的钻井平台发生爆炸，导致大量石油泄漏1967年3月，油轮“托利卡尼翁”号在英吉利海峡触礁失事，油轮失事造成了严重的海洋石油污染。近140千米的海岸受到了严重的石油污染。受石油污染的海域有25000多只海鸟死亡油田采油污染延长油田西区采油厂发生油污泄漏，污染河流，污染地域地跨陕西省和甘肃省，对人类和环境造成严重危害重金属污染重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染日本水俣病事件目录Contents1.2.1能源环境问题1.2.2能源环境污染成因1.2.3能源环境污染实例1.2.4改善能源环境的主要途径1.2.4改善能源环境污染的主要途径预防方面采取洗煤、脱硫脱硝等技术，降低污染物排放实行汽车尾气排放标准（法律手段）汽车尾气处理1.2.4改善能源环境污染的主要途径治理方面土壤修复技术、水污染治理循环经济、环评制度新能源技术风能、太阳能、生物质能、海洋能、水能等各类新能源在使用过程中几乎不产生对环境有害的物质太阳能风能

海洋能水能

地热能生物质能新能源①常见的能源环境污染分为哪几种？②请简述改善能源环境污染的主要途径。思考题与习题谢谢！1.3温室气体的排放和核算目录Contents1.3.1温室效应1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5总结目录Contents1.3.1温室效应1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5总结1.3.1温室效应地球的热平衡太阳通过辐射把能量传递给地球，一部分被反射回宇宙中，另一部分则被地面所吸收。地面增温后通过长波辐射，将能量返还给宇宙，这是地球本身的热平衡温室效应概念1.3.1温室效应由于大气中某些物质的增加，导致热量无法向外层空间发散，地球表面的温度则会逐渐升高。由于这种情况类似于温室大棚的保温效果，故称之为温室效应温室效应温室效应概念能够产生温室效应的气体则被称为温室气体。温室气体1.3.1温室效应温室效应概念温室效应中帮助加热温室的辐射过程使地球表面平均温度由-18℃上升到当今自然生态系统和人类已经适应的平均15℃的舒适温度利导致在海洋变暖、冰冻圈退缩、海平面上升和极端天气气候事件等诸多方面给生态环境和人类活动带来负面影响，使人们对温室效应产生了恐惧心理弊1.3.1温室效应温室气体种类及其特性1997年12月制定的《京都议定书》中有6种：

二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）温室气体的作用强度全球变暖潜能值（GWP）：相对值，可度量各种温室气体对全球变暖的影响表示一定质量的某种温室气体所捕获得到的热量相对于同样质量的CO2

所捕获的热量之比。GWP是在一定时间间隔内计算得到的，以二氧化碳为基准，将1kg二氧化碳使地球变暖能力作为1，其它物质均以其相对数值来表示。1.3.1温室效应温室气体种类及其特性温室气体大气预留时间/年全球变暖潜力(100年)CO250～2001CH412±321N2O120310CF4500006500C2F6100009200SF6320023900GWP值的计算含有一些不确定因素，计算某温室气体通常需要了解该气体在大气层中的演变情况以及它在大气层的余量所产生的辐射影响。因此，温室气体的GWP并不是一个精确值1.3.1温室效应温室气体的影响气候转变，全球变暖温室气体的浓度上升会减少红外线辐射到太空中，由于地球生态环境存在的正反馈和负反馈机制，会使地球的气候发生转变。1.3.1温室效应温室气体的影响对海洋的影响海平面上升海洋酸化对生态系统的影响生物数量和地理分布变化生物物种灭绝1.3.1温室效应温室气体的影响对人类生活的影响海平面的显著上升会对沿海地区人类生命财产和社会经济发展造成严重的危害热浪袭击频繁或严重程度增加，病菌、病毒、寄生虫更加活跃。目录Contents1.3.1温室效应1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5总结1.3.2二氧化碳在1800年时，空气中二氧化碳的浓度仅为283ppmv1994年时，增加到358ppmv2004年时，增加到377ppmv2015年全年二氧化碳浓度已经突破400ppmv现状化石燃料的燃烧人类对于自然资源的耗竭式利用成因1.3.2二氧化碳二氧化碳的主要来源化石燃料的燃烧现阶段在新能源技术还不成熟的情况下，化石燃料依然是人们的主要能量来源，每年通过化石燃料的燃烧会产生巨额的二氧化碳。1.3.2二氧化碳二氧化碳的主要来源对自然资源的耗竭式利用植被和土壤中有着巨大的碳储量，人们砍伐树木破坏植被，将会让本来被固定住的碳又以二氧化碳的形式回到大气中植物本身有吸收二氧化碳的功能，自然植被的破坏会大大减少空气中二氧化碳的吸收1.3.2

二氧化碳减排措施提高能源利用效率寻找清洁的新能源作为代替二氧化碳的捕集与封存

目录Contents1.3.1温室效应1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5总结1.3.3甲烷在大气中的含量远不及二氧化碳，总的温室效应也不及二氧化碳，但其GWP（100年）是二氧化碳的21倍，增长趋势也远超过二氧化碳。甲烷的含量从1750年的0.7ppmv，猛增至2015年的1.8ppmv，翻了两倍多，而同期二氧化碳含量的增长只有40%左右现状化石燃料开采中的泄漏农业生产废弃物品的掩埋主要来源1.3.3甲烷甲烷的主要来源化石燃料开采中的泄漏不论是对于煤矿的开采中煤层气的泄漏，还是对于石油开采中的甲烷渗漏，都是大气中甲烷的重要来源。1.3.3甲烷甲烷的主要来源农业生产农业生产中动物反刍、粪便处理以及稻田种植中均会产生大量的甲烷。1.3.3甲烷甲烷的主要来源废弃物品的掩埋废弃物品填埋虽然可以避免燃烧产生的二氧化碳，但是其中的厌氧分解则会产生大量的甲烷。1.3.3

