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可再生資源的缺點范文1
關鍵詞： 分布式電源；計量原理；損耗
中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）1110098-02
0 前言
隨著科學技術的發展，各種新興電力技術也應運而生。分布式電源接入配電網技術作為其中新興技術之一，以其分布式電源特有的獨立性、靈活性，對配電網產生了很大的變化。因此，本文主要研究分布式電源接入配電網后，其產生的電能是如何進行計量的，以期為分布式電源接入配電網技術中電能計算上提供理論依據。
1 分布式電源
分布式電源的定義是不通過其他媒介，在配電網上直接布置，或者在負荷附近分部的一種發電源。一般分布式電源可分為太陽能光伏電池、風力發電、燃料電池和微型燃氣輪機等。其發電量一般都在50～1000瓦，甚至可達到數千瓦。分布式電源主要可分為兩類，可再生資源類與不可再生資源類。
1.1 可再生資源類
1.1.1 太陽能光伏電池
太陽能光伏電池顧名思義就是利用太陽能進行發電，其工作原理是光伏電池在日照充足的情況下，對光能進行存儲，并轉化為電能。由于太陽能是一種可再生資源，同時又是一種無污染的環保型資源。因此，太陽能光伏電池的應用前景十分廣闊。
1.1.2 風力發電
風力發電就是利用風能進行發電，其工作原理是通過裝置將風進行收集，對風能進行存儲，并轉化為電能。雖然風能發電的技術受地理環境影響較為嚴重，但由于風能同樣是一種可再生資源，同時也是一種無污染的環保型資源。因此，風力發電的應用前景也十分廣闊。
1.1.3 潮汐能發電
潮汐能發電就是通過裝置將海水中的潮汐能轉化為電能的發電技術。其工作原理是利用漲潮落潮產生的動力，通過水輪將潮汐能轉化為機械能，再由機械能轉化為電能。
1.1.4 小水力發電
小水力發電就是利用規模較小的水電站即其小電網進行發電。其工作原理與潮汐能發電類似，但其又可分為引水方式發電、堤壩方式發電、混合方式發電，以及抽水蓄水方式發電。
1.1.5 熱能發電
熱能發電就是將熱能進行轉換為機械能，再轉化為電能的發電方式。其工作原理是將熱水產生的熱蒸汽或機械設備過熱產生的熱流，進行搜集，通過汽輪機進行轉化為機械能，再由機械設備轉化為電能進行發電。它也是一種可再生能源、對環境污染小。
1.2 不可再生資源類
1.2.1 燃料電池
燃料電池就是利用燃料進行發電，其工作原理是通過燃料的電化學反應，不通過燃燒燃料就可以將燃料中的化學能轉化為電能。具體轉化過程為：在燃料電池的負極，即陽極，開始氧化反應，讓燃料從負極失去電子，從而產生電流首先。其產生的電流又通過載體到達燃料電池的正極，即陰極，電子開始還原反應。燃料電池的缺點在于它需要足夠的燃料以及氧化劑，同時，廢棄燃料電池容易對環境造成污染。
1.2.2 微型燃氣輪機
微型燃氣輪機是目前應用最廣泛的分布式電源之一，它是一種以天然氣、汽油作為原料，通過燃燒原料的方式進行發電的一種超小型燃氣輪機設備。其工作原理與燃氣輪機一致，其主要優點是體積小，污染小，重量輕；其缺點是它的發電利用率較低。
2 計量方式
2.1 配電網總能量的計量原理
分布式電源接入配電網后，為配電網增加一定的電能。其增加的電能主要計量原理是，分布式電源接入電量一般已知，只要計算在輸送過程中損失的電量，就能得出分布式電源接入配電網后產生的電能量。通常損失的電量是因為電能在傳輸過程中經過變壓器、輸電線路等裝置，造成一定的電能損耗。其配電網總能量的計量公式如下：
配電網總能量=DG輸入電能-損耗電量
2.2 配電網損耗電量的種類
在配電網中損耗的電量種類可分為三種，分別為可變損耗、固定損耗和不明損耗。其中，在電能傳輸過程中，線路及變壓器中的電能損耗占到總損耗的95%以上，其他電能損耗僅占5%。因此，為了便于計算，一般來說，僅計算線路及變壓器中的電能損耗，其他損耗忽略不計。
2.2.1 可變損耗
可變損耗主要有線路導線中的線損、變壓器繞組中的銅損和電能表電流圈中的損耗。
2.2.2 固定損耗
固定損耗主要有變壓器中的鐵損、電容器的介質損耗、電能表電壓線圈和鐵芯中的損耗。
2.2.3 不明損耗
不明損耗主要有用戶違章用電和切點損耗、電網元件漏電損失、營業中抄核收之差錯損失、計量表計量誤差損失。
2.3 配電網損耗電量的計算方法
2.3.1 均方根電流法
均方根電流法是對通過電流的線路中所有的電能損耗進行均方根處理，算出分布式電源接入配電網所產生的損耗。
均方根電流法的優點是計算精度較高且計算原理簡單；缺點是必須通過對變壓器進行實測數據，才能得到準確數據，否則只能通過分配容量負荷方法來進行計算，計算結果容易與實際情況不符。其次是對線損部分只能對各節點的電流進行代數加減，得到的結果也與實際情況不符合。
2.3.2 形狀系數法
形狀系數法是在平均電流法的基礎上進行改進的，它是對電流通過線路產生的損耗進行匯總，計算出它的總損耗，從而得出在分布式電源接入配電網后的實際電能損耗。
形狀系數法的優點是計算精度非常高；缺點是其計算過程中的重要參數K不容易計算，同時此方法不適用于分布式電源接入低等級的配電網的計量，計量結果與實際結果差距較大。
2.3.3 損耗因素法
損耗因素法是在形狀系數法的基礎上進行改進的，它是將電流流過線路后產生的線損的總和進行統計后，然后平均處理，計算出它的實際電能損耗。
損耗因素法的優點是計算時只需要一日的最大電流及損耗因素F，需要的數據很少，便于計算；缺點是重要參數F不容易計算，同時不同的接入配電網形式需要不同的計算方法，算法不通用，同時計算的精度很低，與實際情況差距較大。
2.3.4 最大負荷損耗小時法
最大負荷損耗小時法是指計算分布式電源接入配電網后一段時間內的損耗，從而得出一年的電能總損耗。
其優點是需要的基礎資料較少，且計算過程十分簡單；缺點是計算的精度十分低，僅適用估算一年的損耗電能，不適用精確計算損耗電能。
2.3.5 等值電阻法
等值電阻法是假設在配電網的一端有一個等值電阻存在，則總電流通過配電網一端產生的損耗就是整條線路不通分電阻產生的電能損耗的總和。
等值電阻法的優點是克服了上述算法的缺點，理論研究基礎雄厚，長期實踐經驗表明應用于分布式電源接入10千伏以下的配電網中的計量十分準確；缺點是由于是假設在配電網一端設等值電阻，對結果的精度有一定的影響，與實際情況略有背離。
2.3.6 潮流法
潮流法的基本單位是饋線，對配電網中的負荷節點的電壓進行計算就可以得出分布式電源接入配電網中的耗損總量。
潮流法的優點是計量的精度非常高；缺點是需要的參數條件非常多，為準確計算帶來非常大的阻礙。
潮流法的算法主要有牛頓拉夫遜法、等效功率節點法、PQ分解法，前推法和迭代法等。
2.3.7 電壓損失法
電壓損失法是假設所有的接入點都在配電網線路的最終端，從而計算出一個近似的配電網線損量。
電壓損失法的優點是計算方法十分簡單；缺點是需要假設一個條件，僅限于估算范圍，無法準確計算。且只能對抵壓配電網的線損進行計算，計算范圍有限。
2.3.8 其他方法
例如竹節法、遺傳算法與人工神經網絡算法、基于區間算法和模糊識別算法都可以對分布式電源接入配電網的線損進行準確計算。
這些方法的優點是計算結果非常精確，缺點是需要建立規模較大的模型，對于龐大的配電網系統計量十分困難。
3 結論
本文通過分析分布式電源接入配電網中電量計量的原理中，發現只需要準確計算出接入過程中的損耗電量，就可以得出最終的電量。
詳細探究了幾種常用的計算配電網電能損耗的方法，從算法上來看，平均電流法、形狀系數法、損耗因素法以及潮流法均為傳統算法，理論依據充足，算法也比較簡單，容易理解。但是其計算精度普遍較差，與實際情況相差較大，且很多計算數據在實際情況中無法檢測得到，最終決定這些算法只能在理論計算中應用。
而現代算法如竹節法、遺傳算法與人工神經網絡、基于區間算法、模糊識別算法并未作詳細介紹，但其計算精度非常準確，但是要求建立相應的模型，同時僅限于簡單配電網的應用，很難應用于大型配電網中進行計算。
因此，目前來說仍然很難找到一種完全理想的方法來計量分布式電源接入配電網中的電能。只有通過多種方法的計算，得到各種結果，對這些結果進行對比，最終獲得一個較為準確的數值。
參考文獻：
[1]虞忠年，電力網電能損耗[J].北京：中國水利電力出版社，1992：5-7.
