可再生资源的缺点范文

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一、引言

汽车作为现代重化工业技术体系的代表产品,不仅是不可再生石油资源的主要消耗者,而且也是造成城市空气污染的主要祸首。汽车所排放的尾气中含有大量NOX(氮氧化物)、CO(一氧化碳)、PM(颗粒物)和HC(碳氢化合物)等有害物质,对城市大气环境造成了严重的污染和破坏。解决汽车的环境污染和石油的短缺问题需要寻找可替代石油燃料的洁净能源或改变传统的内燃机技术。然而,由于方法众多,每一种方法都存在各自的优缺点,众说纷纭,争执不下。究竟哪一种新能源适合我国汽车未来能源的发展方向呢?

我们认为,内燃机技术以及汽车产业在产业技术体系中占有核心地位,从整个产业技术体系的发展战略角度出发,分析现有的汽车各种替代能源的优缺点,分阶段实施汽车新能源的发展战略,对于我国实现产业技术的跨越发展具有十分重要的现实意义。

二、汽车代用能源的分类及特点

目前,可代替传统汽油和柴油的汽车代用能源有许多种,可将其归纳为三类:第一类是不可再生能源,包括液化石油气、天然气、煤基液体燃料、甲醇;第二类是可再生能源,包括乙醇、生物柴油、太阳能;第三类是性质不确定能源,其性质的归属取决于生产该能源的原料,包括燃料电池、电能和氢能。

1.不可再生能源

(1)液化石油气(LPG)。LPG分为石油炼制过程中的副产品和油田伴生气两种。

LPG的优点:①能效高。与汽油相比,LPG辛烷值较高;②减少污染。LPG可降低CO2排放25%、CH80%、SO270.5%、SO99.99%、Pb100%、CO89.72%、颗粒物41.67%、噪音40%;不需改变内燃机;石油废弃物利用,有一定的经济价值。

LPG的缺点:能量密度低;车用LPG的质量要求较高,需要提纯处理;存在一定的爆燃危险性,安全性较差;仍然以石油资源为依托,属于不可再生资源。

(2)天然气(NG)。汽车使用的天然气按储存方式主要分:压缩天然气(CNG )、液化天然气(LNG)和吸附天然气(ANG)三种。

①压缩天然气(CNG)。CNG是将常态下的天然气以20MPa以上压力压缩在高压罐内供汽车使用。

CNG的优点:污染排放低。天然气汽车尾气中NOX及CO2排放量很低,且无PM固体微粒排放;工艺简单。供汽车使用的CNG是用压缩机将天然气压缩储存,燃烧时通过减压装置减压释放,工艺比较简单;天然气储量相对丰富。我国目前天然气资源量约为54万亿立方米,探明的天然气地质储量为3.9万亿立方米,资源探明率为7.2%。并且,天然气的勘探潜力很大,储量较石油丰富。

CNG的缺点:存储体积较大,能量密度低;汽车充气时间较长,一次行驶里程短;储气钢瓶因压力大,有一定的危险性;车用充气源受天然气管网限制;属不可再生资源。

②液化天然气(LNG)。LNG是将天然气在-161℃的低温下液化,并进行净化处理而成。

LNG的优点:更洁净环保。LNG燃尽后无灰渣和焦油,主要排放物是二氧化碳和水蒸气,NO2、CO2等有害物质的含量极少;能量密度大。LNG液化后的体积仅是原气态体积的1/625,能量密度高于CNG三倍多;安全性能好。LNG无需高压,不易自燃自爆,安全性能好;车用充气源不受天然气管网限制;具有循环利用能源效应。LNG在汽化至常态过程中将释放出大量的冷能,可回收用于汽车空调或汽车冷藏。

LNG的缺点:生产与运输成本较高。LNG是在低温下液化、缩小体后装入特殊运输设备运送到目的地,并再次气化后方可使用。因此,LNG在中短途运输方面成本过高。属不可再生资源。

