【文章內(nèi)容簡介】 視頻：核電站 ? 中國現(xiàn)有的核電站包括： –秦山核電站（運營中） –大亞灣核電站（運營中） –嶺澳核電站（運營中） –田灣核電站（建設(shè)中） –三門核電站（建設(shè)中） 大亞灣核電站 廣東省深圳市龍崗區(qū) 大鵬鎮(zhèn)大坑村 嶺澳 I期核電站 廣東省深圳市龍崗區(qū) 大鵬鎮(zhèn)嶺澳村 秦山 I期核電站 浙江省嘉興市海鹽縣 秦山鎮(zhèn) 秦山 II期核電站 浙江省嘉興市海鹽縣 武原鎮(zhèn)楊柳山 秦山 III期核電站 CANDU型重水壓水堆 由加拿大原子能源有限公司 (AECL Atomic Energy of Canada Limited)投資設(shè)計建造并經(jīng)營，運行 20年后產(chǎn)權(quán)和管理歸屬中國。 秦山三期重水堆核電站 三門核電站 浙江省嘉興市 海鹽縣秦山鎮(zhèn) 螳螂山 田灣核電站 江蘇省連云港市連云區(qū) 高公島鄉(xiāng)田灣 核能優(yōu)點 ? 減少依賴化石燃料 。 ? 生產(chǎn)巨大能量 。 ? 只需小量原料 。 ? 鈾礦蘊藏量足夠長期使用。 ? 運作成本較低 （約為火力發(fā)電三分之一） 。 ? 生產(chǎn)電力時不會造成空氣污染。 核能的缺點 ——呼喚人類技術(shù)進步 如果核能發(fā)電廠發(fā)生爆炸就會放出大量的輻射 。 切爾諾貝利核電站大爆炸 已有近萬人死亡， 十萬人受到核輻射傷害，造成直接經(jīng)濟損失數(shù)十億美元，間接經(jīng)濟損失數(shù)千億美元，后患將影響一百年以上。 有專家認為，蘇聯(lián)境內(nèi)將有兩萬五千人死于核污染引起的癌癥。 核廢料的處理不當將造成輻射污染 核能發(fā)展現(xiàn)狀與國家能源需求 ? 核能是公認的現(xiàn)實的可大規(guī)模替代常規(guī)能源的既干凈又經(jīng)濟的現(xiàn)代能源 –一座百千瓦核裂變電站， 300萬噸原煤 /年 –法國核電約占總發(fā)電量的 70%左右 –英、美等國核電約占總發(fā)電量的 20%左右 , ? 而中國大陸僅 1% 左右，核電可大有作為 ! 可控 核聚變 的研究現(xiàn)狀與前景 ? 中國、日本、韓國、俄羅斯、美國和歐盟 6大 ITER成員國 2021年 6月 28日在莫斯科敲定 法國 的卡達拉舍（ Cadalache）為可控核聚變反應(yīng)堆建設(shè)地，這一為期 30年、共計投資將超過 100億歐元的國際超大型科學(xué)合作項目很快就將正式啟動。 托卡馬克裝置 ? 托卡馬克 (Tokamak)是一種利用 磁約束 來實現(xiàn)受控核聚變的 環(huán)性容器 。它的名字 Tokamak 來源于環(huán)形 (toroidal)、真空室 (kamera)、磁(magnit)、線圈 (kotushka)。最初是由蘇聯(lián)的阿齊莫維齊等人在 20世紀 50年代發(fā)明的。 ? 托卡馬克的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。 托卡馬克裝置 Tokamak Fusion Test Reactor, 1989, USA 托卡馬克裝置 Glowing Plasma inside the Tokamak Fusion Test Reactor 中國的托卡馬克裝置 中國的超導(dǎo)托卡馬克 EAST，Experimental Advanced Superconducting Tokamak) 中國的人造太陽 ——實驗室研發(fā)階段 核輻射及其防護 ——三種射線 ?、 ?和 ? ? 1899年盧瑟福（ ）發(fā)現(xiàn)了 ?、 ?射線 ? 1900年法國維拉爾發(fā)現(xiàn)了 ?射線 ? 盧瑟福是這三類輻射術(shù)語的命名者。 – ?射線是帶兩個正電荷的氦核流； – ?射線是帶是帶負電的電子流； – ?射線是電中性的電磁輻射（高能光子流）。 三種射線在電場中的偏轉(zhuǎn) 對這三種射線，用它們在垂直于運動方向的電場（或磁場）中的軌跡即可區(qū)分。 視頻：三種射線 三種射線穿透性比較 放射性活度和電離輻射劑量 ? 放射性活度 ? 一定量的放射性核素在單位時間內(nèi)的衰變數(shù) ? 單位： 1貝克勒爾（ Bq） =1次衰變 /秒 ? 1居里（ Ci） = ?1010 Bq ? 放射性活度只取決于放射源的性質(zhì) ? 電離輻射與輻射劑量 ? 電離輻射： ?、 ?與 ?射線可以直接或間接引起物質(zhì)電離 放射性活度和電離輻射劑量 ? 電離輻射的照射劑量單位 ? 電離輻射劑量 描述放射性射線與物質(zhì)的相互作用后使物質(zhì)發(fā)生電離能力的大小。 ? 單位： 1倫琴（ R） = ?104 庫侖 /千克 ? 吸收劑量 及單位 ? 