甲烷减排措施针对农业方向的措施改进饲料的成分来减少动物反刍建立沼气池和发酵池利用甲烷通过水分管理和肥料管理来减少甲烷的产生1.3.3

甲烷减排措施针对甲烷的逃逸将甲烷注回地下或者点燃火炬，能大幅度的减少甲烷的泄漏1.3.3

甲烷减排措施针对废弃物的措施通过在废弃物周围铺设防渗层，进行气体和沥出液的捕获，进行重复利用目录Contents1.3.1温室效应1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5总结1.3.4

碳核算碳核算方法排放因子法质量平衡法实测法碳核算方法可参考核算结果的数据准确度要求、可获得的计算用数据情况、排放源的可识别程度等因素进行选取规定二氧化碳当量（CO2e）为度量温室效应的基本单位实测法排放因子法质量平衡法1.3.4

碳核算排放因子法依照碳排放清单列表，每一种排放源的活动数据（ActivityData)与排放因子（EmissionFactor）的乘积作为该排放项目的碳排放量估算值EGHG为温室气体排放量（如CO2、CH4等），单位为tCO2eAD为温室气体活动数据（单个排放源与碳排放直接相关的具体使用和投入数量），单位根据具体排放源确定EF为排放因子（单位某排放源使用量所释放的温室气体数量），单位与活动数据的单位相匹配GWP为全球变暖潜能，数值可参考IPCC提供的数据1.3.4

碳核算排放因子法能源二氧化碳碳排放因子能源名称二氧化碳排放因子原煤1.9003kg/kg焦炭2.8604kg/kg原油3.0202kg/kg燃料油3.1705kg/kg汽油2.9251kg/kg煤油3.0179kg/kg柴油3.0959kg/kg液化石油气3.1013kJ/kg油田天然气2.1622kg/m31.3.4

碳核算质量平衡法根据质量守恒定律，用输入物料中的含碳量减去输出物料中的含碳量进行平衡计算得到二氧化碳排放量EGHG为温室气体排放量（tCO2e）；MI为温室气体排放量（tCO2e）；

MO为输出物料的量，单位根据具体排放源确定；CCI为输入物料的含碳量，单位与输入物料的量的单位相匹配；CCO为输出物料的含碳量，单位与输出物料的量的单位相匹配；

为碳质量转化为温室气体质量的转换系数；GWP为全球变暖潜能，数值可参考IPCC提供的数据。1.3.4

碳核算实测法通过安装检测仪器、设备，并采用相关技术文件中要求的方法测量温室气体源排放到大气中的温室气体排放量，进行汇总从而得到相关碳排放量优点：该法中间环节少、结果准确缺点：数据获取相对困难，投入较大1.3.4

碳核算碳核算方法比较类别优点缺点适用对象应用现状排放因子法①简单明确易于理解②有成熟的核算公式和活动数据、排放因子数据库③有大量应用实例参考对排放系统自身发生变化时的处理能力较质量平衡法要差社会经济排放源变化较为稳定，自然排放源不是很复杂或忽略其内部复杂性的情况①应用广泛②结论权威质量平衡法明确区分各类设施设备和自然排放源之间的差异需要纳入考虑范围的排放的中间过程较多，容易出现系统误差，数据获取困难且不具权威性社会经济发展迅速、排放设备更换频繁、自然排放源复杂的情况①刚刚兴起②具体操作方法众多③结论需讨论实测法①中间环节少②结果准确数据获取相对困难，投入较大受到样品采集与处理流程中涉及到的样品代表性、测定精度等因素的干扰小区域、简单生产排链的碳排放源，或小区域、有能力获取一手监测数据的自然排放源①应用历史较长②应用范围窄1.3.4

碳核算企业的碳核算1.直接排放主要指企业直接燃烧的化石燃料以及生产中产生的化学反应中所放出的二氧化碳在进行核算时可以先将各种燃料折算成标准煤当量，然后根据每个国家的标准折算成碳排放。对于反应中的碳排放可以通过化学反应时进行碳排放的估算，然后对于非二氧化碳的温室气体通过国家标准进行折算成碳排放。1.3.4

碳核算企业的碳核算2.电力的间接排放指企业控制下购买的电力、蒸汽、制热、制冷在其生产过程中的碳排放在输送中的损耗也要计算在内。通过对于使用冷热电的总量的统计，再加上前一级企业生产这些冷热电的碳排放即可以得到电力的间接排放。1.3.4

碳核算企业的碳核算3.其他间接排放主要指企业活动产生的排放，例如燃料的运输、员工通勤、出差时产生的碳这一部分的统计和核算比较困难，因为包括的内容非常广泛1.3.4

碳核算其他的碳核算方法生产碳足迹法不考虑由于经济交往产生的碳转移，只按照地理界线进行统计该区域生产带来的碳排放，而不考虑产品在本区域消费或者是在其他区域消费，适用于分析该地区产业结构对于碳排放的影响排放消费碳足迹法不考虑消费产品在哪里制造，只考虑在本地区消费的产品的碳排放，该方法考虑了经济交往的碳排放，关注各个区域消费结构不同带来的碳排放差异，应用更广泛目录Contents1.3.1温室效应1.3.2二氧化碳1.3.3甲烷1.3.4碳核算1.3.5总结1.3.5总结根本的解决方案国家层面要加强科研发展，尽快改善能源结构，提高能源利用效率，寻找清洁的新能源作为替代，同时建立更加规范的碳核算体制，严格控制各类温室气体的排放强度。个人层面要了解温室效应的危害和基本原因，了解到个人也可以做到温室气体减排，从个人做起，从每一天做起，减少温室气体的排放。①什么是温室效应，通常所说的温室气体主要有哪几种？②碳排放因子是什么？有哪些二氧化碳减排措施？思考题与习题谢谢！1.4新能源发电技术目录Contents1.4.1问题归纳1.4.2新能源发电技术简述1.4.3新能源发电主要技术类型1.4.4结论与展望目录Contents1.4.1问题归纳1.4.2新能源发电技术简述1.4.3新能源发电主要技术类型1.4.4结论与展望1.4.1

