1、 能源概論1. 能源分類(lèi) a)來(lái)自地球以外的天體的能量-太陽(yáng)輻射能。按來(lái)源分 b)來(lái)自地球內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量-地球熱能和原子核能。 c)來(lái)自地球和其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量。如潮汐能等。 a)一次能源：以現(xiàn)有的形式存在于自然界的能源。 可再生能源：不會(huì)隨著自身的轉(zhuǎn)化或被 利用按存在和產(chǎn)生形式分 而減少的能源。 非再生能源：隨著被利用而逐漸減少的能源。 b)二次能源：需依靠其他能源來(lái)制取或產(chǎn)生的能源。 a)含能體能源：能量以某種載體形式存儲(chǔ)起來(lái)被利用。按本身性質(zhì)分 b) 過(guò)程性能源：能量在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中存在，無(wú)法存儲(chǔ)。 a) 常規(guī)能源：目前被普遍采用的能源。按利用時(shí)間和普及程度分 b) 新能源：

2、新近才被利用或正在開(kāi)發(fā)研究的能源。 2. 評(píng)價(jià)能源品質(zhì)的技術(shù)指標(biāo) a)能流密度：在一定空間或面積內(nèi)從某種能源實(shí)際所能得出的能量和功率。太陽(yáng)能和風(fēng)能的能流密度很小，核能和其他常規(guī)能源的能流密度較大。 b)開(kāi)發(fā)費(fèi)用和設(shè)備價(jià)格：勘測(cè)、開(kāi)采、加工等需要的人力和物力的投資。對(duì)于開(kāi)發(fā)費(fèi)，太陽(yáng)能、風(fēng)能等不需成本，而礦物燃料和核燃料，則此項(xiàng)成本很高；關(guān)于設(shè)備價(jià)格，太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能等發(fā)電設(shè)備的初投資大，資金周轉(zhuǎn)慢，而煤和水力的設(shè)備初投資相對(duì)便宜。 c)存儲(chǔ)可能性和供能連續(xù)性：能源不用時(shí)可以存儲(chǔ)起來(lái)，需用時(shí)立即放出能量。礦石燃料和核燃料容易做到，太陽(yáng)能、風(fēng)能等不易做到。 d)運(yùn)輸費(fèi)用與耗損：把能源送給用戶(hù)的運(yùn)

3、費(fèi)及過(guò)程中的損失。礦石燃料容易運(yùn)輸，太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿入y以運(yùn)輸，而水力發(fā)電，如遠(yuǎn)距離輸電損失也大。 e)環(huán)境污染的評(píng)價(jià)：能源使用中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害的程度。污染主要來(lái)源于耗能設(shè)備，如礦石燃料對(duì)大氣的污染；水力對(duì)生態(tài)平衡、土地鹽堿化、航運(yùn)的影響；原子能的可能危險(xiǎn)性；太陽(yáng)能、風(fēng)能等屬于清潔能源。 f)存儲(chǔ)量：能源醞藏的數(shù)量。我國(guó)煤炭、水力資源相對(duì)豐富。 g)能源品位：能源可直接利用和轉(zhuǎn)換的難易成度。能夠直接變成機(jī)械能和電能的能源品位比必須經(jīng)過(guò)“熱”這個(gè)環(huán)節(jié)的能源高一些，如水力比礦物燃料高。3.常規(guī)能源的有限性和我國(guó)主要能源資源狀況 煤炭?jī)?chǔ)量：5.06萬(wàn)億噸；(前蘇聯(lián)6.8萬(wàn)億噸、美國(guó)3.6萬(wàn)億噸)

4、 石油儲(chǔ)量：33億噸；（前四位：沙特、加拿大、伊朗、伊拉克） 天然氣儲(chǔ)量：133.6萬(wàn)億m3；（前四位：俄羅斯、伊朗、卡塔爾沙特） 水力資源：中國(guó)水力資源相對(duì)豐富，技術(shù)上可開(kāi)發(fā)19233億kwh/Y，居世界首位，發(fā)展空間大。 能源戰(zhàn)略：中國(guó)（能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要）提出: 要堅(jiān)持把節(jié)約能源放在首位，實(shí)行全面、嚴(yán)格的節(jié)約能源制度和措施，顯著提高能源利用效率；堅(jiān)持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展的戰(zhàn)略。 煤炭資源分布 儲(chǔ)量豐富，分布面廣，品種齊全。據(jù)中國(guó)第二次煤田預(yù)測(cè)，埋深在1000m以淺的煤炭總資源量為2.6萬(wàn)億t。 其中大別山-秦嶺-昆侖山一線以北地區(qū)資源量約2.45萬(wàn)億t，占全

5、國(guó)總資源量的94%；以南的廣大地區(qū)僅占6%左右。 新疆、內(nèi)蒙古、山西和陜西等四省區(qū)占全國(guó)資源總量的81.3%，東北三省占1.6%，華東七省占2.8%，江南九省占1.6%。 中國(guó)煤炭資源的種類(lèi)較多，在現(xiàn)有探明儲(chǔ)量中，煙煤占75%、無(wú)煙煤占12%、褐煤占13%。其中，原料煤占27%，動(dòng)力煤占73%。動(dòng)力煤儲(chǔ)量主要分布在華北和西北，分別占全國(guó)的46%和38%。煉焦煤主要集中在華北，無(wú)煙煤主要集中在山西和貴州兩省。 石油資源 1996年底中國(guó)石油探明儲(chǔ)量約33億t，居世界第九位。 1949年石油地質(zhì)儲(chǔ)量為0.29億t，產(chǎn)量為12萬(wàn)t。 1959年9月發(fā)現(xiàn)大慶油田，1961年石油地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到26億t。

6、1978年中國(guó)石油產(chǎn)量突破1億t，地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到68.1億t。 1985年石油產(chǎn)量為1.249億t，地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到116億t。 1990年中國(guó)石油產(chǎn)量為1.383億t，居世界第5位。 按照2003年國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行組織研究的20002020能源發(fā)展規(guī)劃和“十一五”重大項(xiàng)目研究報(bào)告，至2020年我國(guó)一次能源消費(fèi)總量將達(dá)到28.9430.22億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長(zhǎng)3.94.2%。 在能源實(shí)際消費(fèi)中，煤炭23.725.5億噸；石油4.3億噸；天然氣1800億立方米；水電發(fā)電量8500億千瓦時(shí)；核電發(fā)電量2600億千瓦時(shí)；可再生能源發(fā)電量290億千瓦時(shí)。 屆時(shí)全國(guó)電力裝機(jī)容量將達(dá)到10億千瓦，其中水電裝機(jī)容量2

7、.6億千瓦，燃煤火電裝機(jī)容量6.5億千瓦左右，燃油火電裝機(jī)容量1500萬(wàn)千瓦，天然氣發(fā)電裝機(jī)容量6000萬(wàn)千瓦，核電裝機(jī)容量4000萬(wàn)千瓦，風(fēng)電等其他類(lèi)型發(fā)電裝機(jī)容量1000萬(wàn)千瓦。 2020年核電裝機(jī)容量要占總電力裝機(jī)容量的4%，即達(dá)到4000萬(wàn)千瓦，核電裝機(jī)容量將至少新增2700萬(wàn)千瓦，比現(xiàn)在增加300%以上，這是一個(gè)很大的市場(chǎng)。4.能源利用與環(huán)境保護(hù) 能源利用不僅應(yīng)考慮能源資源的不可再生性，更應(yīng)考慮環(huán)境保護(hù)。 溫室效應(yīng)：燃用化石燃料大氣中的二氧化碳含量不斷增加，正以1.3ppm/Y的速度上升，引起溫室效應(yīng)和全球氣候惡化。預(yù)計(jì)2030年全球的平均氣溫將上升1.5-4.5度，海平面上升700

