新能源概論結(jié)課論文

新能源概論結(jié)課論文核能一、發(fā)展史核能問世的準備時期，可以追溯到19世紀末至20世紀初。

19世紀末，英國物理學家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子；1895年，德國物理學家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線；1896年，法國物理學家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)了天然鈾的放射性；1898年，居里夫人又發(fā)現(xiàn)了新的放射性元素釙和鐳；1902年，她經(jīng)過4年的艱苦努力成功分離出毫克級的高純鐳；1905年，愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E＝mc2（c為光速，E為能量，m為轉(zhuǎn)換成能量的質(zhì)量）。

1914年，英國物理學家盧瑟福通過實驗，確定氫原子核是一個正電荷單元，稱為質(zhì)子。1932年，英國物理學家查得威克發(fā)現(xiàn)了中子。1938年，德國科學家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。有些元素可以自發(fā)地放出射線，這些元素叫做放射性元素。放射性元素可以放出3種看不見的射線。一種是α射線，就是氦原子核。一種是β射線，就是高速電子。一種是γ射線，就是高能電磁波。其中γ射線的穿透能力最強。當中子撞擊鈾原子核時，一個鈾核吸收了一個中子而分裂成兩個較輕的原子核，同時發(fā)生質(zhì)能轉(zhuǎn)換，放出很大的能量，并產(chǎn)生兩個或3個中子，這就是舉世聞名的核裂變反應(yīng)。

在一定的條件下，新產(chǎn)生的中子會繼續(xù)引起更多的鈾原子核裂變，這樣一代代傳下去，像鏈條一樣環(huán)環(huán)相扣，所以科學家將其命名為鏈式裂變反應(yīng)。1946年，在法國居里實驗室工作的我國科學家錢三強、何澤慧夫婦發(fā)現(xiàn)了鈾原子核的“三裂變”、“四裂變”現(xiàn)象。鏈式裂變反應(yīng)釋放出巨大的核能，1千克鈾235裂變釋放出的能量，相當于2500噸標準煤燃燒產(chǎn)生的能量。只有鈾233、鈾235和钚239這3種核素可以由能量為0.025電子伏的熱中子引起核裂變。它們都可用作核燃料，其中只有鈾235是天然存在的，而鈾233、钚239是在反應(yīng)堆中人工生產(chǎn)出來的。鈾235在天然鈾中的含量僅為0.7%在1945年之前，人類在能源利用領(lǐng)域只涉及到物理變化和化學變化。二戰(zhàn)時，原子彈誕生了。人類開始將核能運用于軍事、能源、工業(yè)、航天等領(lǐng)域。美國、俄羅斯、英國、法國、中國、日本、以色列等國相繼展開對核能應(yīng)用前景的研究。二、可持續(xù)發(fā)展的能源核能是可持續(xù)發(fā)展的能源世界上核電國家的多年統(tǒng)計資料表明，雖然核電站的投資高于燃煤電廠，但是，由于核燃料成本遠遠地低于燃煤成本，相反核燃料反應(yīng)所釋放的能量卻遠遠高于化石燃料燃燒所釋放出來的能量，而且核燃料取之不皆，這就使得目前核電站的總發(fā)電成本低于燒煤電廠。據(jù)估計，在世界上核裂變的主要燃料鈾和釷的儲量分別約為490萬噸和275萬噸。這些裂變?nèi)剂献憧梢杂玫骄圩兡軙r代。輕核聚變的燃料是氘和鋰，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應(yīng)中能產(chǎn)生約等于300升汽油的能量，即"1升海水約等于300升汽油"，地球上海水中有40多萬億噸氘，足夠人類使用百億年。地球上的鋰儲量有2000多億噸，鋰可用來制造氚，足夠人類在聚變能時代使用。況且以目前世界能源消費的水平來計算，地球上能夠用于核聚變的氘和氚的數(shù)量，可供人類使用上千億年。因此，有關(guān)能源專家認為，如果解決了核聚變技術(shù)，那么人類將能從根本上解決能源問題。

