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能源科学

化石能源是一种碳氢化合物或其衍生物。化石能源所包含的天然资源有煤炭、石油和天然气。 它由古代生物的化石沉积而来,是一次能源。化石燃料开发利用过程中会排放温室气体,特别是不完全燃烧状态下,散发出有毒的气体,它是目前人类能源利用中必不可少的燃料。

世界上一切物质都是由原子构成的,原子又是由原子核和它周围的电子构成的。轻原子核的融合和重原子核的分裂 都能放出能量,分别称为核聚变能和核裂变能,简称核能。

核反应堆

核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应,从而实现核能—热能转换的装置。

核电站和核电厂

核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站。核电站大体可分为两部分:一部分是利用核能生产蒸汽的核岛、包括反应堆装置和一回路系统;另一部分是利用蒸汽发电的常规岛,包括汽轮发电机系统。核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。核电厂就是一种靠原子核内蕴藏的能量,大规模生产电力的新型发电厂。

核电技术

纵观核电发展历史,核电站技术方案大致可以分四代,即:

第一代核电站
核电站的开发与建设开始于上世纪50年代。1954年,前苏联建成电功率为5兆瓦的实验性核电站:1957年,美国建成电功率为9万千瓦的shipping port 原型核电站,这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。

第二代核电站
上世界60年代后期,在实验性和原型核电机组基础上,陆续建成电功率在30万千瓦的压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核电机组,它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明。上世纪70年代,因石油涨价引发的能源危机促进了核电的大发展。目前世界上商业运行的四百多座核电机组绝大部分是在这段时期建成的,习惯上称之为第二代核电机组。

第三代核电站
上世纪90年代,为了解决三厘岛和切尔诺贝利核电站的严重事故的负面影响,世界核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关,美国和欧洲先后出台了“先进轻水堆用户要求”文件,即URD文件(utility requirements document)和“欧洲用户对轻水堆核电站的要求”,即(EUR)文(European utility requirements document),进一步明确了预防与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。对第三代核电机组要求能在2010年前进行商用建造。

第四代核电站
2000年1月,在美国能源部的倡议下,美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、韩国和阿根廷等十个有意发展核能的国家,联合组成了“第四代国际核能论坛”(GIF),于2001年7月签署了合约,约定共同合作研究开发第四代核能技术。根据设想,第四代核能方案的安全性和经济性将更加优越,废物量极少,无需厂外应急,并具备固有的防止核扩散的能力。

第一代核电站为原型堆,其目的在于验证核电设计技术和商业开发前景;第二代核电站为技术成熟的商业堆,目前在运的核电站绝大部分属于第二代核电站;第三代核电站为符合URD或EUR要求的核电站,其安全性和经济性均较第二代有所提高,属于未来发展的主要方向之一;第四代核电站强化了防止核扩散等方面的要求,目前处在原型堆技术研发阶段。

核电市场

核电站只需消耗很少的核燃料,就可以产生大量的电能,每千瓦时电能的成本比火电站要低20%以上。核电站还可以大大减少燃料的运输量。例如,一座100万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨,而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨。核电的另一个优势是干净、无污染,几乎是零排放,对于发展迅速环境压力较大的中国来说,再合适不过。

国际核电企业以日系为中心,形成三足鼎立的局面:日本富士财团的日立―美国通用、日本三井财团的东芝―美国西屋、日本三菱财团的三菱重工―法国阿海珐。

核电安全

一般来说,在核设施(例如核电厂)内发生了意外情况,造成放射性物质外泄,致使工作人员和公众受超过或相当于规定限值的照射,则称为核事故。显然,核事故的严重程度可以有一个很大的范围,为了有一个统一的认识标准,国际上 把核设施内发生的有安全意义的事件分为七个等级。

核电是一种清洁、高效和相对安全的能源。核泄漏一般对人员的影响表现在核辐射,也叫做放射性物质,放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射,核爆炸和核事故都有核辐射。它有α,β和γ三种辐射形式。α辐射只要用一张纸就能挡住,但吸入体内危害大;β辐射是高速电子,皮肤沾上后烧伤明显;γ辐射和X射线相似,能穿透人体和建筑物,危害距离远。宇宙、自然界能产生放射性的物质不少,但危害都不太大,只有核爆炸或核电站事故泄漏的放射性物质才能大范围地对人员造成伤亡。

 中国核电政策

 中国的核电政策已由“适度发展”调整为“积极发展”,预计到2012年,中国将成为核电大国。根据2007年国务院批准的核电中长期发展规划。到2020年,全国核电装机容量4000万千瓦,在建核电容量1800万千瓦左右,共5800万千瓦,占电力装机的4%。规划正在进行调整,预计2020年运行和在建核电机组总容量将达到7500千瓦以上,在建 4000万千瓦以上,占电力装机的5~6%。

