新能源概论结课论文

新能源概论结课论文
核能
一、发展史
核能问世的准备时期，可以追溯到19世纪末至20世纪初。

19世纪末，英国物理学家汤姆逊发现了电子；1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线；1896年，法国物理学家贝克勒尔首次发现了天然铀的放射性；1898年，居里夫人又发现了新的放射性元素钋和镭；1902年，她经过4年的艰苦努力成功分离出毫克级的高纯镭；1905年，爱因斯坦提出了著名的质能转换公式E＝mc2（c为光速，E为能量，m为转换成
能量的质量）。

1914年，英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。

1932年，英国物理学家查得威克发现了中子。

1938年，德国科学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。

有些元素可以自发地放出射线，这些元素
叫做放射性元素。

放射性元素可以放出3种看不见的射线。

一种是α射线，就是氦原子核。

一种是β射线，就是高速电子。

一种是γ射线，就是高能电磁波。

其中γ射线的穿透能力最强。

当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子而分裂成两个较轻的原子核，
同时发生质能转换，放出很大的能量，并产生两个或3个中子，这就是举世闻名的核裂变
反应。

在一定的条件下，新产生的中子会继续引起更多的铀原子核裂变，这样一代代传下去，
像链条一样环环相扣，所以科学家将其命名为链式裂变反应。

1946年，在法国居里实验室
工作的我国科学家钱三强、何泽慧夫妇发现了铀原子核的“三裂变”、“四裂变”现象。

链式裂变反应释放出巨大的核能，1千克铀235裂变释放出的能量，相当于2500吨标准煤
燃烧产生的能量。

只有铀233、铀235和钚239这3种核素可以由能量为0.025电子伏的
热中子引起核裂变。

它们都可用作核燃料，其中只有铀235是天然存在的，而铀233、钚239是在反应堆中人工生产出来的。

铀235在天然铀中的含量仅为0.7% 在1945年之前，人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化。

二战时，原子弹诞生了。

人类开始将
核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。

美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、
以色列等国相继展开对核能应用前景的研究。

二、可持续发展的能源
核能是可持续发展的能源
世界上核电国家的多年统计资料表明，虽然核电站的投资高于燃煤电厂，但是，由于
核燃料成本远远地低于燃煤成本，相反核燃料反应所释放的能量却远远高于化石燃料燃烧
所释放出来的能量，而且核燃料取之不皆，这就使得目前核电站的总发电成本低于烧煤电厂。

据估计，在世界上核裂变的主要燃料铀和钍的储量分别约为490万吨和275万吨。

这
些裂变燃料足可以用到聚变能时代。

轻核聚变的燃料是氘和锂，1升海水能提取30毫克氘，在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量，即"1升海水约等于300升汽油"，地球上
海水中有40多万亿吨氘，足够人类使用百亿年。

地球上的锂储量有2000多亿吨，锂可用
来制造氚，足够人类在聚变能时代使用。

况且以目前世界能源消费的水平来计算，地球上
能够用于核聚变的氘和氚的数量，可供人类使用上千亿年。

因此，有关能源专家认为，如
果解决了核聚变技术，那么人类将能从根本上解决能源问题。

三、我国及其他国家核能技术的应用于发展
1、中国
中国核能发电技术发展虽仅约20年，但近几年强力表现其企图心，举凡核电技术研发、设备制造、工程设计、工程建设、专案管理及营运管理等方面，皆已具备相当的基础
与实力。

自从1994年，第一座电厂运转后，就积极推动其核能计划；中国电力需求每年以大于8 %成长，2007年，核能发电共626亿度电，其占比为1.9 %，共有11部机组运转中，装置容量为8.6百万瓩。

截至2008年6月，有6部机组共5.2百万瓩正建造中
2、美国
美国为全世界最大核能发电国，共有104部机组100.6百万瓩产生近20 %的全国电力。

[1]美国自从1977年以后，就没有新的兴建机组定单；然而，在2002年，美国能源部启动“核电2010计划”，主要为借由共同承担财务及法规风险，以兴建新设计电厂。