吸收劑量： 單位質(zhì)量的被照射物吸收輻照能量的能力 ? 單位： 1戈瑞（ Gray） =1焦耳 /千克 放射性活度和電離輻射劑量 ? 輻射劑量當量和有效劑量當量： ? 描述生物組織對輻射吸收劑量所產(chǎn)生的效應(yīng) ? 單位： 1希沃特（ Sv） =1焦耳 /千克 ? 常用單位：毫希（ mSv） ? 1Sv=1000mSv ? 常用單位：雷姆（ rem） ? 1Sv=100rem 日常生活中接觸到的輻射劑量 ? 國家規(guī)定安全劑量 5 mSv／年 ? 北京地區(qū)天然本底 2 mSv／年 ? 吃食物 mSv／年 ? 磚制房屋 mSv／年 ? 乘飛機 mSv／小時 日常生活中接觸到的輻射劑量 ? 胸部透視 大于 mSv／次 ? 消化道造影 大于 mSv／次 ? 吸煙 20支／天 1 mSv／年 ? 門診透視 大于 mSv／次 ? 泥土、空氣 mSv／年 太陽能 太陽灶 太陽能熱水器 航天器 太陽能發(fā)電裝置 太陽能汽車 太陽能發(fā)電站 太陽能儲備 太陽能電池 ? 1954年 美國貝爾實驗室制成了世界上第一個實用的太陽能電池，效率為 4%，于 1958年應(yīng)用到美國的 先鋒 1號 人造衛(wèi)星上。 ? 太陽能電池逐漸由航天等特殊的用電場合進入到地面應(yīng)用 中。一個 4KW的屋頂家用光伏系統(tǒng)可以滿足普通家庭的用電需要，每年少排放的 CO2的數(shù)量相當于一輛家庭轎車的年排放量。 ? 由于 材料、結(jié)構(gòu)、工藝 等方面的不斷改進，現(xiàn)在太陽能電池的價格不到 20世紀 70年代的 1%。預(yù)期 10年內(nèi)太陽能電池能源在美國、日本和歐洲的發(fā)電成本 將可與火力發(fā)電競爭。目前，年均增長率 35%， 是能源技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最快的行業(yè)。 UV Visible Infrared ?太陽能電池的發(fā)電原理是基于光伏效應(yīng) (Photovoltaic Effect)由太陽光與材料相互作用而產(chǎn)生電勢。 太陽光譜圖 太陽能電池的種類 按照所用材料的不同： ? 無機太陽能電池 ? 半導(dǎo)體硅 (單晶、多晶、非晶、復(fù)合型等） ? 化合物半導(dǎo)體（ GaAs、 CuInSe CdTe、 InP等） ? 有機太陽能電池 ? 有機半導(dǎo)體（酞菁鋅、聚苯胺、聚對苯乙炔等） ? 光化學(xué)太陽能電池（ 納米 TiO2等） 無機太陽能電池 工作原理 當太陽能電池受到陽光照射時，光與半導(dǎo)體相互作用可以產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子 空穴對靠半導(dǎo)體內(nèi)形成的勢壘分開到兩極，正負電荷分別被上下電極收集。由電荷聚集所形成的電流通過金屬導(dǎo)線流向電負載。 無機太陽能電池研究進展 名稱 禁帶寬度 ( eV) 轉(zhuǎn)換效率 應(yīng)用實況 單晶硅 1 .1 2 24 .4 用于空間及地面太陽電池 多晶硅 1 .1 2 18 與單晶硅占市場 70~80% 非晶硅 1 .5 ~ 2 .0 13 占市場 10~20% 消費電子 , 能源 復(fù)合型 1 7 .3 已商業(yè)化 Cd T e 1 .4 4 15 與 Cd S 結(jié)合構(gòu)成的太陽電池已商業(yè)化 Cu I n S e2 1 .0 4 17 探索大面積應(yīng)用批量生產(chǎn)技術(shù) GaAs 1 .4 2 3 7 .4 已開始用于空間太陽電池 I n P 1 .3 5 1 9 .1 耐輻射性能優(yōu)異 , 處于研究開發(fā)階段 表 1 無機太陽能電池的性能及應(yīng)用 ?單晶硅：澳大利亞新南威爾士大學(xué)格林教授發(fā)電成本可降低為 5~8美分 /（ kWh） M. Gr228。tzel, Photoelectrochemical cells, Nature 2021(414), 338 有機太陽能電池 ? 工作原理 : 有機半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子和空穴束縛在激子 (excitons)之中 ,電子和空穴在界面 (電極和導(dǎo)電聚合 物 的 結(jié) 合 處 ) 上分離 。 ? 研究進展 : 美國加州伯克利分?？茖W(xué)家在 2021年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽能電池 ，可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上 。 提供 0． 7V的 電 壓 。 ? 特點：價格低 、 易成型 ， 通過化學(xué)修飾調(diào)控性能 。 