1、 从日常生活中必需的电、煤、气、自来水等的供应，到交通运输、通信等现代社会的一切活动都离不开它。 能源为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。 能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。 一、人类文明发展与能源l远古时期人类开始用火来取暖、烹调、照明甚至通信，还将这种利用能量的技术应用到玻璃加工或制作装饰品、陶艺等方而，从而开创了人类文明。l人类发明了蒸汽机和内燃机，所使用的燃料也是从草木转变成为煤炭、石油和天然气等。这些发明使机械能的利用多样化，同时也使电能的生产成为可能。l能源的使用领域得以进一步扩大，从交通运输到通信等领域，赐
2、予了人类一切文明活动的动力，推动了人类文明的进步。 l由图1可知，总能源消耗量的增长率高于人口的增长率。l在世界总能源消耗量中，电能所占的比例在急剧增加。l在21世纪高度信息化的社会里，如何确保所需的电力，是关系到人类文明存亡的重要课题。l由图2中从原点引出的直线可见，经济活动与人均一次能源消耗量之间是密切相关的。l因此，能源消耗量取决于人口的增长和与日俱增的文明程度之积。l瓦特(James Watt 17361819年)发明蒸汽机 (1769年专利) l蒸汽机作为动力的纺织机械诞生于18世纪，但蒸汽机作为船舶和机车的动力而普及直至19世纪。 l19世纪中叶雷诺(Etienne Lenoir
3、l8221900年)发明了燃气发动机l19世纪中叶又发明了内燃机，从而开发出了汽车l在1903年由汽车工人莱特兄弟制造的发动机动力飞机试飞成功 l20世纪初，通过火力发电和水力发电生产的大量电能，再通过输配电网络，使各种各样的用电产业获得惊人的进步和发展 l在20世纪50年代到70年代间，从煤炭文明到石油文明的能源革命 l20世纪90年代，开始使用使用液化天然气和液化石油气作为汽车用燃料 l发达同家一次能源消耗的40是为转换成电能 三、能源的定义l科学技术百科全书：能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源l大英百科全书：能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可
4、让它为自己提供所需的能量l我国能源百科全书：能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。能源是能为人类利用能为人类利用，并可获得能量的资源。既自然界中能为人类提供某种形式能量的自然资源及其转化物。自然界在一定的条件下能够提供机械能、热能、电能、化学能等某种形式能量的自然资源叫做能源。 l能源在现代工业中占有重要地位。任何机器进行生产，都必需有足够的能源供应作保证。l能源和现代化农业的关系十分密切。在现代化的农业生产各环节都要直接消耗能源；能源工业的发展水平将直接影响农业生产的发展。l现代化的交通运输工具更离不了能源 。l能源在国防建设中具有重要作用。实现国防现代
5、化必需依靠发达的能源工业 。l人民日常生活和公用事业也要消耗大量能源 。1、根据初始来源 可将能源分成一次能源和二次能源两类 ：一次能源是指自然界中本来就有的各种形式的能源。一次能源可按其初始来源的不同划分为下述的4类。由一次能源经过转化或加工制造而产生的能源称为二次能源，如电力、氢能、石油制品、煤制气、煤液化油、蒸汽和压缩空气等。 1）是与太阳有关的能源。太阳能除可直接利用它的光和热外，它还是地球上多种能源的主要源泉。目前，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。太阳每秒钟辐射到地球上的能量相当于500多万吨煤燃烧时放出的热量；一年就有相当于170万亿吨煤的热量，现在全世界一年消耗的能
6、量还不及它的万分之一。但是，到达地球表面的太阳能只有千分之一二被植物吸收，并转变成化学能贮存起来，其余绝大部分都转换成热，散发到宇宙空间去。 从地面向下，随着深度的增加，温度也不断增高。地热能资源总量相当于世界年能源消费量的400多万倍。 这是某些物质在发生原子核反应时释放的能量。原子核反应主要有裂变反应和聚变反应。目前在世界各地运行的440多座核电站就是使用铀原子核裂变时放出的热量。 地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间产生的引力使海水涨落而形成潮汐能 。分为可再生能源和不可再生能源 ：太阳辐射能、水能、生物质能、风能、潮汐能、海洋热能和波浪能等都是能不断地再