8、mm。 酸雨：燃用化石燃料大氣中的SOx和NOx的排放量也在上升。 NOx 是形成城市中光化學(xué)煙霧的主要化合物，同時(shí)與SOx一起會(huì)引起酸雨。我國(guó)幾乎40%的國(guó)土面積受到酸雨的威脅。 21世紀(jì)，能源和環(huán)境是人類(lèi)迫切需要解決的問(wèn)題，它直接影響到全球生態(tài)平衡和人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展。 里約宣言：保護(hù)和恢復(fù)地球生態(tài)，防止環(huán)境惡化，各國(guó)共擔(dān)責(zé)任。 我國(guó)在21世紀(jì)議程中提出的能源政策：綜合能源規(guī)劃與管理，提高能源利用效率和節(jié)約能源，推廣少污染的煤炭開(kāi)采技術(shù)和清潔煤技術(shù)，開(kāi)發(fā)利用新能源和可再生能源。5.新能源利用展望 核能 核能是一種比較理想的能源，當(dāng)前核電站已經(jīng)達(dá)到技術(shù)上成熟、工業(yè)上可以大規(guī)模推廣的階段。 在運(yùn)

9、 秦山核電站 (1x30+2x65)萬(wàn)千瓦 （11臺(tái)） 大亞灣核電站 (2x98.4)萬(wàn)千瓦 嶺澳核電站 (2x99+2x100)萬(wàn)千瓦 田灣核電站 (2x106)萬(wàn)千瓦 在建 紅沿河核電站 (6x100)萬(wàn)千瓦（12座） 寧德核電站 (6x100)萬(wàn)千瓦 福清核電站 (6x100)萬(wàn)千瓦 秦山核電站 (2x72.8)萬(wàn)千瓦 陽(yáng)江核電站 (8x100)萬(wàn)千瓦 中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆 25萬(wàn)千瓦 三門(mén)核電站 (6x125)萬(wàn)千瓦 臺(tái)山核電站 (6x175)萬(wàn)千瓦 海陽(yáng)核電站 (6x125)萬(wàn)千瓦 石島灣核電站 (1x20+6x100)萬(wàn)千瓦 昌江核電站 (4x65)萬(wàn)千瓦 方家山核電站 (2x110)萬(wàn)千

10、瓦 太陽(yáng)能 太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭、無(wú)污染的能源。 光-熱轉(zhuǎn)換（利用太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成熱能）。 光-電轉(zhuǎn)換（利用太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能），太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率可達(dá)13-20%，在宇宙空間高達(dá)35%。 風(fēng)能中國(guó)：風(fēng)能總儲(chǔ)量約10億KW(陸上2.53億KW ，海上7.5億KW）。歐盟：沿岸海上風(fēng)能資源約8.5億KW，比歐盟國(guó)家目前年用電量還大。德國(guó)：風(fēng)能總裝機(jī)444萬(wàn)KW。 歐盟國(guó)家風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)是2020年達(dá)到1億KW，屆時(shí)風(fēng)電占總電力的比例將超過(guò)10%。 我國(guó)經(jīng)貿(mào)委預(yù)計(jì)， 2030年風(fēng)電占總電力的比例可能達(dá)到10%。 目前，風(fēng)電投資成本8元/瓦左右，估計(jì)2030為 4元/瓦左右。 海洋

11、能 海洋能的理論儲(chǔ)量很大。 可分為潮汐能、波浪能、溫差能、鹽差能、海流能等。 估計(jì)可開(kāi)發(fā)利用的有價(jià)值的海洋能功率為64億千瓦。 我國(guó)是世界上建造潮汐電站最多的國(guó)家，潮汐發(fā)電機(jī)組技術(shù)已基本成熟，航標(biāo)燈、微型潮汐發(fā)電裝置已趨商品化。 我國(guó)是世界上主要的波能研究開(kāi)發(fā)國(guó)家之一，波力發(fā)電技術(shù)發(fā)展很快，小型岸式波力發(fā)電技術(shù)已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。 地?zé)崮?地?zé)崮艿睦碚搩?chǔ)量很大，是一種廉價(jià)能源，但屬于低品位能源,利用比重不會(huì)很大。 來(lái)源：地球深處的高溫熔融體和放射性元素的衰變。 分類(lèi)：水熱型、低壓地?zé)嵝?、干熱鹽地?zé)嵝?、巖漿熱能型。 全球地?zé)崮芸刹少Y源量為500EJ/年，中國(guó)地?zé)豳Y源潛力占全球的7.9%。 199

12、7年統(tǒng)計(jì)，全球地?zé)岚l(fā)電累計(jì)為8021MW，亞洲地?zé)岚l(fā)電累計(jì)為2937MW，我國(guó)累計(jì)為32MW。 我國(guó)已建立了一套比較完整的地?zé)峥碧郊夹g(shù)，有專(zhuān)業(yè)制造廠，地?zé)犭娬締螜C(jī)可以達(dá)到10兆瓦，具備5000米深度的地?zé)徙@探水平，我國(guó)2010年地?zé)岚l(fā)電累計(jì)100MW，地?zé)岵膳塾?jì)2500萬(wàn)平方米。 生物質(zhì)能 目前，生物質(zhì)能在我國(guó)是僅次于煤炭、石油、天然氣的第4位能源，生物質(zhì)能主要包括薪材、秸稈、畜糞和垃圾等。 垃圾作為生物質(zhì)能源，利用相應(yīng)的無(wú)害化處理技術(shù)，可得到有效能源，如沼氣、熱能、電能。 生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)分為：直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換。 氫能 氫能是一種理想的代替石油燃料的新的二次能源，氫的原料是

13、水。 目前液氫廣泛用作航天動(dòng)力燃料。 氫的發(fā)熱值是汽油發(fā)熱值的3倍（142351KJ/Kg）。 廉價(jià)的制氫技術(shù)是各國(guó)科學(xué)家共同關(guān)心的問(wèn)題，世界各國(guó)投入大量的人力、財(cái)力、物力研究利用太陽(yáng)能制氫技術(shù)。 我國(guó)對(duì)氫能的研究從60年代初開(kāi)始，主要為適應(yīng)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，目前在單項(xiàng)技術(shù)的研究方面有的達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但氫能系統(tǒng)技術(shù)的總體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距。 可燃冰 許多科學(xué)家一致認(rèn)為“可燃冰”可能成為人類(lèi)新的后續(xù)能源來(lái)源，幫助人類(lèi)擺脫日益臨近的能源危機(jī)。 全世界可燃冰的儲(chǔ)量是煤和石油總和的兩倍多。 我國(guó)在青藏高原的冰土層中、東海、南海、黃海的海底，都有可能存在大量的可燃冰。 開(kāi)發(fā)研究較早的美、俄

14、已進(jìn)入初級(jí)工業(yè)開(kāi)發(fā)階段。 我國(guó)已實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工合成可燃冰。新興的有潛力的新能源有風(fēng)能發(fā)電、生物質(zhì)和廢棄物焚燒發(fā)電。6.核能 核裂變：是指較重的原子核（如U235）分裂成較輕的原子核，同時(shí)放出能量的反應(yīng)過(guò)程。 1kg U235裂變后放出能量為8.32x1010kJ。 核聚變：是指較輕的原子核（如氘）聚合成較重的原子核，同時(shí)放出能量的反應(yīng)過(guò)程。 1kg 氘聚變時(shí)放出能量為3.5x1011kJ，相當(dāng)于，4倍U235 。 核裂變反應(yīng)堆的分類(lèi)： 熱中子反應(yīng)堆（熱堆）：將作為核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)媒介的中子，由減速劑減速后成為熱中子，用熱中子來(lái)轟擊原子核引起核裂變的堆型，簡(jiǎn)稱(chēng)熱堆。 快中子增殖堆（快堆）：使用未經(jīng)減

