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新能源技術(shù)明廷臻能源與動(dòng)力工程學(xué)院工程熱物理系RenewableEnergyTechnology2/5/20231海洋能利用技術(shù)

Oceanenergy明廷臻能源與動(dòng)力工程學(xué)院2/5/20232海洋能概述各種海洋能2/5/20233一、海洋能概述一望無際的汪洋大海，不僅為人類提供航運(yùn)、水產(chǎn)和豐富的礦藏，而且還蘊(yùn)藏著巨大的能量。2/5/20234海洋能分類海洋能源通常指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水溫差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質(zhì)能等。潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對(duì)地球的引力變化，其他均源于太陽輻射。2/5/20235海洋能源按儲(chǔ)存形式又可分為機(jī)械能、熱能和化學(xué)能。其中，潮汐能、海流和波浪為機(jī)械能，海水溫差為熱能，海水鹽差為化學(xué)能。各種海洋能的蘊(yùn)藏量是巨大的，據(jù)估計(jì)有750多億千瓦，其中波浪能700億千瓦，溫度差能20億千瓦，海流能10億千瓦，鹽度差能10億千瓦。2/5/20236海洋能的特點(diǎn)蘊(yùn)藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長(zhǎng)度所擁有的能量較小。即要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。具有可再生性。來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，因而取之不盡，用之不竭。2/5/20237有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分。溫度差能、鹽度差能和海流能較穩(wěn)定，潮汐能與潮流能不穩(wěn)定但變化有規(guī)律，波浪能既不穩(wěn)定又無規(guī)律。海洋能屬于清潔能源，一旦開發(fā)后，其本身對(duì)環(huán)境污染影響很小。2/5/20238二、各種海洋能潮汐能波浪能海洋溫差能海洋鹽差能海流能2/5/20239潮汐能潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運(yùn)動(dòng)以及它們之間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。2/5/202310潮汐能：因海水漲落及潮水流動(dòng)所產(chǎn)生的能量。是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。潮汐中蘊(yùn)藏著的巨大能量：漲潮過程中巨大的動(dòng)能，隨著海水水位的升高，就轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，在落潮的過程中，水位逐漸降低，勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。2/5/202311潮汐電站的優(yōu)點(diǎn)清潔、可再生能源；雖然有周期性間歇，但具有準(zhǔn)確的規(guī)律，可用計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)，有計(jì)劃地納入電網(wǎng)運(yùn)行；一般離用電中心近，不必遠(yuǎn)距離輸電；無淹沒損失、移民等問題；水庫內(nèi)可發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖、圍墾和旅游綜合效益。2/5/202312潮汐電站的缺點(diǎn)發(fā)電具有間歇性，這種間歇性周期變化又和日夜晝夜變化不一致；潮汐屬于低水頭，故發(fā)電效率不高；由于涉及大量海工建筑，單位千瓦的造價(jià)較常規(guī)水電站高。2/5/202313全球海洋中所蘊(yùn)藏的潮汐能約有27億千瓦，若能充分利用起來，其每年的發(fā)電量可達(dá)33480萬億度。我國(guó)海岸線曲折，漫長(zhǎng)的海岸蘊(yùn)藏著十分豐富的潮汐能資源。理論蘊(yùn)藏量達(dá)1.1×108kW，其中浙江、福建兩省蘊(yùn)藏量最大。2/5/202314我國(guó)主要港口潮差概況（單位：m）