③吸附天然气(ANG)。吸附储气的原理是在储气容器中以特殊方法装填超级活性炭作为吸附剂。利用吸附剂表面分子与气体之间的作用力吸附气体分子。

ANG的优点:储存压力低。ANG的压力一般只有4~6MPa,有利于安全;不必使用笨重的钢瓶,减少储气设备重量。

ANG缺点:能量密度低;ANG技术难度较大,目前还处于研究阶段。

(3)煤基液体燃料。煤基液体燃料是将煤炭通过直接或间接方法液化成液体燃料油,俗称“煤变油”。

煤基液体燃料的优点:我国富煤少油,利用煤变油技术可缓解石油紧张。

煤基液体燃料的缺点:煤变成液态燃料单位成本高;煤转化成液态燃料的生产过程中要消耗大量的能源;煤变油技术仅是将一种不可再生能源转化为另一种形式,不符合能源发展方向;煤变成液体燃料只是将煤炭转变为汽油、柴油,依然不能降低环境污染。

(4)甲醇。甲醇是一种含氧化合物,溶解性强,可与汽油、柴油溶解混合为新型燃料。甲醇可从煤、天然气和油页岩中制取。

甲醇的优点:甲醇作为燃料具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点;作为车用燃料,甲醇的CO、HC和NOx排放较汽油和柴油低,几乎无碳烟排放;溶解性好,可与汽油、柴油混合使用。

甲醇的缺点:对环境即有正面影响也有负面影响。甲醇汽油可以减少尾气中CO、CH、NOx排放,但尾气中总醛排放增加;甲醇具有毒性。人摄入5～10毫升就会发生急性中毒,30毫升即可致死;甲醇对金属有腐蚀作用,对橡胶皮革有溶胀作用;制取甲醇要消耗不可再生资源。

2.可再生能源

(1)乙醇。乙醇是玉米、小麦、薯类、高粱、甘蔗、甜菜等经发酵、蒸馏、脱水后再在其中加入变性剂而成。车用乙醇汽油是将燃料乙醇和组分汽油按一定比例混配而成。

乙醇的优点:减少污染。使用乙醇汽油的汽车尾气中CO降低30%,NOX减少10%,苯系物质、氮氧化物、酮类等污染物浓度明显降低;属可再生能源。

乙醇的缺点:乙醇需要与汽油混合使用,不能成为汽油的完全替代品;燃烧乙醇会产生悬浮颗粒,不是完全的绿色燃料;消耗大量土地资源。

(2)生物柴油。生物柴油是采用动物或植物油脂与甲醇(或乙醇)经酯交换反应而得到的脂肪酸甲(乙)酯,是一种可以替代石油柴油的可再生清洁燃料。

生物柴油的优点:环保特性优良。根据美国科学家的研究结果,使用生物柴油可降低90%的空气毒性,二氧化碳排放要比柴油减少60%;车辆成本低。使用生物柴油的汽车与普通柴油车相同,车辆无须任何修改;安全性好。生物柴油的闪火点较高,毒性较低;是一种环境友好的可再生燃料。

生物柴油的缺点:燃烧效果差。生物柴油的粘度约为#2石化柴油的12倍,影响喷射时程,导致喷射效果不佳。由于生物柴油的低挥发性,造成燃烧不完全,影响汽车燃烧效率;制取生物柴油的成本较高;消耗大量耕地资源。

(3)太阳能。太阳能资源丰富,随处可得,无需运输,对环境无任何污染,是未来汽车能源的发展方向。

目前,制约太阳能汽车发展的主要障碍:一是汽车的动力常受时间、地点、季节、气候影响;二是太阳能的采集与转换效率难以满足汽车高速行驶所需要的足够动力;三是太阳能电池板造价昂贵。

3.性质不确定能源

(1)燃料电池。燃料电池是直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的一种装置。燃料电池常用的燃料有氢、天然气、甲醇等,常用的氧化剂有氧气、空气。

燃料电池的优点:洁净、污染低。纯氢和氧结合的燃料电池,可实现零放排。以甲醇、天然气为燃料的燃料电池汽车造成的大气污染仅为内燃机汽车的5%;燃料电池能量转换效率较高;噪音低。燃料电池属于静态能量转换装置,除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件,噪音小;燃料多样化。燃料电池所使用的燃料可以是氢、甲醇、天然气,也可以是丙烷、汽油、柴油、煤以及可再生能源;利用生物制氢、水制氢的燃料电池可实现能源再生化。

燃料电池的缺点:成本高。质子交换膜电池中的膜材料和催化剂均十分昂贵;燃料的质量不过关。质子交换膜燃料电池必须使用没污染的氢燃料,而目前纯净氢的制取技术还存在困难。