15、速的中子，即快中子來(lái)轟擊原子核，引起核裂變反應(yīng)的堆型，簡(jiǎn)稱(chēng)快堆。7.核電站的一般工作原理和主要類(lèi)型 利用核能發(fā)電的電站稱(chēng)為核電站，包括一回路和二回路。核電站系統(tǒng)的示意圖如圖2-1所示，核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生大量熱量，由冷卻劑(水或氣體)帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)把熱量傳給水，將水加熱成蒸汽來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。冷卻劑把熱量傳給水后，再用泵把它送回反應(yīng)堆里去吸熱，循環(huán)應(yīng)用，不斷地把反應(yīng)堆中釋放的原子核能引導(dǎo)出來(lái)。核電站里的反應(yīng)堆和蒸汽發(fā)生器相當(dāng)于火電站中的鍋爐，所以有人把它叫做原子鍋爐。核電站的其它設(shè)備與火電站基本相同。反應(yīng)堆類(lèi)型：輕水堆：以輕水（普通水）作為核燃料的慢化劑和冷卻劑

16、。 重水堆：以重水(D2O)作慢化劑和冷卻劑，以天然鈾為燃料。發(fā)電用的重水堆主要是加拿大的壓力管式重水堆。石墨氣冷堆：以石墨為慢化劑、氣體為冷卻劑的堆型。分為天然鈾氣冷堆、改進(jìn)型氣冷堆和高溫氣冷堆三種?？熘凶釉鲋扯眩翰挥寐瘎?，直接用高速中子引起核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)并增殖核燃料的反應(yīng)堆。采用傳熱性能好、不慢化中子的工質(zhì)(鈉)作為冷卻劑。 核電站的突出特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和運(yùn)行比較簡(jiǎn)單、尺寸小、造價(jià)低、具有良好的安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用廣泛。 輕水堆包括壓水堆和沸水堆，在新建核電站中占90%以上。核電站評(píng)價(jià)： 核燃料資源：核燃料的儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)礦物燃料。 核電站的安全性：核電站最大的危險(xiǎn)是強(qiáng)放射性裂變產(chǎn)物對(duì)環(huán)

17、境的污染。98%以上的裂變產(chǎn)物放射性保持在燃料芯體中，只要芯體不熔化，放射性裂變產(chǎn)物就不會(huì)釋放出來(lái)。只有1-2%的裂變產(chǎn)物放射性容納在芯體和包殼之間的空隙中。 核電站有三道屏障：燃料元件包殼；一回路管道和容器；安全殼。 經(jīng)濟(jì)性：造價(jià)比火電站高，輕水堆高出50-100%，而重水堆造價(jià)更高些。核能和核反應(yīng)： 核力：能克服質(zhì)子與質(zhì)子之間的電磁斥力而把核子凝聚在一起的力，稱(chēng)為核力。 核能：原子核在某種東西轟擊下發(fā)生破裂，在破裂過(guò)程中能放出比任何一種化學(xué)反應(yīng)都大得多的能量，稱(chēng)此能量為原子能或核能。 核裂變反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)：由于中子沒(méi)有電性，所以利用中子在高速、中速、低速下轟擊一個(gè)重核并使之裂變，是得到持續(xù)核反

18、應(yīng)的唯一實(shí)際可行的方法。核能和核反應(yīng) 控制棒的類(lèi)型及作用： 安全棒的作用：安全棒要有較強(qiáng)的中子吸收能力。當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)它們?nèi)砍槌龆研?，旦反?yīng)堆發(fā)生事故，安全棒靠重力或彈簧作用迅速插入堆芯使反應(yīng)堆迅速停堆，以保證安全； 補(bǔ)償棒的作用：用來(lái)補(bǔ)償由于燃耗、中毒和溫度效應(yīng)等引起的反應(yīng)性降低。 調(diào)節(jié)棒的作用：用來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的功率，使之達(dá)到并保持在所需的水平。抵消反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)各種因素引起的反應(yīng)性波動(dòng)，要求移動(dòng)靈敏，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)都有相應(yīng)的要求。 在大功率壓水堆中，除了采用束棒控制之外，又采用了化學(xué)和容積控制的方法，作為控制過(guò)剩反應(yīng)性的另一控制方法。這種方法是在冷卻劑中加入一定濃度的可溶性中子吸收劑

19、硼酸，稱(chēng)為可溶毒物。通過(guò)調(diào)節(jié)溶液中可溶毒物的濃度或溶液總的體積來(lái)補(bǔ)償反應(yīng)性的變化，起補(bǔ)償棒的作用。因而可以減少控制棒的數(shù)目，使堆芯設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。核燃料的轉(zhuǎn)換和增殖： 新裂變?nèi)剂系漠a(chǎn)生所需的中子來(lái)自另一種裂變?nèi)剂系南?，稱(chēng)這種過(guò)程為核燃料的轉(zhuǎn)換。 非裂變核燃料鈾238在反應(yīng)堆中吸收中子后，經(jīng)過(guò)兩次衰變，生成新的裂變?nèi)剂项?39，其反應(yīng)式如下： 新核燃料的生成率與原裂變?cè)系南穆实谋戎捣Q(chēng)為轉(zhuǎn)換比或增殖比。轉(zhuǎn)換比和增殖比都是新裂變?nèi)剂仙陕蕦?duì)于原裂變?nèi)剂舷穆实谋戎?，在這一點(diǎn)上，兩者是同義的，用同一符號(hào)r代表。一般地說(shuō)，對(duì)于r1的反應(yīng)堆稱(chēng)為轉(zhuǎn)換堆，對(duì)于r1的反應(yīng)堆稱(chēng)為增殖堆。 當(dāng)核電站反應(yīng)堆rl時(shí)，反

20、應(yīng)堆在發(fā)電過(guò)程中每消耗l公斤的可裂變核燃料，同時(shí)還能生產(chǎn)出超過(guò)1公斤的新核燃料，這種增殖型反應(yīng)堆，不僅大量發(fā)電，同時(shí)核燃料將隨著反應(yīng)堆的運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸積累，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行，將反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的積余核燃料提取，又可建造新的反應(yīng)堆。 而加入核電站反應(yīng)堆中只是自然界大量蘊(yùn)藏的非裂變核燃料，核電站反應(yīng)堆成為一座可裂變核燃料的加工廠，這樣使自然界中比鈾-235蘊(yùn)藏量大千百倍的非裂變核燃料獲得充分的利用，為核能發(fā)電提供豐富的資源。8.反應(yīng)堆熱工 對(duì)于給定的反應(yīng)堆，其釋放功率的大小主要受熱工限制，而不是受核限制。在各種運(yùn)行工況下，堆芯內(nèi)的燃料和包殼溫度都不允許超過(guò)安全限度，否則可能導(dǎo)致燃料元件損壞，甚至整個(gè)堆芯熔

21、化，放射線外逸，危及運(yùn)行人員和附近居民的安全。壓水堆的冷卻劑，又兼作慢化劑和反射層，冷卻劑的熱工、水力特性不僅影響核電站的熱效率，還會(huì)直接影響物理設(shè)計(jì)。 此外，堆芯外部冷卻回路、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、凝汽器、泵、汽輪機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)都與冷卻劑的熱工、水力特性有關(guān)。這些設(shè)備的投資在核電站的總投資中占有相當(dāng)大的比例?？梢?jiàn)，反應(yīng)堆的熱工、水力特性對(duì)核電站的經(jīng)濟(jì)性有著明顯的影響。反應(yīng)堆內(nèi)熱量傳遞過(guò)程： 主要包括：（1）燃料芯塊內(nèi)的熱傳導(dǎo)；（2）燃料與包殼之問(wèn)的傳熱；（3）金屬包殼內(nèi)的熱傳導(dǎo)；（4）包殼外表面與冷卻劑之 間的對(duì)流放熱。燃料芯塊的熱傳導(dǎo)： 假設(shè)燃料棒產(chǎn)生的熱量沿徑向和軸向均勻分布，棒形元件的長(zhǎng)

