魔法禁书目录 18:核能是怎样发电的/热能是怎样发电的

核反应堆是一座产生热量的装置。在核电站，反应堆的作用同燃煤、燃气和燃油电站中锅炉的作用相同。反应堆产生的热量使水变成蒸汽，蒸汽再驱动巨大的汽轮机，继而转动发电机发电。

世界上核反应堆的类型很多，但不同类型反应堆运行的基本原理是相同的。热量是由反应堆中铀原子的分裂而产生的。这一分裂过程称为"裂变"。

人们将反应堆设计成一座使裂变反应发生并能捕获裂变所产生的热量的装置。这些热能用来加热水，使之变为蒸汽，蒸汽能转动大型汽轮机，从而推动发电机发电。

核反应堆的运行原理与任何火力发电厂（煤、石油和天然气）的相同，除了核反应堆使用铀燃料产生热量从而产生电力外。堆芯使用铀作为燃料，裂变反应过程中所产生的热能不断积聚，并传输到蒸汽发生器中，使水变成蒸汽来推动汽轮机，汽轮机使发电机快速旋转，切割磁力线产生电力输出。

排管容器

装满重水的巨大容器，整个排管容器排满了内装燃料棒的压力管。

冷凝器

将蒸汽重新凝结成水，并传输到蒸汽发生器中。

燃料棒

燃料是由具有天然放射性的铀矿制成。铀原子以可控的方式发生分裂,产生众所周知的链式反应。少量的铀燃料可以产生巨大的热能。这些热能用来加热作为反应堆冷却剂的重水。当被加热后的重水流经蒸汽发生器时，又把热量传递给蒸汽发生器的二次侧水，使之沸腾并产生蒸汽。蒸汽流向汽轮发电机系统，在那里热能被转化成机械能，继而转化为电能，产生电力输出。

发电机

发电设备

重水

重水是在普通水中天然存在的物质，是由氘和氧组成的化合物（D2O），好比普通水就是由氢和氧组成的化合物（H2O）。

泵

巨大的热传输泵使高温的重水实现从反应堆到蒸汽发生器的循环。

蒸汽发生器

将重水中的热能传给轻水，使之沸腾变成蒸汽。

汽轮机

利用蒸汽动力带动发电机发电。

以下为海洋热能发电和地热能发电原理。

海洋是世界上最大的太阳能接收器。6000万平方公里的热带海洋平均每天吸收的太阳能，相当于2500亿桶石油所含的热量。现在一个有发展前途的计划可直接将海洋中储存的热能开发出来，这就是海洋热能转换，简称"OTEC"，通常也称作"海洋温差发电"。其原理是，利用热带洋面海水和760米深处的冷海水之间温度差发电。海洋热能转换装置最大优点是可以不受潮汐变化和海浪影响而连续工作。另外，它不但不产生空气污染物或放射性废料，而且它的副产品是优质的淡化海水。热带海面的水温通常约在27℃，深海水温则保持在冰点以上几度。这样的温度梯度使得海洋热能转换装置的能量转换只达3％～4％。因此，海洋热能转换装置必须动用大量的水，方可弥补自身效率低的缺点。实际上20％～40％的电力用来把水通过进水管道抽入装置内部和热能转换装置四周。尽管OTEC装置仍存在不少工程技术和成本方面的问题，但它毕竟有很大潜力。未来学家认为，它是全世界从石油向未来无污染的氢燃料过渡的重要组成部分。有的科学家甚至认为，OTEC对环境无害，并可能提供人类所需的全部能量。

地球内部蕴藏着巨大的热能。从地表向下深人到地球内部，温度逐渐上升，平均温升为20～30。C/千米，地球中心的温度约为6000。C。地热资源按照它在地下储存形式可以分为四大类:水热资源、地压资源、干热资源、熔岩资源。通常所说的地热能是指离地表面10千米以内的热能。

地热发电是把地下热能转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的生产过程。能够把地下热能带到地面并用于发电的载热介质主要是天然蒸汽(干蒸汽和湿蒸汽)和地下热水。

由于热水和蒸汽的温度、压力以及它们的水、汽品质的不同，地热发电的方式也不同。常用的地热发电方式有以下几种：

(1)直接蒸汽法。从地热井取出的高温蒸汽，首先经过净化分离器，脱除井下带来的各种杂质，清洁的蒸汽推动汽轮机作功，并使发电机发电。所用发电设备基本上同常规火电设备一样。

(2)扩容发电方式。即地热水经井口引出至热水箱部分扩容后进人厂房扩容器，扩容后的二次蒸汽进人汽机作功发电。这种一次扩容系统，热利用率仅为3%左右。将一级扩容器出口蒸汽引人汽机前几级作功，一级扩容器后的地热水进人二极扩容器，经二级扩容后进人汽轮机中间级作功，这就是两次扩容地热发电，其热利用率可达6%左右。西藏羊八井地热发电站属此种发电方式的机组，单机容量为3000千瓦。

(3)双工质循环地热发电方式。当地热参数较高，温度在150℃以上时，采用扩容发电很合适。但参数较低时扩容发电就很困难，这种情况适宜采用双工质发电方式。即用参数较低的地热水去加热低沸点的工质(如异丁烷、氟里昂等)，再用低沸点工质的蒸汽去冲动汽轮机。这种方式理论上效率较高，但技术难度大。目前国内进口的两台1000千瓦机组已投产发电。

(4)全流式地热发电方式。将地热介质全部引人全流发电机组。该方式理论上效率很高，可达90%，但实际结果较低。目前，该方式在国内、外仍处于试验阶段，尚未付诸工业应用。

地热发电方式还有两相全流法等。

地热发电的原理与火力发电大致相同。由于地热发电不消耗燃料，因而不需要庞大的燃料运输、存储设施，设备系统比火力发电简单。地热发电后排出的热水只是降低了一些温度，还可以用于取暖、医疗等。地热电站不会排出污染环境的烟气和灰尘。

我国地热资源储量丰富，分布面广，已发现的热沸泉2500处，地热田270多个。地热资源可开采量相当于4626 5亿吨标准煤，地热利用在我国具有广阔前景。

人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。 地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热能是指其储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。