大潮差小潮差湛江4.872.18（平均）黃浦2.500.30高雄0.400.20基隆1.200.30廈門4.602.90福州5.703.60上海3.002.00青島3.481.91天津

2.48秦皇島

1.00大連2.561.392/5/202315中國(guó)主要潮汐電站表站名潮差（米）容量(MW)投運(yùn)時(shí)間江廈5.13.21980白沙口2.40.641978幸福洋4.51.281989岳浦3.60.151971海山4.90.151975沙山5.10.0419612/5/202316潮汐能利用的主要方式是發(fā)電。通過貯水庫，在漲潮時(shí)將海水貯存在貯水庫內(nèi)，以勢(shì)能的形式保存，然后，在落潮時(shí)放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。2/5/202317潮汐能利用可分為兩種形式：一是利用潮汐的動(dòng)能，直接利用潮流前進(jìn)的力量來推動(dòng)水車、水泵或水輪機(jī)發(fā)電。二是利用潮汐的位能，在電站上下游有落差時(shí)引水發(fā)電。由于利用潮汐的動(dòng)能比較困難，效率又低，所以潮汐發(fā)電多采用后一種形式，即利用潮汐的位能。潮汐電站的幾種類型2/5/202318單庫單向電站單庫雙向電站雙庫連續(xù)發(fā)電電站潮汐位能電站的分類2/5/202319在海灣出口或河口處，建造堤壩、發(fā)電廠房和水閘，將海灣與外海分隔，形成水庫。在漲潮時(shí)開啟閘門將潮水充滿水庫。落潮時(shí)當(dāng)外海潮位下降，控制水庫水位與潮位保持一定落差，利用該落差水流流經(jīng)廠房時(shí)推動(dòng)機(jī)組發(fā)電。這種電站只建造一個(gè)水庫，而且只在落潮時(shí)發(fā)電，稱為單庫單向發(fā)電。單庫單向電站2/5/202320沖水工況：開啟水閘，機(jī)組停電，上漲的潮水經(jīng)水閘進(jìn)入水庫，至庫內(nèi)外水位齊平為止。等候工況：水閘關(guān)閉，機(jī)組停電，水庫內(nèi)水位保持不變，庫外水位因落差逐步下降，待庫內(nèi)外水位差達(dá)到一定水頭時(shí)，啟動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。發(fā)電工況：機(jī)組發(fā)電，庫水位水流外泄，庫水位下降，直至與外海潮位的水位差小于機(jī)組發(fā)電需要的最小水頭為止。等候工況：機(jī)組停電，庫水位保持不變，待庫內(nèi)外水位齊平后，轉(zhuǎn)入下一循環(huán)。單庫單向電站運(yùn)行工況2/5/202321單庫單向電站每晝夜發(fā)電兩次，停電兩次，平均每日發(fā)電約9~11小時(shí)。由于采用單向機(jī)組，機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)電水頭較大，機(jī)組效率較高。也可采用漲潮時(shí)發(fā)電充水，落潮時(shí)泄水的形式。多用于小型潮汐電站。電站評(píng)述2/5/202322單庫雙向電站為了在漲落潮時(shí)都能發(fā)電，須建造單庫雙向電站。這種電站一般有兩種形式，一種是設(shè)置雙向發(fā)電的水輪發(fā)電機(jī)組；一種是仍采用單向發(fā)電機(jī)組，但從水工建筑物布置上使流道在漲潮和或落潮時(shí)，都能使水流按同一方向進(jìn)入和流出水輪機(jī)，從而使?jié)q落潮兩向均能發(fā)電。2/5/202323單庫雙向電站每晝夜發(fā)電4次，停電4次，平均每日發(fā)電約14~16小時(shí)。發(fā)電小時(shí)數(shù)約增長(zhǎng)1/3，發(fā)電量約增加1/5。