7、生和得到补充的能源，被称为可再生能源；煤炭、石油、天然气等化石燃料和铀、钍等核燃料，无法得到补充，总有一天会枯竭，它们被称为不可再生能源 分为常规能源和新能源两大类。常规能源是指那些技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等。在今后一个相当长的时期内，它们仍将担任世界能源舞台上的主角。 新能源是相对于常规能源而言的，泛指太阳能、风能、地热能、海洋能、潮汐能和生物质能等。新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段,只能因地制宜地开发和利用；新能源大多数是再生能源。资源丰
8、富，分布广阔，是未来的主要能源之一。 l燃料性能源与非燃料性能源l燃料性能源指通过直接燃烧而产生的能源，如矿物燃料、生物燃料及核燃料。l非燃烧能源指不需要通过燃烧就可获得能量的能源，如风能、水能、潮汐能、太阳能。l根据能源使用过程中对环境的污染情况可分为l清洁性能源l污染性能源按使用状况按性质按生成方式一次能源二次能源可再生不可再生常规能源燃料能源煤，石油，天然气，油页岩煤气，汽油，煤油，甲醇，酒精等非燃料能源水能电、蒸汽，热水新能源燃料能源核燃料沼气、氢能非燃料能源太阳能、风能、海洋能激光l目前，常规能源主要为煤炭、石油、天然气（也称之为矿物燃料或化石燃料）、核能和水能l矿物燃料l矿物燃料主
9、要为有机质死亡后在埋藏条件下形成的，l由于其复杂的地质形成过程，因而在地质时代和空间分布是相当复杂的。l从地区分布看，煤炭主要分布在前苏联、北美洲和中国。油气资源主要集中在北纬20度到40度和50度到70度之间，近60%的世界石油储量集中分布在中东，其次为北美（10.5%），南美（8.4%）。l人类很早就开始利用了水力资源。l但直到交流发电机发明之后，水力资源才被大规模开发利用。1986年，水力发电在全世界发电量的21%l在西方，水力开发程度达40%。l核能是重要的现代能源之一。在能源结构转型的当今，更具有重要的意义。l核能的生成物质是U。世界铀总储量为359.7*104t，目前经济可采储量1
10、62.5*104t。澳大利亚的储量最大，其次为南非、尼日尔、巴西、前苏联、加拿大和美国，这些国家的铀储量都超过了10*104t。l资源l储量一、中国能源发展现状 1.中国能源资源 化石能源是中国的主要能源，约占中国目前能源消费总量的93%。在化石能源中，按探明可采储量比较，中国煤炭储量占世界第3位，石油占第11位，天然气占第21位。 表1-2中国化石能源探明可采储量能源资源量探明地质储量探明可采储量目前全国探明可采储量的比例%（按同等发热量）煤炭/亿吨5570010421204092.7石油/亿吨1021213615.9天然气/万亿立方米47.62（估算）2.561.641.4中国煤炭资源的特
11、点是：已发现资源总量最大、品种齐全，但地区分布不均匀、优质环保型资源少、勘探程度低、可供开发的经济可采量少。 煤炭资源地理分布特：北煤多于南煤。秦岭大别山以北煤炭保有储量约占全国的90%，集中分布在晋陕蒙三省（区）；秦岭大别山以南煤炭储量只占全国的约10%，集中分布在贵州和云南省；西煤多于东煤。经济相对落后的西部地区的煤炭储量占全国煤炭储量的61.75%；经济较发达东部地区的煤炭储量约占全国保有储量的38.25%；中国经济发达的东部十省市（包括北京、辽宁、天津、河北、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东）拥有的煤炭储量，仅占全国煤炭储量的5.05%。截至2000年底，全国124个有勘探价值的盆地
12、总计石油资源量为1021亿吨。可采资源高值为123.8亿吨，低值为99.7亿吨。主要分布在东部的平原地区，西部的沙漠、戈壁、黄土高原地区和近海海域区。 截至2000年底,全国探明天然气储量25557.25亿立方米，天然气可采储量16402.05亿立方米，平均采收率为64.2%。中国水能资源，无论是理论蕴藏还是可开发量，均是世界五个主要水能资源丰富国家之一。全国平均水资源总量为2.81万亿立方米，其中可开发利用量约为9000亿立方米左右。可供发电的技术开发量平均每年为1.92万亿瓦时。2000年水力发电量为2224亿千瓦时，仅占可供发电量的很小一部分。可供发电的水能资源地域分布非常不均匀，主要集