[2]王建、李興源、邱曉燕，含有分布式發電裝置的電力系統研究綜述.[J].電力系統自動化，2005，29（24）：90-96.
[3]王振銘，分布式能源的發展前景[J].沈陽工程學院學報，2006，2（2）：108.
可再生資源的缺點范文2
一、汽車制造技術綠色節能環保標準要求
(一)低污染物排放標準
汽車尾氣對空氣質量具有較大影響，所以要想做到節能高效，首先要解決汽車的尾氣排放問題，使其盡量減少污染物的排放。當前，石油燃料汽車尾氣排放的氣體都含有氮氧化物與二氧化硫這兩種對人體及生活環境有毒、有害的氣體以及能造成溫室效應的二氧化碳等，且在空氣中的含量越來越高，這幾種氣體同時嚴重威脅著大氣層。所以，在設計節能綠色汽車時要考慮到綠色的特點，使汽車排放的尾氣盡量環保，這就要充分發揮汽車電動機和尾氣處理裝置的作用，使汽車在運轉過程中能夠自行處理產生的各種廢氣，保證汽車排出的氣體對空氣沒有影響，確保環境的綠色可持續發展。
(二)節約能源標準
我國地大物博，有著豐富的礦產資源，但很多資源屬于不可再生資源。隨著開發規模的不斷加大，人類更應該學會節約使用資源。在生產汽車過程中需要消耗大量的資源，因此從環保角度來說，汽車生產應該更加重視環境保護，提高資源的使用率。
當前，我國汽車擁有量越來越多，時代的發展也要求必須生產節能汽車，同時也要求汽車設計師采取各種措施和手段，提高汽車自身設計水平和標準，以設計出高效節能的汽車用品，其中汽車的核心——發動機應該為其中最為重要的設計要件，通過設計使用制動能回收、優化燃燒、提高燃料利用率以及運用新材料，實現汽車輕量化等實現節能減排。
二、綠色汽車制造技術的對策和措施
(一)混合動力汽車
混合動力一般是指把汽油、柴油、電能混合使用使汽車產生動力的一種動力方式。目前，采用混合動力技術能夠大大提高汽車的燃油經濟性。油電混合動力汽車能夠有效提升汽車動力總成的輸出功率，有效減少了汽車的耗油量。目前由于發動機存在功率低下問題，所以可以使用電能來進行補充，在汽車發動機低功率運行時，就能夠對電池進行充電，通過這種方法來增強汽車的動力性能。
(二)電動汽車
傳統汽車使用的汽油或柴油等能源為不可再生資源，燃燒時能源不能實現高效利用，而且其產生的尾氣對空氣會造成污染，但如果使用電能就能夠有效避免環境污染問題，而且電能能夠通過水能、風能、太陽能等可再生能源中獲得，是一種天然的無污染能源。電能所具有的這一特性，使得電動汽車可以在閑暇時間充電，從而增強了電能的使用效率，而且電池能夠方便回收，以便重復使用，提高資源利用率，減少資源浪費。同時，在大城市電池可以作為單獨驅動裝置，實現 “零排放”。顯然，電動汽車的優點是突出的。當然其也存在較多的缺點和不足，如，儲存電能不大，使用壽命不長，占用空間較大，成本較高等，這些方面還待日后進一步開發和解決。
(三)燃料電池汽車
燃料電池主要利用氫氣與氧氣在燃料電池內的化學反應產生電能，帶動汽車的運轉。氫氧反應排出的尾氣只有氫元素和氧元素，產生的是水蒸氣，不存在尾氣環境污染問題，而且可以降低熱量和二氧化碳的排放，有效緩解溫室效應。和傳統汽車相比，該燃料汽車在構造方面也實現了很大的進步。當然，仍存在一定的缺點，如氫氣生產難度大、汽車續航里程短等問題，這些不足還有待今后的進一步開發和研究。
(四)創新汽車生產和制造方式
要想生產出節能、綠色汽車則需應用新型生產與制造環節，就要迅速淘汰傳統汽車生產模式，認真研究新時期發展特點，利用新的設計理念，發揮高科技機械設備的作用，生產出具有較高標準的節能綠色汽車。
總之，隨著我國經濟的快速發展，汽車已經進入千家萬戶，在人們的生活中發揮的作用也越來越大，為了響應節能環保的要求，我國則需不斷引進新技術，力求生產高標準的節能綠色汽車。對于我國來說，只有不斷提高生產節能綠色汽車的能力，才能與時展保持一致，才能有利于實現我國經濟的可持續發展。我們有理由相信，社會各界對生產制造節能綠色汽車的要求越來越高，其投入也會不斷增多，我國一定會生產出符合時代特色的節能、綠色汽車。
可再生資源的缺點范文3
關鍵詞：景觀設計；生態設計；重要性
中圖分類號：S611文獻標識碼： A
引言
景觀設計已經成為一門學科被人們重視和接受,與以往的景觀設 計相比,現代景觀設計發生了質的變化,現代景觀設計更加注重景觀的生態性與環保性,而且現代景觀設計的創作對象多數是人們的生存環境,在具體的設計過程中 不僅要強調藝術性,還要思考生態性,只有這樣才能為人類營造一個溫馨的居住環境,提高人們生活的環境質量。本文針對景觀設計展開討論,分析了景觀設計中生 態設計的重要意義。
一、生態設計的含義
生態學家瑞恩( Sirn Van dcr Ry n) 和考恩( Cow an) 在1996 年提出生態設計的定義:任何與生態過程相協調,盡量使其對環境的破壞影響達到最小的設計形式都稱為生態設計,這種協調意味著設計應尊重物種多樣性，減少人類對自然資源的剝奪利用，保持營養和水循環，維持植物生境和動物棲息地的環境質量，以改善人居環境及生態系統的健康。
生態觀念即人與自然協調發展的觀念，滲透到設計過程中使設計師在塑造物質、能量時把人與自然看成一個完整生態系統，而不是“人類中心論”或“自然決定論”,設計的最終目的( 預想的需要或欲望) 是最大限度的借助于自然力的最少設計( minimumdesign)。
景觀生態設計包括廣義和狹義兩個層面的含義。狹義層面是指以景觀生態學的原理和方法進行的景觀設計。它注重的是景觀空間格局和空間過程的相互關系。景觀空間格局由斑塊、基質、廊道、邊界等元素構成。廣義層面是指運用生態學( 包括生物生態學、系統生態學、人類生態學和景觀生態學等) 的原理、方法和知識，對某一尺度的景觀進行規劃和設計。這個層面上的景觀生態設計，實質上是對景觀的生態設計。
二、景觀設計與生態設計之間的關系
景觀設計在很大程度上都直接在改變著我們身邊的環境，而這種改變又因工程的大小而對環境進行不同程度的改造，景觀設計師雖然不能完全以科學的眼光看待設計，但是設計師必須了解科學，了解生態，在景觀設計中形式和視覺的美感固然重要，但是設計師也不能在景觀設計中只講究形式和視覺的美，也要考慮到這個設計方案會不會對環境和生態產生破壞，一個對生態對環境造成破壞的景觀設計作品一定不是一個好的作品，這樣的作品是有很大的缺陷的，是不符合可持續發展戰略的設計。舉個簡單例子，如果設計師在進行景觀設計的時候不考慮當地的地理和生態環境，為了追求形式和視覺的美而在北方地區的景觀設計項目中，在植物配置的時候選用南方的常綠闊葉植物，這樣的設計是不符合自然規律的，也是不科學的。
在景觀設計中綜合的進行環境和生態分析，努力把我們人類生活的環境改造成美麗而又可持續發展的健康的居住環境，設計師的作用是把那些不美的環境，遭到破壞的和存在缺陷環境，運用設計的各種手法，把它們改造成既生態又美麗和能夠更加適合人類和其他動植物生長和生活的環境。
三、當代景觀設計的生態設計原則
3.1尊重自然
自然有其自身的演變和更新規律，同時又具有很強的自我維持和自我恢復能力，生態設計要充分利用自然的能動性來實現生態系統的自我恢復。尊重自然發展過程，增強場地的自我調節能力，發展可持續的、生態的當代景觀。
3.2最小干預最大促進
景觀設計總是在一定場地上進行的，人類的活動對自然環境必然會產生干擾。生態設計就是要盡可能減小對場地的擾動，并努力通過設計的手段促進自然生態系統的物質利用和能量循環，維護場地的自然過程與原有生態格局，增強生物多樣性。
3.3 4R 原則
“4R”即Reduce、Reuse、Recycle 和Renew able。“Reduce”減少對各種資源尤其是不可再生資源的使用,謹慎使用可再生資源;“Reuse”在符合工程要求的情況下對基地原有的景觀構件進行再利用;“Recy- cl”建立回收系統，循環利用回收材料和資源; “Renewable”利用可回收材料與保留下的資源，創造新的景觀，服務于新功能。
3.4以科學技術為指導
科技是第一生產力，充分利用當今最先進的科學技術來為景觀生態設計服務?？茖W的發展推動了技術的進步，利用高科技技術以提高資源的利用率，利用高科技材料以減少對不可再生資源的利用，借助科技創造高技術的景觀。