由于兼顧正反兩向發(fā)電，所以發(fā)電平均水頭較單向發(fā)電小，相應(yīng)機(jī)組單位千瓦造價(jià)比單向發(fā)電為高。設(shè)備制造和操作運(yùn)行技術(shù)要求高，宜在大中型電站中采用。電站評(píng)述2/5/202324雙庫連續(xù)發(fā)電電站上述單庫單向電站和單庫雙向電站都出現(xiàn)停機(jī)狀況，給用戶和系統(tǒng)帶來很大不便。為保證連續(xù)供電，可建造雙庫連續(xù)發(fā)電電站。在海灣或河口處建造相鄰的兩個(gè)水庫，各與外海用一個(gè)水閘相通，一個(gè)水庫專門進(jìn)潮（稱高水庫），一個(gè)水庫專門出潮（稱低水庫），在兩個(gè)水庫之間設(shè)置發(fā)電廠房并相連通，在潮汐漲落中，控制進(jìn)水閘和出水閘，是高水庫與低水庫間始終保持一定落差，從而在水流由高水庫流向低水庫時(shí)連續(xù)不斷發(fā)電。2/5/202325電站評(píng)述雙庫連續(xù)發(fā)電電站的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，但缺點(diǎn)時(shí)工程建筑物多、分散，工程投資高。由于把海灣或河口分隔成兩個(gè)水庫，使原來一個(gè)大水庫與外海交換的水量變成兩個(gè)水庫之間的水量交換，因此發(fā)電利用的水量約減少了一半，發(fā)電量也相應(yīng)減少較多。雙庫連續(xù)發(fā)電宜建設(shè)在地形條件十分優(yōu)越的地方，如何利用天然地形不增建中間堤壩，布置廠房、水閘較方便。一般情況下這種電站單位造價(jià)比較昂貴。2/5/202326是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。與波高的平方、波浪的運(yùn)動(dòng)周期以及迎波面的寬度成正比。是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。波浪能2/5/202327波浪能分布全世界波浪能功率資源：2×1012W，對(duì)應(yīng)于年可利用能源1.75×1013kWh電，相當(dāng)于全世界一年的用電量。愛爾蘭具有歐洲最好的波浪能，近岸波浪能達(dá)到每年4.8×1010kWh電，但卻有超過90%的能源需要進(jìn)口。2/5/202328我國(guó)有愈18000km的海岸線，7000多個(gè)大小島嶼，我國(guó)沿岸和海島附近的波浪能理論年平均功率約為12.85GW。我國(guó)沿海波浪功率可達(dá)17~39kW/m，渤海灣更高達(dá)42kW/m，利用前景誘人。我國(guó)波浪能資源主要分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)而常規(guī)能源缺乏的東南沿海，主要是浙江、福建和廣東沿海，以及臺(tái)灣沿岸。開發(fā)波浪能資源，對(duì)于我國(guó)東南沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極為重要的意義。2/5/202329與太陽能、風(fēng)能等技術(shù)相比，波浪能相對(duì)較為年輕，目前經(jīng)濟(jì)上無法與之競(jìng)爭(zhēng)。能流密度在可再生能源中最高。波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式。此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。波浪能利用裝置的種類繁多，有關(guān)波能裝置的發(fā)明專利超過千項(xiàng)，獲得專利證書的也達(dá)數(shù)百件。波浪能利用被稱為“發(fā)明家的樂園”。2/5/202330波浪是由于風(fēng)吹過海面引起。由于風(fēng)與海面的相互作用，一部分風(fēng)的能量傳給了海水，變成了波浪的動(dòng)能和勢(shì)能。動(dòng)能有海水的運(yùn)動(dòng)速度來描述，勢(shì)能時(shí)偏離平均海平面的海水質(zhì)量的函數(shù)。風(fēng)傳給海水的能量取決于風(fēng)的速度、風(fēng)與海水作用的路程長(zhǎng)度和時(shí)間長(zhǎng)度。