(2)电能。以电能为动力的汽车分为三种:纯电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCV)和混合动力电动汽车(HEV)。纯电动汽车是指以车载蓄电池为电源,用电动机驱动的车(本文中的电动汽车指的是纯电动汽车)。

电能是一种洁净能源,电动汽车完全可以实现零排放、无污染,但是,目前的电能还不属于可再生能源,主要是因为电能还有相当一部分是通过煤炭、石油等化石类能源转换而来。

电动汽车的优点:洁净无污染。目前,只有电动汽车完全符合零排放,而且电动汽车噪音很低;电能是取之不尽、用之不竭的能源。如果用再生能源(太阳能、水能、风能、生物质能、潮汐)发电,电能可永续使用;电能的利用技术成熟。人类利用电能已有很长一段历史,遍布全国的电网可为电动汽车的充电带来极大的方便;电动汽车结构简单,维修方便。

电动汽车的不足:电池性能还无法满足电动汽车产业化的要求。目前,电动汽车的蓄电池主要有:铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池等。铅酸蓄电池比能量低,质量和体积太大,一次充电行驶里程较短,且寿命短,污染严重;镍镉蓄电池中的重金属镉对环境有污染;镍氢蓄电池有高温使用电荷量急剧下降的缺点;锂离子的问题是安全性和稳定性,此外,大功率锂电池存在技术难度;价格昂贵。蓄电池的价格是目前制约电动汽车产业化的障碍;电池充电时间长,蓄电能力有限;动力性差;电能还没有解决完全可再生和无污染问题。电能的生产还大量依赖煤炭、石油等不可再生资源,此外,汽车废弃蓄电池还有污染问题。

(3)氢能。氢是自然界存在最普遍的元素,在自然界中多以化合物形态出现,主要贮存于水,特别是海水中富含大量的氢,石油、天然气、煤炭、动植物体也含氢。氢的发热值是所有燃料中最高的,而且燃点高,燃烧速度快,是十分优质的二次能源。以氢气为能源驱动汽车,主要有三种方法:汽车携带贮氢罐,以氢气在发动机中直接燃烧产生动力;汽车电池放电电解出氢作燃料;以氢作燃料电池的燃料,用电力驱动汽车。

氢能的优点:氢是洁净能源。氢燃烧非常清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生其他对环境有害的污染物质;氢是高效燃料。每公斤氢燃烧产生的能量为33.6kW・h,是汽油的2.8倍;不需要对现有的技术装备作重大的改造。现在的内燃机稍加改装即可使用氢。

氢能的缺点:廉价的制氢方法是氢能利用的一大障碍。目前,氢的制取需要大量能量,而且制氢效率很低;氢的安全性能差。氢气是一种无色无臭的气体,而且着火界限宽、着火能低、燃烧速度快,容易引发火灾及爆炸。此外,氢特别容易泄漏,加油站、管道和纯化工厂很难完全消除泄漏隐患。

三、发展我国汽车新能源的思路

汽车产业在整个工业体系中占有核心地位,汽车新能源的发展战略不仅关系到汽车产业的可持续发展,而且对于整个工业的发展方向具有举足轻重的作用,因此,我们还需要从产业技术体系角度考虑汽车新能源的发展战略。

产业技术体系是指在工业生产部门各个产业领域所使用的各种产业技术,因其生产过程中的必然联系而构成的统一的有机整体。产业技术体系中的产业技术因其在生产部门生产过程中的影响范围和程度不同而分为源技术、主干技术、旁支技术三个层次。其中,源技术是最核心的、最具影响力的技术,它决定整个工业部门产业技术体系的性质和本质特征,决定了工业部门内部其他产业部门核心技术的产生、变革和地位。而主干技术是在源技术之下,直接与源技术配套的工业部门内部各产业技术,它们只是对一个或几个工业部门有重大作用。而旁支技术则是为主干技术服务的、处于次要地位的各产业技术。

