第5次课-第4章新能源与可再生能源-(4.3-4.8)

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1996-2007年全球累计装机容量变化趋势
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三、我国风能利用情况 中国现代风力发电机技术的开发利用始于20世纪
70年代,大风力发电技术的应用起始于20世纪80 年代,风力发电技术的商业化发展则是90年代初 期。 2004年全国在建项目的装机容量约150万千 瓦。
2005年底并网风力发电装机容量,名列世界第十, 亚洲第三。
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理论上,发展快堆能将铀资源的利用率提高到 100%,但考虑到加工、处理中的损耗,一般来说 可以达到60%~70%的利用率,是压水堆燃料一 次通过的利用率的130~160倍。
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三、核电站 组成:两大部分 一是核岛:核的系统和设备 二是常规岛:常规的系统和设备 压水堆核电站和沸水堆核电站见下图
氢能主要优点:燃烧热值高,每千克氢燃烧后的 热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5 倍。燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源。
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氢121061焦耳/克; 甲烷仅为50054焦耳/克; 汽油为44467焦耳/克; 甲醇为20254焦耳/克; 煤和生物质为20238焦耳/克。
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★快中子增殖反应堆
快堆特点: 运行时一方面消耗裂变燃料(铀-235或钚-239等),同
时又生产出裂变燃料(钚-239等),而且产大于耗,真正消 耗的是在热中子反应堆中不大能利用的、且在天然铀中占 99.2%以上的铀-238,铀-238吸收中子后变成钚-239。 在快堆中,裂变燃料越烧越多,得到了增殖,故快堆的全 名为快中子增殖反应堆。
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(2)反应堆:实现大规模可控核裂变链式反 应的装置。
(3)动力堆:可获得动力的反应堆装置。 轻水堆、重水堆、气冷堆、快中子增殖堆 轻水堆是最主要的堆型,有两种型式(沸
水堆和压水堆)。 ①沸水堆:作为冷却剂的水在堆中沸腾。 ②压水堆:反应堆中压力高,冷却剂水的出
口温度低于相应压力下的饱和温度,不沸 腾,故称压水堆。
风能; 转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的
功能; 机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生
电能。
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4.4 核能 一、概述
1896年法国物理学家贝可勒尔发现铀天然放射性。
两方面应用: 和平利用:核电站 (X射线检测等) 武器:核武器
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一个铀235原子核在吸收了一个能量适中的中 子后,这个原子核由于内部不稳定而分裂成两个 或多个质量较小的原子核(称为裂变碎片),这 种现象叫做核裂变。每次核裂变可释放出约20 0兆电子伏能量和2~3个新的中子。只要条件 适当,这些新的中子就可以使其他的原子核发生 新的裂变,释放出更多的中子,从而使核裂变反 应持续进行下去,形成所谓的链式裂变反应,使 原子核内的能量被源源不断地释放出来,这就是 核裂变能,也就是核能。
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1. 快堆不用铀-235,而用钚-239作燃料。 2. 在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238(占天然铀中
99.2%以上),钚-239产生裂变反应时放出来的快中子,被 装在外围再生区的铀-238吸收,铀-238就会很快变成钚-239。 这样,钚-239裂变,在产生能量的同时,又不断地将铀-238 变成可用燃料钚-239,而且再生速度高于消耗速度,核燃料 越烧越多,快速增殖,所以这种反应堆又称“快速增殖堆”。 3. 快中子反应堆则使用一种效率较低的冷却剂,例如液态钠,来让 这些中子保持高能量状态。虽然这些快中子并不擅长引发裂变, 但它们却带来了一个额外的好处:它们能够轻而易举地被同位 素铀238俘获,然后,将铀238变成钚239。有些反应堆是专为 这个目的而设计的,以便使钚的产量最大化,然后将钚作为燃料 使用,
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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.
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压水堆原理示意图
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广东岭澳核电站
广州大亚湾核电站是 我国大陆第一座大型 商用核电站
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核电站的工作原理
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.
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★ ★ 核电发展
2007年世界有核电国家和地区核电装机容量
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2006年
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4.5 氢能
氢能是氢的化学能。 氢能是通过氢气和氧气反应所产生的能量。 氢构成了宇宙质量的75%。 氢气必须从水、化石燃料、植物等含氢物质中制
得,是二次能源。
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工业上生产氢的方式很多,常见的有水电解制氢、 煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制 氢、生物质制氢等。
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4.3 风能
风能就是空气的动能,是指风所负载的能量。 风能的大小决定于风速和空气的密度。
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什么是风?
地球上和大气中,各处接收到的太阳辐射能和 放出的长波辐射能是不同的,因此在各处的温 度也不同,这就造成了气压的差别。大气便由 气压高的地方向气压低的地方流动。水平方向 的大气流动就是风。
风的能量也是由太阳辐射能转化来的。
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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.