波浪的速度取決于它們的波長(zhǎng)——波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，波浪運(yùn)動(dòng)愈快。這種現(xiàn)象在颶風(fēng)中可以看到，此時(shí)風(fēng)暴引起的長(zhǎng)波長(zhǎng)的波浪傳播得比風(fēng)暴更快，因此風(fēng)暴前首先到來的是巨大的浪涌。波浪的形成2/5/202331波浪發(fā)生的三個(gè)過程開始時(shí)，空氣吹過海水表面，由于粘性作用，對(duì)海水施加一個(gè)切向力。而水的表面張力提供了一個(gè)彈簧的恢復(fù)力，使水面產(chǎn)生一層微小的漣漪，它是波浪形成的前奏，此時(shí)的波稱為表面張力波；靠近水表面的湍動(dòng)的空氣流引起剪切力和壓力的波動(dòng)，當(dāng)這些波動(dòng)與已有的波浪同相位時(shí)，波浪進(jìn)一步加強(qiáng)；波浪繼續(xù)受風(fēng)的剪切力作用，與風(fēng)共振，從風(fēng)中吸取能量。波高逐漸加高，波長(zhǎng)逐漸加長(zhǎng)，最后到達(dá)波瀾壯闊的情況，此時(shí)，迫使水面復(fù)原的恢復(fù)力為重力，故稱為重力波。2/5/202332波浪分類表面波或漣漪（capillarywave）：當(dāng)微風(fēng)吹拂海面或擲一小石子于湖中，水面上一層層漣漪，波長(zhǎng)僅數(shù)厘米，周期1~2s。恢復(fù)力是表面張力。微弱的漣漪是海浪形成的開始。重力波（gravitywave）：一般在海邊看到的波浪，其周期從數(shù)秒至十?dāng)?shù)秒，波長(zhǎng)由數(shù)米之?dāng)?shù)百米，波高亦可達(dá)十?dāng)?shù)米。恢復(fù)力是重力。引起波浪的外力是風(fēng)，在刮風(fēng)區(qū)的浪稱為風(fēng)浪wave，波浪傳遞遠(yuǎn)離刮風(fēng)區(qū)后稱之為涌浪swell。涌浪較平滑單周期和波長(zhǎng)較長(zhǎng)。俗語說：小船怕浪，大船怕涌。即是因?yàn)橛坷说牟ㄩL(zhǎng)長(zhǎng)之故。2/5/202333海嘯（Tsunami）：因海底地震所引起的波浪，此類波在大洋中并不很可怕，但在近岸淺水海域，波浪因淺化而波高劇增，可造成嚴(yán)重災(zāi)害。此波在大洋中傳遞極快，每秒速度可超過200m，時(shí)速逾700km，接近飛機(jī)速度。由于地震預(yù)報(bào)仍很困難，故海嘯至今也難以預(yù)報(bào)。慣性重力波（inertia-gravitywave）：此類波運(yùn)動(dòng)尺度大，已感受到地球自轉(zhuǎn)力（科氏力），故其恢復(fù)力時(shí)科氏力及重力。波周期可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)，波長(zhǎng)可達(dá)數(shù)百甚至上千公里。潮波即為其中一種。2/5/202334行星波（planetarywave）：此類波的周期和波長(zhǎng)更長(zhǎng)，周期可達(dá)數(shù)月之久。其回復(fù)力是地球自轉(zhuǎn)力隨緯度變化的β效應(yīng)。此類波首先于大氣中發(fā)現(xiàn)，氣象氣壓圖中即常見此類波動(dòng)。對(duì)海洋長(zhǎng)期變化影響較大。2/5/202335可利用的波浪類型能夠被利用的海洋波浪為重力波。風(fēng)浪：波浪在靠近其形成的區(qū)域時(shí)稱為風(fēng)浪，它們形成復(fù)雜的、不規(guī)則的波浪。在任何風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生的波浪尺寸取決于三個(gè)因素：風(fēng)速、風(fēng)作用于海水的持續(xù)時(shí)間、風(fēng)作用于海水的路程長(zhǎng)度（風(fēng)距）涌浪：波浪可以以最小的能量損失從其形成區(qū)傳播開去，在很遠(yuǎn)的距離產(chǎn)生涌浪近岸浪：風(fēng)浪和涌浪傳到海岸的淺水地區(qū)，變成近岸浪，近岸浪由于岸底對(duì)波浪的阻力，是的波浪向岸邊倒轉(zhuǎn)。2/5/202336波浪能的利用利用物體在波浪作用下的振蕩和搖擺運(yùn)動(dòng)；利用波浪壓力的變化；利用波浪的沿岸爬升將波浪能轉(zhuǎn)換成水的勢(shì)能。2/5/202337Whentheairflows,turbineisturnedanditwoulddrivethegenerator.Electricityisproduced.Sources:http:///education