在2005年，美国政府通过“能源政策法”，主要内容为强化能源自主，减少对外国石油的依赖；
并主张核能是能源自主的重要一环，认同核能是安全及干净的能源。

提出美国应该恢复建
造新的核能电厂，制订“风险保证及发电税的减税措施”，以支援新建核能电厂。

此外，
2005年的法案亦授权拨付12.5亿美元在进步型高温同步产氢反应器之研究发展。

由于这
些及其他的结果，在2020年时，将会有实质的核能容量加入。

[2]另外，提出全球核能伙
伴计划，编列2.5亿美元预算，其目标为与具有先进核能和平利用计划的法、日、俄等国
合作，开发新反应器及核子燃料循环的技术。

[3]
3、法国
法国有59部机组共63.3百万瓩容量，为全世界第二大核能发电国，仅次于美国；惟
其核能发电占比(2007年为77 %)为全世界第一。

法国从70年代为一净能源进口国，迄今
法国已成为世界最大的净电力输出国。

因此电力为法国第四大输出项目，每年可赚30亿欧元。

法国电力公司(EDF)将其总发电量的15 %出口至邻近各国，成为世界第一的电力出口国。

法国在经济合作开发组织的30个加盟国家中，为第四大能源消耗国，但法国每人的二氧化碳排放量却是第24名，主要是大部分电力来源为核能发电之故；同时核能发电也在法国自给能源规划中扮演重要角色，使其能源自给率高达50 %。

核能年发电量自1990年起
历经14年，成长了43 %。

法国认为核能为重要的能源供应安全之基础。

法国2005年通过
的能源法，除明确宣示积极持续支持再生能源发展外，亦指出为提供稳定的生产电力及减
少温室气体排放量，法国能源政策法仍维持核能的选择架构。

[7]
4、德国
德国目前运转的17部核能机组共20.5百万瓩容量，提供约25 %的电力；德国核能发电工业于1970年至1989年间蓬勃发展，然而受到1989年切尔诺贝利事件及少数政党联盟执政之强硬反核思想，于2001年由德国政府与其主要电力公司达成协议，决定逐步关闭全国的19个核电机组，平均一部核电厂寿命为32年。

同时德国总理梅克尔也于日前基民党
内部会议上表示：逐步淘汰核能的决定是错误的，德国在八大工业国中已被孤立于核能议
题之外，尤其意大利和英国政府修正政策后，更公开支持核能，梅克尔更于结论中指出一
定要再重新讨论核能发电的议题。

[8] (一)2001年提出废核主张及2012年修法废核 2001
年6月14日德国政府与能源公用事业签订逐步废除核电决议；后于2002年修订原子能法，规范现有核电厂商转至既定年限后逐年除役。

(二)2010年重新检讨废核政策，规划核电
厂延役 2010年德国发布能源政策行动纲领－“能源概念”，规划既有核能机组延役，并
计划课征核燃料税，作再生能源发展与能源效率改善之用；并于同年修订原子能法，将1980年前商转之7座核能电厂延役8年、其余10座核能电厂延役14年。

(三)2011年日
本福岛核灾后，宣布2022年废核时程修订“和平使用核能和防止核损害法”，规范既有
核能机组不延役，于2022年以前全数除役： 1.2011年日本福岛核灾后德国总理梅克尔宣
布8座核能机组将永久停止运转。

2.其余9座核电机组，将陆续于2015年停1座，2017
年停1座，2019年停1座，2021年停3座；为避免德国电力供应中断，1988年后兴建完成的3座核电机组将持续使用至2022年底。

[来源请求]
5、日本
日本为第四大核能发电国，仅次于美、法与瑞士。

目前有55部机组共47.6百万瓦容量，提供全国30 %的电力，若扣除核能发电，电力自主率仅约4 % 。

日本2006年公布国家能源新战略及核能立国计划大纲，明述主要目标在于实现全球能源永续发展及确保日本能源供应安全，相关核能具体内容包括：(1)提高现有轻水式反应器的运转效率，建议提高核能发电占全国总发电量比例30 %甚至40 %以上；(2)投资新建、扩建和改建核能电厂；
(3)2006年起建造第2座放射性废弃物处置厂；(4)将快中子滋生反应器示范建造、试运转日期提前至2025年；(5)积极参加美国主导的全球核能伙伴计划(GNEP)。

而日本社团法人原子力产业会议（JAIF）更预估，2050年核能发电将占全国的60 %且于2008年10月16日发表“2100年核能愿景─对低碳社会的建言”，系利用其累积研究开发成果的技术，以及目前致力于实用化研究开发的技术，评估到2100年时，对石化燃料的依存度可从现在的85 %降低到30 %，同时二氧化碳的排放量也可降低到现在的10 %。

