第二章清洁能源材料一核能

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1、第二章清洁能源材料第一节核能与核能材料一、核能概述世界上第一座商业化核电站1956年在英国运作，现在有435座商业化核电反应堆运行在30个国家，总容量370，000Mwe，供应全球电力的16%。还有56个国家拥有284个研究堆和220个船用核动力装置。正在建设的核反应堆有30个，计划建设的核反应堆超过70个经过50余年的核能利用和发展，世界上已有448座核电机组在运行，核电站容量达到368.4GW(国家能源局副局长刘琦:中国发展清洁能源面临诸多挑战)我国能源体系的特点是以燃煤为主，约占一次性能源消耗量的70%，到本世纪中叶，煤、气等常规能源将不能满足我

2、国快速发展的经济对能源的需求。从环境的角度看，煤和石油的燃烧，造成严重的环境污染，我国许多城市污染物浓度达到世界前列。如沈阳、北京和上海等。我国民用核动力事业起步晚，1991年12月浙江嘉兴的秦山核电站首次并网发电，1994年4月设入商业运行，1995年7月通过国家验收。广东深圳的大亚湾核电站1987年8月7日工程正式开工，1994年2月1日和5月6日两台单机容量为984MWe压水堆反应堆机组先后投入商业营运。中国目前有4座核电站11台机组运行：秦山核电站，广东大亚湾核电站，田湾核电站，广东岭澳核电站在建和规划中的主要核电站7个：广东阳江核电站浙江三门

3、核电站辽宁红沿河核电站江西九江彭泽核电厂将投资人民币400亿，2008年动工。涪陵核电厂投资人民币200亿2013年首台机组并网发电，湖南省拟建的核电站，目前已完成水文等8个外围专题山东威海规划建设一座195兆瓦气冷式核电站，这将是全球首个投入商业运营的“球床”核反应堆2005年中国就发布了《核电中长期发展规划》，提出要加快核电站的批量建设，推进核电产业化进程。根据规划，到2020年核电要达到4000万千瓦左右的装机容量，占全国电力装机容量的4%，占总发电量的6%。核能的优势（1）核能是主要的电力来源。（2）核能的废气排放量很少。（3）核能的电力成本低

4、有关传统燃料可靠性及价格等问题也促使各国纷纷考虑核电。世界核协会按照发电厂建造及运营的全部电成本以两种利率进行了计算。按照10%的利率计算，每千瓦中等发电成本，核能为4.0美分，煤为4.7美分，天然气为5.1美分。按照5%的利率，每千瓦中等发电成本有所下降，核能为2.6美分，煤3.7美分，天然气为4.3美分。此外，化石燃料价格的上涨使核能更具优势。二、核能发电原理核能的释放通常有两种形式：重核的裂变和轻核的聚变重核裂变能源：是重核的裂变，即一个重原子核（如铀、钚），分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放出巨大的能量轻核聚变能源：两个

5、轻原子核（如氢的同位素氘），聚合成为一个较重的核，从而释放出巨大的能量。理论和实践都证明，轻核聚变比重核聚变释放出的能量要大得多。利用重核裂变，人们已经制造出了原子弹，若通过反应堆对其加以人工控制，就可实现原子能发电。利用轻核聚变原理，人们已经制造出比原子弹杀伤力更大的氢弹，氢弹是无控制爆炸性核聚变。要实现核聚变能的和平利用，即核聚变发电，必须对核聚变实行人工控制，使核聚变反应按照人们的需要有序地进行，这就是受控核聚变。常见的压水反应堆核电站，主要包括两大部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛，包括反应堆装置和回路系统；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包

6、括汽轮发电机系统。核电站用的燃料是铀，它是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在反应堆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，电能就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方三、核能材料核动力发展必须解决两个重要问题：提高反应堆的安全性和改善其经济性,要解决这两个问题，一是从设计和管理上解决，研究发展固有安全性好，非能动反应堆，二是提高反应堆材料性能。先进核动力反应堆主要指先进型压水堆、先进型沸水堆、非能动简化型沸水堆、供热反应堆、模块式高温气冷堆、快中子反应堆、聚变反应堆、聚变-

7、裂变反应堆和加速器驱动清洁核能系统（有称能量放大器）等。其中先进型压水、沸水、非能动沸水堆是对原来普通水堆的改进和发展。四、先进热中子反应堆材料先进热中子反应堆包括先进压水堆、先进沸水堆、非能动沸水堆、低温供热堆和高温气冷堆。低温供热堆的主要目的是供热，而压水堆、沸水堆则是将核能转化为热能，最后把热能转化为电能输送出去。（一）LWR材料目前世界上的动力反应堆，绝大部分是轻水堆（LWR），LWR材料主要包括核燃料、包壳、慢化材料和反射层材料、冷却剂、控制材料、压力容器和管道材料以及屏蔽材料。1、核燃料元件对核材料，完整的实际运行数据资料是应该有好的辐照稳

8、定性和滞留裂变产物的能力。可以认为，UO2燃料的研究具有成熟的理论和实际应用经验，所以燃料目前