问题归纳问题化石能源消耗过快,造成资源短缺问题二氧化碳急剧增加，引发雾霾等极端天气环境恶化，影响地球各物种的生存与健康我国能源人均占有量较少，能源问题突出通过新能源满足未来能源增量是一个必然选择人均资源占有量不及世界平均水平的一半人口数量和工业规模都是世界第一部分能源需要依赖进口，能源安全面临严峻挑战能源需求量远远高于其他国家1.4.1

问题归纳我国能源形势目录Contents1.4.1问题归纳1.4.2新能源发电技术简介1.4.3新能源发电主要技术类型1.4.4结论与展望1.4.2新能源发电技术简介213电能为社会发展提供动力源泉，也是保证人们日常生活水平的重要基础电能是最主要的能源消费方式发电技术在各能源利用技术中占有重要地位利用新能源来提供和保障电力供应成为解决问题的重要部分新能源发电技术定义及分类1.4.2新能源发电技术简介定义：新能源发电技术就是区别于传统化石能源的能源利用与转换的技术。分类：包括核能、风能、太阳能、水能、生物质能、地热能以及海洋能、燃料电池技术等一系列新技术。目录Contents1.4.1问题归纳1.4.2新能源发电技术简介1.4.3新能源发电主要技术类型1.4.4结论与展望1.4.3新能源发电主要技术类型意义核能太阳能地热能风能生物质能海洋能有效降低化石能源的消耗量有助于改善环境质量是解决能源与环境问题的有力武器主要类型

燃料电池1.4.3新能源发电主要技术类型核能利用及其发电技术简介将一个质量较大的原子核分裂成两个或多个质量较小的原子核，裂变过程中会释放出巨大的能量，即核能目前主要使用铀核进行核裂变获取核能核裂变1.4.3新能源发电主要技术类型核能利用及其发电技术简介将质量较小的两个原子核聚合成一个比质量较大的原子核，聚变过程中也会释放出巨大的能量，即核能目前主要依靠氢核聚变来获取核能核聚变1.4.3新能源发电主要技术类型核能利用及其发电技术简介核聚变213核聚变放出的能量远大于核裂变，燃料是氢的同位素氘或氚产物无放射性，不产生温室气体，是理想的清洁能源但是，核聚变十分难控制，“受控核聚变”难题也受到国内外研究机构的关注1.4.3新能源发电主要技术类型核能利用及其发电技术简介核电站简介目前商业核电站基于核裂变实现核电站所需的热能来自于核燃料核裂变成所释放出的热量根据核反应堆型式的不同，核电站可分为轻水反应堆、重水反应堆及石墨冷气堆等核反应堆：实现大规模可控核裂变链式反应的装置1.4.3新能源发电主要技术类型核能利用及其发电技术简介核反应堆类型轻水反应堆通常采用轻水，即普通的水(H2O)作为慢化剂和冷却剂。重水反应堆重水作中子慢化剂，重水或轻水作冷却剂。用天然铀作燃料，不需铀浓缩过程，燃料循环简单，建造成本较高。石墨冷气堆采用石墨作为中子慢化剂，用气体作冷却剂。气冷堆的冷却温度较高，因而提高热效率，热效率可以超过40%。1.4.3新能源发电主要技术类型核能利用及其发电技术简介核反应堆类型-轻水反应堆目前世界上的核电站大多数采用轻水反应堆，占90%左右正在研发的第四代核反应堆将能够满足极少的核废物生成、风险低、防止核扩散等基本要求轻水堆轻水压水堆轻水沸水堆约70%约20%1.4.3新能源发电主要技术类型核能利用及其发电技术简介核反应堆类型-快中子增殖堆①不用慢化剂，使用快中子引发核裂变反应②堆芯体积小、功率大采用氦冷却的快堆，其增殖比很大，是第四代核技术发展的重点堆型之一1.4.3新能源发电主要技术类型核能利用及其发电技术简介我国核电发展规划我国的核电装机容量已经接近3000万kW，主要是大亚湾、岭澳以及秦山、田湾核电站我国核电装机将达到5800万kW装机规模达到1.2亿～1.5亿kW2016年2020年2030年1.4.3新能源发电主要技术类型风力发电简介ABCD是新能源中的一种，有着传统化石能源没有的优势是典型的可再生能源，对环境基本没有影响风力发电是新能源发电技术的重要组成部分目前是除了水力发电之外技术最成熟前景最好的发电方式1.4.3新能源发电主要技术类型风力发电简介风力发电原理和类型原理利用风力发电机组将风的动能转化为机械能再最终转化为电能风力发电机应用类型1.水平轴风力发电机2.垂直轴风力发电机水平轴风力发电机垂直轴风力发电机1.4.3新能源发电主要技术类型风力发电简介风力发电发展历程查尔斯·弗朗西斯·布拉升安装了世界上第一台用于发电的风力机19世纪80年代20世纪90年代各国都大力发展风力发电，促进了风电技术的快速发展2016我国累计装机容量1.69亿kW，风电发电量为2410亿kWh未来风力发电必将成为未来重要的发电方式之一1.4.3新能源发电主要技术类型太阳能发电简介太阳能太阳能发电太阳能主要指太阳辐射能来源是太阳内部发生核聚变释放出来的能量太阳能发电就是利用太阳能产生电能的技术包括太阳能光伏发电和太阳能光热发电技术1.4.3新能源发电主要技术类型太阳能发电简介太阳能光伏发电光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能结构：太阳能电池组件—电源系统控制器逆变器—控制保护系统负载—用户终端1.4.3新能源发电主要技术类型太阳能发电简介太阳能光热发电将太阳能转化为中高温热能，再将热能转化为电能的发电方式与传统火力发电有些类似，主要差别是该系统利用太阳能中高温集热器取代传统锅炉1.4.3新能源发电主要技术类型太阳能发电简介在我国，光伏发电技术领先于光热发电技术。我国太阳能电池发电成本高达200元/kWh我国光伏工业开始起步，降至40元/kWh至45元/kWh太阳能光伏电池的发电成本降到1元/kWh以下1977年20世纪80年代2016年1.4.3新能源发电主要技术类型生物质能发电简介来源优点生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式来源于植物的光合作用，可转化为气态、液态和固态燃料，是一种可再生能源，同时也可以视为碳源原料丰富清洁低碳可再生可代替化石能源1.4.3新能源发电主要技术类型生物质能发电简介生物质能相关技术01直接燃烧发电：把生物质原料投入锅炉中燃烧，带动蒸汽轮机发电02沼气发电03气化发电：将原料通过热解或发酵等方法使其产生可燃性气体，然后进行发电1.4.3新能源发电主要技术类型地热发电简介地热主要由地球内部发生的核裂变产生，是一种储量巨大的新能源地热也是一种清洁能源，有着广阔的开发前景地热1.4.3新能源发电主要技术类型地热发电简介利用地下蒸汽或热水的热能，通过一定的装置和技术手段将其转化为机械能再转化为电能地热发电分类：双循环地热发电闪蒸型地热发电蒸汽型地热发电技术种类1.4.3新能源发电主要技术类型地热发电简介地中海到喜马拉雅，包括意大利和我国西藏大西洋中脊带，大部分在海洋，北端穿过冰岛环太平洋带，美国西海岸，新西兰，还有中国台湾地区等地热资源的分布1.4.3新能源发电主要技术类型地热发电简介世界各国对于地热能的利用1904年，意大利的拉德瑞罗，第一次用地热驱动发电机目前美国、新西兰等国家都建设了地热发电站我国目前最大的地热利用基地就是羊八井地热电厂我国的高温地热资源主要分布在滇、藏、川西和台湾1.4.3新能源发电主要技术类型挑战我国的发展情况海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、海洋温差能及盐差能等海洋能的开发与利用的最大问题在于获取海洋能的技术手段我国是世界上建造潮汐电站最多的国家，江厦电站是中国最大的潮汐电站海洋能发电简介世界各国对于地热能的利用1.4.3新能源发电主要技术类型燃料电池发电技术燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器1.4.3新能源发电主要技术类型燃料电池发电技术优点2341可将燃料中的化学能直接转变为电能具有持续的发电能力，还有较高的发电效率能量损失比传统的火力发电少燃料适应性广，输出功率由电池电堆的容量决定。1.4.3新能源发电主要技术类型燃料电池发电技术燃料电池的发展潜力未来发展