世界其他国家核电政策
政策上推进发展核电的国家

美国政策允许建造新商用核电站,但禁止商业乏燃料后处理。但是,随着美国政府放松对电力行业的管制,电力市场自由化的竞争机制的引进,发电成本的竞争日趋激烈,现有核电站中负荷因子高,运行成本低的机组,可以与现有火力发电机组相抗衡,显示了很大活力。 然而,由于天然气联合循环发电技术已经成熟,效率高、发电成本低,对美国制定新建核电机组的计划有一定的影响。

法国建造的标准设计核电机组发电成本最低,核电进展顺利。现在,法国还没有建造新核电站的计划,这并非在政策上不允许,而是因为预计目前的发电容量能够满足今后用电需求的增长。今后根据电力需求及机组更新的需要,将会出台新的建造计划。 法国目前主要以轻水堆燃烧MOX燃料来利用商业钚。

英国已经建立了管理完善的电力市场,目前正在积极探讨、推进核电产业私营化,不过,目前企业投资多集中在成本低廉的天然气发电上。各企业尚无投资建设核电力新机组的意向。

比利时的核电站都已接近寿期。舆论认为,核电政策将取决于绿党(主张取消核电)在大选中的结果。

计划新建造核电站的国家

 芬兰正在积极准备建造第5座核电站。但是1999年大选产生的联合政府,核能推进派和反对派几乎势均力敌,所以不会马上决定建造核电站。  但是,最近芬兰技术研究所认为,核电是解决二氧化碳等造成气候变化问题的最经济的方法。可见芬兰正在加紧推进新建核电机组立项的进程。

暂时停止新建核电站的国家

瑞士  10年前(1990年),瑞士曾决定10年内不建造核电新机组,目前该期限已满。瑞士绿党等反核派活动频繁,主张就核电建设问题进行全民公决,估计瑞士核电前景将取决于全民投票的结果。    不过,核电是瑞士维持能源平衡的重要组成部分,所以瑞士当局将不会选择逐步完全放弃核电的政策。

西班牙   目前也在执行暂时停止新建核电机组的政策。  西班牙当局执行了支持核电的政策。与瑞士一样,核电在西班牙的能源平衡中起着重要作用,加之政府也认同核电对环境保护的贡献。西班牙正在积极提高现有核电机组的性能。

已宣布逐步取消核电、但又遇到种种阻力的国家

瑞典    1999年11月,位于哥本哈根附近的巴舍拜克核电站1号机组,成为瑞典第一个正式停止运行的核电机组。目前正在就2001年7月是否正式决定停运巴舍拜克核电站2号机组的问题展开讨论。除此以外的核电站停运计划还未作出。但是,从环境问题考虑,是否能保证替代核能的其他电力资源,已经成为瑞典当前面临的重大课题。
    瑞典逐步取消核电的政策是在切尔诺贝利核电站事故的大背景下,经过全民投票作出的。首先,由于无核电的临国――丹麦反应强烈,因此,瑞典为降低核电站风险,从政治角度作出了正式关闭巴舍拜克核电站的决定。
    今后,取消核电计划的实施,需要采取法律措施,但是,能否按计划到2010年正式停止所有的核电站,产业界认为,将是困难重重,不太可能的。

德国    6月15日,德国政府与电力界就逐步关闭核电站问题达成协议:2002年12月31日之前,仅关闭2座核电站,其余的核电站在平均运行了32年时关闭。
    由于前在野党CDU、拜恩州和黑森州不希望逐步取消核电站,德国政府核电政策的实施,将会遇到众多问题。2002年联邦议会选举结果将会对德国核电政策产生重大影响。

(引自百度百科)

电力生产

利用发电动力装置将水能、化石燃料(煤、油、天然气)的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能的生产过程称为发电。

发电动力装置按能源的种类分为火电动力装置、水电动力装置、核电动力装置及其他能源发电动力装置。火电动力装置由电厂锅炉、汽轮机和发电机(惯称三大主机)及其辅助装置组成。水电动力装置由水轮发电机组、调速器、油压装置及其他辅助装置组成。核电动力装置由核反应堆、蒸气发生器、汽轮发电机组及其他附属设备组成。

 输电

电能的传输,和变电、配电、用电一起,构成电力系统的整体功能。通过输电,把相距甚远的(可达数千千米)发电厂和负荷中心联系起来,使电能的开发和利用超越地域的限制。和其他能源的传输(如输煤、输油等)相比,输电的损耗小、效益高、灵活方便、易于调控、环境污染少;输电还可以将不同地点的发电厂连接起来,实行峰谷调节。输电是电能利用优越性的重要体现,在现代化社会中,它是重要的能源动脉。