2/5/202338http://.au/ago/ocean/wave.html2/5/202339FloatingDevices

(SalterDuck,Clam,Archimedes)SalterDuck-Electricityisgeneratedthroughthemovementofthedeviceonthewave(bobbingupanddown)2/5/202340Theworld'sfirstcommercialwavepowerstation,ontheScottishislandofIslay2/5/202341海洋溫差能溫差能是以熱能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。海洋是地球上一個(gè)巨大的太陽能集熱和蓄熱器。投射到地球表面的太陽能大部分被海水吸收，使海洋表層水溫升高，而在海洋深處海水溫度卻很低，這個(gè)垂直的溫差就是一個(gè)可利用的巨大能源。2/5/202342全世界海洋溫差能的理論估算值為106kW量級(jí)。根據(jù)中國(guó)海洋水溫測(cè)量資料計(jì)算得到的中國(guó)海域的溫差能約為1.5×108kW，其中99％在南中國(guó)海。2/5/202343溫差發(fā)電的基本原理：即借助一種工作介質(zhì)，使表層海水中的熱能向深層冷水中轉(zhuǎn)移，從而做功發(fā)電。例如使用低沸點(diǎn)的二氧化硫、氨或氟利昂做介質(zhì)，在表層溫水熱力作用下氣化、沸騰，吹動(dòng)透平機(jī)發(fā)電，再利用深層冷水把工作介質(zhì)凝結(jié)成液態(tài)。如此循環(huán)不息，保持發(fā)電機(jī)運(yùn)行。海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)主要有開式循環(huán)和閉式循環(huán)兩種方式。2/5/202344開式循環(huán)系統(tǒng)2/5/202345閉式循環(huán)系統(tǒng)2/5/202346OceanThermalEnergyConversion(OTEC)UsestemperaturegradienttodriveturbineWorkswellwheretropicwatersmeetarcticwatersOTECplantsarelargeandmovelotsofwaterOTECplantscanproduceelectricity24hoursadayhttp:///ocean_thermal_energy_conversion.htm2/5/202347除了發(fā)電之外，海洋溫差能利用裝置還可以同時(shí)獲得淡水、深層海水、進(jìn)行空調(diào)并可以與深海采礦系統(tǒng)中的揚(yáng)礦系統(tǒng)相結(jié)合。因此，基于溫差能裝置可以建立海上獨(dú)立生存空間并作為海上發(fā)電廠、海水淡化廠或海洋采礦、海上城市或海洋牧場(chǎng)的支持系統(tǒng)。總之，溫差能的開發(fā)應(yīng)以綜合利用為主。2/5/202348海洋鹽差能鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學(xué)電位差能。主要存在于河海交接處。同時(shí)，淡水豐富地區(qū)的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度較大的一種可再生能源。2/5/202349通常，海水（3.5%鹽度）和河水之間的化學(xué)電位差有相當(dāng)于240m水頭差的能量密度，這種位差可以利用半滲透膜在鹽水和淡水交接處實(shí)現(xiàn)。濃度低的溶液就會(huì)向濃度高的溶液滲透。這一過程一直要持續(xù)到膜兩側(cè)鹽濃度相等為止。