氢能氢能是一种清洁、高效的能源。氢氧燃料电池，其产物是水，属于环境友好型发电方式。具有很大的发展潜力。世界各国都将其视为未来的主要能源。目录Contents1.4.1问题归纳1.4.2新能源发电技术简介1.4.3新能源发电主要技术类型1.4.4结论与展望1.4.4结论与展望相信新能源发电技术将在我国的发电市场中占据举足轻重的地位，成为国家经济发展中不可或缺的重要成员。新能源发电技术已经受到了广泛关注经过近几十年的发展，它已具备初步规模。①举例说明你所熟悉的新能源发电技术？②

新能源渗透率如何定义？③可以试着描述一下风光互补发电系统的适用领域及其优势吗？思考题与习题谢谢！2.1核反应堆的物理基础目录Contents2.1.1核物理基础2.1.2核反应基础2.1.3核裂变反应相关2.1.4自持链式核裂变反应目录Contents2.1.1核物理基础2.1.2核反应基础2.1.3核裂变反应相关2.1.4自持链式核裂变反应铀-235裂变:8.32×1013J/kg铀=2000t汽油氘聚变：3.5×1014J/kg=4kg铀重要反应核燃料增殖过程核裂变反应2.1.1.1原子核的组成03原子质量单位02组成01质子中子

原子核2.1.1.2核力

饱和性短程力强相互作用力2.1.1.3核的结合能其核子的质量总和聚合释放能量新原子核的质量<

m为质量亏损2.1.1.3核的结合能比结合能=总的结合能原子核质量数核能计算在原子能领域内，一般用电子伏特（eV）、（MeV）作为能量单位。1u质量相当于为931MeV；1MeV=1.6021

10-13J。2.核聚变反应质量亏损为0.0276u，则核聚变反应式＋MeV3.如果核裂变反应式+200MeV（0.215u），1g铀含有2.6

1021个铀原子，问完全裂变放出多少热量（kJ）？思考题：1.m质量的质量亏损相当于能量E=，E的单位为MeV，m的单位为u2.6

1021

200=5.2

1023MeV=8.33

107kJ1克铀-235裂变释放的热量:相当于3吨标准煤燃烧释放的热量2.1.1.4核的放射性当原子核内中子数与质子数的比例超出与质量数相应的稳定界限时，这种核将通过放射性衰变的方式向着更稳定的方向自发地变化。穿透能力比较2.1.1.4核的放射性半衰期：放射性原子数量衰减到初始数量的一半时所需要的时间周期。