13、中在西南地区，占全国总量的67.8%，其次为中南地区和西北区，分别占15.5%和9.9%，东北、华东和华北地区仅占1%3% 中国的铀资源居世界的第9位，储量超过10万吨，现有经济可采储量可保证1000万千瓦核电站运行30年。今后要加强核电站建设，需要考虑燃料的多元途径供给。l随着工业生产的飞速发展，世界能源生产和消费总量在迅速增加。l从1950年到2000年，能源消费增加了10倍之多。l能源消费结构：石油（39.9%），天然气（23.5%），煤炭（26.7），核电（7.3%），水电（2.6%）2002年全国一次能源消费总量达到14.08亿tce（吨标准煤），比1980年的6.03亿tce翻了一
14、番多。成为排在美国之后的一次能源第二大消费国，占世界一次能源消费总量的10.6%。能源消费增长速度远低于GDP总值的增长，年增长率为4.2% 中国在世界能源中的份额 人均能耗与世界比较 近几年中国煤炭消费 中国石油消费量已由1995年的1.61亿吨增加到2001年的2.28亿吨。年均增长率5.65%。石油在一次能源消费结构中的比例相应地已由1995年17.5%增长到2001年的24.3%。中国石油消费中遇到的主要问题是石油的供不应求。中国自1993年成为石油净进口国，到2000年，石油净进口量已达6960万吨，石油进口依存度为30%。 天然气生产与消费：据2001年中国能源发展报告，“九五”期
15、间，中国天然气产量迅速增加，由1995年的179.47亿立方米增加到2001年294.00亿立方米。年均增长率高达8.67%，水资源的开发与利用2000年中国水力发电量2224亿千瓦时，仅达到经济可开发水能水能程度的17.6%，远远低于水能资源丰富的发达国家水平。中国水能资源主要分布在西部，大规模的开发利用必须“西电东送”，需要发展远距离、超高压输变电技术，还需要考虑季节径流量变化引起的季节性电能波动和水库建设引起的淹没损失。近期大规模开发利用还受到一定的限制。一、环境的内涵 狭义上的环境：包括非生物环境，如土壤、光照、温度、湿度、空气和水份等，还包括生物环境，如生物同种个体之间和不同种生物之
16、间的竞争、捕食与被捕食、寄生与被寄生之间的关系等。 广义的环境：我们把围绕着某一有生命主体的外部世界统统称之为环境。相对于人这一主体而言的外部世界，就是人类的生存环境。 在中华人民共和国环境保护法明确指出；大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、野生植物、水生生物、名胜古迹、风景游览区、温泉、疗养区、自然保护区等各种自然因素的总和。 环境就是相对于某一类生命主体（群体或个体）周围的外部条件总和，包括主体的生存空间、维持生命活动的能量和物质以及对其产生影响的各种直接或间接因素。 具体的内涵视中心体的不同而有别。对于人类社会的生存和发展而言，环境包括自然环境和人工环境。前者可以概括为生物圈、大
17、气圈、水圈和岩石圈及其运动的影响，后者指人类自身活动所形成的物质、能量、精神文明、各种社会关系及其产生的作用。 二、环境的功能和和基本特征1、环境的功能（1）为人类生存提供所需要的资源 （2）具有调节功能 环境是变化着的动态系统和开放系统，在一定的时空尺度内，环境的输入和输出是相等的，是一个动态的平衡过程，人们称之为环境平衡或生态平衡。当外部的输入大于输出时，在一定的强度下，系统可通过自我调节的能力使环境的正常功能不被破坏，这就是环境系统调节功能的作用，或称为环境的自净作用 。（3）环境的服务功能。 环境是生命的支持系统，如森林、草地、海洋、河流、湖泊等。它们对人类的贡献不仅仅是提供着大量的食
18、物、药材、各类生产和生活资料，而且还为人类提供着许多服务，如气候调节、净化环境、减缓灾害等，生态系统的这些服务功能是人类自身所不能替代的 2、环境的特征（1）环境的整体性 环境是一个系统，自然环境的各要素间存在着紧密的相互联系、相互制约的关系。局部地区的污染可带来全球的危害，例如，河流上游的污染就威胁着下游居民的安全，瑞典酸雨中有邻国大气污染的贡献，南极的企鹅体内也有DDT的积累。 （2）环境资源的有限性 由于受各种因素（如生存条件、繁衍速度、人类获取的强度等）所制约，在具体时空范围内，对人类来说各类资源都不可能是无限的 （3）环境的差异性（环境的区域性） 这是自然环境的基本特征，由于纬度的差
19、异，地球接受的太阳辐射能不同，热量从赤道向两极递减，形成了不同的气候带。即使是同一纬度，因地形高度的不同，也会出现垂直带性差异。 （4）环境的变动性和稳定性 变动性是指环境要素的状态和功能始终处于不断的变化中，环境的变动性就是自然的、人为的或两者共同作用的结果。但在一定的时间尺度或条件下，环境又有相对稳定的特性。 （5）危害作用的时滞性 自然环境一旦被破坏或被污染，许多影响的后果是潜在、深刻和长期的。 三、环境的分类 按照研究对象的范围、特性和从属关系而划分为以下三个层次 ：1、全球环境 随着科学技术的发展、生产力的提高和生产规模的扩大，人类的许多活动已对地球的环境系统产生了影响，地球环境系统