根據(jù)這一原理，可以人為地從淡水水面引一股淡水與深入海面幾十米的海水混和，在混合處將產(chǎn)生相當(dāng)大的滲透壓力差，該壓力差將足以帶動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。2/5/2023502/5/202351海流能海流能是指海水流動(dòng)的動(dòng)能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)。海流能的能量與流速的平方和流量成正比。海流能的變化平穩(wěn)且有規(guī)律。潮流能隨潮汐的漲落每天2次改變大小和方向。2/5/202352全世界海流能的理論估算值約為108kW量級(jí)。計(jì)算統(tǒng)計(jì)獲得中國(guó)沿海海流能的年平均功率理論值約為1.4X107kW。遼寧、山東、浙江、福建和臺(tái)灣沿海的海流能較為豐富，不少水道的能量密度為15--30kW/m2，具有良好的開發(fā)值。中國(guó)的海流能屬于世界上功率密度最大的地區(qū)之一，特別是浙江的舟山群島的金塘、龜山和西候門水道，平均功率密度在20kW／m2以上，開發(fā)環(huán)境和條件很好。2/5/202353海流能的利用方式主要是發(fā)電原理和風(fēng)力發(fā)電相似，但裝置必須放于水下。故海流發(fā)電存在一系列的關(guān)鍵技術(shù)問題，包括安裝維護(hù)、電力輸送、防腐、海洋環(huán)境中的載荷與安全性能等。2/5/202354一種海流發(fā)電站，有許多轉(zhuǎn)輪成串地安裝在兩個(gè)固定的浮體之間，在海流沖擊下呈半環(huán)狀張開，被稱為花環(huán)式海流發(fā)電站。2/5/202355核能的利用

nuclearenergy2/5/202356核能概述核能的來源鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和反應(yīng)堆各種類型的核電站2/5/202357一、核能概述1.安全潔凈的能源少污染少?gòu)U物少輻射2.有競(jìng)爭(zhēng)力的能源2/5/202358Coal70NaturalGas0Oil30Nuclear0SO2排放(千兆瓦裝置）（千噸/每年）Coal26Naturalgas16Oil14Nuclear0NO2排放(千兆瓦裝置

)（千噸/每年）CO2排放(千兆瓦裝置

)（千噸/每年）Coal6000NaturalGas3000Oil5000Nuclear02/5/202359放射性廢物：固體、液體、氣體（固體貯存，廢氣廢液排放）核電站產(chǎn)生的廢物是煤電站的十萬分之五2/5/202360核電站的微量輻射對(duì)人們不構(gòu)成危險(xiǎn)。周圍的自然環(huán)境充滿著輻射，常來自土壤、水和空氣中的天然放射性以及宇宙線輻射。核電站排出的水1－10微微居里／升家用水20″河水10－100″啤酒130″海水350″威士忌酒1200″牛奶1400″各種液體的放射性水準(zhǔn)

2/5/202361核電站排放物會(huì)使人的一生壽命縮短24秒。這與因抽煙縮短壽命7－10年相比，可以說微乎其微減壽因素平均縮短壽命體重超過正常的25%3.6年男性比女性短壽3.0年抽煙每天1盒7.0年每天2盒10.0年居住在城市5.0年1970年核電站輻射小于1分鐘2000年核電站輻射小于30分鐘2/5/2023621973年開始，主要工業(yè)國(guó)的核電成本與火電相當(dāng)。隨著石油調(diào)價(jià)和核電技術(shù)的逐步成熟，核電成本已經(jīng)低于其他電站的成本。Energyconversion-FuelsFirewood16MJ/kgBrowncoal9MJ/kgBlackcoal(lowQuality)13-20MJ/kgBlackcoal24-30MJ/kgNaturalGas39MJ/m3CrudeOil45-46MJ/kgUraniuminlightwaterreactor500,000MJ/kg2/5/202363二、核能的來源地球上存在的元素中，第92號(hào)元素鈾是唯一容易裂變的元素天然鈾有三種同位素：鈾238，占99.27%；鈾235，占0.724%；鈾234，占0.006%。