22、度比徑向尺寸大的多，近似看作僅有徑向?qū)?。燃料與包殼之間的傳熱： 在芯塊和包殼之間存在一定的間隙，內(nèi)充一定壓力的氦氣。氣隙內(nèi)傳熱情況比較復(fù)雜，由于芯塊和包殼不會(huì)完全同心以及由于芯塊的熱膨脹作用，造成芯塊與包殼局部接觸。因此，在氣隙內(nèi)，既有通過(guò)氣體的傳熱，又有通道接觸點(diǎn)的接觸傳熱。在計(jì)算中，通常用氣隙放熱系數(shù)來(lái)表示，可得通過(guò)氣隙的溫差為：金屬包殼內(nèi)的熱傳導(dǎo)： 燃料芯塊內(nèi)的熱量通過(guò)導(dǎo)熱從包殼的內(nèi)表面?zhèn)鬟f到外表面。包殼本身的發(fā)熱很小，可以忽略不計(jì)，近似認(rèn)為是無(wú)內(nèi)熱源的單純導(dǎo)熱過(guò)程。包殼內(nèi)外壁的溫差表示為：包殼與冷卻劑之間的對(duì)流傳熱： 燃料元件內(nèi)部發(fā)出的熱量傳至包殼表面后，再往外傳熱給冷卻劑。導(dǎo)出堆芯

23、內(nèi)發(fā)出的熱量是動(dòng)力堆設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題之一。這首先是由于反應(yīng)堆的釋熱率比大多數(shù)常規(guī)熱源高幾個(gè)數(shù)量級(jí)之故，在堆芯內(nèi)產(chǎn)生熱量并不困難，問(wèn)題是如何在燃料元件內(nèi)及燃料包殼上溫度不過(guò)高的條件下，將熱量導(dǎo)出堆外。9.反應(yīng)堆流體系統(tǒng)設(shè)計(jì) 反應(yīng)堆的熱量由流體帶出堆外，因此，反應(yīng)堆堆芯的熱工特性與流體的流動(dòng)特性密切相關(guān)。流體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括各部分壓力損失、流量分配及所需的輸送功率，在兩相流動(dòng)的情況下還需研究流動(dòng)的穩(wěn)定性。 單相流體壓降： 經(jīng)過(guò)堆芯的壓降大致可分為四部分： （1）經(jīng)過(guò)流道的摩擦阻力損失； （2）經(jīng)過(guò)燃料組件格架的阻力損失； （3）經(jīng)過(guò)堆芯出入口的壓力損失(擴(kuò)大和縮小)； （4）流體的重位壓降。（1）經(jīng)

24、過(guò)流道的摩擦阻力損失：（2）經(jīng)過(guò)燃料組件格架、堆芯進(jìn)出口以及其它局部阻力阻力損失：（3）流體的重位壓降：兩相流體壓降： 在分析沸水堆時(shí)，必須知道汽水混合物的含汽率x以及汽泡份額a，以便進(jìn)行堆芯核性能及熱工水力特性計(jì)算。汽水混合物含汽率的定義為：汽水混合物中汽泡份額的定義為：（1）兩相流體的摩擦壓降通常是按總質(zhì)量流量計(jì)算出液相的摩擦壓降，再乘上兩相摩擦壓降的增長(zhǎng)因子，即 （2）兩相流體局部阻力按下式計(jì)算：（3）兩相流體的重位壓降：（4）冷卻劑的汽水膨脹引起的加速度壓降：10.堆芯的熱工設(shè)計(jì) 反應(yīng)堆熱工、水力設(shè)計(jì)的任務(wù)是保證在各種運(yùn)行條件下，反應(yīng)堆堆芯都能得到足夠的冷卻，并盡可能提高堆芯的功率密度

25、(單位堆芯體積所發(fā)出的熱功率)和燃料比功率(每公斤燃料所發(fā)出的熱功率)，以減小堆芯的體積和燃料裝載量。在設(shè)計(jì)中主要的限制如下： 燃料溫度的限制：對(duì)燃料溫度的主要限制是防止燃料熔化。目前在動(dòng)力堆中所用的燃料主要是二氧化鈾和碳化鈾。它們的熔點(diǎn)分別為2800 和2500 ，而且燃料的熔點(diǎn)會(huì)隨著輻照下降。 包殼的熱工限制：包殼是防止裂變產(chǎn)物進(jìn)入冷卻劑的主要屏障，所以在運(yùn)行過(guò)程中必須維持它的完整性。包殼表面的局部最大熱通量必須低于臨界熱通量，井應(yīng)有一定的安全裕度，同時(shí)不允許發(fā)生流動(dòng)不穩(wěn)定性，以防止包殼溫度過(guò)高而發(fā)生熔化。包殼應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，能承受冷卻劑壓力、裂變氣體壓力以及燃料膨脹所造成的壓力。此外，還

26、應(yīng)防止冷卻劑對(duì)包殼的腐蝕作用。為了避免包殼損壞，對(duì)它的運(yùn)行溫度必須加以限制。 冷卻劑的溫度限制：在動(dòng)力堆中，對(duì)冷卻劑的溫度也要進(jìn)行限制。例如，在壓水堆中要求冷卻劑的流體溫度低于飽和溫度，避免產(chǎn)生容積沸騰。在鈉冷快堆中，為提高冷卻劑的傳熱能力，也希望鈉溫不太高。為了減少熱沖擊(如在快速停堆期間)，對(duì)冷卻劑的進(jìn)出口溫升也要進(jìn)行限制。例如壓水堆典型的進(jìn)出口溫升為32左右，鈉冷快堆的進(jìn)出口溫升可達(dá)140，而在高溫氣冷堆中，氦氣溫升可高達(dá)500左右。由于反應(yīng)性對(duì)冷卻劑的溫度很敏感，因此必須限制冷卻劑的溫度。11.核電站安全 核電站廠址的選擇，除要求具備常規(guī)電站的基本要求外，還要考慮如下原則：(1)廠址周

27、圍環(huán)境不存在能引起反應(yīng)堆發(fā)生事故的隱患；(2)一旦發(fā)生重大事故，則可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大的趨勢(shì)要??；(3)居民容易疏散等。 為此，核電站的廠址選擇應(yīng)避開(kāi)多地震區(qū)；避開(kāi)可能對(duì)核電站有嚴(yán)重危害的工業(yè)設(shè)施，如煉油廠、石油化工廠、炸藥制造廠和倉(cāng)庫(kù)、飛機(jī)場(chǎng)等；避開(kāi)大型牧業(yè)區(qū)、魚(yú)類(lèi)等水生生物繁殖場(chǎng)、飼養(yǎng)場(chǎng)等地區(qū)；保證在發(fā)生歷史記載的最大風(fēng)暴、洪水、潮汐和海嘯時(shí)，核電站的安全不受影響。核電站，應(yīng)遠(yuǎn)離人口集中的城鎮(zhèn)并座落在城鎮(zhèn)的主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向。 核電站廠址般分為三區(qū)，即廠區(qū)(非居民區(qū)或稱(chēng)隔離區(qū)、控制區(qū))、低人口區(qū)和居民區(qū)。這些區(qū)域的半徑，根據(jù)所建核電站的堆型、功率大小以及所采取的保安措施的完善程度，分別為數(shù)百米、