三、我國及其他國家核能技術(shù)的應(yīng)用于發(fā)展1、中國\o"中國"中國\o"核能發(fā)電"核能發(fā)電技術(shù)發(fā)展雖僅約20年，但近幾年強力表現(xiàn)其企圖心，舉凡核電技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造、工程設(shè)計、工程建設(shè)、專案管理及營運管理等方面，皆已具備相當?shù)幕A(chǔ)與實力。自從1994年，第一座電廠運轉(zhuǎn)后，就積極推動其核能計劃；中國電力需求每年以大于8%成長，2007年，核能發(fā)電共626億度電，其占比為1.9%，共有11部機組運轉(zhuǎn)中，裝置容量為8.6百萬瓩。截至2008年6月，有6部機組共5.2百萬瓩正建造中2、美國\o"美國"美國為全世界最大核能發(fā)電國，共有104部機組100.6百萬瓩產(chǎn)生近20%的全國電力。[1]美國自從1977年以后，就沒有新的興建機組定單；然而，在2002年，\o"美國能源部"美國能源部啟動“核電2010計劃”，主要為借由共同承擔財務(wù)及法規(guī)風險，以興建新設(shè)計電廠。在2005年，美國政府通過“能源政策法”，主要內(nèi)容為強化能源自主，減少對外國\o"石油"石油的依賴；并主張核能是能源自主的重要一環(huán)，認同核能是安全及干凈的能源。提出美國應(yīng)該恢復(fù)建造新的核能電廠，制訂“風險保證及發(fā)電稅的減稅措施”，以支援新建核能電廠。此外，2005年的法案亦授權(quán)撥付12.5億美元在進步型\o"高溫同步產(chǎn)氫反應(yīng)器（頁面不存在）"高溫同步產(chǎn)氫反應(yīng)器之研究發(fā)展。由于這些及其他的結(jié)果，在2020年時，將會有實質(zhì)的核能容量加入。[2]另外，提出全球核能伙伴計劃，編列2.5億美元預(yù)算，其目標為與具有先進核能和平利用計劃的法、日、俄等國合作，開發(fā)新反應(yīng)器及\o"核子燃料循環(huán)的技術(shù)（頁面不存在）"核子燃料循環(huán)的技術(shù)。[3]3、法國\o"法國"法國有59部機組共63.3百萬瓩容量，為全世界第二大核能發(fā)電國，僅次于\o"美國"美國；惟其\o"核能發(fā)電"核能發(fā)電占比(2007年為77%)為全世界第一。法國從70年代為一凈能源進口國，迄今法國已成為世界最大的凈電力輸出國。因此電力為法國第四大輸出項目，每年可賺30億歐元。\o"法國電力公司（頁面不存在）"法國電力公司(EDF)將其總發(fā)電量的15%出口至鄰近各國，成為世界第一的電力出口國。法國在經(jīng)濟合作開發(fā)組織的30個加盟國家中，為第四大能源消耗國，但法國每人的\o"二氧化碳排放量（頁面不存在）"二氧化碳排放量卻是第24名，主要是大部分電力來源為核能發(fā)電之故；同時核能發(fā)電也在法國自給能源規(guī)劃中扮演重要角色，使其能源自給率高達50%。\o"核能年發(fā)電量（頁面不存在）"核能年發(fā)電量自1990年起歷經(jīng)14年，成長了43%。法國認為核能為重要的能源供應(yīng)安全之基礎(chǔ)。法國2005年通過的能源法，除明確宣示積極持續(xù)支持再生能源發(fā)展外，亦指出為提供穩(wěn)定的生產(chǎn)電力及減少\o"溫室氣體"溫室氣體排放量，法國能源政策法仍維持核能的選擇架構(gòu)。