新能源论文

新能源 大连海事大学 《新能源技术》 课程报告 选题名称:核能在航运中的应用 学生姓名:王为帅 学号:2220133543 选课序号:56 完成时间:2014年6月28日 摘要 自世界上第一艘以蒸汽为动力的船舶问世以来，以热机(如柴油机、汽油机以及燃气轮机等)为动力直接驱动螺旋桨的机械推进系统，成为船舶推进的主要方式，在船舶动力装置中占据了主导地位。然而，随着全球石油资源的耗尽，内燃机将逐步退出历史舞台，人们必须在石油没有用完的60年时间里找到新的能源及其动力装置。这是人类在进入21世纪所面临的巨大困难和挑战之一，因此人们一直都在寻找能源利用率高、不污染环境、可再生的新内能源及其利用方式。就现阶段来说，有希望替代化石能源的能源有:氢能、风能、太阳能、电能、核能等。本文主要介绍核能在未来船舶能源中的光辉前景极其重要意义。 关键词 船舶、核能、动力 1. 研究背景 当前，全球航运业一场没有硝烟的“绿色战役”已经打响，世界各国都将围绕“碳排放”而产生新的冲突与博弈，航运业也不可避免地加入到这场持久的“碳减排”大战之中。 此前，在三大运输系统(公路运输、空运和海运)中，海运被认为是最清洁的运输方式，但最新的研究发现，船舶也是重要污染源之一。有报告称，全球每年排放的氮氧化物气体中30%来自海上船舶。据了解，世界上船舶所排放的CO2已经达到11.2亿t(2007年)，约占全球主要温室气体排放量的4.5%。有预测认为，到2020年，全球航运业将需要4亿t燃油，温室气体的排放量将在目前基础上增加75%。找到一种清洁的能源已迫在眉睫。 2. 核能发电的基本原理，系统构成及优缺点 1) 核能(或称原子能)是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特?爱因斯坦 的方程E=mc^2;，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放: 1、核裂变，打开原子核的结合力。2、核聚变，原子的粒子熔合在一起。3、核衰变， 自然的慢得多的裂变形式。目前技术最成熟、运用最广泛的是核裂变发电。本文中所描 述的就是把核裂变装置装载到船舶上，为船舶提供相关动力。 2) 核能发电英文:nuclearelectricpowergeneration利用核反应堆中核裂变所释放出的热 能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力 发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外(见轻水堆)，其他类型 的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回 1 路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。核燃料裂变过程释放出来的能量，经过反应堆内循环的冷却剂，把能量带出并传输到锅炉产生蒸汽用以驱动涡轮机并带动发电机发电。 能量转化过程为:核能?内能?机械能?电能。 ? 受控热核反应 利用原子裂变能发电的核反应堆，尽管其燃料浓度低，但它的自持链式裂变反应速率也是很快的，如果不加以控制，瞬时裂变释放出的巨大能量足以把反应堆摧毁。因此在反应堆内除了要保证自持链式反应的条件外，还要控制反应速率，它是反应堆安全运行的关键问题。 设法寻找一种，使能量大的快中子通过与之产生弹性散射的作用来消耗中子的动能量，降低中子的速度，这样就能使快速链式反应速率降低，这种材料称为慢化剂。核反应堆中所用的慢化剂，一般都是一些原子核质量轻的元素，常用的几种慢化剂是水(相对于重水又称为轻水)、重水和石墨。 氢有三种同位素:氕、氘和氚。它们与氧原子结合，会生成三种不同的水，氕水、氘水和氚水，氕水就是普通水，氘水称作重水，氚水太重，不能做慢化剂。重水是一种良好的慢化剂，但重水代价高昂，需处理3400t普通水才能获得1t重水。水便宜又容易得到，所以它是目前反应堆中用的做多，最广泛的一种慢化剂。轻水的主要缺点是对中子的寄生俘获较高，沸点低。石墨的慢化能力不及重水的一半，但石墨比重水便宜易得，而且耐高温，没有轻水沸点低、易于汽化的缺点，这正是有些反应堆选用石墨做慢化剂的主要原因。 要在反应堆内维持稳定的自持链式裂变反应，必须控制堆内中子增减的数量。这种增减的量度，称作中子增殖系数K:K=一代裂变新生中子数/一代裂变参与反应的中子数。 理想的热中子循环的增殖系数K=1，即新生一代中子与原来一代中子数目相等，链式反应刚好能自行维持下去，裂变反应的规模既不扩大也不减小而保持原状。这种情况称为反应堆的临界状态，反应堆临界状态可保证反应堆在稳定功率下工作。 采用铀235作燃料的反应堆，都是用天然铀浓缩制成直径为9-10mm，长3-4m的燃料棒，集成束的燃料棒与控制棒、慢化剂及反射层材料合理地组成反应堆的堆心。通过调节棒插入堆心中的深度或棒的根数来调节堆内反应性的高低，从而调节反应堆功率的变化，也就控制了裂变反应热的稳定释放。 2 ? 裂变热的转换 反应堆内的冷却剂连续不断地流过堆心，把反应堆所释放的(热)能量及时带出， 再与二次工质进行热交换，供给汽轮发电机组，同时保证反应堆内的温度水平在规定的 范围内。为了简化系统控制，近代核发电反应堆往往在冷却剂中适当加入硼酸，以吸收 过剩的反应性。在运行中，只要适当改变冷却剂中硼的浓度，就可调整堆内反应性的高 低。 3) 优点 , 核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会 造成空气污染。 , 核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 , 核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。 , 核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小， 运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航 次的飞机就可以完成运送。 , 核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际 经济情势影响，故发电成本较其他发电为稳定。 缺点 , 核能运用投资成本太大，船舶公司的财务风险较高。 , 兴建核船舶较易引发政治歧见纷争。 , 核船舶的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态 及民众造成伤害。 运用核能的过程中会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 3. 核能在航运中的发展现状 50多年来，核能的和平利用越发普及，安全系数也大大提高。现在，全世界有438座核电站在运行，随着人们对核技术的进一步掌握，核能电站就能做的越来越小、功率越来越大、安全系数愈来愈高。因此将核技术运用在船舶上用作船舶的推进技术的可行性是非常大的。 3 发展民用核动力船舶，对我国船舶行业而言是一个崭新的课题，但是纵观世界船舶发展史，可以发现已经有若干国家在此方面迈出了第一步。美国、德国、日本、俄罗斯相继建造出了核动力船舶，其中俄罗斯最多，共建成了9艘。所建成的核动力船舶除了日本的没有进行航运营运外，其余船舶全部投入了实际的商业运营，并且期间并未因核动力装置的技术问题导致重大的海事事故。就其整个运行期的数据而言，美国和德国的船舶均有到国外港口停靠的，而上述被抵达港也对上述核动力商船的停靠采取了接纳态度。事实上，日本核动力船所发生的放射性事故并不是很严重，在技术上完全处于可控范围内，只是因为亲历核灾难的日本国民对核事故极度敏感，才最终导致了该船的夭折。 可以说，早期核动力商船在技术上已经是成熟的，运营上也是成功的。相对的国际铀价又在相当长的时期里趋于稳定，则核动力商船的经济优势无疑将凸显出来。 4. 结论与展望 随着科学技术的进一步发展，人类必将充分利用核能的巨大优势，克服核能的缺点，进一步推动社会的进步。总之，核能在未来必将会创造一片新天地，让我们共同期待核时代的到来～ 5. 参考文献 ? 浦溪;核动力船舶的现状 ? 严新平;新能源在船舶上的应用进展及展望 ? 中国能源网 4