人类历史上的历次产业技术革命都因产业技术体系中的源技术发生重大变革,推动产业技术体系中各层次的产业技术逐步改变,最终导致整个产业技术体系发生变革。第一次工业技术革命正是因蒸汽机的出现,导致人类生产的重心从农业转向工业;第二次工业技术革命由于内燃机和电力技术的发明,使人类生产走上了重化工业道路,也导致今天的资源危机和环境恶化;以微电子、新材料、新能源、生物工程、航天技术、海洋技术等为代表的第三次工业技术革命,并没有改变第二次工业技术革命所奠定的重化工业技术体系性质,却使消耗不可再生资源、污染环境的重化工业技术体系加速发展。今天,人类经济社会面临的生存危机,在本质上是产业技术体系性质造成的,是迄今为止历次产业技术革命都在产业技术开发与应用上忽视了人与自然的关系,从而导致产业技术体系各层次的产业技术都消耗不可再生资源、排放污染环境的废弃物造成的。

当前的产业技术体系还属于重化工业技术体系。重化工业技术体系中的源技术――电力技术和内燃机具有消耗不可再生资源、破坏环境的性质,带动了汽车、钢铁、能源、化工、机械加工等主干技术以及旁支技术也具有同样的性质。因此,要实现人与自然和谐相处,必须从根本上针对重化工业技术体系的源技术――电力技术和内燃机进行革命。

传统的内燃机是直接建立在石油、天然气等不可再生能源结构上的工业动力,是现代大工业各种产品生产的母机。汽车发动机是内燃机最突出的代表。汽车不仅是不可再生资源主要消耗者,也是城市环境恶化的主要元凶,此外,汽车产业更是在整个产业技术体系中关联最多的产业。因此,汽车洁净能源的开发应朝着改变传统的内燃机技术,使其由消耗不可再生资源、污染环境向使用可再生资源、对环境无害的方向发展,以推动整个产业技术体系向生态化变革,从而实现可持续发展的目标。因此,未来汽车的新能源应具备如下条件:

第一,新能源必须是可再生资源。不可再生资源终究会枯竭,用较丰富资源替代紧张资源只能作为短期权宜之计。

第二,新能源必须是洁净的。新能源不应对环境产生任何污染,应完全实现零排放。

第三,新能源有利于变革传统的内燃机技术。变革传统的消耗不可再生资源的内燃机技术不仅对于汽车产业发展有利,也会推动整个产业技术体系向可持续发展的方向努力。

四、我国汽车新能源的发展战略

综上所述,我们认为电能是汽车未来最佳的能源。但是,用电动机取代目前广为使用的传统内燃机不是一蹴而就的事情,因此,汽车新能源的发展战略还需要分阶段实施。

1.用电动机取代使用化石类能源的传统内燃机可作为远期终极目标

选择电能作为汽车未来能源的理由是:第一,电能是完全洁净的能源,电动汽车完全可以实现零排放;第二,电能完全有可能转变为可再生能源。尽管目前电能还不是可再生能源,但是随着太阳能发电、风能发电、生物质能发电、潮汐发电等的普及,电能会迅速转变成可再生能源;第三,有利于产业技术体系变革。传统内燃机被电动机取代,将导致化工、石油、煤炭等行业逐步萎缩,而太阳能发电、风力发电、生物质能发电以及潮汐发电等产业将得到大力发展。层层推进,可推动整体产业技术体系发生变革,有望改变重化工业技术体系消耗不可再生资源、污染环境的本质。

2.发展燃料电池汽车是中期目标

将燃料电池汽车作为中期发展目标的理由是:第一,燃料电池汽车技术已相当成熟,极有可能先于电动汽车进入市场。近几年,世界各大汽车公司都纷纷推出以氢或甲醇为燃料的燃料电池汽车;第二,燃料电池汽车有利于环境保护和节省能源。氢燃料电池可实现零排放,即使使用其他燃料(如甲醇)的燃料电池汽车也是常规汽车排放的30%。另外,燃料电池能效高有利于节省能源;第三,燃料电池完全可能实现由不可再生能源向可再生能源的转化。水解氢燃料电池可以实现资源的循环使用,因为氢与氧的燃烧产物就是水,水可以循环使用,取之不尽,用之不竭。另外,可利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源制氢,实现能源可再生化。目前,制约燃料电池成为可再生能源的是水解氢的制取技术,但是,甲醇等燃料电池技术的使用与推广,可为氢燃料电池的发展奠定良好的基础。第四,燃料电池汽车发动机是传统内燃机的变革,可为电动机最终取代传统内燃机提供经验。