20、的质量变化已成为现代环境科学研究的重要对象和领域。 2、区域环境 是环境差异性的地域体现。这种差异使人类与环境间的关系也随之不同，人类对环境利用和改造的方式、程度、规模、性质及后果也有所区别，因而造成的“环境问题”和解决对策也就不同。3、聚落环境 是人类有目的、有计划创造出来的以人工环境为主的环境，它既是人类聚居的地方，也是人类生产活动的中心。这类环境又可细分为院落环境、村落环境和城市环境。 是形成许多“环境问题”产生的根源，一些重大“公害”都发生在聚落环境中。因此，它是环境科学十分关注的研究领域。 四、人类对自然环境的作用 1、推进社会的不断发展的同时又能保护自然环境，使其变得越来越好2、不
21、断地向环境施加各种干扰和压力，包括造成的污染和生态破坏，使自然环境的功能下降，甚至制约社会经济的发展，威胁人类的生存五、经济、能源、环境（3E）三者之间的关系（一）经济与环境1、 环境是经济发展的基础 根据环境的定义，大气、水、海洋、土地、矿藏等，既是环境要素，也是资源，是生产力的重要因素。 环境又是公众生活、工作的场所，环境质量的好坏对生产力最活跃的因素劳动者的身心健康有直接的影响。所以说保护或破坏环境，就是保护或破坏生产力，改善环境就是发展生产力。 环境作为经济、社会发展的物质条件，作为经济发展的基础，它既可以直接地促进经济的发展，也会阻碍经济的发展。 2、经济是环境的主导 经济发展对环境
22、产生两方面的影响： 一是积极影响。即通过经济与环境的协调发展，使生态环境得到保护，资源得到合理、永续利用； 二是消极作用。不恰当的经济发展，将导致资源和生态环境的破坏。如果一味片面追求经济发展，忽视环境保护，后果将不堪设想。（二）能源与经济 从经济学的角度分析，能源与经济增长的关系，表现在两个方面： 一方面是经济增长对能源有依赖性，即经济增长离不开能源；另一方面，能源的发展以经济增长为前提。因为经济增长可以促成能源的大规模开发与利用。 但能源作为经济动力因素的同时也是一种障碍。能源的逐渐耗竭及能源带来的生态、环境问题，都将严重阻碍经济的发展。 （三）能源与环境 能源在开发利用过程中对自然界产生
23、一定的破坏作用，其废弃物对环境造成污染。 能源环境污染所赞成的影响有两种：一是地区性的影响。如大气污染（包括烟尘，SO2，NO，CO等有害物质）、水污染和固体废物污染对地区造成的影响，其中大气污染的影响最为严重。二是全球性的影响。如温室效应、臭氧层破坏和酸沉降，都和能源大气污染有关。 第三节 常规化石燃料对环境的影响一、煤炭开采和加工转化对环境的影响（一）煤炭开采对环境的影响1、地下采煤对环境的影响 （1）地表塌陷 （2）采煤废水 （3）煤矸石污染（我国有大约1500座矸石山，其中140余座正处于自燃状态 ） （4）采煤噪声 （5）采煤废气和粉尘 2、露天采煤对环境的污染 （1）土地表层及其附
24、着物直接遭到挖掘性破坏；（2）剥离物压占大面积土地，严重破坏地表景观和生态环境；（3）矿坑面积大并长期排水，引起地下水位剧烈下降，周边土壤和水体遭受污染 （二）煤炭的加工转化对环境的影响 1、煤炭储运过程的环境污染 2、煤炭清洗工艺的环境污染 （1）选煤废水 （2）选煤噪声 3、煤炭转化过程中的环境污染（1）燃煤发电过程的污染 （2）炼焦过程对环境的污染 （3）煤制气工艺对环境的污染 煤气的冷凝冷却过程中可产生高浓度的含酚、氰及硫化物的废水，同时也排放出粉尘、酸雾、恶臭、气溶胶及其他有害气体等大气污染物 二、石油的开发与环境 （一）石油开采污染 1钻井废水 废水实际是混合了油料及化学品的泥浆稀
25、释物，其主要有害物质为悬浮物、油、铬和酚。2洗井废水 3采油废水 废水不仅携带有原油，而且在高温高压的油层中还溶进了地层中的各种盐类和气体 （二）石油储运中的环境影响 及其制品在储存、运输过程中，因蒸发、泄漏会造成对环境的污染。（三）石油炼制中的环境污染 1、炼油废水 ：有毒有机物（如酚） 、无机盐、氮、磷以及胶体或悬浮固体。2、炼油废气 ：二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、一氧化碳、烃类化合物及粉尘。3、炼油废渣 ：酸渣、碱渣、白土渣以及废污泥 一、天然气的开发与环境 在天然气的开发过程中，钻井会造成地层结构、地貌和植被（或农作物）的破坏。 采气会使地层压力下降，地层压力平衡状态被打破。 在天然气