则推算2100年核能所占发电量比率为核分裂炉53 %（其中轻水炉18 %、快滋生式反应炉35 %）、核融合炉
14 %，合计67 %。

[12]
2006年日本原先立场为致力发展核能，并提出“核能立国计划”[编辑]
四、核能未来的发展趋势
21 世纪初人类面临发展的能源瓶颈, 传统能源存量不足, 效率低, 污染大。

目前“三足鼎立”的核能、水能、燃气能中核能优势明显, 核电具有资源丰富、高效、清洁而安全的相对优势, 水电资源的开发取决于长远生态影响的评估和科学论证, 燃气能受制于资源的存量, 其他可再生新型能源如风能、生物质能特别是太阳能由于成本高、效率低, 短期内难以成为能源供应主力, 因此, 未来20——30 年核电将会迅速发展以缓解人类能源需求.21 世纪的能源格局是核能、水能、燃气能“三足鼎立”, 核电的开发和利用给生态资源、环保护、社会生活以及经济发展带来巨大利益, 也对人类的安全和可持续发展形成潜在威胁, 从可持续发展的角度对核电开发和利用进行分析, 能更好地保护环境和促进人类利益。

核电是和平利用核能的主要途径。

核电作为一种可持续发展的清洁能源受到世界各国的普遍重视。

截至1998年3月，已有30多个国家和地区建造或计划建造的各类核电站共437座，总装机容量超过3.5亿千瓦。

随着人们环保意识的增强，用新一代核电站替代化石燃料发电将成为21世纪能源舞台上的主旋律。

所谓新一代核电站是指安全性能更好、可
靠性更高、经济上更加合理的核电站。

大家知道，现有的核电站大多数是在前0年代核电高速发展阶段建造的。

这些核电站的设计寿命为30-40年，现在正在研究，可望将其寿命延长到60年。

科学技术进步和社会大众对核安全的关注，使人们对核电站的安全性提出了更高的要求。

要求核电站的反应堆从设计原理上就具备固有安全性。

所谓固有安全性是指反应堆不但在任何事故条件下都能自动停止运行，而且在最严重的假想事故下，停堆后的剩余发热能依靠自然对流等自然机制导出堆外，保持堆芯和核燃料元件的完整，从根本上排除堆芯熔化和放射性逸出的可能性。

这种具有固有安全性的反应堆将成为下世纪替代原有核电机组和化石燃料发电的明星。

面对化石能源的紧缺与其使用所带来的诸多困扰，世界各国除充分利用现有的传统能源外，还大力研究开发新能源，以实现能源多样化，如科学家们提出的“向太空要能
源”(拟建太空太阳能电站)，“向月球要能源”(拟开发地球上贫乏而月球上丰富的核聚变燃料氦-3)，以及氢能、地热能、海洋能等的开发研究。

聪明智慧的核物理学家和核能专家们更为人类描绘了一幅回答所面临的能源总是挑战的蓝图。

他们构筑的基本思路是：大力开发利用核能，拓宽核能应用领域，尽快以核能去替代化石的能源。

目前，广泛投入使用的热堆核电站技术上已基本成熟;快堆电站将大大提高轴资源的利用率;人们充满信心、已取得可喜进展的聚变反应堆核电站将长期地满足人类能源的需求;科学家们正在进一步探索和构想的正反物质湮没堆核电站更能提供取之不尽，用之不竭的能源。

核能供热是和平利用核能的另一途径。

根据供热温度的不同又分为低温供热和高温供热两大类。

海洋核电站是人们随着海洋石油开采不断向深海海底发展而提出的一项大胆设想。

它采用的是一种安全性非常好的铀氢锆反应堆(又称脉冲反应堆)。

在勘探和开采深海海底的石油和天然气时，需要从陆地上的发电站向海洋采油平台远距离供电。

为此，就要用很长的海底电缆将电输送过去。

这不仅技术上要求很高，而且要花费大量的资金。

如果在采油平台的海底附近建造海底核电站，就可轻而易举地向采油平台或其他远洋作业设施提供廉价的电力。

核反应堆还可用作各种舰船(原子破冰船、核潜艇、核航空母舰等)的动力装置。

微型
瓜堆重量轻、性能可靠、使用寿命长，可作为空间核电源。

太空核反应堆所用的燃料为高
浓铀。

空间核能源之利用有两个途径：一是，采用高浓度的铀燃料与氢化锆慢化剂均匀混
合的热中子反应堆，反应堆产生的热量由液体钠-钾合金带出，钠-钾冷却剂带出的热量在
热电转换放热器中直接转换成电源;二是，以热电偶或热离子方式发电。