目录Contents2.1.1核物理基础2.1.2核反应基础2.1.3核裂变反应相关2.1.4自持链式核裂变反应2.1.2.1核反应的定义核反应是指外来粒子引起某原子核发生变化的反应铀核裂变氘氚核聚变2.1.2.2中子与原子核的相互作用中子触发核反应的原理：中子与原子核结合之后，核的平均结合能造成了超出核素可以保持稳定的扰动，导致核素趋向生成了更加稳定的核素。2.1.2.2中子与原子核的相互作用Step.1吸收中子动能转为内能处于激发态回到基态释放能量Step.2Step.3Step.4Step.5复合核的形成反应堆主要的中子和原子核的相互作用形式2.1.2.2中子与原子核的相互作用中子触发核反应的原理：中子与原子核结合之后，核的平均结合能造成了超出核素可以保持稳定的扰动，导致核素趋向生成了更加稳定的核素。最简单的也是很主要的核反应，它是中子波和核表面势相互作用的结果，中子并未进入耙核入射中子直接与耙核内的某个核子碰撞。这种情况要求中子的能量极大，基本可以不予考虑2.1.2.3反应截面和核反应率

2.1.2.3反应截面和核反应率宏观截面：一个中子与单位体积内原子核发生核反应平均几率的度量一个中子穿行单位距离与核发生相互作用的几率大小的一种度量。

2.1.2.3反应截面和核反应率核反应率：单位时间单位体积内发生核反应的次数

宏观截面和中子通量的乘积目录Contents2.1.1核物理基础2.1.2核反应基础2.1.3核裂变反应相关2.1.4自持链式核裂变反应2.1.3.1核燃料裂变临界能量：复合核从变形到分裂需要能量，所需的最小能量每消耗一个易裂变核所生成的新易裂变核核数称为转换比

生成新易裂变核的数目消耗新易裂变核的数目r=核燃料增殖注：天然铀中有铀-235的含量仅为0.7%，其余99.3%为铀-238（非裂变元素）。核燃料增殖过程核裂变反应r﹤1时反应堆称为转换堆

设初始的核燃料量M0，M0被消耗掉以后，会产生rM0的新燃料，进一步又能得到r2M0，依此类推，总共可供使用的核燃料量为（中间可能需要停炉）：r﹥=1时反应堆称为增殖堆

反应堆消耗1kg的核燃料的同时，还能生产出超过1kg的新核燃料，这种增殖型反应堆。不仅可以大量发电，而且可以逐渐积累核燃料，经过一定时间的运行，将反应堆内产生的新核燃料提取，又可建造新的核反应堆。这种反应堆充分利用了自然界大量蕴藏的非裂变核燃料，使核电站反应堆成为一座可裂变核燃料的加工厂，为核电站提供了丰富的核燃料资源。

M0新堆的循环量，G为增殖堆每天消耗的裂变燃料。

倍增时间D=，单位为天数。思考：r有无理论上限？2.1.3.2核裂变产物的分布和能量常规的核反应堆中，热中子与靶核碰撞，形成复合核，发生（n,f）反应，由于激发的能量是分配在许多核子上的，所以可能的产物有很多能量分布2.1.3.3中子的慢化平均对数能降增量：每次碰撞中子能量的自然对数的平均变化值

慢化剂2.1.3.4核裂变反应堆功率

核燃料消耗速率

目录Contents2.1.1核物理基础2.1.2核反应基础2.1.3核裂变反应相关2.1.4自持链式核裂变反应2.1.4.1自持链式核裂变反应机理自持链式裂变反应：不依靠外来中子的补充，就能持续裂变下去的核反应。中子被核燃料吸收，发生裂变中子被核燃料吸收，却不发生裂变中子被慢化剂、冷却剂、结构材料等有害吸收中子被泄露2.1.4.2有效增殖系数

反应堆超临界反应堆临界反应堆次临界2.1.4.3反应堆内中子循环剩余96个热中子

漏失、被慢化剂和结构材料俘获剩余76个热中子中子循环剩余76个热中子第二代100个快中子被235U俘获发生裂变思考题与习题：原子核由哪些粒子组成，分别用什么字母表示，原子核通常如何表示？核能的来源是什么？请列举原子核放出的射线类型。请说出核反应与化学反应的区别。原子核与中子的作用按表现形式分为哪两种？什么是反应截面，核反应率如何计算？什么是转换堆，什么是增殖堆？什么是中子的慢化？什么是自持链式核裂变反应，什么是有效增殖系数？谢谢！2.2核反应堆的热工分析目录Contents反应堆热源2.2.2燃料元件结构堆的传热过程2.2.12.2.3目录Contents反应堆热源2.2.2燃料元件结构堆的传热过程2.2.32.2.12.2.1堆的热源反应堆内的热量来自核裂变释放的能量，每次裂变释放的能量平均约为200MeV。约84%裂变碎片的动能γ与β射线其余2.2.1堆的热源裂变能的分布与反应堆的具体设计有关，对于热中子反应堆，一般来说，90%以上的总裂变能是在燃料元件内转换成热能的，大约5%的总裂变能在慢化剂中转换成热能，剩余不到5%则在反射层、热屏蔽等部件中转换成热能。2.2.1堆的热源压水动力堆燃料元件的释热量占反应堆总释热量的97.4%。沸水堆燃料元件的释热量占堆总释热量的96%。燃料元件释热量占比热工分析目的及时输出燃料元件内产生的热量2.2.1堆的热源特别需要注意的是，反应堆停止运行后，反应堆的功率不会一下子降为零，而是按照一定的规律衰减。热量来源燃料棒内储存的显热剩余中子引起的核裂变