3.5藝術功能相結合
設計是一門藝術的學科，景觀是一個綜合的整體。設計師應當以現代藝術的思想理解現代景觀的生態設計，以此來創造即飽含藝術美感，又滿足社會功能的現代新景觀。
四、當代景觀設計的生態設計手法
4.1對場地的處理——保留與再利用
充分尊重場地歷史和現狀特征，保留場地的原有元素，對原有材料再次利用。這種處理手法讓場地訴說歷史的同時，節省了材料，也減少生產、加工、運輸材料而消耗的能源，減少了對場地原有生態環境的破壞,無疑是一種生態的設計手法。
1972年,在主持美國西雅圖煤氣廠公園的景觀設計時，設計師理查德·哈格( Richard Haag ) 從公園的現有條件出發，保持原本地貌，并選擇性保留了基地中的舊工業設備。一些氣壓、水壓設備則被刷上了紅、黃、藍、紫等鮮艷的顏色，有的覆蓋在簡單的坡屋頂之下，成為游戲室內的器械。工業設施和廠房被改建成餐飲、休息、兒童游戲等公園設施，這些被大多數人認為是丑陋、骯臟的工業設備，經過哈格的改造，重新獲得了極高的審美情趣和社會價值[ 5] 。
4.2對材料的處理——循環利用與生態優先
以本地材料為主，倡導使用綠色材料。材料選擇需要考慮的一個因素是材料的耐久性; 其次考慮的是材料使用中只需要少量維護或者維護中對環境影響較小。另外，應該盡量使用本地材料。因此，設計師應該力求尋找一種耐久性長，本地生產的、低維護性、低能耗的材料。
材料內含能量( embodied energ y ) 與原料的開采、制造過程和方法、運輸距離的遠近有密切的關系,因此使用本地材料不僅可節省運輸所需的時間及相關金錢的花費，還可大大減少對異地生態環境的破壞及相關運輸路途中對環境的污染[ 6] 。生態透水材料的使用就是生態優先的體現。城市中大量的硬化材料有兩大缺點: 不透水、吸收和儲存熱量能力強。這兩大缺點造成城市地下水源得不到補充，下雨時城市的雨水系統的壓力巨大; 熱島效益增強，對城市生態系統造成負面影響。而生態透水材料就能很好的解決這兩大難題。
4.3對生態資源的處理—— 經濟高效與科技創新
任何一種能源的開發和利用都給環境造成了一定的影響，尤其以不可再生能源引起的環境影響最為嚴重和顯著，而開發使用清潔能源和可再生能源則是改善環境、保護資源的有效途徑。降低能源需求，減少能量消耗，使用高效節能技術，使用可更新和高效的能源供應技術，是利用清潔能源及節能的根本原則。1983 年彼得·拉茨在卡塞爾市建造了自己的住宅，這是一處以太陽能為主的生態住宅，這一住宅也為他贏得了相關建筑獎。在其設計的北杜伊斯堡景觀公園中，水是循環利用的。污水經過處理后匯集了收集的雨水，引至工廠中原有的冷卻槽和沉淀池，經澄清過濾后流入埃姆舍河。原工廠的舊排水渠改造成水景公園，利用新建的風力設施帶動凈水系統,將收集的雨水輸送到各個花園，用來灌溉。整治后的埃姆舍河段成為了一個長條形水池，干凈的水被循環利用。
4.4對垃圾的處理——變廢為寶再生利用
從整個地球生態系統的良性循環出發，通過對材料和資源的再生利用，將改造后的“廢料”塑造新景觀，從而最大限度地減少對新材料的需求，減少對生產材料所需的能源的索取。彼得·拉茨德國北杜伊斯堡景觀公園中，在這里場地上的工業廢料被循環使用，如磚被收集起來作紅色混凝土的骨料; 廠區堆積的焦炭、礦渣和金屬物用作一些植物生長的媒介或地面表層的材料；用鐵路護軌整修成新的道路,用49塊廢置的鐵板鋪設了金屬廣場。拉茨將基地中的重新利用，即減少了生產、加工、運輸材料而消耗的能源,也減少了施工中的廢棄物，體現了生態的設計理念。
五、結語
生態設計重視對自然環境的保護，運用景觀生態學原理建立生態功能良好的景觀格局，促進資源的高效利用與循環再生，減少廢物的排放，增強景觀的生態服務功能。當代景觀設計中生態設計應該遵循三大理念:
(1)保護性景觀設計
對區域的生態因子和物種生態關系進行科學的研究分析，通過合理的景觀設計，最大限度地減少對原有自然環境的破壞，以保護良好的生態系統。設計師利用生態的設計方法，減少人為干擾因素，保護著基地內的自然生態環境，協調基地生態系統，使其更加健康的發展。
(2)恢復與促進性景觀生態設計
一般說來，生態系統具有很強的自我恢復能力和逆向演替機制。生態環境除了受到自然因素的干擾之外，還受到人為因素的干擾。用景觀的方式修復場地肌膚，促進場地生態系統的良性發展成了當代景觀設計師的重大責任。面對滿是創傷的場地，設計師首先考慮的問題是如何進行生態的恢復，即使面對未被破壞的場地，也開始思考如何通過景觀設計的方法促進場地生態系統的完善。
(3)補償性景觀生態設計
在設計中運用科學手段，探索更適宜在景觀中應用而又能減少對生態環境影響的設計手法和景觀元素，有意識地為已遭破壞的生態環境進行恢復，是一種以景觀形式對自然進行補償的設計過程。現在，設計師們已經通過科學技術盡可能的減少了可再生能源的消耗，而開始大量應用自然界中的可再生能源,如太陽能、風能等，以適應現代生態環境。生態設計的目的是維護自然生態系統的平衡，維持物種的多樣性，保證資源的永續利用，但歸根結底都是為了人類社會的可持續發展。隨著公眾生態意識的不斷增強和技術手段的不斷改進，生態設計的理念將日益深入人心，并不斷滲透到人們的日常生活之中，同時對生態設計理論的深入和對設計手法的探索與拓展也必將更進一步。而在我國逐漸步入節約型社會的同時，景觀設計師應該通過對生態理念的理解,遵循生態原則，使得人居環境逐步走向生態化，并達到人與自然的和諧發展。
參考文獻：
可再生資源的缺點范文4
循環制氫和利用生物質轉化制氫等, 不僅對各項技術的基本原理做了介紹, 也對相應
的環境, 經濟 和安全 問題 做了探討. 對可再生氫能系統在香港的 應用 前景做了展望.
關鍵詞: 可再生能源, 氫能, 電解水, 光伏電池, 太陽能熱化學循環, 生物質
引言
技術和經濟的 發展 以及人口的增長, 使得人們對能源的需求越來越大. 目前 以石
油, 煤為代表的化石燃料仍然是能源的主要來源. 一方面, 化石燃料的使用帶來了嚴
重的環境污染, 大量的co2, so2, nox氣體以及其他污染物, 導致了溫室效應的產生和
酸雨的形成. 另一方面, 由于化石燃料的不可再生性和有限的儲量, 日益增長的能源
需求帶來了嚴重的能源危機. 據估計, 按照目前的消耗量, 石油僅僅能維持不到50年,
而煤也只能維持200年. kazim 和 veziroglu (2001)[1]指出, 做為主要石油輸出國的阿拉
伯聯合酋長國, 將在2015年無法滿足石油的需求. abdallah 等人(1999)[2]則宣布, 埃
及的化石燃料資源, 在未來的20年內就會耗盡! 而作為能源需求大國的
盡管電解水制氫具有很高的效率, 由于昂貴的價格, 仍然很難大規模使用. 目前
三種電解槽的成本分別為: 堿性電解槽us$400-600/kw, pem電解槽約us$2000/kw, 固體
氧化物電解槽約us$1000-1500/kw. 當光伏電池和電解水技術聯合制氫時, 制氫成本將
達到約us$41.8/gj(us$5/kg), 而當風力發電和電解水技術聯合制氫時, 制氫成本約為
us$20.2/gj (us$2.43/kg) [20].
2. 太陽能熱化學循環制氫
太陽能熱化學循環是另一種利用太陽能制取氫燃料的可行技術. 首先, 由太陽能
聚光集熱器收集和匯聚太陽光以產生高溫. 然后由這些高溫推動產氫的化學反映以制
取氫氣. 目前國內外廣泛 研究 的熱化學制氫反應有: (1) 水的熱分解(thermolysis);
(2) h2s的熱分解和(3) 熱化學循環水分解.
2.1. 水的熱分解制氫
由太陽能聚光器產生的高溫可以用于對水進行加熱, 直接分解而產生氫氣和氧氣.
反應式如(4)
2h2o 2h2 + o2 (4)
在這個反應中, 水的分解率隨溫度的升高而增大. 在壓力為0.05bar, 溫度為2500k時,
水蒸汽的分解率可以達到25%, 而當溫度達到2800k時, 則水蒸汽的分解率可達55%. 可
見提高反應溫度, 可以有效產氫量. 然而, 反應所需的高溫也帶來了一系列的 問題 .