26、钻井、开采、集输和净化过程中，会产生大量的废气、废水和废渣。 二二 原子能发电原子能发电 普通矿物燃料，利用的是化学反应时分子普通矿物燃料，利用的是化学反应时分子内放出的轨道电子的部分势能。原子能利用内放出的轨道电子的部分势能。原子能利用的则是原子核反应时放出的原子核势能。的则是原子核反应时放出的原子核势能。 原子由原子核及其周围的轨道电子组成，原子由原子核及其周围的轨道电子组成，原子核由质子和中子构成。原子的序号是原子核由质子和中子构成。原子的序号是Z、质量数是质量数是A，则，则构成原子核的质子数为构成原子核的质子数为Z、中、中子数为子数为A- -Z，围绕原子核旋转的电子数也是，围绕原子核旋
27、转的电子数也是Z。 原子的化学性质取决于轨道电子的数量，原子的化学性质取决于轨道电子的数量，即取决于原子序号。因此把原子序号相等，即取决于原子序号。因此把原子序号相等，即化学性质相同，而质子数不同的元素叫做即化学性质相同，而质子数不同的元素叫做同位素同位素。 单位核子（质子、中子）的结合能 单位核子的结合能越大，意味着原子核越稳定。例单位核子的结合能越大，意味着原子核越稳定。例如铁和锰等质量数为如铁和锰等质量数为55左右的元素最稳定。无论是左右的元素最稳定。无论是质量数为质量数为235的铀的原子核裂变成两部分，还是两个的铀的原子核裂变成两部分，还是两个质量数为质量数为2的氖聚变成质量数为的氖聚
28、变成质量数为4的氦，结合能会出的氦，结合能会出现多余部分，这部分能量可以释放出来。现多余部分，这部分能量可以释放出来。 （一）（一） 核裂变反应核裂变反应 铀铀235核裂变时，一个原子的核裂变产生约核裂变时，一个原子的核裂变产生约 200MeV的能量。的能量。1克当量的铀克当量的铀235核裂变核裂变的能量为的能量为82GJ，相当于燃烧，相当于燃烧3.3吨煤的能吨煤的能量。量。 （二）（二）轻水堆轻水堆 原子反应堆，是控制核裂变反应，把所产原子反应堆，是控制核裂变反应，把所产生的能量以热量的形式安全地放出的系生的能量以热量的形式安全地放出的系统。系统包括核燃料、中子减速材料和统。系统包括核燃料、
29、中子减速材料和控制棒、冷却材料控制棒、冷却材料 。按照使用的材料分类，原子反应堆可以分按照使用的材料分类，原子反应堆可以分成石墨堆、轻水堆、重水堆、液体金属成石墨堆、轻水堆、重水堆、液体金属冷却堆、气体堆等。冷却堆、气体堆等。世界上建成最多的是轻水堆。轻水堆按冷世界上建成最多的是轻水堆。轻水堆按冷却水压力不同分为分压水堆和沸水堆。却水压力不同分为分压水堆和沸水堆。 1 压水堆压水堆反应堆内压力高达反应堆内压力高达150大气压左右，冷却水被加热到大气压左右，冷却水被加热到320左右高温，但并不沸腾。冷却水送入蒸汽发生左右高温，但并不沸腾。冷却水送入蒸汽发生器。在蒸汽发生器中，使器。在蒸汽发生器中
30、，使二二次冷却水沸腾，变成蒸次冷却水沸腾，变成蒸汽进到汽轮机做功发电。汽进到汽轮机做功发电。 燃料芯块是由二氧化铀烧结而成的，燃料芯块是由二氧化铀烧结而成的，含有含有24%的铀的铀235，呈小圆柱形，直，呈小圆柱形，直径为径为9.3毫米，装在两端密封的锆合金包毫米，装在两端密封的锆合金包壳管中，成为一根长约壳管中，成为一根长约4米、直径约米、直径约10毫毫米的燃料元件棒。米的燃料元件棒。 把把 200200多根燃料棒按正方形排列，多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，组成燃料组件。每个用定位格架固定，组成燃料组件。每个堆芯一般由堆芯一般由121121个到个到193193个组件组成。这个组件组
31、成。这样，一座压水堆所需燃料棒几万根，即样，一座压水堆所需燃料棒几万根，即1 1千多万块二氧化铀芯块堆芯。千多万块二氧化铀芯块堆芯。 控制棒用银铟镉材料制成，外面套控制棒用银铟镉材料制成，外面套有不锈钢包壳，可以吸收反应堆中的中有不锈钢包壳，可以吸收反应堆中的中子，用来控制反应堆核反应的快慢。子，用来控制反应堆核反应的快慢。 如果反应堆发生故障，立即把足够多如果反应堆发生故障，立即把足够多的控制棒插入堆芯，在很短时间内反应的控制棒插入堆芯，在很短时间内反应堆就会停止工作，这就保证了反应堆运堆就会停止工作，这就保证了反应堆运行的安全。行的安全。 2 沸水堆沸水堆 冷却水在约冷却水在约70个大气压
32、下沸腾个大气压下沸腾 ，产生的，产生的蒸汽送入汽轮机做功发电。蒸汽送入汽轮机做功发电。3、快中子增殖反应堆、快中子增殖反应堆 利用铀利用铀-238进行裂变反应，将其转变为可进行裂变反应，将其转变为可裂变的钚裂变的钚-239（制造核弹材料）。（制造核弹材料）。 在从铀在从铀- -238向钚向钚- -239的转换中，中子的能的转换中，中子的能量越大转换率越高，因此出现了核裂变中子量越大转换率越高，因此出现了核裂变中子不减速、发生连锁反应的反应堆不减速、发生连锁反应的反应堆 快中子快中子增殖反应堆。增殖反应堆。 为了保证钚的高生成率，不能用水做冷却为了保证钚的高生成率，不能用水做冷却剂剂。这是因为中
