最理想的二次能源

最理想的二次能源 最理想的二次能源 发电、输变电和用电过程中完成电磁能与其他能量形式的转换、电压转换、电力传输功能，从而实现即时使用和消费行为的电能。水能、石化燃料(煤、油、天然气)的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为的电能都是电力产品。电能在生产、传送、使用中比其他能源更易于调控，因此，它是最理想的二次能源。 火电 火电是利用煤、石油、天然气等固体、液体燃料燃烧所产生的热能转换为动能以生产电能。根据容量的大小可将电厂分为大型火电厂、中型火电厂、和小型火电厂。但是，这里所说的大、中、小是一种相对的提法，如70年代认为是大型的火电厂，在90年代则被认为是中型甚至是小型电厂。按工质初参数的高低，可将电厂分为低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界压力等几种火电厂;按燃料的不同，可区分为燃煤、燃油和燃气等几类火电厂; 按照原动机的不同可分为汽轮机组发电厂、燃气轮机发电厂、汽轮机一燃气轮机发电厂等;按照主厂房的建造和结构特点，可分为封闭式火电厂、半露天火电厂和露天火电厂;按照其功用的不同，可分为凝汽式发电厂和热电厂，前者安装凝汽式机组，后者安装供热机组(也称热化机组)。火电厂的种类虽然很多，但从能量转换的观点分析，其基本过程则都是相同的，即:将燃料的化学能?热能?机械能?电能。 在现代火电厂中，燃料的化学能转变为电能是在复杂热力循环的基础上完成的，这种循环使发电厂的热经济性得到了很大的提高。 通常将燃料运至电厂，经输送加工后，送入锅炉进行燃烧，使燃料中的化学能转变为热能并传递给锅炉中的水，使水变成高温高压的蒸汽，通过管道将压力和温度都较高的过热蒸汽送人汽轮机，推动汽轮机旋转作功，蒸汽参数则迅速降低，最后排入凝汽器。在这一过程中，蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。 发电机与汽轮机是用联轴器相连一同旋转的，汽轮机转子的机械能，通过发电机转变成电能。 发电机产生的电能，经升压变压器后送人输电线路提供给用户。 水电 水力发电，研究将水能转换为电能的工程建设和生产运行等技术经济问的科学技术。水力发电利用的水能主要是蕴藏于水体中的位能。为实现将水能转换为电能，需要兴建不同类型的水电站 水力发电的基本原理是利用水位落差 ，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水 水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。但为了有 水力发电 效利用天然水能，需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物，如大坝、引水管涵等。因此工程投资大、建设周期长。但水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。由于利用自然水流，受自然条件的影响较大。水力发电往往是综合利用水资源的一个重要组成部分，与航运、养殖、灌溉、防洪和旅游组成水资源综合利用体系。 三峡大坝 的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。 而低位水通过吸收阳光进行水循环分布在地球各处，从而回复高位水源。 风电 是风能发电或者风力发电的简称。风力发电是风能利用的重要形式，风能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展清洁能源是世界各国的战略选择。风电技术装备是风电产业的重要组成部分，也是风电产业发展的基础 近年来，我国风电产业发展形势喜人。1986年，我国山东荣成建成了第一个风电场，安装了3台55kW风电机组。自此之后，全国各地陆续建设了一批风电场。图1为2001年以来我国风电装机容量增长率。由图可见，进入21世纪之后，我国风电装机容量持续高增长。截至2007年底，我国共建成158个风电场，累计装机容量为6030MW，超额完成了原定5000MW装机容量的目标。2008年底风电装机容量达到12500MW，提前两年实现了2010年风电装机10000MW的目标，跃居亚洲第一，世界第四。一年新增6500MW，成为世界上风电装机增速最快的国家之一，2020年有望达到一亿千瓦。在风电技术装备方面，大连华锐3MW海上风电机组近期顺利安装，这是目前我国最大单机容量风电机组。此外，通过一系列国家支持计划、科技攻关和技术引进，我国基本掌握了兆瓦级风电机组制造技术，国产设备市场占有率达到了69%，初步形成了生产叶片、齿轮箱、发电机和控制系统等主要部件的产业链。 风力发电 尽管我国风电产业发展成绩显著，但也面临诸多问题。我国风力发电起步于20世纪80年代初，主要是满足广大牧民生活用电的要求，研制离网型小型风力发电机，单机容量为几十瓦至几百瓦，例如:太原汾西机器厂制造的FD2-150，叶轮直径2米，轮毂高度5.5米，切入风速3米/秒，额定风速7米/秒，额定功率150瓦。并网型风力发电机采取技术引进、消化吸收的技术路线，先后引进了丹麦55千瓦(1986年)和120千瓦失速型风力发电机，在此后的十几年里，并网型风电机组以及相关技术进展缓慢，大多数风电企业的设备及关键技术受制于国外，风电系统人才培养几乎空白。 同时，单机容量和风电场规模大幅增大之后，在研发、设计、制造、规划、并网和电网管理等方面都存在较高难度的技术瓶颈，在目前高速发展(装机容量)的情况之下，急需冷静分析存在的问题，尽力避免出现宏观上、规模化和方向性的失误。为此，本着重分析风电技术研发、质量控制以及行业三个问题，力图为风电产业发展提供借鉴。 核电 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。 什么是核能 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。 内提到的核能是指核裂变能。 前面提到核电厂的燃料是铀。铀是一种重金属元素，天然 铀由三种同位素组成: 铀-235 含量0.71% 铀-238 含量99.28% 铀-234 含量0.0058% 核电 (铀-235是自然界存在的易于发生裂变的唯一核素。) 当一个中子轰击铀-235原子核时，这个原子核能分裂成两个较轻的原子核，同时产生2到3个中子和射线，并放出能量。如果新产生的中子又打中另一个铀-235原子核，能引起新的裂变。在链式反应中，能量会源源不断地释放出来。 铀-235裂变放出多少能量呢?