由于溫度極高, 給反應裝置材料的選擇帶來了很大限制. 適合的材料必須在2000k以上
的高溫具有很好的機械和熱穩定性. zirconia由于其熔點高達3043k而成為近年來在水
的熱分解反應中廣泛使用的材料 [21,22]. 其他可選的材料及其熔點見表2.
表2. 作為熱化學反應裝置備選材料及其熔點 [22]
table 2 some materials and their melting points [22]
oxides t oc carbides t oc
zro2 2715 b4c 2450
mgo 2800 tic 3400-3500
hfo2 2810 hfc 4160
tho2 3050 hbn 3000 (decomposition)
另一個問題就是氫和氧的分離問題. 由于該反應可逆, 高溫下氫和氧可能會重新結合
生成水, 甚至發生爆炸. 常用的分離 方法 是通過對生成的混合氣體進行快速冷卻(fast
quenching),再通過pd或pd-ag合金薄膜將氫和氧分離. 這種方法將會導致大量的能量
損失. 近幾年有研究人員采用微孔膜(microporous membrane)分離也取得一些成功
[22,23], 使得直接熱分解水制氫研究又重新受到廣泛關注.
2.2. h2s的熱分解
h2s是化學 工業 廣泛存在的副產品. 由于其強烈的毒性, 在工業中往往都要采用
claus process將其去除, 見式(5)
2h2s + o2 2h2o + s2 (5)
這個過程成本昂貴, 還將氫和氧和結合生成水和廢熱, 從而浪費了能源. 對h2s的直接
熱分解可以將有毒氣體轉化為有用的氫能源, 變廢為寶, 一舉兩得. h2s的熱分解制氫反
應式見(6)
2h2s 2h2 + s2 (6)
該反應的轉化率受溫度和壓力的 影響 . 溫度越高, 壓力越低, 越有利h2s的分解. 據報
道, 在溫度1200k,壓力1 bar時, h2s的轉化率為14%, 而當溫度為1800k, 壓力為0.33bar
時, 轉化率可達70% [24]. 由于反應在1000k以上的高溫進行, 硫單質呈氣態, 需要與氫
氣進行有效的分離. 氫與硫的分離往往通過快速冷卻使硫單質以固態形式析出. 同樣,
這種方法也會導致大量的能量損失.
2.3. 熱化學循環分解水制氫
水的直接熱分解制氫具有反應溫度要求極高, 氫氣分離困難, 以及由快速冷卻帶
來的效率降低等缺點. 而在水的熱化學分解過程中, 氧氣和氫氣分別在不同的反應階
段產生, 因而跨過了氫氣分離這一步. 并且, 由于引入了金屬和對應的金屬氧化物,
還大大降低了反應溫度. 當對于水直接熱分解的2500k, 水的熱化學循環反應溫度只有
1000k左右, 也大大減輕了對反應器材料的限制. 典型的2步熱化學循環反應式見
(7)-(10).
2 y x o
2
y xm o m + (7)
2 y x 2 yh o m o yh xm + + (8)
或者 2 o o m o m y x y x + ′ ′ (9)
2 y x 2 y x h o m o h o m + + ′ ′ (10)
其中m 為金屬單質, mxoy 或1 1 y x o m 則分別為相應的金屬氧化物. 適合用做水的熱化學
循環反應的金屬氧化物有tio2, zno, fe3o4, mgo, al2o3, 和 sio2等. zno/zn 反應溫度較
低, 在近幾年研究較多 [24-29]. fe3o4/feo 是另一對廣泛用于熱化學分解水制氫的金屬
氧化物. 該循環中, fe3o4 首先在1875k 的高溫下被還原生成feo 和 o2, 然后, 在573k
的溫度下, feo 被水蒸汽氧化, 生成fe3o4 和 h2. 經研究發現, 用mn, mg, 或co 代替
部分fe3o4 而形成的氧化物(fe1-xmx)3o4 可以進一步降低反應溫度 [4], 因而更具 發展
前景.
除了以上所述2 步水分解循環外, 3 步和4 步循環分解水也是有效的制氫方式.
is(iodine/sulfur)循環是典型的3 步水分解循環, 該循環的反應式見(11)-(13):
4 2 x 2 2 2 so h hi 2 o h 2 so xi + + + at 293-373k (11)
2 2 i h hi 2 + at 473-973k (12)
2 2 2 4 2 o
2
1 so o h so h + + at 1073-1173k (13)
在is 循環中,影響制氫的主要因素就是單質硫或硫化氫氣體的產生等副反應的發生. 為
盡量避免副反應的發生, x 的值往往設置在4.41 到11.99 之間[30]. ut-3 則是典型的
4 步循環[31]. 其反應式見(14) - (17):
2 2 2 o
2
1 cabr br cao + + at 845 k (14)
hbr 2 cao o h cabr 2 2 + + at 1,033 k (15)
2 2 2 4 3 br o h 4 febr 3 hbr 8 o fe + + + at 493 k (16)
2 4 3 2 2 h hbr 6 o fe o h 4 febr 3 + + + at 833 k (17)
熱化學循環分解水雖然跨過了分離氫和氧這一步, 但在2 步循環中, 生成的金屬在
高溫下為氣態并且會和氧氣發生氧化還原反應而重新生成金屬氧化物, 因此, 需要將
金屬單質從產物混合物中分離出來. 金屬單質的分離一般采用快速冷卻使金屬很快凝
固從而實現分離. 同樣, 在3 步循環中, 氫和碘也需要及時的分離. 采用的分離技術都
類似.
2.4. 熱化學循環分解水制氫的現狀
熱化學循環制氫在歐洲研究較多, 但由于產物的分離一直是一個比較棘手的問題,
能量損失比較大, 此種制氫方法還沒有進入商業化的階段. 在swiss federal institute of
technology zurich,對zno/zn 循環制氫研究已經比較深入. 他們的研究目前主要集中在
產物的分離以及分解水反應的機理方面 [32]. swiss federal office 則已經啟動了一個
“solzinc”的計劃, 通過zno/zn 循環制取氫氣以實現對太陽能的儲存. 目前正在進行
反應器的設計, 將于2004 年夏季進行測試[33].
2.5.太陽能熱化學循環制氫的環境, 經濟 和安全問題
太陽能熱化學循環采用太陽能聚光器聚集太陽能以產生高溫, 推動熱化學反應的
進行. 在整個生命周期過程中, 聚光器的制造, 最終遺棄, 熱化學反應器的加工和最
終的廢物遺棄以及金屬,金屬氧化物的使用都會帶來一定的環境污染. 其具體的污染量
需要進行詳細的生命周期評價(lca)研究. 此外, 在h2s 的分解中, 以及在is 循環和
ut-3 循環中, 都使用了強烈腐蝕性或毒性的物質, 比如h2s, h2so4. 這些物質的泄漏
和最終的處理會帶來環境的污染和危險, 需要在設計和操作過程中加以考慮. 另外, 由
于反應都是在高溫下進行, 氫和氧的重新結合在反應器中有引起爆炸的危險, 需要小
心處理.
由于熱化學循環制氫尚未商業化, 相關的經濟信息都是基于估算. steinfeld
(2002)[29]經過估算指出, 對于一個大型的熱化學制氫工廠(90mw), 制的氫氣的成本為
大約us$4.33-5/kg. 相比之下, 由太陽能熱電 – 電解水系統制取氫氣的成本則約為
us$6.67/kg, 而通過大規模天然氣重整制氫的成本約為us$1.267/kg [20]. 可見太陽能熱
化學循環制氫和天然氣重整制氫相比雖然沒有經濟優勢, 但和其他可再生制氫技術相
比則在經濟性方面優于太陽熱電-電解水和光伏-電解水技術.
3. 利用生物質制氫
生物質作為能源, 其含氮量和含硫量都比較低, 灰分份額也很小, 并且由于其生
長過程吸收co2, 使得整個循環的co2 排放量幾乎為零. 目前對于生物質的利用, 尤其
在發展
熱裂解得到的產物中含氫和其他碳氫化合物, 可以通過重整和水氣置換反應以得
到和提高氫的產量. 如下式所示:
合成氣 + h2o h2 + co (18)
co + h2o co2 + h2 (19)
利用生物質熱裂解聯同重整和水氣置換反應制氫具有良好的 經濟 性, 尤其是當反
應物為各種廢棄物時, 既為人類提供了能量, 又解決了廢棄物的處理 問題 , 并且技術
上也日益成熟, 逐漸向大規模方向 發展 . danz (2003 年)[39]估算了通過生物質熱裂解制
氫的成本約為us$3.8/kg h2 (因氫的熱值為120mj/kg, 這相當于us$31.1/gj), 這和石
油燃油的價錢us$4-6/gj 相比還沒有任何優勢, 但carlo 等[40]指出, 當熱裂解制氫的規
模達到400mw 時, 氫的成本會大大降低, 達到us$5.1/gj. 可見實現大規模的利用生物
質制氫, 將會是非常有潛力的發展方向.