28、數(shù)公里至數(shù)十公里不等。核電站在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的放射性物質(zhì)。放射性物質(zhì)的主要來(lái)源是燃料元件的裂變產(chǎn)物，其次來(lái)源于結(jié)構(gòu)材料和冷卻劑的活化。核電站幾項(xiàng)關(guān)鍵的安全設(shè)施為： 快速停堆信號(hào)系統(tǒng)：用來(lái)監(jiān)測(cè)有損于反應(yīng)堆安全的瞬態(tài)及誤操作等異常狀態(tài)，為快速插入控制棒、互鎖停止提升控制棒、發(fā)出警報(bào)和關(guān)閉主蒸汽隔離閥等，及時(shí)提供動(dòng)作信號(hào)。 堆芯危急冷卻系統(tǒng)：在一次冷卻系統(tǒng)管道發(fā)生大型斷裂事故、反應(yīng)堆處于危急時(shí)，為了防止因燃料過(guò)熱而引起包殼破損直至元件熔化所設(shè)置的極為重要的安全設(shè)施。 緊急停堆系統(tǒng)：為防止事故擴(kuò)大，往往需要緊急停堆。對(duì)本系統(tǒng)的要求是當(dāng)控制棒因故不能插入堆芯時(shí)，立即投入以快速停閉反應(yīng)堆。 無(wú)論哪種堆

29、型，安全殼及其附屬設(shè)備的設(shè)置，都是考慮核電站萬(wàn)一發(fā)生最嚴(yán)重事故時(shí)能有效防止裂變產(chǎn)物放射性物質(zhì)向環(huán)境大量逸出。 對(duì)于可能泄漏出來(lái)的放射性物質(zhì)和射線，主要采用輻射屏蔽和輻射監(jiān)測(cè)兩種防護(hù)管理措施，以保證正常運(yùn)行時(shí)的人身安全。 輻射屏蔽：由于反應(yīng)堆在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生各種強(qiáng)輻射源，其中快中子和高能射線的穿透力很強(qiáng)，因此要設(shè)置屏蔽層。屏蔽材料大多用普通混凝土和水，局部用重混凝土(混凝土中摻進(jìn)鐵屑、重晶石、鐵礦石等)、石墨、石蠟、鑄鐵塊、硼鋼和鋁板等。一般，重材料主要用于屏蔽射線，輕材料用于屏蔽快中子，含硼材料吸收熱中子，重混凝土則多用于屏蔽層不能太厚的部位。 輻射監(jiān)測(cè)：為確保工作人員、場(chǎng)所和環(huán)境的安全，對(duì)于

30、放射性物質(zhì)和射線應(yīng)進(jìn)行全面監(jiān)督。其手段是各種固定式或攜帶式射線監(jiān)測(cè)儀，對(duì)象應(yīng)包括核電站操作人員、內(nèi)外環(huán)境和工藝流程等。12.太陽(yáng)能 太陽(yáng)能是指太陽(yáng)輻射出的能量。在地球上，除了原子能外，太陽(yáng)能是各種能量(燃料能、風(fēng)能、水能等)的來(lái)源。 太陽(yáng)是一個(gè)熾熱的氣體球，直徑為1.39x106km ，表面溫度約為6000K , 太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，在此反應(yīng)中損失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，使內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)度的高溫，這就是太陽(yáng)向空間輻射出巨大能量的源泉。 大氣層外太陽(yáng)輻射光譜： 美國(guó)國(guó)家航空和宇航局(NASA)提出的最新太陽(yáng)輻射光譜標(biāo)準(zhǔn)曲線為：進(jìn)入大氣層前,0.2-4.0m的波段內(nèi)能量集中占99%。地球

31、表面的太陽(yáng)輻射： 大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收減弱作用： 吸收：在電離層氮、氧等大氣成分吸收太陽(yáng)光譜中的x射線及其它超短波；大氣中的臭氧對(duì)于紫外線區(qū)域的選擇性吸收；大氣中H2O、CO2對(duì)波長(zhǎng)大于0.69m的紅外線區(qū)域的選擇性吸收；大氣中懸浮固體微粒和水滴對(duì)太陽(yáng)輻射中各種波長(zhǎng)射線的連續(xù)性吸收。 散射：大氣中懸浮固體微粒和水滴對(duì)太陽(yáng)輻射中波長(zhǎng)大于0.69 m紅外區(qū)域的連續(xù)性散射作用。 漫反射：大氣中懸浮的各種粉塵對(duì)太陽(yáng)光的漫反射作用。 經(jīng)多原子氣體減弱作用達(dá)到地面的太陽(yáng)輻射，主要是可見(jiàn)光和紅外輻射。 影響太陽(yáng)輻射的地理幾何因素： 太陽(yáng)高度：太陽(yáng)與觀察者聯(lián)線與地平面的夾角稱(chēng)為太陽(yáng)高度角或太陽(yáng)高度。 日照時(shí)

32、間：任何緯度一天內(nèi)可見(jiàn)太陽(yáng)的時(shí)間。 13. 太陽(yáng)能平板集熱器 1）平板型集熱器（吸熱板、玻璃蓋板和框架是最主要的部件） 優(yōu)點(diǎn)：不用昂貴、復(fù)雜的跟蹤設(shè)備，就能收集到大量太陽(yáng)輻射；使用、維修方便，投資少；既可接收直接輻射，又可接收散射輻射，吸收輻射范圍廣。 缺點(diǎn)：只能提供中、低溫載熱介質(zhì)，不能提高輻射強(qiáng)度，多用在供暖、空調(diào)等方面。 近些年由于集熱效率不斷提高，在小型熱發(fā)電裝置上也有應(yīng)用。熱損失：假定： (1) 集熱器處于熱穩(wěn)定狀態(tài)；(2) 并聯(lián)管內(nèi)流動(dòng)均勻；(3) 通過(guò)玻璃蓋的熱流為一維；(4) 玻璃蓋不吸收太陽(yáng)能；(5) 玻璃蓋層溫降可忽略；(6) 吸熱板厚度方向溫降不計(jì)，板溫度均勻；(7) 天

33、空做黑體處理。背面板熱損失系數(shù)：頂部板熱損失系數(shù)：總熱損失系數(shù)：平板型集熱器的熱平衡和效率因子： 在穩(wěn)定工況下，吸收的太陽(yáng)能部分傳給了載熱介質(zhì)，還有一部分散失到周?chē)h(huán)境中，據(jù)此，可以建立熱平衡方方程：2） 聚焦型集熱器 太陽(yáng)能熱力發(fā)電站要求在高溫條件下運(yùn)行，由于投射到地面上太陽(yáng)能的能量密度較低，極大地限制了平板型集熱器所應(yīng)達(dá)到的溫度，因此，使用平板集熱器的熱力發(fā)電裝置的理論效率一般不超過(guò)35 。 聚焦型集熱器利用聚焦鏡，能成百上千倍地提高接收器的能量密度，其熱力發(fā)電裝置的效率可以達(dá)到15 。 聚焦型集熱器由聚光鏡和接收器組成（聚光方式有反射聚光和折射聚光）。 與平板型集熱器相比，聚焦型集熱器的

34、缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，不能收集占總輻射20一40的漫射輻射。聚焦型集熱器的工作特性和效率：工作特性: 以柱型拋物面集熱器為例，說(shuō)明聚焦型集熱器的光學(xué)聚焦特性。 圖中：a為聚光鏡口徑；f為聚光鏡焦距；d為接收器直徑；L 為集熱器長(zhǎng)度。 C稱(chēng)為聚光度，表示能流密度被放大的倍數(shù)（假設(shè)反射中無(wú)損失）如忽略接收器的熱損失，接收器未被照射部分完全絕熱，則有：效率: 仍以柱形拋物面集熱器為例，當(dāng)太陽(yáng)輻射匯聚到接收器后，立即被接收器中載熱介質(zhì)所吸收，將光能轉(zhuǎn)為熱能。 但在能量傳遞轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在光學(xué)損失和散熱損失。 典型的太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)：(1)塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng) 這種系統(tǒng)是在采光場(chǎng)的中心設(shè)有高大的豎塔