[7]4、德國\o"德國"德國目前運轉(zhuǎn)的17部核能機組共20.5百萬瓩容量，提供約25%的電力；德國核能發(fā)電工業(yè)于1970年至1989年間蓬勃發(fā)展，然而受到1989年\o"切爾諾貝利事件"切爾諾貝利事件及少數(shù)政黨聯(lián)盟執(zhí)政之強硬\o"反核思想（頁面不存在）"反核思想，于2001年由\o"德國"德國政府與其主要電力公司達成協(xié)議，決定逐步關(guān)閉全國的19個核電機組，平均一部核電廠壽命為32年。同時德國總理\o"梅克爾"梅克爾也于日前\o"基民黨（頁面不存在）"基民黨內(nèi)部會議上表示：逐步淘汰核能的決定是錯誤的，德國在八大工業(yè)國中已被孤立于核能議題之外，尤其\o"意大利"意大利和\o"英國"英國政府修正政策后，更公開支持核能，\o"梅克爾"梅克爾更于結(jié)論中指出一定要再重新討論\o"核能發(fā)電"核能發(fā)電的議題。[8](一)2001年提出廢核主張及2012年修法廢核2001年6月14日德國政府與能源公用事業(yè)簽訂逐步廢除核電決議；后于2002年修訂原子能法，規(guī)范現(xiàn)有核電廠商轉(zhuǎn)至既定年限后逐年除役。(二)2010年重新檢討廢核政策，規(guī)劃核電廠延役2010年德國發(fā)布能源政策行動綱領(lǐng)－“能源概念”，規(guī)劃既有核能機組延役，并計劃課征核燃料稅，作再生能源發(fā)展與能源效率改善之用；并于同年修訂原子能法，將1980年前商轉(zhuǎn)之7座核能電廠延役8年、其余10座核能電廠延役14年。(三)2011年日本福島核災(zāi)后，宣布2022年廢核時程修訂“和平使用核能和防止核損害法”，規(guī)范既有核能機組不延役，于2022年以前全數(shù)除役：1.2011年日本福島核災(zāi)后德國總理梅克爾宣布8座核能機組將永久停止運轉(zhuǎn)。2.其余9座核電機組，將陸續(xù)于2015年停1座，2017年停1座，2019年停1座，2021年停3座；為避免德國電力供應(yīng)中斷，1988年后興建完成的3座核電機組將持續(xù)使用至2022年底。\o"Wikipedia:列明來源"[來源請求]5、日本\o"日本"日本為第四大核能發(fā)電國，僅次于美、法與瑞士。目前有55部機組共47.6百萬瓦容量，提供全國30%的電力，若扣除\o"核能發(fā)電"核能發(fā)電，電力自主率僅約4%。日本2006年公布國家能源新戰(zhàn)略及核能立國計劃大綱，明述主要目標在于實現(xiàn)全球能源永續(xù)發(fā)展及確保日本能源供應(yīng)安全，相關(guān)核能具體內(nèi)容包括：(1)提高現(xiàn)有\(zhòng)o"輕水式反應(yīng)器（頁面不存在）"輕水式反應(yīng)器的運轉(zhuǎn)效率，建議提高\o"核能發(fā)電"核能發(fā)電占全國總發(fā)電量比例30%甚至40%以上；(2)投資新建、擴建和改建核能電廠；(3)2006年起建造第2座\o"放射性廢棄物（頁面不存在）"放射性廢棄物處置廠；(4)將\o"快中子滋生反應(yīng)器（頁面不存在）"快中子滋生反應(yīng)器示范建造、試運轉(zhuǎn)日期提前至2025年；(5)積極參加美國主導的全球核能伙伴計劃(GNEP)。