请记住一个数字， 即1千克铀-235全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量。 2.核反应堆原理 反应堆是核电站的关键设计，链式裂变反应就在其中进行。反应堆种类很多，核电站中使用最多的是压水堆。 压水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指头大的烧结二氧化铀芯块，装到锆合金管中，将三百多根装有芯块的锆合金管组装在一起，成为燃料组件。大多数组件中都有一束控制棒，控制着链式反应的强度和反应的开始与终止。 压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，进入蒸汽发生器， 在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去发电，而主冷却剂本身的温度就降低了。从蒸汽发生器出来的主 冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。冷却剂的这一循环通道称为一回路，一回路高压由稳压器来维持和调节。 3.什么是核电站 火力发电站利用煤和石油发电，水力发电站利用水力发电，而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。用铀制成的 核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量 热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是最普通的压水反应堆核电站的工作原理。 在发达国家，核电已有几十年的发展历史，核电已成为一 种成熟的能源。我国的核工业已也已有40多年发展历史，建立了从地质勘察、采矿到元件加工、后处理等相当完整的核燃料循环体系，已建成多种类型的核反应堆并有多年 的安全管理和运行经验，拥有一支专业齐全、技术过硬的队伍。核电站的建设和运行是一项复杂的技术。我国目前已经能够设计、建造和运行自己的核电站。秦山核电站就是由我国自己研究设计建造的。 4.什么是核电厂 电是电厂生产出来的。我们知道有烧煤或石油的火力发电厂，有靠水力发电的水电站，还有一些靠风力、太阳能、 地热、潮汐能、波浪能、沼气生产电力的小型或实验性发 电装置。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。 核电厂用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在一种叫做“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生 器内产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是最普通的压水反应堆核电厂的工作原理。 5.什么是放射性 约在100年前，科学家发现某些物质能放出三种射线:α(阿尔法)射线、β(贝塔)射线，γ(伽玛)射线。 以后的研究证明:α射线是α粒子(氦原子核)流，β射线 是β粒子(电子)流，γ(伽玛)射线是光子流。 这些射线的共同特点是:1、有一定穿透物质的能力;2、人的五官不能感知，但能使照相底片感光;3、照射到某些特 殊物质上能发出可见的荧光;4、通过物质时有产生电离 作用。 射线主要通过电离作用对生物体产生一定的影响。 射线并不可怕，我们吃的食物、住的房屋，甚至我们的身体 内都有能放出射线的物质。我们戴夜光、作X光检查、乘飞机、吸烟都会接受一定的辐射剂量。但是，过高的辐射剂 量会引起有害健康的效应。 两个关于放射性的计量单位 6.什么是反应堆 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。 核电厂用的压水反应堆有一个厚厚的钢质贺筒形外壳，腰部 有几个进水口和出水口，称为压力容器，900兆瓦的压水堆，其压力容器高12米，直径3.9米，壁厚约0.2米。 压力容器是堆芯，堆芯由燃料组件和控制棒组件等组成。 水在它们的间隙中流过。水在此起两个作用，一是降低中子的速度使之易于被铀-235核吸收，二是带出热量。900兆瓦 的压水堆 一般装有157个燃料组件，约含80吨二氧化铀。 压力容器顶装有控制棒驱动机构，通过改变控制棒的位置来实现开堆、停堆(包括紧急停堆)和调节功率的大小。 7.什么叫做核事故 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。 由表可以看出，只有4-7级才称为“事故”。5级以上的事 故需要实施场外应急计划，这种事故世界上共发生过四次，即苏联切尔诺贝利事故、英国温茨凯尔事故，美国三里岛事故和日本福岛核电站事故。 太阳能发电 太阳能能源是来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。 太阳能发电是最理想的新能源 照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。 从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点:?无枯竭危险;?绝对干净(无公害);?不受资源分布地域的限制;?可在用电处就近发电;?能源质量高;?使用者从感情上容易接受;?获取能源花费的时间短。不足之处是:?照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积;?获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。 要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。 目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20%以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%，每瓦发电设备价格降到1-2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。 当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池，光电变换效率可达36%，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。 地热发电 地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。