3.2. 生物質氣化制氫
生物質氣化是在高溫下(約600-800oc)下對生物質進行加熱并部分氧化的熱化學過
程. 氣化和熱裂解的區別就在于裂解決是在無氧條件下進行的, 而氣化是在有氧條件
下對生物質的部分氧化過程. 首先, 生物質顆粒通過部分氧化生成氣體產物和木碳,
然后, 在高溫蒸汽下, 木碳被還原, 生成co, h2, ch4, co2 以及其他碳氫化合物.
對于生物質氣化技術, 最大的問題就在于焦油含量. 焦油含量過高, 不僅 影響 氣化
產物的質量, 還容易阻塞和粘住氣化設備, 嚴重影響氣化系統的可靠性和安全性. 目前
處理焦油主要有三種 方法 . 一是選擇適當的操作參數, 二是選用催化劑加速焦油的分解,
三是對氣化爐進行改造. 其中, 溫度, 停留時間等對焦油分解有很重要的作用. milne ta
(1998 年)[41]指出, 在溫度高于1000oc 時, 氣體中的焦油能被有效分解, 使產出物中的
焦油含量大大減小. 此外, 在氣化爐中使用一些添加劑如白云石, 橄欖石以及使用催化
劑如ni-ca 等都可以提高焦油的分解, 降低焦油給氣化爐帶來的危害[42,43]. 此外, 設
計新的氣化爐也對焦油的減少起著很重要的作用. 遼寧省能源 研究 所研制的下吸式固定
床生物質氣化爐, 在其喉部采用特殊結構形式的噴嘴設計, 在反應區形成高溫旋風動力
場, 保證了焦油含量低于2g/m3.
由氣化所得產物經過重整和水氣置換反應, 即可得到氫, 這與處理熱裂解產物類似.
通過生物質氣化技術制氫也具有非常誘人的經濟性. david a.bowen 等人(2003)[44]比較
了生物質氣化制氫和天然氣重整制氫的經濟性, 見圖2. 由圖可見, 利用甘蔗渣作為原
料, 在供料量為每天2000 噸的情況下, 所產氫氣的成本為us$7.76/gj, 而在這個供料量
下使用柳枝稷(switchgrass)為原料制得的氫氣成本為us$6.67/gj, 這和使用天然氣重整
制氫的成本us$5.85-7.46/gj 相比, 也是具有一定競爭力的. 如果將環境因素考慮進去,
由于天然氣不可再生, 且會產生co2, 而生物質是可再生資源, 整個循環過程由于光合
作用吸收co2 而使co2 的排放量幾乎為0, 這樣, 利用生物質制氫從經濟上和環境上的
綜合考慮, 就已經比天然氣重整更有優勢了.
biomass feed to gasifier (tonnes/day)
hydrogen cost ($/gj)
500 1000 1500 2000
5
6
7
8
9
10
11
natural gas $3/gj
natural gas $4.5/gj
10.23
8.74
7.76
8.76
7.54
6.67
5.85
7.46
bagasse
switchgrass
圖2. 生物質制氫與天然氣制氫經濟性的比較
fig. 2. comparison of hydrogen cost between biomass
gasification and natural gas steam reforming
以上 分析 的利用生物質高溫裂解和氣化制氫適用于含濕量較小的生物質, 含濕量高
于50%的生物質可以通過光合細菌的厭氧消化和發酵作用制氫, 但目前還處于早期研究
階段, 效率也還比較低. 另一種處理濕度較大的生物質的氣化方法是利用超臨界水的特
性氣化生物質, 從而制得氫氣.
3.3. 生物質超臨界水氣化制氫
流體的臨界點在相圖上是氣-液共存曲線的終點, 在該點氣相和液相之間的差別剛
好消失, 成為一均相體系. 水的臨界溫度是647k, 臨界壓力為22.1mpa, 當水的溫度和
壓力超過臨界點是就被稱為超臨界水.在超臨界條件下, 水的性質與常溫常壓下水的性
質相比有很大的變化.
在超臨界狀態下進行的化學反應, 通過控制壓力, 溫度以控制反應環境, 具有增強
反應物和反應產物的溶解度, 提高反應轉化率, 加快反應速率等顯著優點, 近年來逐漸
得到各國研究者的重視 [45,46]. 在超臨界水中進行生物質的催化氣化, 生物質的氣化
率可達100%, 氣體產物中氫的體積百分比含量甚至可以超過50%, 并且反應不生成焦
油, 木碳等副產品, 不會造成二次污染, 具有良好的發展前景. 但由于在超臨界水氣中
所需溫度和壓力對設備要求比較高, 這方面的研究還停留在小規模的實驗研究階段. 我
國也只進行了少量的研究, 比如西安交大多相流實驗室就研究了以葡萄糖為模型組分在
超臨界水中氣化產氫, 得到了95%的氣化效率 [47]. 中科院山西煤炭化學研究所在間隙
式反應器中以氧化鈣為催化劑的超臨界水中氣化松木鋸屑,得到了較好的氣化效果.
到目前為止, 超臨界水氣化的研究重點還是對不同生物質在不同反應條件下進行實
驗研究, 得到各種因素對氣化過程的影響. 表3 總結 了近幾年對生物質超臨界水氣化制
氫的研究情況. 研究表明, 生物質超臨界水氣化受生物質原料種類, 溫度, 壓力, 催化劑,
停留時間, 以及反應器形式的影響.
表3. 近年來關于生物質超臨界水氣化制氫的研究
table 3
recent studies on hydrogen production by biomass gasification in supercritical water
conditions
feedstock gasifier type catalyst used temperature and
pressure
hydrogen yield references
glucose not known not used 600oc, 34.5mpa 0.56 mol h2/mol of feed
glucose not known activated carbon 600 oc, 34.5mpa 2.15 mol h2/mol of feed
glucose not known activated carbon 600 oc, 25.5mpa 1.74 mol h2/mol of feed
glucose not known activated carbon 550 oc, 25.5mpa 0.62 mol h2/mol of feed
glucose not known activated carbon 500 oc, 25.5mpa 0.46 mol h2/mol of feed
[48]
glycerol not known activated carbon 665 oc, 28mpa 48 vol%
glycerol/methanol not known activated carbon 720 oc, 28mpa 64 vol%
corn starch not known activated carbon 650 oc, 28mpa 48 vol%
sawdust/corn starch
mixture
not known activated carbon 690 oc, 28mpa 57 vol%
[49]
glucose
tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 59.7 vol% (9.1mol
h2/mol glucose)
catechol tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 61.5 vol% (10.6mol
h2/mol catechol)
sewage autoclave k2co3 450oc, 31.5-35mpa
47 vol%
[50]
glucose tubular reactor not used 600 oc, 25mpa 41.8 vol%
glucose tubular reactor not used 500 oc, 30mpa 32.9 vol%
glucose tubular reactor not used 550 oc, 30mpa 33.1 vol%
glucose tubular reactor not used 650 oc, 32.5mpa 40.8 vol%
glucose tubular reactor not used 650 oc, 30mpa 41.2 vol%
sawdust tubular reactor sodium
carboxymethylcellulose
(cmc)
650 oc, 22.5mpa 30.5 vol%
[47]
生物質的主要成分是纖維素, 木質素和半纖維素. 纖維素在水的臨界點附近可以快
速分解成一葡萄糖為主的液態產品, 而木質素和半纖維素在34.5 mpa, 200-230oc 下可以
100%完全溶解, 其中90%會生成單糖. 將城市固體廢棄物去除無機物后可以形成基本穩
定, 均一的原料, 與木質生物質很相似. 由表可見, 不同的生物質原料, 其氣化效率和速
率也有所不同. 溫度對生物質超臨界水中氣化的 影響 也是很顯著的. 隨著溫度的升高,
氣化效率增大. 壓力對于氣化的影響在臨界點附近比較明顯, 壓力遠大于臨界點時, 其
影響較小. 停留時間對氣化效率也有一定影響, 研究 表明, 生物質在超臨界水中氣化停
留時間與溫度相關, 不同的溫度下有不同的一個最佳值. 使用催化劑能加快氣化反應的
速率. 目前 使用的催化劑主要有金屬類催化劑, 比如ru, rh, ni, 堿類催化劑, 比如koh,
k2co3, 以及碳類催化劑 [51,52]. 反應器的選擇也會影響生物質氣化過程, 目前的反應
器可以分為間歇式和連續式反應器. 其中間歇式反應器結構簡單, 對于淤泥等含固體的
體系有較強適應性, 缺點是生物質物料不易混合均勻, 不易均勻地達到超臨界水下所需
的壓力和溫度, 也不能實現連續生產,. 連續式反應器則可以實現連續生產, 但反應時間
短, 不易得到中間產物, 難以 分析 反應進行的情況, 因此今后需要進行大量的研究, 研
制出更加有效的反應器以及尋求不同生物質在不同參數下的最佳氣化效果, 實現高效,
經濟 的氣化過程.
4. 其他制氫技術
除熱化學 方法 外, 生物質還可以通過發酵的方式轉化為氫氣和其他產物. 此外,
微藻等水生生物質能夠利用氫酶(hydrogenase)和氮酶(nitrogenase)將太陽能轉化為
化學能-氫. 這些生物制氫技術具有良好的環境性和安全性, 但還處于早期的研究階段,
制氫基理還未透徹理解, 尚需大量的研究工作.
