核能发电原理是什么?核能发电的发展前景如何?

时间:2021年11月29日 13:59:46 点击次数:1769来源:原创

核能是一种高度密集的优质能源,但作为发电的核能却不容易释放。美国拥有世界上最多的核电站,其核电反应堆占世界的四分之一。立陶宛和法国拥有世界上最高的核电比例,核能发电量占全国总发电量的75%以上。那么核能发电原理是什么?核能发电的发展前景如何?

核能发电原理

一、核能发电简介

自20世纪40年代出现原子弹以来,核能逐渐被人们所掌握。准确地说,"原子能 "应该是化学能,例如通过燃烧煤、石油或天然气得到的就是 "原子能",因为这种能量是可燃物质的化学反应所释放的能量。化学反应过程只是将一种或几种物质的分子结构改变为反应中另一种或几种物质的分子结构,即从一种或几种物质变成另一种或几种新物质,不涉及原子的变化。核能是核反应所释放的能量,它将原来的核结构从一个核变为另一个新的核变,即从一个元素变为另一个元素或同位素。核能发电利用这些同位素的核裂变链式反应产生的热量,将水加热成高温高压,驱动蒸汽涡轮机发电。

二、核能发电原理

核能发电的核心装置是核反应堆。核反应堆按引起裂变的中子能量分为热中子反应堆和快中子反应堆。核反应堆的起动、停堆和功率控制依靠控制棒,它由强吸收中子能力的材料(如硼、镉)做成。为保证核反应堆安全,停堆用的安全棒也是由强吸收中子材料做成。

1、核裂变发电

核裂变发电是将原子核裂变所释放的核能转变为电能。核电站中的反应堆种类很多 , 目前技术比较成熟且投入商业运行使用的一般有如下几种 :压水堆、沸水堆、重水堆和其它堆 ,主力堆型是压水反应堆。压水堆核电站主要由原子核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统与设备组成。一回路系统也称为核岛 ,是将裂变转化为水蒸汽的热能装置。反应堆所产生核能, 使堆芯发热温度升高 ,高温、高压的冷却水在主泵驱动下流进堆芯 ,将堆芯中的热量带至蒸汽发生器。蒸汽发生器再把热量传递给二回路循环系统中的给水,使给水加热成为高压蒸汽, 放热后的冷却水又重新流回堆芯。这样循环往复构成一个密闭的循环回路。为了确保安全, 将整个一回路循环系统主设备集中安装在安全壳内。

二回路循环系统亦称常规岛 , 由汽轮机、发电机、凝汽器、二回路循环泵、加热器除氧器及水箱等设备组成。二回路中蒸汽发生器的给水吸收了一回路传来的热量后变成高压蒸汽 ,推动汽轮机,带动发电机发电。做功后的废气在凝汽器内冷却凝结成水 ,再由给水泵送入加热器加热后重新返回蒸汽发生器 ,再变成高压蒸汽推动发电机做功发电 ,这样就构成了第二个密闭循环回路。二回路系统设备均安装在汽轮发电机组厂房内。

2、核聚变发电

研究表明,核聚变反应中每个核子放出的能量比核裂变反应中每个核子放出的量大约要高 4 倍,因此核聚变能是比核裂变更为巨大的一种能量。太阳能就是氢发生核聚变反应所产生的。核聚变反应也称为热核反应。核聚变反应所用的燃料是氘和氚,既无毒性,又无放射性,不会产生环境污染和温室效应气体,是最具开发应用前景的清洁能源。核聚变燃料氘在海水中大量存在,海水中大约每600 个氢原子就有一个氘原子,因此地球上海水中氘的总量约为 40 万亿 t。海水中所含的氘为 30 mg /L。

这些氘完全聚变所释放的聚变能则相当于300 L 汽油燃烧的能量。从这个意义上说,如果实现了核聚变能的利用,则1 L海水就相当于300 L 汽油。因此海水中提取氘几乎是取之不尽,用之不竭。而核聚变反应所需的另一种原料氚可以由锂制造,地球上锂的存储量约为两千多亿吨,足以满足人类开发利用核聚变能的需要。此外,据资料介绍,月球上储有丰富的氦-3,氘与氦-3 的核聚变反应所释放的能量比氘 - 氚核聚变反应释放的能量还要大,而且氘与氦 - 3 的核聚变反应基本上不产生中子,因此可以大大减轻设备材料的辐射损伤,降低感生放射性的水平。

简单来讲,利用中子去撞击铀-235(核燃料)的原子核,会产生3个中子和2个原子核;又一次撞击,会生成9个中子和4个原子核……这就是核裂变。当撞击达到足够次数时,中子的质量会小于铀-235的质量,这样会让铀-235释放出巨大的能量,给反应堆升温。水泵中的水流入反应堆时会给反应堆降温,同时产生蒸汽,蒸汽可以驱动汽轮机发电,这就是核能发电的原理。

核能发电的发展前景

三、核能发电发展前景


1、核能作为一种安全、可靠、清洁、经济的能源,已经成为一些发达国家的首选和我国能源发展的趋势。

2、近年来,根据对世界各国经济建设和社会发展形势的预测,由于能源资源匮乏和温室效应导致的全球变暖威胁,加上核电有利于环境保护的明显优势,将使核电产业蓬勃发展。核能作为一种先进的能源,将在满足未来能源需求方面发挥重要作用。在第三世界经济起飞的国家,常规能源生产不能满足经济发展的要求,需要用核电来补充发电能力。工业化国家在20世纪60年代和70年代建造的核电站即将结束,需要新的核电来取代它们。

3、可持续发展战略已被许多国家、组织和世界上大多数国家接受,并积极采取措施防治污染,保护生态环境。由于核能具有经济、安全、无污染三大优势,发展核能的碳基替代燃料是实施可持续发展战略、防治污染、保护生态环境的切实有效的措施之一。

4、未来的核能必须为公众所接受,其公众接受度将成为决定核能发展规模的重要因素之一。核能已经从上世纪六七十年代的高潮变成了低潮,除了世界经济由高速发展阶段转入稳定发展阶段,能源和电力需求增速大幅下降外,核能发展过程中还发生了三里岛和切尔诺贝利两次重大核事故,引起了公众的疑虑。公众的接受度问题已经成为发展核能的一大障碍,也是重要原因之一。

以上是核能发电原理及发展前景的相关介绍。从核电发展的大趋势来看,中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在实施。目前,中国正在发展压水堆,中期发展快中子反应堆,远期发展聚变反应堆。具体来说,铀资源,采用铀钚循环的技术路线,中期发展快中子反应堆核电站;长期发展聚变反应堆核电站,将基本解决能源需求 "永远 "的矛盾。

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