能源与动力工程专业概论

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能源与动力工程专业导论

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2016 年 10 月

核能较化石能源煤炭的优势

摘要

在经济飞速发展的今天，煤炭、石油等传统能源已很难满足经济发展所伴随的能源需求的增长。上世纪核能以其高效、稳定的发电特点，迅速在能源领域崭露头角。核能的优势还体现在所需原料较少，经济效益高，污染和对环境的危害小等方面。

关键词：核能煤炭废料危害

目录

1核能与煤炭的来源 (2)

1．1核能的来源 (2)

1．2煤炭的来源 (3)

2效能高 (4)

2．1核能 (4)

2．2煤炭 (5)

2．3比较 (5)

3危害小 (5)

3．1煤炭的危害 (5)

3．2核能的危害 (6)

3．3比较 (6)

1核能与煤炭的来源

在比较核能较煤炭的优势之前，我们应先了解核能与煤炭的来源。1．1核能的来源

核能的发现离不开早期西方科学家的探索发现，从19世纪末英国物理学家汤姆逊(Thomson,Joseph John)发现电子开始，人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。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发现了放射性。1898年居里夫人与居里先生发现了放射性元素钋。1902年居里夫人经过三年又九个月的艰苦努力又发现了放射性元素镭。1905年爱因斯坦提出质能转换公式。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。1935年德国科学家奥拓·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。

核能来自原子，是原子能的一部分。原子则是由位于中心位置的带正电荷的原子核和绕核运动的带负电的的电子构成。而原子核又是由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成的，质子和中子统称为“核子”。能把质子和中子紧密约束结合在一个极小的空间并形成原子核，是因为存在着一种巨大的“核子力”，这种力只在原子核直径大小的空间内起作用。当质子和中子重新组合成新的原子核时，核子力的强大作用使质子和中子结合得更加紧密，以致总会出现质量减少和放出能量的现象。这种情况下的质量减少称为“质量亏损”，释放出的能量称为原子核的结合能。

1．2煤炭的来源

煤炭，简称煤，是远古植物遗骸，埋在地层下，经过地壳隔绝空气的压力和温度条件下作用，产生的碳化化石矿物，由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物，主要被人类开采用作燃料。煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤被广泛用作工业生产的燃料，是从18世纪末的产业革命开始的，随着蒸汽机的发明和使用，煤被广泛地用作工业生产的燃料，给社会带来了前所未有的巨大生产力。工业革命,促进了煤的大规模开采.1860年煤占世界能源消费的24%,到了1920年则上升为62%.20世纪70年代,电力代替了蒸汽机,电气工业迅速发展,到了1965年,石油取代煤,占非电力能源消耗的首位.但是就目前来看,在中国的各种发电形式中火电仍占很大的比重.因为中国石油资源短缺目前仍旧需要从国外进口,所以我国的大型火电厂烧的几乎都是煤炭。

煤的统一热值标准称为标准煤亦称煤当量。将不同品种、不同含量的能源按各自不同的热值换算成每千克热值为7000千卡的标准煤，为便于比较不同种类的能源产生的能量大小。联合国规定标准煤的热值为7Mcal/kg（29300.6kJ/kg），我国规定每千克标准煤的热值为7000千卡。

2效能高

2．1核能

在核裂变中，参加反应的是一个铀核和一个中子。生成物是两个新的核素（例如钡和氪）和2到3个中子。经精确计算，质量亏损为0.215个原子质量单位，约等于3.6×g。根据伟大科学家爱因斯坦的质能关系定律E＝mc²可以得出，与一个铀核裂变的质量亏损相当的能量即200MeV。原子核内所含能量非常大。

目前的核电站是通过进行核裂变的核反应堆实现核能与热能的转换。核反应堆的种类，按引起裂变的中子能量分为热中子反应堆和快中子反应堆。由于热中子反应堆比较容易控制，大量运行的就是这种热中子反应堆。这种反应堆需用慢化剂，通过它的原子核与快中子弹性碰撞，将快中子慢化成热中子，早在上世纪50年代初，人类开始开发利用核能，诞生了核电站。经过60多年的发展，核电已是世界公认的经济实惠、安全可靠的能源。

表1 世界核电使用国家、核电拟使用国家，以及计划废核国家的现状

注：资料来源于世界核能协会

2．2煤炭

煤炭通过在火电站的燃烧释放出其本身蕴藏的化学能,这一过程发生在火电厂的燃烧室内,,为了使煤炭能够更充分的燃烧,通常会把一部分煤炭送入磨粉机将其粉尘化.被打磨成粉的煤能够悬浮在燃烧室中不发生沉降.由于燃烧室在投煤之前需要预热,因此大型机组会先往燃烧室内送油,因为油更易被点燃.投煤后燃烧室内会产生大量的热能,这些热能将用于加热锅炉内的水使之变成高温高压的水蒸气.水蒸气推动汽轮机转动与核电站发生的过程一致。

由于煤矿从开采到筛选再经过运输送到发电厂，在发电厂内部分煤还需要进一步的粉碎处理，因此成本就会极大的增加，相应的效益就会降低。

2．3比较

从产能效果来看，核能有巨大的优势，一千克235U裂变释放的能量相当于2800t标准煤充分燃烧所释放的能量。一座100万千瓦的核电站，每年只需25到30吨低浓度铀核燃料，而相同功率的煤电站，每年则需要300多万吨原煤。

德国预计2022年完全停止核电，届时，水力、风力及太阳能将为该国最大电力来源，其次为占20%的火电。此外昂贵的绿色能源成本促使德国的电价一再高抬，约为中国现有电价的两倍。这已经影响了德国逾两千万人的基本生存权。

3危害小

3．1煤炭的危害

煤炭在开采时会对开采地的环境和生态造成严重的破坏,其中包括对水资源的污染,对表层植被的破坏和对地质结构的破坏,开采过程会产生大量的粉尘对周围环境有较大的污染.煤炭在燃烧时还会产生大量的CO2、SO2和NOx其中二氧化碳是造成地球温室效应的主要气体，而二氧化硫和氮的氧化物会产生酸雨造成大范围的污染。不仅如此，