太陽能半導體光催化反應制氫也是目前廣泛研究的制氫技術. tio2 及過渡金屬氧化
物, 層狀金屬化合物如k4nb6o17, k2la2ti3o10, sr2ta2o7 等, 以及能利用可見光的催化
材料如cds, cu-zns 等都經研究發現能夠在一定光照條件下催化分解水從而產生氫氣.
但由于很多半導體在光催化制氫的同時也會發生光溶作用, 并且目前的光催化制氫效
率太低, 距離大規模制氫還有很長的路要走. 盡管如此, 光催化制氫研究仍然為我們
展開了一片良好的前景.
5. 制氫技術 總結 以及在香港的 應用 前景
前面討論了利用可再生資源制取清潔燃料-氫的各項主要技術. 這些技術的特點,
經濟性, 環境和安全方面的特點總結于表4.
表4. 利用可再生資源制氫技術比較
table 4. characteristics of candidate hydrogen production technologies
pv-electrolysis wind-electrolysis solar the rmochemical cycle biomass conversion
development
status
pv technology almost mature,
electrolysis mature,
some demonstrations of
pv-electrolysis system been done
wind system mature, electrolysis mature,
wind-electrolysis demonstration needed
r&d pyrolysis and gasification r&d, biological
processes at early r&d
efficiency pv efficiency:
first generation, 11-15%,
second generation, 6-8%
solar to hydrogen around 7%
36% from wind to hydrogen, assuming wind
to electricity efficiency of 40% and
electrolyzer 90%
29% for zn/zno cycles conversion ratio up to 100% can be
achieved for gasification, efficiency of
10% for biological processes
economic
consideration
hydrogen cost about us$40-53.73/gj
depends on the pv type, the size
hydrogen cost about us$20.2/gj,
corresponding to 7.3cents/kwh
us$0.13-0.15/kwh, equivalent to
us$36.1-41.67/gj
us$6.67-17.1/gj for thermochemical
conversion depends on biomass types,
capacity size, for biological processes,
remain to be demonstrated
environmental
consideration
almost no pollution emission during
operation, energy consumption
intensive during construction, disposal
of hazardous materials
no pollution during operation, construction
energy consumption intensive, some noise
during operation
emission of hydrogen sulfide, use and
disposal of metal oxide, reactors
whole cycle co2 neutral, some pollution
emission during the stage of constructing
reactors
safety
consideration
handling hazardous materials during
fabrication, short circuit and fire during
operation, but not significant
relatively safe, a little danger exist during
maintenance
operating at high temperature, risk of
explosion exists; leakage of hydrogen
sulfide
operating at high temperature, explosion
may occur
由表可見, 生物質氣化技術和風能-電解制氫技術具有良好的經濟性. 對于環境的污染
以及危險性也相對較小, 極具 發展 前景, 可以作為大規模制氫技術. 而光伏-電解水技
術則目前還未顯示出經濟優勢. 但由于太陽能資源豐富, 在地球上分布廣泛, 如果光
伏電池的效率能進一步提高, 成本能大幅降低, 則是未來很有潛力的制氫技術. 太陽
能熱化學循環也是可行的制氫技術, 今后的發展方向是進一步降低分解產物的能量損
耗以及發展更為經濟的循環.
香港地少人多, 沒有自己的煤, 石油, 天然氣, 也沒有大規模的農業, 所有能源
目前都依賴進口. 但香港具有豐富的風力資源和充足的太陽能資源, 利用可再生資源
部分解決香港的能源 問題 是一條值得探討的思路.
香港總人口681 萬, 總面積2757km2, 其中陸地面積1098 km2, 海洋面積1659 km2.
但香港絕大多數人口集中在港島, 九龍等面積較小的市區, 而新界很多區域以及周邊
島嶼則人口較少. 由于香港地處北回歸線以南, 日照充足(13mj/m2/day), 風力強勁
(>6m/s), 具有很大的發展可再生能源的潛力. 簡單 計算 可知, 如果將香港所有陸地面
積安裝上效率為10%的光伏電池, 則年發電量可達144.7twh, 這相當于香港1999 年電
消耗量35.5twh 的4 倍! 這說明發展光伏技術在香港有很大潛力. 考慮到香港市區人
口稠密, 可以考慮將光伏電池安裝在周邊島嶼發電, 通過電解槽制氫. 由于光伏-電解
水成本很高, 這一技術還難以大規模應用, 如果光伏成本能大幅度降低, 則在香港發
展光伏制氫具有非常誘人的前景. 另外, li(2000)[53]進行了在香港發展海上風力發電
的可行性研究. 研究表明, 利用香港東部海域建立一個11 × 24 km 的風力發電機組, 可
以實現年發電2.1 twh, 這相當于香港用于 交通 的能源的10%. 此外, 香港周邊島嶼,
如橫瀾島等, 平均風力都在6.7 m/s 以上, 在這些島嶼發展大規模的風力機組也是值得
進一步探討的問題. 除此之外, 香港每年產生的大量有機垃圾, 也可以通過氣化或熱
解制氫. 這些技術在香港的成功應用還需要更深入的研究, 本文不作深入探討.
6. 小結
本文綜述了 目前 利用可再生資源制氫的主要技術, 介紹了其基本原理, 也涉及到
了各項技術的 經濟 性和環境以及安全方面的 問題 . 對各項制氫技術進行了對比 分析 ,
總結 出利用風能發電再推動電解水, 以及利用生物質的熱化學制氫具有良好的經濟性,
對環境的污染較小, 技術成熟, 可以作為大規模制氫的選擇. 利用光伏-電解水技術具
有誘人的 發展 前景, 但目前還未顯示出其經濟性. 而太陽能熱化學制氫則處于 研究 階
段, 還難以用于大規模制氫. 香港具有比較豐富的可再生資源, 利用風力發電和有機
廢物制氫是可行的制氫技術, 而光伏電池還需要大量研究以進一步降低成本. 盡管還
有大量的研究和更深入的分析要做, 利用可再生資源制氫以同時解決污染和能源問題
已經為我們展開了一個良好的前景.
致謝:
本文屬<可再生氫能在香港的 應用 研究>項目, 該課題受香港中華電力公司(clp)及香港
特別行政區政府資助, 在此表示感謝!
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可再生資源的缺點范文5
如果沒有了塑料，這個世界會怎么樣呢？有人說：“不會怎樣吧，頂多不能用塑料袋、塑料盒和塑料碗、杯罷了。”有人說：“沒有了塑料可以用其他東西代替嘛。”還有人說：“塑料有什么好？還污染環境呢！”
其實我們的生活是離不開塑料的，你身邊的許多東西都是用塑料做的或者添加了塑料的成分。大到汽車、飛機、輪船，小到吸管、油漆、包裝盒，甚至我們吃的方便面的紙盒也添加了塑料！而這些，都只是“塑料軍團”的很小一部分，可想而知，如果世界上沒了塑料會怎樣！
如果有一天世界上沒有了塑料，你一起床你就會發現翻天覆地的變化：洗臉刷牙時，你會發現牙膏都散一堆了，沒了塑料的包裹，它就像只史萊姆一樣躺在那；牙刷那去了？噢，怎么只剩刷毛了？沒了塑料的支撐，牙刷就成了擺設；你拿起昨天買的面包，嘿，怎么都過期變質了？沒有了塑料袋的密封包裝，面包就只能現做現賣……
塑料的優點是其他材料不可比擬的。大部分塑料的抗腐蝕性極強，且不與酸、堿發生反應，也耐用、防水、質量輕，還可以塑造成各種形狀，也是良好的絕緣體。
但是塑料也有許多缺點。如回收分類極其困難，燃燒時會產生有毒氣體，而且塑料是由石油煉制而成，而石油又是不可再生資源，最重要的還是它不能夠自然分解掉，而許多人又養成了隨地亂扔垃圾、扔垃圾不分類扔和在野外扔塑料垃圾不回收的壞習慣，造成野外許多饑餓的動物誤食塑料制品，胃無法消化，最后痛苦的死去?，F在電視上也播出過鯨魚、海豚等海洋生物誤傷人類亂扔的塑料而死去的報道。
可再生資源的缺點范文6
關鍵詞：綠色GDP，SEEA，國際實踐，啟示
TheGreenGDPAccountings’InternationalPracticesandApocalypsestoChina
Abstracts：Asthelimitationsofaccountingsystems,thetraditionalGDPindexcouldn’treflectthenegativeimpactsofsocietyandeconomydevelopmentsonnatureresourcesandenvironmentqualitiesfaithfullyandcomprehensively.Toovercometheselimitations,theGreenGDPaccountingsystemsisintroducedandwellacceptedbythegovernmentsandpeopleallovertheworld.Inthisthesis,wefirstdemonstratetheSEEAsystemanditsmajormethods.ThenwecomparefourtypicalcountriesthatworkwellindevelopingtheirownGreenGDPaccountingsystems.Accordingtothecountries’experience,webringforwardfiveproposesforChina’sGreenGDPaccounting.