33、子和质子的质量相等，通过这是因为中子和质子的质量相等，通过一次弹性碰撞，中子的能量就会全部被水的一次弹性碰撞，中子的能量就会全部被水的质子吸收质子吸收 。 液态金属钠的原子量较大，是质量液态金属钠的原子量较大，是质量合适、导热率高、不腐蚀的良好的冷合适、导热率高、不腐蚀的良好的冷却剂。利用具有这种性质的冷却剂兼却剂。利用具有这种性质的冷却剂兼减速材料，每一次核裂变反应将生成减速材料，每一次核裂变反应将生成一个以上的钚一个以上的钚239。 钠的沸点高出口温度能提高为钠的沸点高出口温度能提高为550，所以热效率高。同时因为钠蒸，所以热效率高。同时因为钠蒸汽压低，所以不需要像轻水堆那样加汽压低，所以
34、不需要像轻水堆那样加高压，不必担心管路破裂引起的冷却高压，不必担心管路破裂引起的冷却剂急剧丧失故障。剂急剧丧失故障。 4、核聚变发电核聚变发电爱因斯坦早在爱因斯坦早在1905年研究相对论时就提年研究相对论时就提出了出了“质量和能量在某种意义上是相当质量和能量在某种意义上是相当的的”思想，这个思想可用一个方程表述：思想，这个思想可用一个方程表述：E=mc2。 这就是著名的这就是著名的“质能关系质能关系”。它表。它表明在任何过程中，放出的能量总是和相明在任何过程中，放出的能量总是和相当的质量减少相关联的。当的质量减少相关联的。 19251925年英国物理学家弗朗西斯年英国物理学家弗朗西斯威威廉廉阿
35、斯顿在用质谱仪测量原子核质量阿斯顿在用质谱仪测量原子核质量时发现，任何原子核的质量要比组成时发现，任何原子核的质量要比组成该原子核的所有粒子的质量总和要少该原子核的所有粒子的质量总和要少些，这种现象叫做些，这种现象叫做“质量亏损质量亏损”。 当两个轻原子核结合成一个较重当两个轻原子核结合成一个较重原子核时，由于质量亏损而释放出的原子核时，由于质量亏损而释放出的能量称为核聚变能。能量称为核聚变能。 核聚变反应的燃料是氘，作为稳核聚变反应的燃料是氘，作为稳定的核物质在天然的氢气中含有定的核物质在天然的氢气中含有0.0015，因此，它是取之不尽的能，因此，它是取之不尽的能源资源。源资源。 一个氘核和
36、一个氚核结合成一个一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时能释放出氦核时能释放出17.6兆电子伏特的兆电子伏特的能量，平均每个核子放出的能量是能量，平均每个核子放出的能量是裂变的好几倍，是化学燃料的几百裂变的好几倍，是化学燃料的几百万倍万倍 。核聚变的临界条件核聚变的临界条件（1 1） 获得能够克服库仑力，发生碰撞获得能够克服库仑力，发生碰撞的速度的速度高的温度高的温度（2 2） 单位时间内多次碰撞产生大的能单位时间内多次碰撞产生大的能量量高的氢密度高的氢密度（3 3） 用所产生的能量促进下一次反应用所产生的能量促进下一次反应长的能量箍缩时间长的能量箍缩时间太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，
37、生物太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、太阳能、海洋能、水能等都来自太阳质能、风能、太阳能、海洋能、水能等都来自太阳能。能。（一）太阳能利用方式（一）太阳能利用方式1 1、太阳能热利用、太阳能热利用通过转换装置把太阳辐射能转换成热能通过转换装置把太阳辐射能转换成热能2 2、太阳能热发电、太阳能热发电利用太阳能转换的热能加热工质，将工质循环进行发利用太阳能转换的热能加热工质，将工质循环进行发电电3 3、太阳能发电、太阳能发电利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换，因此利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换，因此又称太阳能光伏技术。又称太阳能光伏技术。20世纪世纪50年代
38、，太阳能利用领域出现了两项重大年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：技术突破：一是一是1954年美国贝尔实验室研制出年美国贝尔实验室研制出6的实用型的实用型单晶硅电池；单晶硅电池；二是二是1955年以色列年以色列Tabor提出选择性吸收表面概提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术的突破，为太阳能利用进入现代发展这两项技术的突破，为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。时期奠定了技术基础。1、太阳能集热板材料特性、太阳能集热板材料特性l需要集热板具有的功能是，既能很好地吸收需要集热板具有的功能是，既能很好地吸收太阳光，