35、，塔頂裝有接收器（相當(dāng)于太陽(yáng)鍋爐）。塔中心四周布置許多定日鏡，電站功率越大定日鏡數(shù)目越多。 為了使入射光盡量接近反射鏡法線方向和避免鏡間遮擋，接收塔高度隨功率增加而增高，計(jì)算分析表明，塔高大致等于定日鏡場(chǎng)當(dāng)量直徑的1/4。 塔式系統(tǒng)聚光度可高達(dá)500以上，接收塔輻射熱流密度達(dá)500kW/m2，因此，汽溫、汽壓都很高。電站的參數(shù)可以達(dá)到：溫度350 -510 ；壓力10.44Mpa；平均效率15%。 塔式雙工質(zhì)太陽(yáng)熱發(fā)電系統(tǒng)： 要提高循環(huán)效率，就必須同時(shí)提高工質(zhì)溫度和壓力，但這將增加金屬重量和投資。為此，提出了用液態(tài)金屬鈉作為載熱介質(zhì)的雙回路循環(huán)系統(tǒng)。 圖3-52是美國(guó)通用電氣研究發(fā)展中心設(shè)計(jì)的

36、100MW液態(tài)鈉太陽(yáng)能熱電站的示意圖。電站為雙工質(zhì)循環(huán)，在塔頂接收器內(nèi)被加熱到593的液態(tài)鈉，在換熱器中把熱量傳給水，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，送到汽輪機(jī)。冷卻了的鈉重新被送往塔頂接收器。塔頂接收器的尺寸比以水為工質(zhì)的接收器小，重量較輕，運(yùn)行壓力低。從而使高塔和接收器的投資費(fèi)用減少，管道費(fèi)用大大降低。 此外，液體鈉也是一種很好的蓄熱介質(zhì)，在沒(méi)有日光的情況下，可從熱鈉貯存罐中抽取熱量，保證太陽(yáng)熱電站滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行3小時(shí)。分散布置曲面聚焦發(fā)電系統(tǒng)： 用許多串、并聯(lián)的曲面聚焦集熱器取代定日鏡陣和高塔接收器。聚焦集熱器的連接可以是幾個(gè)串聯(lián)在一起，自成一個(gè)受熱單元，然后幾個(gè)受熱單元再并聯(lián)在一起，如圖3-53所示。串聯(lián)數(shù)

37、目的多少取決于工質(zhì)被加熱的程度，雖然它的聚光度低一些，但它也可以獲得350度以上的中等壓力蒸汽。這種發(fā)電方式的容量可大、可小，不象塔式那樣只有在容量大時(shí)才合算。此外，它的集熱器等設(shè)備都分布在地面上，安裝、維修、操作都比較方便，跟蹤太陽(yáng)精度要求比塔式定日鏡低。 缺點(diǎn)：主要是輸熱管道系統(tǒng)比塔式電站復(fù)雜，輸熱損失大， 造價(jià)較高。集熱器工作溫度不及塔式高，所以效率低一些，大約為10%左右。平板型集熱器發(fā)電系統(tǒng)： 平板型集熱器的聚光度為1，工質(zhì)溫度一般為60-70度，最高不超過(guò)150度。 當(dāng)以水為工質(zhì)，集熱器出口水溫不越過(guò)40度時(shí)，需采用減壓擴(kuò)容方式發(fā)電，其系統(tǒng)如圖3-54所示。擴(kuò)容器、汽輪機(jī)、冷凝器等

38、均在部分真空下運(yùn)行。用真空泵維持真空，用排水泵排出擴(kuò)容器內(nèi)的熱水。這種系統(tǒng)本身的能量消耗較多，熱效率低，可作小功率電站選擇方案之一。 為了提高低溫?zé)嵩吹臒崮芾寐剩桨逍图療崞鳠犭娬境Ｓ玫头悬c(diǎn)物質(zhì)作為工作介質(zhì)。低沸點(diǎn)工質(zhì)在常溫下易于蒸發(fā)，為正壓。因此，系統(tǒng)可以在正壓下運(yùn)行，免去抽氣裝置。低沸點(diǎn)工質(zhì)渦輪機(jī)尺寸緊湊小巧、造價(jià)比低壓汽輪機(jī)低。 圖3-55是低佛點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)。對(duì)于這種發(fā)電方式須注意整個(gè)系統(tǒng)的密封性，以防工質(zhì)泄漏。 平板集熱器熱電站還可以采用水低沸點(diǎn)工質(zhì)的雙循環(huán)系統(tǒng)，圖3-56是這種發(fā)電方式的示意圖。水回路為強(qiáng)制循環(huán)，低沸點(diǎn)工質(zhì)回路包括有預(yù)熱器、蒸發(fā)器、渦輪機(jī)、冷凝器和低沸點(diǎn)工質(zhì)泵。為了避

39、免太陽(yáng)被遮蔽時(shí)，輻射強(qiáng)度急劇變化對(duì)發(fā)電的影響，系統(tǒng)中還設(shè)有熱水儲(chǔ)存器。 這種方式的系統(tǒng)復(fù)雜，但它的運(yùn)行特性比上面的兩種要好。 平板集熱器熱電站的特點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要跟蹤裝置，造價(jià)比高塔式、分散曲面聚焦式低?？梢岳锰?yáng)直接輻射和漫射輻射。 效率低，不適用于大容量。14.地?zé)岚l(fā)電 地球是巨大的熱庫(kù)，10km以?xún)?nèi)地殼含能量相當(dāng)于全世界儲(chǔ)煤熱量的2000倍。 1904年意大利首先在拉德瑞羅建立了世界第一座天然蒸汽試驗(yàn)電站。 1970年我國(guó)廣東豐順縣建成第一座地?zé)岚l(fā)電站。地?zé)豳Y源：1）類(lèi)型 （1）水熱資源：地下儲(chǔ)存有大量熱能的蓄水層稱(chēng)為水熱資源，分蒸汽地?zé)崽锖蜔崴責(zé)崽铩?（2）地壓資源：它是處

40、于深處沉積巖中的含有甲烷的高鹽分熱水，由上部巖石蓋層使熱儲(chǔ)封閉起來(lái)，熱水壓力超過(guò)水靜壓力。 （3）干熱巖：它是地層深處具有150-650度的熱巖層，這里不存在流體，故稱(chēng)干熱巖。 （4）熔巖：它是溫度為650-1200度處于塑性狀態(tài)或完全熔化的熔巖，其埋藏部位最深。 2）地下熱水的形成 （1）深循環(huán)型：大氣降水滲入巖層被加熱，在壓力作用下又沿另外的巖縫向地表移動(dòng)（噴泉），冷水下降熱水上升形成循環(huán)。 （2）特殊熱源型：巖層破裂巖漿涌出或形成火山或停駐一定深度成為巖漿侵入體，它是特殊的高溫?zé)嵩?，使?jié)B入水異常加熱。 3）地?zé)崽锏念?lèi)型 （1）熱水田：多為深循環(huán)型熱水，60-120度。儲(chǔ)水層上方透水。 （