尽管,目前的甲醇燃料电池、通过煤或天然气制取氢的燃料电池与我们所倡导的能源的可再生化发展方向违背。但是,只要太阳能、风能、潮汐能发电技术、水解氢技术一旦成熟,燃料电池实现可再生能源的目标就十分容易。因此,我们将燃料电池作为中期发展目标。

3.液化天然气汽车可作为短期发展目标

液化天然气(LNG)属不可再生资源,不符合能源的发展方向,也与我们的倡导的终极目标相悖。我们将其作为短期发展目标的理由是:第一,液化天然气有助于解决汽车尾气的严重污染问题。液化天然气与汽油、柴油相比,更洁净环保;第二,液化天然气有助于解决目前的石油紧张问题。我国的天然气储量较石油丰富,而且天然气的探明储量在不断增加。此外,使用液化天然气不受天然气管网限制,可充分利用世界天然气资源,这对于我国的能源安全有利;第三,液化天然气使用技术与现存的内燃机技术衔接较好。

但是,天然气资源是不可再生资源,长期过量开发与使用将会导致与石油资源一样的命运。因此,发展液化天然气汽车只可作为短期发展战略。

参考文献:

[1]赵学伟:关于我国发展燃气汽车的几点思考[J].国际石油经济,2005(7):46

[2]李丹:我国能源问题解析:煤炭、石油与天然气[J].中国科技财富,2005(8):42～46

[3]李昌珠蒋丽娟程树棋:生物柴油研究现状与商业化应用前景.中国生物质能技术研讨会论文集[C].南京:太阳能学会生物质能专业委员会,2002

[5]赵儒煜杨振凯:从破坏到共生――东北产业技术体系变革道路研究[M].长春:吉林大学出版社,2004年12月第一版.第80页

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中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1110098-02

0　前言

随着科学技术的发展，各种新兴电力技术也应运而生。分布式电源接入配电网技术作为其中新兴技术之一，以其分布式电源特有的独立性、灵活性，对配电网产生了很大的变化。因此，本文主要研究分布式电源接入配电网后，其产生的电能是如何进行计量的，以期为分布式电源接入配电网技术中电能计算上提供理论依据。

1　分布式电源

分布式电源的定义是不通过其他媒介，在配电网上直接布置，或者在负荷附近分部的一种发电源。一般分布式电源可分为太阳能光伏电池、风力发电、燃料电池和微型燃气轮机等。其发电量一般都在50～1000瓦，甚至可达到数千瓦。分布式电源主要可分为两类，可再生资源类与不可再生资源类。

1.1　可再生资源类

1.1.1　太阳能光伏电池

太阳能光伏电池顾名思义就是利用太阳能进行发电，其工作原理是光伏电池在日照充足的情况下，对光能进行存储，并转化为电能。由于太阳能是一种可再生资源，同时又是一种无污染的环保型资源。因此，太阳能光伏电池的应用前景十分广阔。

1.1.2　风力发电

风力发电就是利用风能进行发电，其工作原理是通过装置将风进行收集，对风能进行存储，并转化为电能。虽然风能发电的技术受地理环境影响较为严重，但由于风能同样是一种可再生资源，同时也是一种无污染的环保型资源。因此，风力发电的应用前景也十分广阔。

1.1.3　潮汐能发电

潮汐能发电就是通过装置将海水中的潮汐能转化为电能的发电技术。其工作原理是利用涨潮落潮产生的动力，通过水轮将潮汐能转化为机械能，再由机械能转化为电能。

1.1.4　小水力发电

小水力发电就是利用规模较小的水电站即其小电网进行发电。其工作原理与潮汐能发电类似，但其又可分为引水方式发电、堤坝方式发电、混合方式发电，以及抽水蓄水方式发电。

1.1.5　热能发电

热能发电就是将热能进行转换为机械能，再转化为电能的发电方式。其工作原理是将热水产生的热蒸汽或机械设备过热产生的热流，进行搜集，通过汽轮机进行转化为机械能，再由机械设备转化为电能进行发电。它也是一种可再生能源、对环境污染小。

