第十八章能源的开发和利用

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、能源的概念像煤、天然气、汽油、水流、风、电、太阳光等等能够提供能量的物质资源，我们把它们都叫做能源.二、人类利用开发能源的历史火的利用化石能源的利用电能的利用核能的发现能源的种类•一次能源是自然界直接提供的能源.•由自然界提供的能源转化而来的能源是二次能源.电能是什么能源？二次能源对于一次能源，如太阳能、风能等可从自然界源源不断的得到，称之为可再生能源象煤、石油天然气以及核燃料等一旦消耗很难再生，这类能源称之为不可再生能源•我们把化石燃料、水流能、风能等人类早就应用的能源叫做常规能源.•把核能、太阳能、地热能、潮汐能等新近才开始利用的能源叫做新能源•从古到今，人类使用的能源都是由转化来的.•太阳每秒钟要向周围空间辐射3.8×1026J的能量，其中到达地球表面的太阳能只有1.7×1017J，但仍有大量的太阳能还没有被利用.太阳能清洁能源：对还价无污染或污染很小的能源。如：太阳能、水能、风能非清洁能源：对环境污染较大的能源。如：煤、石油、天然气等化石能源解决能源问题的两条途径1、开发新能源2、提高能源的利用率第二节核能我国用了短短4年时间完成了原子弹的研制工作，并于1964年10月16日成功地爆炸了第一颗原子弹.1967年6月17日又成功地爆炸了第一颗氢弹，完成了其他国家要十几年或几十年才完成的工作.我国第一颗原子弹我国第一颗氢弹一、核能原子弹和氢弹为什么会具有这么大的威力呢？因为它们都利用了核能.我们知道化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能量.在原子核发生变化时放出的能量叫做核能，也叫原子能。原子核的构成由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电二、获得核能的两条途径（1）裂变（2）聚变(1)裂变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，这种现象叫做裂变.1kg铀中的铀核如果全部发生裂变，释放出的能量大约相当于2500t的标准煤完全燃烧所放出能量.链式反应用中子轰击铀核，使铀核发生裂变，放出能量.铀核分裂时，还同时放出2～3个中子，又可以轰击其它铀核，使它们也发生裂变.这些铀核分裂时，同样放出中子，从而引起更多的铀核发生裂变.于是裂变反应便会链锁式地自行持续下去.这种现象叫做链式反应.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，发生猛烈爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的.核反应堆为便于和平利用核能，必须控制链式反应的速度，使核能缓慢而又平稳地释放出来.为此，人们制成了一种专门装置——核反应堆.核反应堆能缓慢、平稳地释放核能.核电站一、核电站的工作原理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1942年12月在美国芝加哥大学体育场建成的.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方法.利用核能发电的电站叫做核电站.目前已建成的核电站都是利用重核裂变的链式反应释放的能量来发电的.核反应堆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被加热.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机做功，把内能转化成电能.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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能，去推动汽轮发电机发电，转化成我们所需要的电能.这就是核电站的工作原理.二、核电站的特点1.消耗的“燃料”少核电站只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能.例如一座100万千瓦的火力发电厂每年要耗煤三、四百万吨，而相同功率的核电站每年只需核燃料三、四十吨，这就大大减少了燃料的运输.核电站的特点2.成本低虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂得多，但是最后核算下来的成本仍然要比火力发电站低20%以上.所以世界上很多国家都在大力发展核电站.到1989年，全世界运行中的核电站已有434座，总装机容量约32000万千瓦，发电量占全世界总发电量的17%，预计到21世纪，核能发电将达到世界总发电量的30%以上，核能将成为21世纪的主要能源之一.三、我国核电的发展我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运行的，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也已建成，并运行发电了，全部建成后年发电量可达100亿度.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，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，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用.浙江秦山核电站广州大亚湾核电站是我国大陆第一座大型商用核电站广东岭澳核电站（2）聚变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，也能释放出核能，这种现象叫做核聚变，简称聚变.聚变是获得大量核能的另一重要途径.前面讲过，原子弹是利用重核裂变现象制成的.而另一种威力更大的核武器——氢弹，则是利用轻核聚变现象制成的.聚变又叫热核反应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，并释放出核能.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.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.自然界中的热核反应自然界中，太阳内部的温度高达摄氏1千万度以上，在那里就进行着大规模的聚变反应.太阳辐射出的光和热，正是由聚变反应释放的核能转化而来的.可以说，地球上的人类每天都享用着聚变释放出的能量.第三节太阳能优点：1、太阳能十分巨大2、太阳能供应时间长3、太阳能分布广阔，获取方便4、太阳能安全清洁，取之不尽，用之不竭直接利用太阳能的途径1、直接转化为内能2、直接转化为电能3、直接转化为化学能