输电按所送电流性质可分为直流输电和交流输电。19世纪80年代首先成功地实现了直流输电,后因受电压提不高的限制(输电容量大体与输电电压的平方成比例)19世纪末为交流输电所取代。交流输电的成功,迎来了20世纪电气化时代。20世纪60年代以来,由于电力电子技术的发展,直流输电又有新发展,与交流输电相配合,形成交直流混合的电力系统。

输电电压的高低是输电技术发展水平的主要标志。到20世纪90年代,世界各国常用输电电压有110千伏、220千伏及以下,高压输电330~765千伏超高压输电,1000千伏及以上的特高压输电。

 变电

电力系统中,发电厂将一次能源转变成电能,向远方的电力用户送电,为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降,需要将电压升高;为了满足电力用户安全的用电,又要将电压降低,并分配给各个用户,这就需要能升高和降低电压,并能分配电能的变电所。所以变电所是电力系统中通过其变换电压、接受和分配电能的电工装置,它是联系发电厂和电力用户的中间环节,同时通过变电所将各电压等级的电网联系起来,变电所的作用是变换电压,传输和分配电能。变电所由电力变压器、配电装置、二次系统及必要的附属设备组成。

变压器是变电所的中心设备,变压器利用的是电磁感应原理。变压器配电装置是变电所中所有的开关电器、载流导体辅助设备连接在一起的装置。其作用是接受和分配电能。配电装置主要由母线、高压断路器开关、电抗器线圈、互感器、电力电容器、避雷器、高压熔断器、二次设备及必要的其他辅助设备所组成。

二次设备是指一次系统状态测量、控制、监察和保护的设备装置。由这些设备构成的回路叫二次回路,总称二次系统。二次系统的设备包含测量装置、控制装置、继电保护装置、自动控制装置、直流系统及必要的附属设备。
 

配电

电力系统中直接与用户相连并向用户分配电能的环节。配电系统由配电变电所(通常是将电网的输电电压降为配电电压)、高压配电线路(即1千伏以上电压)、配电变压器、低压配电线路(1千伏以下电压)以及相应的控制保护设备组成。配电电压通常有35~60千伏和3~10千伏等。

电力消费

分行业用电情况中国电力主要用于工业,其次为城乡居民生活用电、第三产业用电,一次产业用电比重很低。2009年二次产业用电量占总用电量的74.1%,居民生活用电占12.5%,三次产业占10.8%,一次产业占2.6%。
(引自百度百科)

具有自我恢复原有特性,并可持续利用的一次能源。包括太阳能、水能、生物质能、氢能、风能、波浪能以及海洋表面与深层之间的热循环等。

新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说,新能源包括各种可再能源和核能。相对于传统能源,新能源普遍具有污染少、储量大的特点,对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是化石能源)枯竭问题具有重要意义。同时,由于很多新能源分布均匀,对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。据世界断言,石油,煤矿等资源将加速减少。核能、太阳能即将成为主要能源。

联合国开发计划署(UNDP)把新能源分为以下三大类:大中型水电;新可再生能源,包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能;传统生物质能。

一般地说,常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源,而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此,煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源,而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。随着技术的进步和可持续发展观念的树立,过去一直被是做垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识,作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用,因此,废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。

新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源,相对于常规能源而言,在不同的历史时期和科技水平情况下,新能源有不同的内容。当今社会,新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。按类别可分为:太阳能 风力发电 生物质能 生物柴油 燃料乙醇 新能源汽车 燃料电池 氢能 垃圾发电 建筑节能 地热能 二甲醚 可燃冰等
(引自互动百科)

能源效率就是单位能源所带来的经济效益多少的问题,带来的多说明能源效率高。也就是能源利用效率的问题 。

中国的能源效率仅为33%。中国是一个能源消耗大国,能源消耗总量排在世界第二。而中国人口众多,能源相对缺乏,人均能源占有量仅为世界平均水平的40%,建筑能耗已经占到社会总能耗的40%左右。而能源效率目前仅为33%,比发达国家落后20年,能耗强度大大高于发达国家及世界平均水平,约为美国的3倍,日本的7.2倍。如何提高能源利用效率,已经成为中国政府在中国未来经济发展中一个紧迫的问题。

一般提高能源的使用效率除了采用回收再利用的方法之外就是尽可能增大反应物的表面积以提高受热面积,产生更多的活化分子. 要从建筑物的外观、位置、使用材料的设计入手,调节能源需求;使用高能效锅炉、水泵,使用蓄冷系统、电热联产和三连供系统并对系统定期进行维护,以此提高能效,除此之外,还要尽可能使用风能、太阳能等可再生能源。
(引自互动百科)

与能源供应和能源需求有关的国际性政策。其制定目的在于节约和利用能源,对能源的生产和需求进行总体平衡。其内容包括能源的生产供应、能源转换、能源运送、能源分配与利用等政策,以及一些能源使用方面的具体措施。 (引自互动百科)