0.724%為鈾235的天然豐度。任意找來十萬個(gè)鈾原子，其中的鈾235原子是七百多個(gè)。2/5/202364原子核的結(jié)合能：中子和質(zhì)子形成原子核時(shí)會(huì)放出的能量。Eintein的質(zhì)能關(guān)系式可求得結(jié)合能大?。?/p>

ΔE=Δmc2

不同原子核俘獲中子后得到的結(jié)合能不同。2/5/202365當(dāng)A<60或A>60的原子核由于某種原因向A=60這個(gè)方向變換時(shí)，比結(jié)合能增大。也就是說，在這樣變換時(shí)必定伴隨著能量的釋放。核能的實(shí)際利用有兩種方法:核裂變方法；輕核聚變方法。核裂變核聚變2/5/202366核裂變自然界存在的天然鈾：238U、235U、234U，僅235U在熱中子作用下會(huì)發(fā)生裂變，也可通過反應(yīng)堆運(yùn)行制取233U、239Pu等易裂變核素目前世界上己建成的核反應(yīng)堆絕大部分是以235U作為燃料。2/5/2023672/5/202368核聚變輕核聚變反應(yīng)：兩個(gè)較輕的原子核聚合成一個(gè)較重的原子核，同時(shí)放出巨大的能量由于原子核間有很強(qiáng)的靜電排斥力，因此在一般條件下，發(fā)生聚變反應(yīng)的概率很小。2/5/202369太陽和其他恒星能量的來源：在太陽等恒星內(nèi)部，因壓力、溫度極高，輕核有足夠的動(dòng)能克服靜電斥力而發(fā)生持續(xù)聚變。氫彈：利用氫的同位素氘、氚原子核的聚變反應(yīng)，瞬時(shí)間釋放出巨額能量以達(dá)到毀傷效果的核武器（也稱聚變彈或熱核彈）。2/5/2023702/5/202371核聚變的主要問題：它們都帶正電，會(huì)彼此排斥。只有當(dāng)原子間距離小到使核力發(fā)揮作用時(shí)，才能發(fā)生聚變反應(yīng)。等離子體2/5/202372目前有代表性的實(shí)驗(yàn)裝置：環(huán)形系統(tǒng)、仿真器型、磁鏡型、角向收縮型和激光打靶型。前四種用磁場(chǎng)約束，第五種靠慣性約束；前三種為穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，后兩種為快脈沖和超快脈沖運(yùn)行。2/5/2023732/5/202374聚變有望徹底解決人類的能源問題：輕核聚變用的核燃料系氘和鋰-6可以大量從海水中獲取，得到比世界儲(chǔ)油量多10億倍的能量，可供人類500億年之用。2/5/202375三、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和反應(yīng)堆1.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)引入有效增殖系數(shù)K的概念K有效=（系統(tǒng)內(nèi)中子的產(chǎn)生率）/（系統(tǒng)內(nèi)中子的吸收率+系統(tǒng)內(nèi)中子的泄漏率）K有效=1，反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)，即穩(wěn)定運(yùn)行工況。K有效<1，反應(yīng)堆處于次臨界狀態(tài)，即降功率或停堆過程。K有效>1，反應(yīng)堆處于超臨界狀態(tài)，即開堆或提升功率過程。2/5/2023762/5/2023772.反應(yīng)堆的分類（1）按用途分：生產(chǎn)堆：生產(chǎn)核武器裝料用的反應(yīng)堆。為軍用服務(wù)。動(dòng)力堆：提供動(dòng)力用的反應(yīng)堆，最主要的是核電站和核潛艇用的反應(yīng)堆。研究堆：為了從事核物理、反應(yīng)堆材料、核工程等研究用的反應(yīng)堆。（2）按反應(yīng)堆采用的冷卻劑分：水冷堆、氣冷堆、有機(jī)介質(zhì)堆、液態(tài)金屬冷卻堆2/5/202378（3）按反應(yīng)堆采用的核燃料分：天然鈾堆、濃縮鈾堆、釷堆（4）按反應(yīng)堆采用的慢化劑分：石墨堆、輕水堆、重水堆（5）按核燃料的分布分：均勻堆、非均勻堆。（6）按中子的能量分類：熱中子堆：堆內(nèi)核裂變由熱中子引起?？熘凶佣眩憾褍?nèi)核裂變由快中子引起。2/5/2023793.