1.2　不可再生资源类

1.2.1　燃料电池

燃料电池就是利用燃料进行发电，其工作原理是通过燃料的电化学反应，不通过燃烧燃料就可以将燃料中的化学能转化为电能。具体转化过程为：在燃料电池的负极，即阳极，开始氧化反应，让燃料从负极失去电子，从而产生电流首先。其产生的电流又通过载体到达燃料电池的正极，即阴极，电子开始还原反应。燃料电池的缺点在于它需要足够的燃料以及氧化剂，同时，废弃燃料电池容易对环境造成污染。

1.2.2　微型燃气轮机

微型燃气轮机是目前应用最广泛的分布式电源之一，它是一种以天然气、汽油作为原料，通过燃烧原料的方式进行发电的一种超小型燃气轮机设备。其工作原理与燃气轮机一致，其主要优点是体积小，污染小，重量轻；其缺点是它的发电利用率较低。

2　计量方式

2.1　配电网总能量的计量原理

分布式电源接入配电网后，为配电网增加一定的电能。其增加的电能主要计量原理是，分布式电源接入电量一般已知，只要计算在输送过程中损失的电量，就能得出分布式电源接入配电网后产生的电能量。通常损失的电量是因为电能在传输过程中经过变压器、输电线路等装置，造成一定的电能损耗。其配电网总能量的计量公式如下：

配电网总能量=DG输入电能-损耗电量

2.2　配电网损耗电量的种类

在配电网中损耗的电量种类可分为三种，分别为可变损耗、固定损耗和不明损耗。其中，在电能传输过程中，线路及变压器中的电能损耗占到总损耗的95%以上，其他电能损耗仅占5%。因此，为了便于计算，一般来说，仅计算线路及变压器中的电能损耗，其他损耗忽略不计。

2.2.1　可变损耗

可变损耗主要有线路导线中的线损、变压器绕组中的铜损和电能表电流圈中的损耗。

2.2.2　固定损耗

固定损耗主要有变压器中的铁损、电容器的介质损耗、电能表电压线圈和铁芯中的损耗。

2.2.3　不明损耗

不明损耗主要有用户违章用电和切点损耗、电网元件漏电损失、营业中抄核收之差错损失、计量表计量误差损失。

2.3　配电网损耗电量的计算方法

2.3.1　均方根电流法

均方根电流法是对通过电流的线路中所有的电能损耗进行均方根处理，算出分布式电源接入配电网所产生的损耗。

均方根电流法的优点是计算精度较高且计算原理简单；缺点是必须通过对变压器进行实测数据，才能得到准确数据，否则只能通过分配容量负荷方法来进行计算，计算结果容易与实际情况不符。其次是对线损部分只能对各节点的电流进行代数加减，得到的结果也与实际情况不符合。

2.3.2　形状系数法

形状系数法是在平均电流法的基础上进行改进的，它是对电流通过线路产生的损耗进行汇总，计算出它的总损耗，从而得出在分布式电源接入配电网后的实际电能损耗。

形状系数法的优点是计算精度非常高；缺点是其计算过程中的重要参数K不容易计算，同时此方法不适用于分布式电源接入低等级的配电网的计量，计量结果与实际结果差距较大。

2.3.3　损耗因素法

损耗因素法是在形状系数法的基础上进行改进的，它是将电流流过线路后产生的线损的总和进行统计后，然后平均处理，计算出它的实际电能损耗。

损耗因素法的优点是计算时只需要一日的最大电流及损耗因素F，需要的数据很少，便于计算；缺点是重要参数F不容易计算，同时不同的接入配电网形式需要不同的计算方法，算法不通用，同时计算的精度很低，与实际情况差距较大。

2.3.4　最大负荷损耗小时法

最大负荷损耗小时法是指计算分布式电源接入配电网后一段时间内的损耗，从而得出一年的电能总损耗。

其优点是需要的基础资料较少，且计算过程十分简单；缺点是计算的精度十分低，仅适用估算一年的损耗电能，不适用精确计算损耗电能。

2.3.5　等值电阻法

等值电阻法是假设在配电网的一端有一个等值电阻存在，则总电流通过配电网一端产生的损耗就是整条线路不通分电阻产生的电能损耗的总和。

等值电阻法的优点是克服了上述算法的缺点，理论研究基础雄厚，长期实践经验表明应用于分布式电源接入10千伏以下的配电网中的计量十分准确；缺点是由于是假设在配电网一端设等值电阻，对结果的精度有一定的影响，与实际情况略有背离。