Keywords：GreenGDP，SEEA，InternationalPractices，Apocalypses
國內生產總值（GDP）作為國民經濟核算體系（SNA）中最重要的總量指標，往往被當作衡量一個國或地區社會經濟發展總體水平的主要標志。然而由于編制體系的缺陷，傳統的GDP指標不能如實全面地反映人類社會經濟活動對自然資源的消耗（depletion）和環境品質的降級（degradation），這樣往往會導致經濟發展陷入高耗能、高污染和高浪費的粗放型發展誤區，從而對人類社會的可持續發展產生負面影響。為了彌補傳統GDP在資源和環境核算方面存在的諸多缺陷，一些政府組織和國家逐步開展了綠色GDP帳戶體系的編制和試算工作，并取得了一定的進展。通過介紹聯合國SEEA體系的核算方法和總結先進國家試算的經驗教訓，本文對我國的綠色GDP核算工作提出了一些有益的建議。
一、綠色GDP核算的SEEA體系簡介
與傳統GDP指標相比，綠色GDP核算的主要特點在于其將自然資源的消耗和環境品質的降級所帶來的負面效應納入了核算范圍，這樣就能更全面地反映人類社會經濟和福利發展的真實水平，從而為各國政府制定和調整各項政策提供科學依據。目前世界各國綠色GDP核算主要采用三種模式：聯合國建議的“環境與經濟綜合核算體系”（SEEA）、學者Peskin倡導建立的“環境與自然資源核算項目”(ENRAP)和和歐盟統計局發展的“包括環境帳戶的國民經濟核算矩陣”（NAMEA）等。目前聯合國的SEEA體系（SystemofEnvironmentalandEconomicAccounting）已成為大多數國家綠色GDP核算實踐所采用的主要方法。我國正在進行的綠色GDP核算也正是在SEEA體系的框架下進行的，因此本文擬先對SEEA體系的核算流程進行簡單的介紹。
SEEA對綠色GDP的核算是在傳統SNA體系基礎之上進行的。1993年聯合國頒布了新版的國民經濟核算體系（簡稱1993年版SNA），其與1969年版SNA最重要的區別之一便是引入了SEEA這一衛星帳戶來建立起經濟發展和環境資源之間的聯系。
目前聯合國已經了1993年SNA、2000年SNA和2003年SNA等三份重要文件，標志著綠色GDP核算在理論和實踐上都已日趨成熟與完善。根據2003年版本，SEEA核算體系主要由以下四個帳戶構成：經濟與資源環境間流量的實物與混合帳戶、經濟帳戶和環境交易、物質和貨幣形式的資產帳戶、考慮消耗降級和防御性環保支出后對SNA的調整帳戶。其核算的最終貨幣化結果便是綠色GDP和綠色國內生產凈值（EDP）。二者計算的具體公式是：
綠色GDP（gGDP）＝傳統GDP－自然資源的消耗－環境品質的降級
綠色國內生產凈值（EDP）=綠色GDP－固定資產折舊＝國內生長凈值（NDP）－自然資源的消耗－環境品質的降級
自然資源的消耗主要考慮自然資源的存量及其變化對國民收入的影響。在傳統的SNA體系中并沒有將自然資源作為生產性資產進行處理，所以也沒有核算其價值，它們的價值損失當然也沒有在GDP總量中得到充分的體現。但在SEEA中則考慮了經濟發展對自然資源的消耗，具體而言包括礦藏和能源資源、土壤資源、水資源、生物資源、土地資源、森林資源等。在核算方法上，SEEA主要推薦使用三種方法：（1）凈租法（netrentapproach）：主要用于不可再生資源的核算，其等于資源的市場價格與邊際成本之差。此方法相對而言較為簡便，但有兩個很強的假設：一是資源具有市場價格，二是資本收益的增長率等于利率。這在一定程度上限制了其使用。（2）凈價值法(netpresentvalueapproach)：既兩年間資源價值的凈現值之差。這種方法理論性較強，但由于需要估算資源的使用壽命與市場利率，因此也限制了其應用范圍；（3）使用者成本法（usercostapproach）：也就是現在消耗的資源對未來使用者的成本。同凈價值法一樣，其也需要估算資源的壽命與市場利率，故步驟較為繁瑣。從世界各國的實踐來看，對于不可再生資源核算通常使用凈租法，而對于可再生資源核算則使用前兩種方法的居多。但在具體的核算與定價實踐中依然存在較多的爭議與困難。
環境品質的降級是指人類的社會經濟活動對環境品質所帶來的負面影響。其核算主要包括兩種方法：一種是維護成本法（cost-basedmethod），也就是在目前最佳的可行技術條件下，對于一項沒有采取防治措施的污染所造成的環境品質降低，實際應投入的污染防治成本。計算公式是：污染對環境品質的降級＝污染排放量×單位防治成本。其優點是簡單易行且所需資料較少，缺點是缺乏福利經濟學的理論基礎和沒有考慮到環境的自凈效應等；另一種方法便是損害法（damage-basedmethod），就是將因環境品質下降而給人們帶來的負面效應和損害（包括主觀和客觀）予以貨幣化。其價值主要依賴于兩個因素，一是評估環境損害的程度，二是民眾對環境資產的愿付價格（willingnesstopay）。這種方法能充分評估環境變化帶來的各類福利損失，但其核算的主觀色彩過于濃厚所以方法尚不成熟，因此目前僅有少數國家按此方法進行核算。就兩種方法的核算結果而言，一般認為損害法核算出的消耗要大于維護成本法的結果。但由于簡單易行，目前維護成本法已成為絕大多數國家核算的選擇。
二、先進國家綠色GDP核算的實踐
目前按照SEEA模式開展綠色GDP核算的國家和地區已達到20多個，但由于SEEA只給出了綠色GDP核算的整體框架，而對帳戶的結構、資料的來源、核算的范圍和方法等并沒有給出統一而完整的規定。在這種背景下，各國根據本國的實際國情，有針對性地開展了一些理論研究和實際核算工作，其中一些先進國家的實踐不乏可借鑒之處：
（一）日本
日本由于國土面積狹小而人口密度較大，自然資源貧乏且各類災害頻繁發生，故無論政府和民眾對可持續發展都較為重視，在綠色GDP核算方面走在了世界各國的前列。日本的綠色GDP帳戶主要包括以下幾方面內容：（1）環保支出帳戶，目前日本環保支出占GDP的比重已經超過了1%，但這部分支出并沒有列入綠色GDP價值核算的最終結果。（2）礦產、土地及森林的使用等自然資源消耗帳戶，對于這類資源的消耗的估算主要是使用者成本法。（3）環境質量質損，方法是維護成本法，覆蓋的范圍包括了較易核算的CO2、SO、NO2和污水等，特別重點關注了溫室效應。（4）SEEA指標體系及調整后的EDP。在1999年日本公布了第一次的綠色GDP試算結果，其后在2000年又公布了改進后的第二次結果。根據其核算，1985年、1990年和1995年日本的EDP占NDP的比率分別達到了98.34%、98.86%和98.85%，這幾個比例在已試算公布綠色GDP的國家中是較高的，從中也可以看出日本國民和政府對環境保護和資源合理利用的高度重視。
但是日本政府也承認上述的試編結果是粗略和不準確的，因此近年來一直致力于改進綠色GDP核算體系。發展的主要方向一是完善環境統計體系，為核算提供更為扎實的統計數據基礎；另一方面日本也在積極嘗試根據NAMEA帳戶編制混合核算帳戶，同時也開發了諸如環境效率改進指數（EEII）等來監督與促進生產企業和相關行業改進技術與設備，提高資源的最終使用效率。
（二）韓國
韓國也是較早根據SEEA體系開展綠色GDP核算的國家，其綠色GDP帳戶主要由下列四個子帳戶構成：（1）環保支出與環境帳戶；(2)可再生資源的資本帳；(3)非生產性資源的資本帳；(4)環境惡化損失帳戶。在核算方法上，對于環境降級帶來的損失核算采用維護成本法，主要涵蓋空氣污染、水污染和廢棄物污染等。對于自然資源消耗、可再生性資源部分主要是根據全面調查的結果，生產性資源部分則包括森林、漁業、礦藏和土地等，按照市場價格乘以數量進行估算（廖肇寧，2001）。表一給出了韓國公布的綠色GDP試算結果，從中可以看出韓國EDP占NDP總量還是比較高的，而且該比重還在逐年上升。
表一韓國試算的EDP占NDP比重（％）
19851986198719881989199019911992
95.996.696.997.197.397.197.397.4
資料來源：聯合國SEEA(2003)
（三）瑞典