41、2）蒸汽田：儲(chǔ)水層上方不透水，儲(chǔ)水層長(zhǎng)期受熱就形成了具有一定壓力和溫度的蒸汽田。地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)： 1）背壓式汽輪機(jī)循環(huán)2）凝汽式汽輪機(jī)循環(huán)4）減壓擴(kuò)容蒸汽循環(huán)5）低沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán) 15. 生物質(zhì)能發(fā)電1）生物質(zhì)能源種類(lèi) 包括直接來(lái)自光合作用的樹(shù)木、草類(lèi)、農(nóng)作物及水生植物等綠色植物；也包括各類(lèi)有機(jī)廢物、城市垃圾、有機(jī)廢水、下水污泥等。2）開(kāi)發(fā)利用途徑 燃燒：把柴薪、秸稈、城市垃圾等固體生物質(zhì)燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能或電力。 氣化：將固體生物質(zhì)在缺乏空氣的條件下加熱至高溫，分解出中熱值可燃?xì)?，同時(shí)產(chǎn)生少量焦油和固體殘留物。 熱解炭化：在隔絕空氣的條件下加熱木材，使固體生物質(zhì)分解，生成木炭和少量焦油及低熱

42、值可燃?xì)狻?生物制氫：通過(guò)厭氧微生物的作用，將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷。 制乙醇：在厭氧條件下將單糖和二糖物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化為乙醇。3）生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)特點(diǎn) 轉(zhuǎn)換途徑多樣化；生物質(zhì)能資源可梯度利用；低品位能源向高品位能源轉(zhuǎn)換；能源工程與環(huán)境工程緊密結(jié)合。4）厭氧菌發(fā)酵技術(shù)沼氣制取和利用 厭氧菌發(fā)酵制取沼氣是利用污水和污泥中沒(méi)有溶解氧環(huán)境下繁殖的厭氧菌的作用，使有機(jī)物通過(guò)液化、氣化分解產(chǎn)生沼 氣。在此過(guò)程中，將病原菌、寄生蟲(chóng)卵殺死。此技術(shù)是目前生物質(zhì)利用的主要方式。5）生物質(zhì)氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化技術(shù)是利用生物質(zhì)缺氧燃燒或熱解制取可燃?xì)狻?熱解氣化裝置：生物質(zhì)被加熱到200-600度后將產(chǎn)生熱分解而釋放出中熱值

43、可燃?xì)饧坝土?，同時(shí)還產(chǎn)生副產(chǎn)品焦炭。 生物質(zhì)氣化爐：從結(jié)構(gòu)上分為流化床、移動(dòng)床及固定床氣化爐。接觸氣體是進(jìn)入氣化爐與生物質(zhì)接觸的氣體，如純氧氣、空氣。 上吸式氣化爐是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氣化裝置。16.風(fēng)能 在太陽(yáng)向地球投射的太陽(yáng)輻射中，大約有20被地球大氣層所吸收，這些能量使大氣加熱，并促成大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。 大氣和海洋的對(duì)流流動(dòng)擁有的風(fēng)能功率約為2xl013kw， 相當(dāng)于1972年全世界能耗的三倍。如果利用1l00，則相當(dāng)于世界能耗的3，如用于發(fā)電，則可生產(chǎn)世界總發(fā)電量的89。 風(fēng)能是免費(fèi)的取之不盡、用之不竭的清潔能源，不存在燃料運(yùn)輸、灰渣處理和環(huán)境污染等問(wèn)題，凡是平均風(fēng)速較高的地方都可以常年取用

44、風(fēng)能，組成：轉(zhuǎn)子齒輪箱塔架基座控制裝置發(fā)電機(jī)類(lèi)型： 水平軸1）水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)示意圖 風(fēng)能發(fā)電成本與裝置的總效率、容量和年平均風(fēng)速有關(guān)，其中風(fēng)速影響很大。 對(duì)于592kw的機(jī)組，年平均風(fēng)速為11ms和4.5ms比較，每度電成本降低3倍。 2）風(fēng)輪機(jī)基本理論 瞬時(shí)風(fēng)速、平均風(fēng)速、風(fēng)速頻率和風(fēng)能玫瑰圖 風(fēng)速是隨時(shí)間變化的，所以用瞬時(shí)風(fēng)速和平均風(fēng)速來(lái)描述它。 瞬時(shí)風(fēng)速：在很短的時(shí)間間隔內(nèi)(一秒或幾秒)的風(fēng)速。它是實(shí)際發(fā)生作用的風(fēng)速。 平均風(fēng)速：指一長(zhǎng)段時(shí)間間隔內(nèi)(一小時(shí)或數(shù)小時(shí)，以致一晝夜24小時(shí))所得的各瞬時(shí)速度的平均值，即 風(fēng)速頻率：某地一年內(nèi)(或一月內(nèi))，風(fēng)以某一相同風(fēng)速吹過(guò)的總時(shí)數(shù)占一年(或

45、一個(gè)月) 時(shí)效的。它是勘測(cè)風(fēng)能資源和確定風(fēng)能電站全年可能工作時(shí)數(shù)的基本數(shù)據(jù)之一。 任一地點(diǎn)都可能吹刮來(lái)自各個(gè)方向的風(fēng)，其吹刮時(shí)間并不相同，強(qiáng)弱也不相同。 風(fēng)能玫瑰圖 ：根據(jù)各方向上測(cè)定的平均風(fēng)速、風(fēng)速頻率（某一方向上風(fēng)速頻率與平均風(fēng)速立方值的乘積）繪制。 根據(jù)風(fēng)能玫瑰圖可看出那個(gè)方向上的風(fēng)具有能量?jī)?yōu)勢(shì)。 3）風(fēng)能 每1m2與空氣流相垂直的截面上流過(guò)的空氣能量密度為理想風(fēng)輪機(jī)所能提取能量的理論最大值為：理想風(fēng)輪機(jī)的能量密度為：17.海洋能1）潮汐能發(fā)電 我國(guó)先后在廣東、上海、福建、山東、浙江、江蘇等地建成了幾十處潮汐發(fā)電站。第一座單庫(kù)雙向式潮汐電站浙江溫嶺縣江廈潮汐電站(6x500千瓦)第一臺(tái)機(jī)

46、組于1980午5月正式建成發(fā)電。（1）單庫(kù)單向電站 在河口灣處修建水壩，將河口與海灣隔開(kāi)，在河口內(nèi)形成一水庫(kù)。海水在漲潮時(shí)進(jìn)入水庫(kù)，落潮時(shí)，利用水庫(kù)與海面的水位差推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。 我國(guó)浙江溫嶺縣沙山潮汐電站即采用這種型式，電站平面示意圖如圖6-1所示。漲潮時(shí)，把進(jìn)水閘打開(kāi)，將潮水引蓄在水庫(kù)內(nèi)，退潮時(shí)，將排水閘打開(kāi)，使庫(kù)內(nèi)的存水通過(guò)水輪機(jī)排出，從而轉(zhuǎn)動(dòng)水輪機(jī)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 電站只需建造一道堤壩，水輪發(fā)電機(jī)組只需滿(mǎn)足單方向通水發(fā)電要求，建筑物和發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資省。但只能在落潮時(shí)發(fā)電，發(fā)電量和發(fā)電時(shí)間少，潮汐能源利用不充分。（2）單庫(kù)雙向發(fā)電站 電站用一個(gè)水庫(kù)，漲潮或者落潮時(shí)均可發(fā)電，

47、只是在平潮時(shí)，即水庫(kù)內(nèi)外水位相平，不能發(fā)電。浙江溫嶺縣江廈潮汐電站即采用這種型式，如圖62所示。電站也只需一道堤壩，但在水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)上及廠房水工建筑物的結(jié)構(gòu)上需滿(mǎn)足漲潮及落潮兩個(gè)方向均能通水發(fā)電的要求，結(jié)構(gòu)較前一種復(fù)雜。由于漲、落潮時(shí)均可發(fā)電，所以發(fā)電時(shí)間和發(fā)電量多，能充分利用潮汐能源。 （3）發(fā)電功率 2）波浪能發(fā)電 波浪具有很大的能量。每平方公里的海面上，波浪的功率可達(dá)10一20萬(wàn)千瓦。如果把波浪能加以利用，則將在廣闊的海洋上獲得是巨大的能源。 波浪能與波浪高度的平方和波的周期的乘積成正比。設(shè)波高為H(米)，周期為T(mén)(秒)，則每米寬的波浪所蘊(yùn)藏的能量P為： 數(shù)十年前，已有人試驗(yàn)研究利用