（剩余裂变发热）裂变产物及中子俘获反应产物的衰变（衰变热）燃料棒内的显热、剩余裂变热约在30s内传出，其后的冷却要求完全取决于衰变热。目录Contents反应堆热源2.2.2燃料元件结构堆的传热过程2.2.12.2.32.2.2燃料元件结构燃料元件名称极其繁多，这主要是由于不同的分类方法造成的。下面介绍几种主要的燃料元件分类方法：按燃料类型：

可分为金属型燃料元件、弥散型燃料元件和陶瓷型燃料元件三种。

轻水堆燃料元件（二氧化铀）属于陶瓷型燃料元件。按几何形状：

可分为棒状、板状、管状和球状等燃料元件形式。

轻水堆几乎全部用棒状燃料元件。按反应堆类型：

反应堆型+燃料元件。如轻水堆燃料元件、重水堆燃料元件。2.2.2燃料元件结构虽然燃料元件种类繁多，但是不论何种形状和形式的燃料元件，其组成不外乎两大部分：燃料棒和骨架。2.2.2燃料元件结构燃料棒结构典型的压水堆燃料棒由UO2芯块、锆合金包壳、端塞、压紧弹簧及氦气腔组成。锆合金在300～400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面（锆为0.18靶恩），对核燃料有良好的相容性，因此常用作水冷核反应堆的包壳材料。压水堆燃料棒上端塞贮气腔压紧弹簧包壳燃料芯块上端塞2.2.2燃料元件结构燃料棒结构包壳中留有足够的空间和间隙，用于补偿包壳和燃料芯块不同的热膨胀，以及芯块的辐照膨胀，并且作容纳裂变气体的膨胀室。上端塞带有一个小孔，用于制造时往包壳内充氦气加压至2.0MPa，以减少包壳蠕变和增加燃料棒的导热性能和可靠性。用氦气加压后，用熔焊将小孔封死。包壳内的压紧弹簧可以防止运输与操作过程中芯块的窜动。压水堆燃料棒上端塞贮气腔压紧弹簧包壳燃料芯块上端塞2.2.2燃料元件结构燃料元件的骨架是支撑燃料棒束的结构部件它承受冷却剂的冲刷，和紧急停堆时数十公斤的控制棒突然下落产生的冲击力。此外，堆内的高温和强烈的中子辐照也会是骨架的机械性能发生变化甚至发生弯曲。因此，骨架的结构决定了燃料元件的刚性，它的几何尺寸直接影响元件的外形。压水堆燃料元件骨架燃料元件骨架目录Contents反应堆热源2.2.2燃料元件结构堆的传热过程2.2.12.2.32.2.3堆的传热过程热交换方式热传导热对流热辐射（水冷堆）（高温气冷堆）2.2.3堆的传热过程反应堆内的传热过程就是指燃料元件内产生的裂变热经一系列过程传给冷却剂。其主要过程包括：燃料芯块导热→燃料-包壳间间隙导热→包壳导热→包壳表面向冷却剂对流换热。棒状燃料元件径向的温度分布情况如图所示。棒状燃料元件径向温度分布燃料芯气隙包壳冷却剂tcitcstut02.2.3堆的传热过程燃料元件与冷却剂的传热过程分析燃料芯块导热属于有内热源的圆柱形芯块温度场问题。燃料芯块内部导热的主要计算式为：

t0为燃料芯块的中心温度tu为燃料芯块的表面温度为燃料芯块的热导率

ql为线功率（1）燃料芯块内的导热t0tur

2.2.3堆的传热过程燃料元件与冷却剂的传热过程分析（2） 气体间隙导热。燃料芯块与包壳之间存在很薄的间隙，通常情况下，使用气隙导热模型来计算。其主要计算式为：tci为包壳内表面的温度为气体间隙的热导率dci为燃料芯块直径du为包壳内表面直径反应堆长时间运行后，燃料芯块可能会与包壳直接接触，不能再使用上述的气隙导热模型了，需要利用接触导热模型进行计算。tutcidcidu2.2.3堆的传热过程燃料元件与冷却剂的传热过程分析（3）包壳导热。包壳导热属于最常见的无热源圆筒壁导热问题。其主要计算式为：

tcs为包壳外表面的温度为包壳的热导率

dcs为包壳外表面直径tcitcs

dcs2.2.3堆的传热过程燃料元件与冷却剂的传热过程分析（4）包壳与冷却剂的单相对流换热冷却剂的主要目的就是通过对流换热把燃料芯块内产生的热量给传递出去。因此其主要计算式为：