反應(yīng)堆的組成反應(yīng)堆主要由堆芯、反射層、屏蔽層等幾部分組成。2/5/202380四、各種類型的核電站（1）壓水堆核電站（2）沸水堆核電站（3）重水堆核電站（4）氣冷堆核電站（5）快中子增殖反應(yīng)堆2/5/202381（1）壓水堆核電站：技術(shù)上最為成熟的一種核發(fā)電裝置。發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)型核電站→示范型核電站→商用核電站→大型核電站（單堆總電功率1000兆瓦以上）2/5/202382熱能-電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(或稱二回路系統(tǒng))，它與常規(guī)電站的動(dòng)力回路沒有顯著差別。核供汽系統(tǒng)(或稱一回路系統(tǒng))，它是將反應(yīng)堆核燃料釋放的熱能送往蒸汽發(fā)生器使之產(chǎn)生蒸汽的裝置。2/5/202383按照壓水堆的工作原理，原則上不允許冷卻劑水發(fā)生沸騰。為了得到高溫水，反應(yīng)堆必須在高壓15.5MPa左右的狀態(tài)下工作。壓水堆主要由堆芯、堆內(nèi)構(gòu)件、壓力容器和控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件組成2/5/202384壓水堆核電站一回路系統(tǒng)的主要設(shè)備除反應(yīng)堆外，還有蒸汽發(fā)生器、冷卻劑泵、穩(wěn)壓器以及相應(yīng)的管道閥門。蒸汽發(fā)生器是一個(gè)熱交換設(shè)備，用來將冷卻劑的熱量傳遞給二回路側(cè)工質(zhì)(水)以產(chǎn)生一定壓力、溫度的蒸汽。2/5/2023852/5/202386冷卻劑泵分屏蔽泵和軸封泵兩種型式。近代壓水堆核電站的冷卻劑泵一般都采用立式單級(jí)軸封泵，這種泵的特點(diǎn)是泵和電動(dòng)機(jī)分開，流量大，耐高溫、高壓。2/5/202387穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的。現(xiàn)代大型壓水堆核電站一般都采用立式圓筒形電加熱蒸汽穩(wěn)壓器。2/5/202388（2）沸水堆核電站采用輕水作減速劑和冷卻劑，與壓水堆相比較，具有以下特點(diǎn)：在反應(yīng)堆本體內(nèi)直接產(chǎn)生蒸汽，并直接作為工質(zhì)送入汽輪機(jī)。但沸水堆堆芯不如壓水堆緊湊。沸水堆電站系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，系單回路循環(huán)。只能從反應(yīng)堆底部引入控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及堆芯檢測(cè)儀表系統(tǒng)，因而使維護(hù)檢修不便，且反應(yīng)堆底部應(yīng)力集中。2/5/2023892/5/202390其蒸汽帶有一定的放射性。采用噴射泵提高冷卻劑的循環(huán)能力，安全殼帶弛壓系統(tǒng)?？捎每刂瓢粢约案淖?cè)傺h(huán)泵的流量來控制調(diào)節(jié)功率。運(yùn)行靈活。但燃料比功率小。2/5/202391沸水堆電站與壓水堆電站各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上不相上下。是目前國(guó)外核電站中僅次于壓水堆的主要堆型之一，約占總核發(fā)電容量的28%。2/5/202392（3）重水堆核電站以重水為減速劑的反應(yīng)堆稱重水堆。重水堆的冷卻劑可以用重水，也可以用輕水、有機(jī)物質(zhì)或CO2氣體。與輕水堆比較，重水堆的主要優(yōu)點(diǎn)是：重水的中子慢化能力好。可采用價(jià)格便宜的天然鈾作燃料。能更有效地利用核燃料?？蛇B續(xù)更換燃料，產(chǎn)钚量比壓水堆高2倍左右。2/5/202393重水堆主要問題：重水的用量大，價(jià)格昂貴；重水回路設(shè)備比較復(fù)雜，造價(jià)高；基本投資費(fèi)高；重水的泄漏會(huì)造成“氚害”。重水堆核電站主要型式是“坎杜”(CANDU)型重水堆。2/5/20