目前，科学家们又在研制一种称为“外中子驱动的次临界装置”。

它是用外中子源(如用加速器产生的散裂中子源驱动次临界装置(即处于次临界状态的反应堆)生产核蒸汽以带
动汽轮发电机组发电。

这不仅提高了核电站的安全性，还可嬗变长寿命核素，在处理放射
性废物方面是颇有吸引力的装置。

此外，大力发展和推广同位素与辐射技术也是核工业经
济建设和人民生活服务的重要内容。

同位素和辐射技术在工业、农业、医学、环境、考古、科研和教学等领域有着广泛的应用，有着广阔的发展前景，是核科技产业化的一个重要组
成部分。

氢的核聚变反应需极高的温度，太阳的高温来自核聚变。

地球上除实验室外并不存在
自然的核聚变条件。

进入90年代以后，人们在受控热核聚变研究中取得了突破性的进展。

1991年11月9日，欧洲联合环JET装置首次成功地实现了受控热核聚变。

1993年，美国TFTR装置也进
行了氘氚受控热核聚变实验。

JET上获得的聚变功率输出为16.1兆瓦，输出能量为21.7
焦耳。

同时，日本的托卡马克JT-60上获得等放四舍五入加热功率与输出核聚变功率之比
已高达1.25，并且其等离子体参数已达到或超过受控热核聚变的条件，如峰值离子温度为4.5亿摄氏度(要求1亿摄氏度)。

至此，受控热核聚变的科学可行性得到了证实，具备了
开展工程试验研究的科学技术基础。

据此，核科学家们认为，若由国际原子能机构组织的
国地合作科研工程如(国际受控热核实验反应堆)大型装置的资金问题得到解决，可以乐观
地估计，到21世纪50年代，第一座用于发电的商用热核聚变反应堆将开始运转。

五、核危机及核能的弊端:
全世界人均头顶3吨炸药,美国国会2008年夏天发布的报告则透露，1945年至今，全球
各国大约制造了12.8万枚核弹，其中美国有7万多枚，苏联（俄罗斯）有5.5万枚。

虽然当
前全球核弹数量已削减至2.5万－3万枚，但这还相当于全球人均头上顶了3吨多的三硝基甲
苯（TNT）炸药，仍可把地球毁灭数次。

到目前为止，全世界核能民用的历史上仅发生过三起重大核安全事故。

1979年3月，美国三哩岛核电站二号堆发生了一次严重的失水事故，幸好由于堆的事故冷却紧急注水装置和安全壳等设施发挥了作用，使排放到环境中的放射性
物质含量极小，虽然并没有造成大的人员伤亡但在经济上却造成了10到18亿美元的损失，
事故的危害尚在进一步观测调查中。

1984年4月，前苏联基辅附近的切尔诺贝利核电站发生事故，造成大量的发射性物质泄漏，30km范围内的居民被迫撤离，欧洲不少国家也受到轻
微的核污染，引起了强烈的国际反响。

据报道，有31人死亡，203人受伤，135000人被疏散。

2011年3元,日本大地震引发核电站泄漏, 大量的发射性物质泄漏到海中,四个机组废弃,17
万人撤离. 当前对环境造成污染的放射性核素大多来自核电站排放的废物，核电可能产生
的放射性废物主要是放射性废水、放射性废弃和放射性固体废物。

1座100万KW的核电站1年卸出的泛燃料约为25t，其中主要成分是少量未燃烧的铀、核反应后的生成物——钚等放射性核素，核废料中的放射性元素经过一段时间后会衰变成非放射性元素。

此外，还有铀矿
资源的开发问题，由于铀矿资源的开发造成的废弃、废水、废渣等污染也不可忽视，对铀
尾矿也必须进行妥善处理，如果处理不好，将会覆盖农田、污染水体，甚至对自然和社会
都造成严重影响。

一旦发生核事故或核泄漏，对人类和环境造成的影响都是灾难性的，只
有加强核安全和辐射安全的管理，处理好放射性核废料，合理科学地利用核能，才能保证
核能安全的开发利用。

六、结论:
总体来说，发展核能对世界时有利的，既能节约能源，又能控制污染。

在现在这个社会，核能的发展是不可避免的，我们应该审时度势，科学决策，合理的发展核事业，为世界能源找到一条洁净的新出路。