tf为冷却剂的温度h为冷却剂与包壳的表面传热系数Al为单位轴向长度的换热面积。各变量均为轴向位置z的函数tftcs2.2.3堆的传热过程燃料元件与冷却剂的传热过程分析冷却剂流过燃料元件时，温度升高。假设冷却剂从堆芯进口到位置z处的换热量为Q(z)，则冷却剂的温升为：W为冷却剂的质量流量cp为冷却剂的比热容。（5）冷却剂换热升温tf2.2.3堆的传热过程当反应堆内的传热过程出现异常，冷却剂不能及时地把反应堆内的热量传递出去的时候，就极有可能会发生堆芯熔化事故。堆芯熔化的过程一般如下：当堆芯丧失余热载出手段后，堆芯开始升温，随着温度的逐渐上升，包壳首先熔化，然后控制棒解体，进而燃料芯块熔化、下移，造成堆芯支撑结构失效和堆芯解体。堆内传热异常的后果思考题：请说出反应堆内热量的主要来源。请描述燃料芯块内的热量导出给冷却剂的过程。请大致画出反应堆内温度的径向分布。谢谢！2.3核反应堆的动力回路核反应堆动力回路分类按核反应燃料类型裂变反应堆聚变反应堆裂变聚变混合堆按冷却剂材料压水堆沸水堆重水堆气冷堆液态金属冷却堆按核反应堆的用途研究堆生产堆动力堆按中子能谱热中子堆中能中子堆快中子堆目录Contents2.3.1压水堆核电站动力回路2.3.22.3.3重水堆核电站动力回路2.3.4高温气冷堆核电站动力回路2.3.5钠冷快中子增殖堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路目录Contents2.3.1压水堆核电站动力回路2.3.2沸水堆核电站动力回路2.3.3重水堆核电站动力回路2.3.4高温气冷堆核电站动力回路2.3.5钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.1压水堆核电站动力回路特征采用高压轻水作为冷却剂和慢化剂，且水在堆内不沸腾的核反应堆。冷却剂的压力一般在120到160个大气压范围内，经过反应堆时不会气化。应用目前世界上核电站、核动力潜艇及航母应用最多最普遍的一种核反应堆。装机容量占所有核电站反应堆的60%以上。实例秦山一期、二期核电站广东大亚湾核电站2.3.1压水堆核电站动力回路一回路反应堆冷却剂带走核反应热量再传热给蒸汽发生器的过程二回路蒸汽发生器产生的蒸汽推动汽轮机组发电，然后被冷凝由给水泵送回蒸汽发生器的过程冷却回路用于冷却二回路的水蒸气2.3.1.1

基本组成与工作过程水水压力容器稳压器主泵主管道蒸发器汽轮机发电机冷凝器输配电二回路一回路基本参数： 一回路：压力154bar，291-310℃，高压水 二回路：压力55bar，250-280℃，出口饱和蒸汽蒸汽相关参数：冷却剂&慢化剂：除盐除氧的含硼水工作压力：14.7-15.7MPa进口温度：280-300℃出口温度：310-330℃温升：30-40℃2.3.1压水堆核电站动力回路2.3.1.2

一回路结构与设备压力容器反应堆堆芯控制棒组件包容整个堆芯、固定和支撑控制棒驱动机构、堆内构件。作为一回路系统的组成部分，在运行温度和压力条件下作为容纳冷却剂的压力边界。压水堆的心脏，可控的链式核裂变反应就在这里进行。由上百个横截面呈正方形或六角形的燃料组件构成通过提升和插入来实现电厂启动、停闭、负荷改变等情况下比较快速的反应性变化。2.3.1.2一回路结构与设备（1）压水反应堆枢纽产生汽轮机所需蒸汽的换热设备既是一回路设备，又是二回路设备二回路冷却水在U型管束空间吸收来自一回路侧的热量产生蒸汽蒸汽湿度降低由蒸汽导管导出，送往汽轮机做功将一回路的放射性物质阻挡在一回路内对整个核动力装置的经济性和安全可靠性有十分重要的影响自然循环不需要外加压力依靠水和汽水的密度差而进行的水循环2.3.1.2一回路结构与设备（2）蒸汽发生器稳压器低压时工作状态稳压器高压时工作状态2.3.1.2一回路结构与设备（3）稳压器