而\o"日本社團法人原子力產(chǎn)業(yè)會議（頁面不存在）"日本社團法人原子力產(chǎn)業(yè)會議（JAIF）更預(yù)估，2050年核能發(fā)電將占全國的60%且于2008年10月16日發(fā)表“2100年核能愿景─對低碳社會的建言”，系利用其累積研究開發(fā)成果的技術(shù)，以及目前致力于實用化研究開發(fā)的技術(shù)，評估到2100年時，對\o"石化燃料"石化燃料的依存度可從現(xiàn)在的85%降低到30%，同時\o"二氧化碳"二氧化碳的排放量也可降低到現(xiàn)在的10%。則推算2100年核能所占發(fā)電量比率為\o"核分裂爐（頁面不存在）"核分裂爐53%（其中\(zhòng)o"輕水爐（頁面不存在）"輕水爐18%、\o"快滋生式反應(yīng)爐（頁面不存在）"快滋生式反應(yīng)爐35%）、\o"核融合爐（頁面不存在）"核融合爐14%，合計67%。[12]2006年日本原先立場為致力發(fā)展核能，并提出“核能立國計劃”[\o"編輯段落：2006年日本原先立場為致力發(fā)展核能，并提出“核能立國計劃”"編輯]四、核能未來的發(fā)展趨勢21世紀初人類面臨發(fā)展的能源瓶頸,傳統(tǒng)能源存量不足,效率低,污染大。目前“三足鼎立”的核能、水能、燃氣能中核能優(yōu)勢明顯,核電具有資源豐富、高效、清潔而安全的相對優(yōu)勢,水電資源的開發(fā)取決于長遠生態(tài)影響的評估和科學論證,燃氣能受制于資源的存量,其他可再生新型能源如風能、生物質(zhì)能特別是太陽能由于成本高、效率低,短期內(nèi)難以成為能源供應(yīng)主力,因此,未來20——30年核電將會迅速發(fā)展以緩解人類能源需求.21世紀的能源格局是核能、水能、燃氣能“三足鼎立”,核電的開發(fā)和利用給生態(tài)資源、環(huán)保護、社會生活以及經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大利益,也對人類的安全和可持續(xù)發(fā)展形成潛在威脅,從可持續(xù)發(fā)展的角度對核電開發(fā)和利用進行分析,能更好地保護環(huán)境和促進人類利益。核電是和平利用核能的主要途徑。核電作為一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源受到世界各國的普遍重視。截至1998年3月，已有30多個國家和地區(qū)建造或計劃建造的各類核電站共437座，總裝機容量超過3.5億千瓦。隨著人們環(huán)保意識的增強，用新一代核電站替代化石燃料發(fā)電將成為21世紀能源舞臺上的主旋律。所謂新一代核電站是指安全性能更好、可靠性更高、經(jīng)濟上更加合理的核電站。大家知道，現(xiàn)有的核電站大多數(shù)是在前0年代核電高速發(fā)展階段建造的。這些核電站的設(shè)計壽命為30-40年，現(xiàn)在正在研究，可望將其壽命延長到60年?？茖W技術(shù)進步和社會大眾對核安全的關(guān)注，使人們對核電站的安全性提出了更高的要求。要求核電站的反應(yīng)堆從設(shè)計原理上就具備固有安全性。所謂固有安全性是指反應(yīng)堆不但在任何事故條件下都能自動停止運行，而且在最嚴重的假想事故下，停堆后的剩余發(fā)熱能依靠自然對流等自然機制導出堆外，保持堆芯和核燃料元件的完整，從根本上排除堆芯熔化和放射性逸出的可能性。這種具有固有安全性的反應(yīng)堆將成為下世紀替代原有核電機組和化石燃料發(fā)電的明星。