39、又不使内部积蓄的热量散失（不发太阳光，又不使内部积蓄的热量散失（不发射红外线）。射红外线）。l到达地面的太阳光的能量，到达地面的太阳光的能量，99%99%都含在波长都含在波长为为0.170.174m4m的区域，因此要求集热板在这的区域，因此要求集热板在这一波长范围内吸热率要高。一波长范围内吸热率要高。l集热板的温度高达近百度，其发射波长为集热板的温度高达近百度，其发射波长为2 210m 10m 。l 3m以下的短波区吸收率高，在以下的短波区吸收率高，在2m以上以上的长波区发射率低的材料的长波区发射率低的材料 。l铜氧化物（铜氧化物（CuxOy）、四氧化三铁（）、四氧化三铁（Fe3O4）、）、黑
40、铬镀层（黑铬镀层（CrxOy）、黑镍镀层（）、黑镍镀层（NiS/ZnS）集热形太阳热系统 塔式太阳能发电站塔式太阳能发电站柱面集热式太阳能发电站柱面集热式太阳能发电站分散式太阳能发电站分散式太阳能发电站1 1、太阳能发电及其特点、太阳能发电及其特点 太阳能太阳能发电的方式有多种，主要有太阳能光发电的方式有多种，主要有太阳能光伏发电，光感应发电，光化学电和光生物发电等，伏发电，光感应发电，光化学电和光生物发电等，其中太阳能光伏发电应用得其中太阳能光伏发电应用得最最为广泛。为广泛。太阳能光伏发电主要是利用半导体太阳电池太阳能光伏发电主要是利用半导体太阳电池的光伏效应发电。它是由法国物理学家皮奎雷尔
41、的光伏效应发电。它是由法国物理学家皮奎雷尔在在1839年发现的。年发现的。 伏打电池在受光照射的时候，能够产生额外的伏打电池在受光照射的时候，能够产生额外的伏打电动势，这种现象称为光生伏打效应，简称伏打电动势，这种现象称为光生伏打效应，简称光伏效应。光伏效应。太阳光照射到p-n结半导体材料上时，光子同半导体中的原子价电子碰撞，产生电子-空穴对，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能在p型和n型交界面两边形成势垒电场，就将电子驱向n区，空穴驱向p区，产生所谓的光生伏打电动势。特点：特点：l没有动力机械，是安静的清洁的能源没有动力机械，是安静的清洁的能源 l维修方便，容易自动化维修方便，容易自动
42、化 l不论规模大小，均按一定的效率发电不论规模大小，均按一定的效率发电 l由子采用模块结构，容易实现大批量生产，规由子采用模块结构，容易实现大批量生产，规模效益大模效益大 l使用漫射光也能发电使用漫射光也能发电 l光发电可有效利用废弃的能源光发电可有效利用废弃的能源 太阳能利用主要缺点：太阳能利用主要缺点：一、能流密度低；一、能流密度低；二、其强度受各种因素（季节、地点、气二、其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。候等）的影响不能维持常量。 太阳能对环境的影响可归纳为：太阳能对环境的影响可归纳为：（1 1）无有毒气体和）无有毒气体和COCO2 2排出，不污染大气环境。排出，
43、不污染大气环境。（2 2）占用较多的土地，发电能力为）占用较多的土地，发电能力为1MW1MW的中央的中央接受式太阳能发电站约占地接受式太阳能发电站约占地3 310104 44 410104 4m m2 2，而而1000MW1000MW的核电站只占地的核电站只占地5 510104 4m m2 2。（3 3）太阳能集热系统吸收太阳能后，减少了）太阳能集热系统吸收太阳能后，减少了地面、建筑物反射回空间的能量，大规模使用地面、建筑物反射回空间的能量，大规模使用太阳能可能对局部气候有影响。太阳能可能对局部气候有影响。（4）巨大的集热系统及聚光装置影响景观，）巨大的集热系统及聚光装置影响景观，改变建筑风格
44、和规范，增加造价和带来其它新改变建筑风格和规范，增加造价和带来其它新的问题。的问题。 水力发电水力发电 水力发电就是利用水力推动水力机械水力发电就是利用水力推动水力机械(水水轮机轮机)转动，将水势能转变为机械能，机转动，将水势能转变为机械能，机械能又转变为电能的过程。械能又转变为电能的过程。1、作为常规电站使用、作为常规电站使用 2、作为调峰电站使用 在夜间等电力供给有余的时段，使用剩余的电能将水从下池提到上池；在白天等用电高峰的时段，可放流上池的水发电。 风是由太阳辐射热引起的。太阳照射风是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温