2.3.6　潮流法

潮流法的基本单位是馈线，对配电网中的负荷节点的电压进行计算就可以得出分布式电源接入配电网中的耗损总量。

潮流法的优点是计量的精度非常高；缺点是需要的参数条件非常多，为准确计算带来非常大的阻碍。

潮流法的算法主要有牛顿拉夫逊法、等效功率节点法、PQ分解法，前推法和迭代法等。

2.3.7　电压损失法

电压损失法是假设所有的接入点都在配电网线路的最终端，从而计算出一个近似的配电网线损量。

电压损失法的优点是计算方法十分简单；缺点是需要假设一个条件，仅限于估算范围，无法准确计算。且只能对抵压配电网的线损进行计算，计算范围有限。

2.3.8　其他方法

例如竹节法、遗传算法与人工神经网络算法、基于区间算法和模糊识别算法都可以对分布式电源接入配电网的线损进行准确计算。

这些方法的优点是计算结果非常精确，缺点是需要建立规模较大的模型，对于庞大的配电网系统计量十分困难。

3　结论

本文通过分析分布式电源接入配电网中电量计量的原理中，发现只需要准确计算出接入过程中的损耗电量，就可以得出最终的电量。

详细探究了几种常用的计算配电网电能损耗的方法，从算法上来看，平均电流法、形状系数法、损耗因素法以及潮流法均为传统算法，理论依据充足，算法也比较简单，容易理解。但是其计算精度普遍较差，与实际情况相差较大，且很多计算数据在实际情况中无法检测得到，最终决定这些算法只能在理论计算中应用。

而现代算法如竹节法、遗传算法与人工神经网络、基于区间算法、模糊识别算法并未作详细介绍，但其计算精度非常准确，但是要求建立相应的模型，同时仅限于简单配电网的应用，很难应用于大型配电网中进行计算。

因此，目前来说仍然很难找到一种完全理想的方法来计量分布式电源接入配电网中的电能。只有通过多种方法的计算，得到各种结果，对这些结果进行对比，最终获得一个较为准确的数值。

参考文献：

[1]虞忠年，电力网电能损耗[J].北京：中国水利电力出版社，1992：5-7.

[2]王建、李兴源、邱晓燕，含有分布式发电装置的电力系统研究综述.[J].电力系统自动化，2005，29（24）：90-96.

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第一章 海洋资源承载力相关理论

1.1海洋资源承载力的内涵与特征

1.1.1海洋资源承载力内涵

海洋资源承载力是指一个国家或地区所蕴藏的海洋资源的数量和质量对该地区社会经济发展的支撑力，是体现经济可持续发展指标之一，通俗的理解是海洋资源的蕴藏量到底可供多少代人使用以及带来的经济效益有多大。

1.1.2海洋资源承载力的特征

海洋资源承载力具有以下几方面的特征：

（1）区域性和时间性

海洋资源具有地区性，不同沿海地区的海洋资源具有很大的差别，且各地区的社会经济发展存在差异，因此海洋资源承载力只有相对于某一区域才有意义。海洋资源的开发和利用是有一定的时间限制的，不能永无休止的循环利用下去，从而具有时间性。

（2）界限性

海洋是一个开放性的系统，不断地与外界环境进行物质和能量的交换，在其影响下其蕴藏的资源种类和数量、海域环境、产业结构布局以及人口数量等都会发生变化，影响因素的不确定性和人类自身认识能力的局限性决定了海洋资源承载力研究带有一定的界限性。

（3）阈值性

所谓的阈值性是指某一时期发展阶段资源承载能力具有的最大承载上限，即可能的最大承载值，海洋资源的蕴藏量是有限的，不能永远的开发和利用下去，因此会被消耗完，进而就存在海洋资源的最大承载值。