面對化石能源的緊缺與其使用所帶來的諸多困擾，世界各國除充分利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)能源外，還大力研究開發(fā)新能源，以實現(xiàn)能源多樣化，如科學家們提出的“向太空要能源”(擬建太空太陽能電站)，“向月球要能源”(擬開發(fā)地球上貧乏而月球上豐富的核聚變?nèi)剂虾?3)，以及氫能、地熱能、海洋能等的開發(fā)研究。

聰明智慧的核物理學家和核能專家們更為人類描繪了一幅回答所面臨的能源總是挑戰(zhàn)的藍圖。他們構(gòu)筑的基本思路是：大力開發(fā)利用核能，拓寬核能應(yīng)用領(lǐng)域，盡快以核能去替代化石的能源。目前，廣泛投入使用的熱堆核電站技術(shù)上已基本成熟;快堆電站將大大提高軸資源的利用率;人們充滿信心、已取得可喜進展的聚變反應(yīng)堆核電站將長期地滿足人類能源的需求;科學家們正在進一步探索和構(gòu)想的正反物質(zhì)湮沒堆核電站更能提供取之不盡，用之不竭的能源。

核能供熱是和平利用核能的另一途徑。根據(jù)供熱溫度的不同又分為低溫供熱和高溫供熱兩大類。

海洋核電站是人們隨著海洋石油開采不斷向深海海底發(fā)展而提出的一項大膽設(shè)想。它采用的是一種安全性非常好的鈾氫鋯反應(yīng)堆(又稱脈沖反應(yīng)堆)。在勘探和開采深海海底的石油和天然氣時，需要從陸地上的發(fā)電站向海洋采油平臺遠距離供電。為此，就要用很長的海底電纜將電輸送過去。這不僅技術(shù)上要求很高，而且要花費大量的資金。如果在采油平臺的海底附近建造海底核電站，就可輕而易舉地向采油平臺或其他遠洋作業(yè)設(shè)施提供廉價的電力。

核反應(yīng)堆還可用作各種艦船(原子破冰船、核潛艇、核航空母艦等)的動力裝置。微型瓜堆重量輕、性能可靠、使用壽命長，可作為空間核電源。太空核反應(yīng)堆所用的燃料為高濃鈾?？臻g核能源之利用有兩個途徑：一是，采用高濃度的鈾燃料與氫化鋯慢化劑均勻混合的熱中子反應(yīng)堆，反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量由液體鈉-鉀合金帶出，鈉-鉀冷卻劑帶出的熱量在熱電轉(zhuǎn)換放熱器中直接轉(zhuǎn)換成電源;二是，以熱電偶或熱離子方式發(fā)電。

目前，科學家們又在研制一種稱為“外中子驅(qū)動的次臨界裝置”。它是用外中子源(如用加速器產(chǎn)生的散裂中子源驅(qū)動次臨界裝置(即處于次臨界狀態(tài)的反應(yīng)堆)生產(chǎn)核蒸汽以帶動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。這不僅提高了核電站的安全性，還可嬗變長壽命核素，在處理放射性廢物方面是頗有吸引力的裝置。此外，大力發(fā)展和推廣同位素與輻射技術(shù)也是核工業(yè)經(jīng)濟建設(shè)和人民生活服務(wù)的重要內(nèi)容。同位素和輻射技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境、考古、科研和教學等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，有著廣闊的發(fā)展前景，是核科技產(chǎn)業(yè)化的一個重要組成部分。

氫的核聚變反應(yīng)需極高的溫度，太陽的高溫來自核聚變。地球上除實驗室外并不存在自然的核聚變條件。

進入90年代以后，人們在受控熱核聚變研究中取得了突破性的進展。1991年11月9日，歐洲聯(lián)合環(huán)JET裝置首次成功地實現(xiàn)了受控熱核聚變。1993年，美國TFTR裝置也進行了氘氚受控熱核聚變實驗。JET上獲得的聚變功率輸出為16.1兆瓦，輸出能量為21.7焦耳。同時，日本的托卡馬克JT-60上獲得等放四舍五入加熱功率與輸出核聚變功率之比已高達1.25，并且其等離子體參數(shù)已達到或超過受控熱核聚變的條件，如峰值離子溫度為4.5億攝氏度(要求1億攝氏度)。至此，受控熱核聚變的科學可行性得到了證實，具備了開展工程試驗研究的科學技術(shù)基礎(chǔ)。據(jù)此，核科學家們認為，若由國際原子能機構(gòu)組織的國地合作科研工程如(國際受控熱核實驗反應(yīng)堆)大型裝置的資金問題得到解決，可以樂觀地估計，到21世紀50年代，第一座用于發(fā)電的商用熱核聚變反應(yīng)堆將開始運轉(zhuǎn)。五、核危機及核能的弊端:全世界人均頭頂3噸炸藥,美國國會2008年夏天發(fā)布的報告則透露，1945年至今，全球各國大約制造了12.8萬枚核彈，其中美國有7萬多枚，蘇聯(lián)（俄羅斯）有5.5萬枚。雖然當前全球核彈數(shù)量已削減至2.5萬－3萬枚，但這還相當于全球人均頭上頂了3噸多的三硝基甲苯（TNT）炸藥，仍可把地