提供驱动压力，将一回路经过蒸汽发生器的冷却剂压回核燃料燃烧的堆芯，再把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器，产生推动汽轮机做功的蒸汽形成循环。耐高温耐高压防辐射耐腐蚀密闭好无泄漏大功率高温度不停转心脏2.3.1.2一回路结构与设备（4）反应堆冷却剂泵汽轮机系统汽轮机辅助系统冷凝水及加热系统汽轮机是一种高速旋转的动力机械。它首先把蒸汽的热能变为蒸汽流的动能，然后再把蒸汽流的动能转化为机械功，带动发电机发电。汽轮机辅助系统包括：汽轮机旁路系统、汽轮机轴封系统、汽水分离再热器等。汽轮机排汽进入凝汽器被冷凝为凝结水，凝结水需经过凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器再作为二回路给水供给蒸汽发生器。2.3.1.3二回路结构与设备目录Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5压水堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路重水堆核电站动力回路高温气冷堆核电站动力回路钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.2沸水堆核电站动力回路2.3.2沸水堆核电站动力回路2.3.2沸水堆核电站动力回路优点直接循环，只有一个回路。造价较低，节约成本。工作压力可以降低。这使得系统大大简化，降低了投资。堆芯出现空泡。经验表明，堆芯出现起泡使得沸水堆更加稳定，具有较好的控制调节性能。缺点辐射防护和废物处理较为复杂。设计和维修麻烦,当汽轮机等设备出现问题，维修时间也很长。功率密度比压水堆小。由于水沸腾后慢化能力降低，导致燃料利用率较低，因此需要比压水堆多的核燃料。目录Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5压水堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路重水堆核电站动力回路高温气冷堆核电站动力回路钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.3重水堆核电站动力回路重水慢化剂重水的中子吸收截面比轻水小得多，所以重水堆中慢化剂吸收的中子比轻水堆要少得多，可以直接利用天然轴作为核燃料冷却剂与慢化剂循环与压水堆动力回路不同的是，重水堆的冷却剂、慢化剂循环是分开的。蒸汽发生器和主回路水泵安装在反应堆的两端。2.3.3重水堆核电站动力回路优点重水堆可以采用天然铀作燃料，而不必提纯，燃料利用率高于轻水堆。烧过的燃料中铀-235的含量极小，不需要进行乏燃料的处理。缺点重水的价格比较昂贵，且需要频繁的更换燃料。目录Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5压水堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路重水堆核电站动力回路高温气冷堆核电站动力回路钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.4高温气冷堆核电站动力回路冷却剂：氦气慢化剂：石墨结构：双动力回路一回路：冷却剂氦气二回路：工质水实例：我国建成的石岛湾核电站2.3.4高温气冷堆核电站动力回路优点热效率高燃耗深氦气性质稳定传热性能好，感生放射性低，停堆后能将余热安全带出不易发生堆芯熔化，安全性能好缺点高燃耗包覆颗粒核燃料元件的制备和辐照考验高温高压氦气回路设备的工艺技术问题燃料后处理及再加工问题目录Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5压水堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路重水堆核电站动力回路高温气冷堆核电站动力回路钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.5钠冷快中子增殖堆核电站动力回路定义：以液态钠为冷却剂，由快中子引起核裂变并维持链式反应的反应堆。原理：快堆用钚-239作燃料，在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238，钚-239燃烧产生的中子会被外围的铀-238吸收，生成钚-239，这样燃料越烧越多。结构：钠冷快堆（SFR）一般设计成三个回路，比压水堆中间多一个三回路。2.3.5钠冷快中子增殖堆核电站动力回路优点钠具有中子吸收截面小、导热性好、比热大等优点。沸点高达886.6℃，所以常压下钠的工作温度可以很高。金属钠的温度就能达到500—600℃。钠对金属材料不具有腐蚀性，因此钠是一种很好的冷却剂。缺点作为冷却剂的金属钠由于化学特性很活泼，易与水、氧气等反应，在空气中能燃烧，因此需要采取严格的防范措施，技术难度上比热堆大。由于三回路和金属钠的特殊性，维修比较困难，且金属钠使用量大。思考题：请根据冷却剂种类列举几个反应堆类型。请描述压水堆一回路的主要运行流程和主要设备。请描述压水堆二回路的主要运行流程和主要设备。请说出沸水堆与压水堆的主要区别。谢谢！2.4核电站的安全基础目录Contents2.4.1辐射及其危害2.4.2反应堆的固有安全性2.4.3核电站安全性2.4.4核电站安全事故目录Contents2.4.1辐射及其危害2.4.2反应堆的固有安全性2.4.3核电站安全性2.4.4核电站安全事故2.4.1.1天然辐射与人工辐射核电站潜在危险性辐射危害不稳定核素天然辐射释放带电粒子形成稳定核素人工辐射2.4.1.1天然辐射与人工辐射γ射线β射线α射线穿透能力极弱，电离能力极强防止吸入被污染的空气和食入被污染的食物、防止伤口被污染穿透能力中等，电离能力中等防止直接接触应对β射线，楼房是很好的屏蔽体穿透能力极强，电离能力极弱尽可能减少受辐射的时间，远离辐射源天然放射性同位素放射的射线2.4.1.1天然辐射与人工辐射本底辐射/天然辐射人工辐射辐射无处不在人类在自然界这种辐射环境下生存和发展低水平的辐射不会对人类造成危害核工业过程中产生、使用以及排放的放射性物质的照射核技术应用中使用的放射性核素产生射线照射计算机、电视机、手机等用电设备产生的辐射2.4.1.2辐射剂量1.指单位质量的物质吸

收电离辐射的能量2.国际单位是戈瑞（Gy）1Gy=1J/Kg吸收剂量(D)1.在吸收剂量的基础上考虑了人体

受到辐射后产生的生物效应2.是吸收剂量D与辐射的品质因子Q的乘积3.在辐射防护中更常用4.单位称为希沃特（Sv），1Sv=1J/kg当量剂量(H)辐射剂量2.4.1.2辐射剂量100%0.01核电站周围100%0.15水果粮食空气100%0.038~0.075每天吸20支烟100%20放射性工作者职业剂量限值100%0.02胸肺透视一次100%0.75砖房100%0.001每天看一小时电视100%0.005毫希/小时乘坐飞机100%3.7某些高原地区居民生活中受到的天然辐射量单位：毫希/年2.4.1.3辐射危害超过限定值的核辐射对人体产生危害指其对受照者本人产生的影响，如核辐射可能会引起白内障、皮肤良性损伤、骨髓造血障碍、生育能力减退以及血管结缔组织受损等指其对下一代的影响辐射伤害通过两种途径引起放射性核素在生物体外，使生物受到来自外部的射线照射放射性核素进入生物体，使生物受到来自内部的射线照射内(部)辐射外(部)辐射遗传效应躯体效应一般来讲，身体接受的辐射能量越多，其放射病症状越严重。2.4.1.3辐射危害100%100-1000白细胞减少人体本身不会有感觉100%2000-4000骨髓遭到破坏红白细胞极度减少呕吐、出血100%>4000直接导致死亡100%<100无危害100%1000-2000导致轻微射线疾病接

受

当

量

剂

量

与

人

体

的

表

现单位：毫希2.4.1.3辐射危害较长时间超过允许剂量的辐射损伤短时间内大剂量电离辐射引起的放射性损伤随受照剂量的不同，在受照部位可能出现红斑、水肿、干性脱皮和湿性脱皮、起水泡、疼痛、坏死、坏疽或脱发等症状主要出现在急性放射病典型病程的初期，表现为恶心、呕吐、疲劳、发热和腹泻全身外照射损伤局部照射损伤急性放射病慢性放射病核辐射致病按受辐射剂量分类分别导致的病状目录Contents2.4.1辐射及其危害2.4.2反应堆的固有安全性2.4.