45、差，从而引起大气的对流运动形产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。到达地球的太阳能中大约成风。到达地球的太阳能中大约2 2转化转化为风能。全球的风能约为为风能。全球的风能约为2.742.7410109 9MWMW，其中可利用的风能为其中可利用的风能为2 210107 7MWMW，比地球，比地球上可开发利用的水能总量还要大上可开发利用的水能总量还要大1010倍。倍。 风力发电风力发电 太阳投射到地球上的辐射能有太阳投射到地球上的辐射能有20左左右被地球表面所吸收，这些能量中的一右被地球表面所吸收，这些能量中的一部分将大气加热，由于地球表面上的温部分将大气加热，由于地球表面上的温度差异较大，导致
46、大气的温度也不一样，度差异较大，导致大气的温度也不一样，这样引起了大气的流动，形成了风，这样引起了大气的流动，形成了风，让让风推动风车旋转，依靠由此获得的机械风推动风车旋转，依靠由此获得的机械能发电。能发电。 1、风轮叶片、风轮叶片2、机头、机头3、回转体、回转体4、尾舵、尾舵5、拉绳、拉绳 设受风的平面与风向垂直、截面积为设受风的平面与风向垂直、截面积为A、风速为、风速为v，空气密度为，空气密度为，单位，单位时间内通过风车的空气质量为时间内通过风车的空气质量为Av。则风力发电功率为：则风力发电功率为： 32)2/1 ()2/1 (AvvAvP风能缺点：风能缺点：（1 1）能流密度低。）能流密
47、度低。风能来源于空气的流动，而空气的密度很小的，风能来源于空气的流动，而空气的密度很小的，因此风力的能量密度也很小。风速为因此风力的能量密度也很小。风速为3m/s3m/s时，时，能流密度为能流密度为0.02kW/m0.02kW/m2 2 。（2 2）不稳定。）不稳定。由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定。极不稳定。（3）地区差异大。）地区差异大。 由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。一个邻近的区域，有利地形下的风力，
48、往往是一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。不利地形下的几倍甚至几十倍。风能优点：风能优点：（1 1）蕴量巨大；）蕴量巨大；（2 2）可以再生；）可以再生；（3 3）分布广泛；）分布广泛；（4）没有污染。）没有污染。 六 地热能 地热能的利用可分为地热发电和直接地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。利用两大类。 地热能是来自地球深处的地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。和放射性物质的衰变。 如果热量提取的速度不超过补充的速如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。度，
49、那么地热能便是可再生的。 （一）、我国地热能发展现状（一）、我国地热能发展现状 ：1 1、技术现状、技术现状 已建立了一套比较完整的地热勘已建立了一套比较完整的地热勘探技术方法、评价方法；地热开发探技术方法、评价方法；地热开发利用工程勘探、设计、施工已有资利用工程勘探、设计、施工已有资质实体；设备基本配套、国产化、质实体；设备基本配套、国产化、有专业制造厂商；监测仪器基本完有专业制造厂商；监测仪器基本完备并国产化。备并国产化。 （二）、产业化现状（二）、产业化现状1 1地热发电产业已具有一定基础。地热发电产业已具有一定基础。 国内可以独立建造国内可以独立建造3O3O兆瓦以上规模的地兆瓦以上规模
50、的地热电站，单机可以达到热电站，单机可以达到1010兆瓦。电站可兆瓦。电站可以进行商业运行。以进行商业运行。2地热供热产业。地热供热产业。 开发利用和科学技术水平，经济、社开发利用和科学技术水平，经济、社会和环境效益在示范点、示范区可以达会和环境效益在示范点、示范区可以达到国际到国际90年代水平，但总体上与国际上年代水平，但总体上与国际上先进水平相比尚有一定差距，目前正在先进水平相比尚有一定差距，目前正在由粗放转入集约。由粗放转入集约。 3 3地热钻井产业。地热钻井产业。 目前已具备施工目前已具备施工50005000米深度的地热钻探工米深度的地热钻探工程条件和水平。具备了大规模开发地热能程条件