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2000-2008年中国累计风电装机容量变化趋势
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风能发电的原理
• 利用风力带动风车叶片旋转,再通过增速机将旋 转的速度提升,来促使发电机发电。 • 小型风力发电系统组成:风力发电机+充电器+ 数字逆变器。 • 风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。
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各部分功能为: 叶片用来接受风力并通过机头转为电能; 尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的
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一、风能资源
据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化 为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能 约为2.74×109MW,其中可利用风能为 2×107MW,比地球上可开发利用的水能总量还 要大10倍。
我国风能资源较丰富,全国风能密度100W/m2, 风能资源总储量约1.6×105MW;
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目前的核电站中,大多数使用的是轻水堆。 铀-235和铀-238都是铀的同位素,它们的原子核都会裂
变,但铀-235有其独特的裂变方式,当中子撞击其原子 核时,原子核会分裂成重量几乎相等的两部分,而铀238却不具备上述裂变方式,所以不能用作轻水堆的燃料。 轻水堆是热中子堆(或称慢中子堆),主要利用铀-235 作为裂变燃料,而铀-235只占天然铀的0.7%左右。对压水 堆来说,烧一次只能烧掉核燃料(即投入铀资源)的 0.45%左右,剩下的99%还是烧不掉,其中主要是铀-238。 为了解决上述问题,使铀资源得到充分利用,开发研究快 中子反应堆,简称“快堆”。
2. 航天业上,氢气是作为高能燃料使用,可以使用于飞机、汽车; 3.炼油业中,石脑油、燃料油、粗柴油、重油等加氢炼制得到质量更
好的油产品; 4.合成氨工业中,氢气是重要的合成原料之一; 5.食品工业中,食用的色拉油就是对植物油进行加氢处理的产物,植
物油加氢处理后,性能稳定、易存放,且有抵抗细菌生长、易被人 体吸收之功效; 6.电子工业中,氢气用做保护气,如电子管、显像管等制备过程; 7.分析测试中,氢气可作为标准气; 8.燃料电池。
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Baidu Nhomakorabea
制氢途径
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储氢
氢气储存有物理和化学法两大类。物理法主要 有:液氢储存、高压氢气储存、玻璃微球储存、 地下岩洞储存、活性炭吸附储存、碳纳米管储 存(也包含部分的化学吸附储存)。化学法主 要有:金属氢化物储存、有机液态氢化物储存、 无机物储存、氧化铁吸附储存。
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氢能的利用
1. 冶金业中,用氢气作为还原剂将金属氧化物还原为金属,在金属高 温加工过程中可以作为保护气;
风能发展历史一千多年,但是与其他能源利用形 式比较,发展缓慢。
风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视 。
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全球风能资源分布图
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全球风能资源分布
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风 能 区 划 分标 准
区 指标
丰富区 较丰富区
可利用区
贫乏区
年有效风能密度
≥200 200~150
150~50
≤50
年风速大于 3m/s风的年累 计小时数
≥5000 5000~4000 4000~2000 ≤2000
占全国面积(%) 8
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二、风能的利用 发展情况 风车:我国历史悠久(3000年商代;荷兰) 帆船:我国历史久远(3000年商代) 风力发电:19世纪末,丹麦人
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风能主要是风力发电上。 风力发电优点: 1. 洁净; 2. 建造风力发电场费用低; 3. 无燃料问题;
第四章 新能源与可再生能源
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主要内容:
4.3 风能 4.4 核能 4.5 氢能 4.6 海洋能 4.7 地热能 4.8 生物质能
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•本次课主要内容
4.3 风能 讲述风能的基本含义; 风能资源; 风力发电的基本原理; 4.4 核能 什么是核能?核能的利用方法有哪些? 核能发电的方式和原理。
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2、核裂变 (1)链式反应:铀核裂变时可产生2-3个中
子,这些中子又轰击其他铀核,产生更多的 反应,引起一连串的裂变反应。 可通过控制中子数方法控制反应,用吸收中 子的材料制成控制棒,移动控制棒来控制。
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如图, 235U原子核在裂变后生成裂变碎片并同 时放出2~3个中子,如果新产生的中子能够轰击其 它的235U原子核并导致新的核 裂变,裂变反应就 可以不断持续下去,我们将这个过程形象地称作 “链式反应”,在不断的链式反应下,核能被源源不 断地释放出来。
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二、核能利用 核聚变、核裂变 1、核聚变 热核反应,氘和氚在一定条件下,聚合成一
个较重的结合能较大的原子核,同时释放巨 大的热量。 局部高温。
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氢的同位素,如氚(3H)的原子核在一定 条件下也可以聚合成氦(He)原子核,同 时放出能量,这种核聚变反应放出的核能称 为“聚变能”。
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福建省东山岛澳仔山风电场
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风能利用前景:
风能是可以持续利用,而且资源分布广泛,适宜就地开发 利用。
全球陆地风能资源总量约为53万亿千瓦时,相当于2002 年全球发电量的2倍,再加上海上可利用风能资源,全球 风能资源总量超过200万亿千瓦时。
风力发电成本已经可以同煤炭发电的方法一比高下,二者 成本大约都在每度电4美分左右,如果再加上污染治理以 及卫生保健等额外的费用,用煤炭发电的成本便增加到 5.5-8.3美分了,而作为一种非常清洁环保的技术,风力 发电不需要卫生保健的成本,因此风能是一种目前看来最 有商业使用价值的可再生能源。
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一、氢能概述 清洁能源、利用形式多、热值高、燃烧迅速、本身无毒、 二、氢能利用
1、制氢: 化学制氢、电解水制氢、热化学制氢、太阳能制氢等 2、储氢 物理和化学法两大类 3、利用 运输、燃料
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氢的产生途径
1.电解水制氢: 2.矿物燃料制氢: (1)煤为原料制取氢气; (2)以天然气或轻质油为原料制取氢气: (3)以重油为原料部分氧化法制取氢气 3.生物质制氢 : (1)生物质气化制氢 (2)微生物制氢 4.其它合氢物质制氢
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•本次课主要内容
4.5 氢能 什么是氢能?氢能的利用途径有哪些?氢能特点。 燃料电池的基本原理是什么? 4.6 海洋能 什么是海洋能?海洋能的利用方式有哪些? 海洋能发电的基本原理是什么? 4.7 地热能 地热能的形式有哪几类?地热能的利用形式有哪些? 地热发电的基本原理是什么? 4.8 生物质能 什么是生物质能?生物质能的利用方式有哪些? 生物质发电的基本原理是什么?
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