利用核能發(fā)電的過(guò)程_核能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)

核能發(fā)電介紹

核能發(fā)電是利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電，它是實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)電的一種重要方式。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)2011年1月公布的數(shù)據(jù)顯示，全球正在運(yùn)行的核電機(jī)組共442座，核電發(fā)電量約占全球發(fā)電總量的16%。擁有核電機(jī)組最多的國(guó)家依次為：美國(guó)、法國(guó)、日本和俄羅斯 。

核能發(fā)電利用鈾燃料進(jìn)行核分裂連鎖反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，將水加 熱成高溫高壓，核反應(yīng)所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬(wàn)倍），而所需要的燃料體積與火力電廠相比少很多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%－4%，其余皆為無(wú)法產(chǎn)生核分裂的鈾238。

舉例而言，核電廠每年要用掉50噸的核燃料，只要2支標(biāo)準(zhǔn)貨柜就可以運(yùn)載。如果換成燃煤，則需要515萬(wàn)噸，每天要用20噸的大卡車運(yùn)705車才夠。如果使用天然氣，需要143萬(wàn)噸，相當(dāng)于每天燒掉20萬(wàn)桶家用瓦斯。換算起來(lái)，剛好接近全***692萬(wàn)戶的瓦斯用量。

利用核能發(fā)電的過(guò)程

1、核裂變發(fā)電

核裂變發(fā)電是將原子核裂變所釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。核電站中的反?yīng)堆種類很多 ， 目前技術(shù)比較成熟且投入商業(yè)運(yùn)行使用的一般有如下幾種 ：壓水堆、沸水堆、重水堆和其它堆 ，主力堆型是壓水反應(yīng)堆。壓水堆核電站主要由原子核反應(yīng)堆、一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)與設(shè)備組成。一回路系統(tǒng)也稱為核島 ，是將裂變轉(zhuǎn)化為水蒸汽的熱能裝置。反應(yīng)堆所產(chǎn)生核能， 使堆芯發(fā)熱溫度升高 ，高溫、高壓的冷卻水在主泵驅(qū)動(dòng)下流進(jìn)堆芯 ，將堆芯中的熱量帶至蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器再把熱量傳遞給二回路循環(huán)系統(tǒng)中的給水，使給水加熱成為高壓蒸汽， 放熱后的冷卻水又重新流回堆芯。這樣循環(huán)往復(fù)構(gòu)成一個(gè)密閉的循環(huán)回路。為了確保安全， 將整個(gè)一回路循環(huán)系統(tǒng)主設(shè)備集中安裝在安全殼內(nèi)。

二回路循環(huán)系統(tǒng)亦稱常規(guī)島 ， 由汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、凝汽器、二回路循環(huán)泵、加熱器除氧器及水箱等設(shè)備組成。二回路中蒸汽發(fā)生器的給水吸收了一回路傳來(lái)的熱量后變成高壓蒸汽 ，推動(dòng)汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后的廢氣在凝汽器內(nèi)冷卻凝結(jié)成水 ，再由給水泵送入加熱器加熱后重新返回蒸汽發(fā)生器 ，再變成高壓蒸汽推動(dòng)發(fā)電機(jī)做功發(fā)電 ，這樣就構(gòu)成了第二個(gè)密閉循環(huán)回路。二回路系統(tǒng)設(shè)備均安裝在汽輪發(fā)電機(jī)組廠房?jī)?nèi)。

2、核聚變發(fā)電

研究表明，核聚變反應(yīng)中每個(gè)核子放出的能量比核裂變反應(yīng)中每個(gè)核子放出的量大約要高 4 倍，因此核聚變能是比核裂變更為巨大的一種能量。太陽(yáng)能就是氫發(fā)生核聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的。核聚變反應(yīng)也稱為熱核反應(yīng)。核聚變反應(yīng)所用的燃料是氘和氚，既無(wú)毒性，又無(wú)放射性，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染和溫室效應(yīng)氣體，是最具開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景的清潔能源。核聚變?nèi)剂想诤Ｋ写罅看嬖?，海水中大約每600 個(gè)氫原子就有一個(gè)氘原子，因此地球上海水中氘的總量約為 40 萬(wàn)億 t。海水中所含的氘為 30 mg /L。

這些氘完全聚變所釋放的聚變能則相當(dāng)于300 L 汽油燃燒的能量。從這個(gè)意義上說(shuō)，如果實(shí)現(xiàn)了核聚變能的利用，則1 L海水就相當(dāng)于300 L 汽油。因此海水中提取氘幾乎是取之不盡，用之不竭。而核聚變反應(yīng)所需的另一種原料氚可以由鋰制造，地球上鋰的存儲(chǔ)量約為兩千多億噸，足以滿足人類開(kāi)發(fā)利用核聚變能的需要。此外，據(jù)資料介紹，月球上儲(chǔ)有豐富的氦－3，氘與氦－3 的核聚變反應(yīng)所釋放的能量比氘 － 氚核聚變反應(yīng)釋放的能量還要大，而且氘與氦 － 3 的核聚變反應(yīng)基本上不產(chǎn)生中子，因此可以大大減輕設(shè)備材料的輻射損傷，降低感生放射性的水平。

人們探測(cè)月球、開(kāi)發(fā)月球的意義由此可見(jiàn)一斑。然而，實(shí)現(xiàn)“受控核聚變”一直是困擾核聚變能利用的難題，為國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)所關(guān)注。2006 年 11 月，歐盟、印度、日本、韓國(guó)、美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)七方正式達(dá)成協(xié)議，選擇在法國(guó)的卡達(dá)拉奇建造世界上第一個(gè)受控核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，預(yù)計(jì)用 10 年時(shí)間完成，如果成功，全世界未來(lái)的電力供應(yīng)將不再受各種復(fù)雜條件的制約。

核能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

（1）核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此 核能發(fā)電 核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染。

（2）核能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。

（3）核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬(wàn)倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便，一座1000百萬(wàn)瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送。

（4）核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國(guó)際經(jīng)濟(jì)情勢(shì)影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。

2、缺點(diǎn)

（1）為核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供必要的條件，使之得以進(jìn)行。

（2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須能由人通過(guò)一定裝置進(jìn)行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發(fā)電，還會(huì)釀成災(zāi)害。（如切爾諾貝利核電站和福島核電站等等）

（3）裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量要能從反應(yīng)堆中安全取出。

（4）裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和放射性物質(zhì)對(duì)人體危害很大，必須設(shè)法避免它們對(duì)核電站工作人員和附近居民的傷害。

（5）核能電廠會(huì)產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過(guò)之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對(duì)相當(dāng)大的政治困擾。

（6）核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境裏，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重。

（7）核能電廠投資成本太大，電力公司的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較高。

（8）核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運(yùn)轉(zhuǎn)。

（9）核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會(huì)對(duì)生態(tài)及民眾造成傷害。

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