48、波浪能發(fā)電。最初的波浪發(fā)電裝置是利用波浪推動(dòng)裝有空氣活塞的浮標(biāo)作上下垂直運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生壓縮空氣推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這種裝置發(fā)電量不大，僅幾十瓦，只能用于海上導(dǎo)航航標(biāo)燈。1978年，日本成功地利用波浪能驅(qū)動(dòng)空氣活塞發(fā)電裝置，發(fā)電量達(dá)100千瓦。發(fā)電原理： 波浪能發(fā)電裝置大致分為： 利用海面波浪的上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空氣流或水流而使輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)； 利用波浪裝置前后擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生空氣流動(dòng)或水流而使輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)； 把低壓大波浪變?yōu)樾◇w積高壓水，然后把水引入某一高位水池使其產(chǎn)生一個(gè)水頭，從而沖動(dòng)水輪機(jī)。 空氣活塞式波浪發(fā)電原理如圖67所示。其方法是利用波浪的推力使放置在海面上的浮體上下波動(dòng)，從而使空氣活塞室中的空氣不斷受

49、到壓縮和擴(kuò)張，因而把波浪能轉(zhuǎn)化成空氣流動(dòng)，然后由氣流推動(dòng)空氣渦輪機(jī)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 當(dāng)裝置位于波峰時(shí)，浮體受波浪力作用上浮，但管內(nèi)水位不變，故中央管內(nèi)氣壓為負(fù)壓，通過(guò)吸氣閥吸入空氣。 當(dāng)位于波谷時(shí)，浮體因自重下落，但管內(nèi)水位也不變，浮體下沉部分空間的空氣從排氣閥排出，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 波浪上下運(yùn)動(dòng)，空氣活塞室內(nèi)的空氣形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣流。3）海洋溫差發(fā)電海洋發(fā)電原理： 以海洋受太陽(yáng)能加熱的表層海水(25-28 )作高溫?zé)嵩矗?00一1000米深處的海水(4-7 ）作低溫?zé)嵩?，用熱機(jī)組成熱力循環(huán)進(jìn)行發(fā)電。 從高溫?zé)嵩吹降蜏責(zé)嵩?，最終可獲得具有工程意義的11 溫差的能

50、量。 海洋表層海水不斷地由太陽(yáng)能補(bǔ)給熱量，不斷進(jìn)行更新，深層海水也不斷地從極地環(huán)流到赤道，含有高低溫兩個(gè)熱源，本身是個(gè)天然的蓄能場(chǎng)。 因此，與太陽(yáng)能的直接利用樣，無(wú)論何時(shí)都可取用，其能量是取之不盡的。循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)： 由蒸發(fā)器、冷凝器、汽輪發(fā)電機(jī)、泵、海洋構(gòu)筑物、取水管和定位設(shè)備所組成。開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖6-13所示。利用海洋表層溫?zé)岬暮Ｋ谡舭l(fā)器中閃蒸得到的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，然后在冷凝器中用深層冷海水冷卻，再冷凝成水。由于開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)使用低壓水蒸汽，在系統(tǒng)內(nèi)漏入大量的空氣，為了除去空氣，真空泵要消耗很大的電力，因此，這種方法不經(jīng)濟(jì)。 閉式循環(huán)又稱(chēng)郎肯循環(huán)，它是以丙烷、氨、氟利昂等低沸點(diǎn)工質(zhì)

51、代替水蒸汽。系統(tǒng)如圖614所示。 由渦輪機(jī)排出的低壓蒸汽在冷凝器中用海洋深層冷水冷卻成液體，再經(jīng)泵壓到高壓循環(huán)使用。通過(guò)這種低沸點(diǎn)工質(zhì)的循環(huán)，可利用海洋溫差連續(xù)發(fā)電。 4）海流發(fā)電 海流是海水朝著一個(gè)方向連續(xù)不斷地流動(dòng)的現(xiàn)象。 在遼闊的海洋里，海流就象海洋中的河流，有一定的長(zhǎng)度、寬度、深度和流速。其寬度一般在幾十公里到幾百公里之間，長(zhǎng)度可達(dá)幾千公里。海流的速度通常為每小時(shí)12哩，有的達(dá)45哩。 風(fēng)力的吹襲和密度差是海水產(chǎn)生大規(guī)模流動(dòng)的主要原因。由定向風(fēng)持續(xù)地吹襲海面所引起的海流稱(chēng)為風(fēng)海流，由于密度不同而引起的海流稱(chēng)為密度流。 風(fēng)海流和密度流，其能量來(lái)源于太陽(yáng)輻射能。密度流涉及的深度較深，流經(jīng)的

52、范圍較廣，可以達(dá)幾百到幾千哩。 世界上著名的海流有大西洋的墨西哥灣暖流、北大西洋海流、太平洋的黑海暖流和赤道潛流，這些海流的流量和能量都很大。 海流發(fā)電和一般的水力發(fā)電原理類(lèi)似，也是用水輪機(jī)推動(dòng)。 目前的海流發(fā)電站是浮在海面上的，用鋼索和錨加以固定?？瓷先ズ芟蠡ōh(huán)，因此稱(chēng)它為花環(huán)式海流發(fā)電站。 作為能源，海流比陸地上的水力更為可靠。海流發(fā)電不受洪水和枯水等水文因素的影響，比較穩(wěn)定。目前，海流發(fā)電的應(yīng)用還很有限，主要用于海岸燈塔和導(dǎo)航上。 海流中蘊(yùn)藏著巨大的能量，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海流發(fā)電量必將迅速增加。18.磁流體（發(fā)電）1）磁流體發(fā)電的基本原理 磁流體發(fā)電是將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

53、電能的一種新型發(fā)電方式。與普通火力發(fā)電相比，減少了轉(zhuǎn)換成機(jī)械能這一階段，但發(fā)電仍是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象獲得電能，其工作原理如圖4-1所示。 圖4-2是最簡(jiǎn)單的磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。它由燃燒室、發(fā)電通道和磁體三個(gè)基本部分組成。 燃燒室：燃料在燃燒室中燃燒，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，產(chǎn)生高溫導(dǎo)電氣體。高溫導(dǎo)電氣體通過(guò)噴管被加速，從而獲得高溫高速的導(dǎo)電氣體進(jìn)入發(fā)電通道。 發(fā)電通道：由絕緣壁和電極壁組成，電極用以引出電流。磁體：用以產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，它由鐵芯電磁鐵、空心線圈或超導(dǎo)線圈做成。 2）磁流體發(fā)電的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍特點(diǎn)： 效率高。磁流體發(fā)電機(jī)本身的熱效率不高，只能達(dá)到20-30左右，但其排氣溫度高，其中所含的能量還可利用，組成磁流體-蒸汽聯(lián)合循環(huán)，此時(shí)，效率達(dá)50%以上。 沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件。磁流體發(fā)電機(jī)沒(méi)有高速旋轉(zhuǎn)部件，它本身是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的靜止機(jī)械。由于供高溫導(dǎo)電氣體流過(guò)的發(fā)電通道是靜止的，完全可以采用冷卻結(jié)構(gòu)，使部件的工作溫度比氣體溫度低。 啟動(dòng)快。由于磁流體發(fā)電是直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能的，所以啟動(dòng)很快，能在幾