瑞典的綠色GDP核算從1996年以后便成為政府的例行工作，近年來聯合國統計署更是將瑞典作為樣本國向世界各國推薦。目前瑞典已建立起來的帳戶包括：自然資源存量帳戶，如水資源和森林資源帳戶；資源使用和廢棄物的流量帳戶帳戶；環境保護支出帳戶，包括環保支出費用、環境有害物體、溫室氣體排放等。瑞典的綠色GDP帳戶編制中有兩個特別引人關注之處：（1）在瑞典的SEEA核算體系中，對于傳統GDP中包括的環保性支出在綠色GDP核算時予以扣除，這也就意味著其將防御性環保支出列為中間使用而非最終使用。（2）在核算環境品質降級方面其采用的是損害法，如核算酸雨造成的損害時，要評估其對森林、農作物的損害和對于人類生命健康甚至房地產價值的負面影響（Hecht，2000）。以房地產為例，對于由環境腐蝕所造成對建筑物的損失由劑量－效應函數和再投資成本決定，由房地產貶值帶來的損失則由政府稅收的價值量進行估算。根據其官方公布的材料，1997年瑞典EDP的總量為2005.68億美元，占未調整前NDP總量2024.70億美元的99.06%。但是從瑞典核算的指標體系和核算范圍來看，其距SEEA的要求還相差甚遠，這也影響了其核算結果的完整性和可信度。
（四）菲律賓
菲律賓是目前共有兩套不同的綠色GDP核算體系：ENRAP和SEEA體系。菲律賓也是目前世界唯一采用ENRAP體系來核算綠色GDP的國家。菲律賓的ENRAP帳戶是在美國國際發展署的協助下開展核算的，其基本的框架由著名的福利經濟學家HenryPeskin設計，被認為是綠色GDP核算體系中最符合福利經濟學原理的帳戶，但其組織體系與核算方法與SEEA均存在著顯著的不同。上世紀九十年代中期，在聯合國的資助下，菲律賓又由國家統計局開展了利用SEEA體系進行綠色GDP核算的工作，迄今這兩套帳戶體系在菲律賓仍然平行存在。采用兩套核算帳戶可以相互取長補短，同時在帳戶之間形成競爭以促進雙方更好的改進。但是由于兩套體系在核算范圍、方法和綠色GDP估算數值上均存在著較大的差異，因此也導致了一定的混亂。目前菲律賓國內對這兩套體系究竟該何去何從依然存在著一定的爭議。
菲律賓的SEEA帳戶目前已編制完成的包括森林、礦藏、漁業和土壤帳戶等，同時也要核算為減少水和空氣污染排放所需花費的成本。在核算方法上，對于自然資源消耗主要采用凈租法，而在環境降級損失方面，則采用的是維護成本法。值得關注的是，菲律賓的SEEA體系只考慮了具有市場交易價格的資源的損失，而對于那部分沒有市場價格的資源和環境損耗則未計算在內，這也限制了綠色GDP帳戶的應用。菲律賓國家統計局根據曾經SEEA帳戶核算過EDP的數值，但由于認為該結果過于粗略所以沒有作為官方統計數字正式發表。
三、對我國綠色GDP核算的幾點啟示
綠色GDP帳戶能夠更準確地說明經濟和社會發展與自然資源利用、環境保護的關系，顯然較傳統的GDP指標更具有福利意義。因此完整的綠色GDP帳戶可以如實地反映社會的可持續發展進程，從而促進對自然資源和環境的合理保護與利用，這正是近年來綠色GDP核算在世界各國方興未艾的主要原因。目前我國正處于社會經濟發展的關鍵時期，借助綠色GDP核算的契機可以更有效地推動我國的可持續發展進程。聯合國SEEA體系的發展和各國的核算實踐無疑為我國的綠色GDP核算工作提供了很多有益的經驗和啟示：
首先必須明確建立綠色GDP核算體系的戰略意義。傳統GDP在核算自然資源和環境方面的缺陷使其不能如實全面地反映社會經濟的可持續發展能力，而綠色GDP帳戶可以同時兼顧經濟增長與資源環境保護這兩個議題。從目前公布了試算結果的國家如日本、韓國等的情況來看，其結果都受到了政府、企業和民眾的高度重視，并成為調整產業政策和增加環保支出的重要依據。而且從動態發展進程來看，各國EDP占NDP總量的比重都在逐年上升。這充分說明了進行綠色GDP核算的重要意義，因此必須加緊落實核算我國綠色GDP的各項工作。通過核算綠色GDP，可以有效地評估我國的可持續發展進程并為政府各項政策的制定和改進提供重要參考。同時綠色GDP核算也有利于喚醒社會和民眾對可持續發展和資源環境保護問題的關注，進而推動我國的可持續發展進程。
第二、綠色GDP帳戶應以SEEA和SNA體系為框架，同時注意吸收其它核算體系的先進經驗。目前國際間編算綠色GDP的帳戶有數種，國內外學者對此也有不同的爭議。但就比較而言聯合國SEEA體系更符合我國的實際國情，同時也有利于國際間交流和比較。因此，我國的綠色GDP核算應主要以SEEA體系為框架。但同時也應注意吸收其它體系的優點，如NAMEA體系在實物核算和投入產出分析上更具優勢，在政策含義方面ENRAP也更為突出。而ENRAP體系的核算方法則更具備福利經濟學的基礎（廖肇寧，2001）。一些國家在各核算體系的融合與改進方面也做了不少有益的嘗試并取得了一定進展。考慮到我國資源和環境情況的多樣性和復雜性，這些帳戶的先進之處都值得我們重視和借鑒。
第三、應強調實物帳戶和價值帳戶并重的原則。目前國內對綠色GDP核算的研究和實踐有重視價值帳戶而輕視實物帳戶的傾向。當然，以貨幣價值形式核算綠色GDP具有直觀性，同時也利于比較。但從其它各國的實踐來看，大部分國家的重點都在于實物帳戶的核算，公布有綠色GDP價值核算結果的國家只占極少數，而且都不是以官方統計數字形式正式。這主要是因為：第一，價值帳戶的核算必須以實物帳戶為基礎，缺乏相關資源環境實物消耗的數據資料，價值帳戶的核算無疑是空中樓閣；第二，從各國的實踐來看，由于資源環境統計資料的缺失，各國核算時往往根據實際情況只選擇了一小部分指標進行核算，這極大地影響了價值帳戶體系核算的完整性和可信度；第三，對于資源環境核算的定價方式也存在著較多的爭議。從我們列舉的各國實踐來看，各國普遍的實踐是對于環境降級損失采用維護成本法（個別國家如瑞典除外），對于不可再生資源核算通常使用凈租法，而對于可再生資源核算則使用前兩種方法的居多，但具體該如何核算與定價目前仍無定論，這也限制了綠色GDP價值的核算。因此，實物帳戶較價值帳戶的結果可能更加穩健和準確。從我國目前的國情來看，應該強調實物帳戶和價值帳戶并重的原則，一方面應加強和改進我國的資源環境統計體系建設，充實和完善我國的各類實物帳戶核算，盡量達到SEEA核算的基本要求；另一方面可以考慮在保證指標體系科學性和基本完整性的前提下，在部分地區和部分行業先行試算綠色GDP的價值帳戶，然后根據反饋情況不斷充實和完善指標體系和核算方法。另外值得注意的是，在試算的早期，對于結果盡量不應以官方統計的形式正式。
第四、加強我國環境資源統計數據基礎的建設。從各國的實踐來看，制約綠色GDP核算最大的難點主要在于環境和資源統計數據的缺失，無論在范圍和質量都不夠完善，而且沒有形成一個完整的框架體系，這些無疑都會影響最終核算結果的質量和可比性。從我國的實際情況來看，統計體系也依然存在著這些問題甚至更為嚴重，在統計數據的及時性、完整性和公開性等方面與先進國家相比還有很大的差距。借助于此次綠色GDP核算的契機，可以彌補我國在資源環境統計數據基礎上的薄弱環節。這就要求我們必須花大力氣加強統計基礎工作建設，提高統計人員的素質，強化和完善統計指標體系建設，同時統計部門也要加強通環保、農林、礦產、國土等部門的協調與合作，逐步建立和完善我國的資源環境核算體系。
最后要重視綠色GDP的政策宣示功能。通過綠色GDP帳戶核算與傳統GDP帳戶的比較，可以更完整地反映自然資源和環境消耗帳戶與傳統核算帳戶和相關帳戶之間的聯系，從而更清楚地了解國民經濟各部門的投入、產出與資源和環境消耗之間的比例關系，為國家制定和調整各項政策提供依據。比如荷蘭在完成資源環境帳戶核算后發現，畜牧業的發展是造成溫室效應增加的重要原因。雖然這項結論引起了很大的爭議，但荷蘭政府還是在1999年決定適量減少本國的圈養豬量，這樣的案例在各國還很多，這充分說明了綠色GDP核算的價值。更為重要的是，綠色GDP的核算糾正了以往民眾那種認為自然資源“取之不盡，用之不竭”的錯誤觀念，為資源和環境的定價提供了理論和實證依據。為了充分反映資源環境對人類社會經濟發展的價值，今后對自然資源和環境的利用應逐步貫徹“受益者付費”的原則，以督促使用者提高使用效率。同時政府也應加強對資源和環境利用情況的干預，干預的手段也不應該僅局限于以往的放任自流或者禁止排放等簡單形式，可以根據綠色GDP核算的結果采用更加市場化的手段，比如環境稅、資源使用稅、排污許可證拍賣，按實際損失補償等。
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