色素敏化 光化學(xué) 太陽能電池（ DSSCs） 陽極： 染料敏化半導(dǎo)體薄膜 TiO 染料 陰極： 鍍鉑的導(dǎo)電玻璃 電解質(zhì)： I3/I 太陽能電池的發(fā)展方向 ? 材料與器件結(jié)構(gòu)的研究與開發(fā) – 各種太陽能電池材料研究 – 雜質(zhì)與缺陷的轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性影響 – 使用薄膜技術(shù)和剝離技術(shù)。 – 大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā) ? 跟蹤與聚光 ? 儲電及并網(wǎng)發(fā)電結(jié)合 – 并網(wǎng)發(fā)電已占 50% – 以建成多個兆瓦級的電站， ~100MW規(guī)模 VS太陽能熱發(fā)電站 ? 與建筑物結(jié)合 _環(huán)保建筑 – 架設(shè)太陽電池組件 ? 日本： 19942021年 2萬套屋頂光伏系統(tǒng) 185MW ；七萬屋頂計劃 280Mw ? 美國： 1997~2021年 百萬屋頂計劃 3025MW 發(fā)電成本 6美分 – 集成在建筑材料上 ? 曲線形屋頂瓦、垂直幕墻、窗用玻璃 風(fēng)力發(fā)電 ? 風(fēng)能是取之不盡，用之不竭的清潔，無污染，可再生能源。 ? 風(fēng)力發(fā)電有很強的地域性。 不是任何地方都可以建站的。它必須建在風(fēng)力資源豐富的地方。即風(fēng)速大、持續(xù)時間長。風(fēng)力資源大小與地勢、地貌有關(guān)，山口、海島常是優(yōu)選地址。 – 如新彊達板城、年平均風(fēng)速 /秒； – 內(nèi)蒙古輝騰錫勒，年平均風(fēng)速為 /秒， – 江西鄱陽湖，年平均風(fēng)速 /秒； – 河北張北，年平均風(fēng)速 /秒； – 遼寧東港，年平均風(fēng)速 /秒； – 廣東南澳，年平均風(fēng)速 /秒； – 福建平潭島全縣年平均風(fēng)速 /秒，平潭縣海潭島，年平均風(fēng)速為 /秒，年可發(fā)電風(fēng)時數(shù)為3343小時，為目前中國之冠。（以上數(shù)字引自 “ 全國風(fēng)力發(fā)電信息中心的并網(wǎng)風(fēng)電場介紹 ” ）。 – 南海的南沙群島，該島一年連續(xù)刮六級以上大風(fēng)有160天。在我國這樣的地方還有許多許多正等待我們?nèi)ヌ剿鳌l(fā)現(xiàn)。 ? 風(fēng)的季節(jié)性，決定了風(fēng)力發(fā)電在整個電網(wǎng)中處于“配角 ″地位。 ? 風(fēng)力發(fā)電機使用有三種運行方式： –能源利用： ? 風(fēng)力發(fā)電機 ， 機群并網(wǎng)運行 。 有風(fēng)發(fā)電 ， 電能送入電網(wǎng) 。 無風(fēng)不發(fā)電 。 – 無電網(wǎng)的高山 ， 海島 ， 牧區(qū) ： ? 風(fēng)力發(fā)電機與柴油發(fā)電機并聯(lián)運行 。 有風(fēng)時風(fēng)力發(fā)電 ， 無風(fēng)時柴油發(fā)電機犮電 。 對用戶來説時時都有電 。 – 同上無電網(wǎng)地區(qū)，要求不使用柴油發(fā)電，時時有電供應(yīng)： ?採用蓄電池儲能的 ACDCAC，即交，直，交風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。 ?也就是有風(fēng)時 ， 風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出交流電 ， 經(jīng)整流為直流電對蓄電池充電。再利用電力電子器件制造的 “ 逆變器 ″將蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)化為三相恒頻恒壓的交流電。這種系統(tǒng)多用在高山雷達站、微波中繼站，海洋燈塔 ， 航標燈場合。 ? 建設(shè)周期短 –一個萬千瓦級的風(fēng)電場建設(shè)周期不到一年。 ? 裝機規(guī)模靈活 –根據(jù)資金情況靈活安排 ? 可靠性高 –機組壽命一般可達 20年。 ? 運行維護簡單 ? 實際占地面積少 –機組、監(jiān)控與變電等建筑僅占火電廠的 1%土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用。 ? 單機容量小 風(fēng)能發(fā)電 澳大利亞風(fēng)力發(fā)電 電池 化學(xué)電池 一次電池 二次電池 燃料電池 物理電池 太陽能電池，原子能電池 …. 生物電池 微生物電池，光合成電池 … 電池材料 化學(xué)電源的特點