1.2海洋资源承载力的研究现状

对于海洋资源承载力的研究所涉及的理论、方法、指标体系等都没有形成统一的共识，但主流的研究工具主要包括这几个：主成分分析法、层次分析法、专家咨询法和系统模型法。国这方面的研究主要有：刘康等（2008）人从理论的层面去解析海域承载力本质及内在关系，一些方法和原则对海域承载力的研究是有帮助的；狄乾斌等（2004）从理论上探析海域承载力研究的若干问题，界定了海域承载力的内涵、研究内容和研究趋势；刘蕊（2009）在提出了海洋资源承载力指标体系设计原则的基础上，构建了科学合理、较为全面、操作性较强的海洋资源评价指标体系，并运用专家咨询筛选指标，并以广东省为例，这对研究海洋资源承载力提供了可量化的衡量公式。

但通过对这些著作的研究，不免会发现其所应用的海洋资源承载力的评估体系与评价方法，都涉及到专家的咨询以及评价体系太单一。对于专家咨询而言其优点是方便快捷，但其缺点也是显而易见的，那就是评价的结果要很大程度上受到专家的知识、研究领域以及研究的兴趣程度等主观因素的影响。因此，专家的个人能力是有限的，不能囊括所有领域的全部信息，这对于海洋资源承载力这个涉及诸多学科、诸多环节的研究课题而言，无疑是最大的缺陷。其所研究的结果是缺乏实际数据的支持，与现实情况有很大的差距。对于评价体系太过单一这个缺陷而言，主要不能将数学分析工具与研究模型相统一进行综合分析与研究，大多的学者主要运用的是数学分析工具，缺乏系统模型。目前我通过对各学者理论的研究，总结出上面两点的缺陷，可以为以后的研究服务。

第二章 海洋资源承载力研究指标体系

2.1海洋资源承载力数据模型建立――以大连海域为例

2.1.1数据的采用

评价指标的选取会直接关系到评估对象的合理性，而分析数据的采用却直接关系到评价对象的准确性和实况性。本研究在参照相关海洋资源承载力的指标和数据基础上，采用数据的指标不仅包括海洋资源系统还包括社会经济系统。综合上述的材料，主要从三个方面选取数据，即海洋环境承载能力、海洋资源供给能力和海洋经济发展能力。在海洋资源供给能力这块，主要选了人均海域面积、恩格尔系数、港口吞吐量这三个评价因子；对于海洋经济发展能力而言，主要采用了滨海旅游收入增长率、海洋产业总产值占该地区生产总值比重、海洋渔业总产值增长率这三个评价因子；而在海洋环境承载能力上，主要选取了海洋环境治理投资额占该地区生产总值的比率、工业废水处理率、工业废水排放量、废水排放削减率这四个评价因子。本文主要是研究的是大连海域资源承载力的情况，故采用了从2004年到2012年大连海域的数据，现列举如下：

3.2数据指标分析

首先运用层次分析法计算出各指标因子的权重，以此来确定各个因子对研究对象的影响程度，也是为了后面的研究打下基础，现列举如下：

通过海洋资源承载力模型来算出承载力值，模型如下：

，

其中wi表示准则层的权重，wij表示指标层的权重，zij表示指标标准化后的标准值。故通过公式模型计算出2004～2012年海洋资源承载力值：

最后就是计算海洋资源承载率，主要通过下列公式得出：

海洋资源承载率（RBR）=海洋资源承载力（RBC）/资源承载量（RBQ），其中资源承载量将采用预定的目标值来代替，而且衡量海洋资源承载率的范围，将根据有关专家测算的数据来界定，即：

如果一个地区，0

现将2004～2012年海洋资源承载率计算出来，列出如下：

表5 2004～2012年大连海域海洋资源承载率

通过上面数据指标的分析，我们可以清晰的看到大连海域海洋资源的开发状况，从中也可以看出大连海域资源开发需要进一步的科学管理，以免出现资源快速衰竭，同时确保海洋资源可持续发展。

第三章 大连海域资源承载力研究结论与建议

3.1 研究结论

通过上述数据指标分析，我们可以从资源承载率的值看出大连海域在各个年份的开发强度是不同的，而且资源开发存在很大的问题，即实际开发强度过大，海洋资源在逐年的衰退，海洋资源的开发速度已经超过了海洋资源的可再生速度。从大连海域资源实际开况来看，大连海域的资源开发强度在逐年的加强，同时资源的保护力度还不够，从而出现有些资源在不断地衰减，比如海洋渔业资源，大连近海岸的渔业资源在不断的缩减，一些海域的鱼种已经消失了，现在大连海域的渔业资源的产出主要靠人工养殖来完成。大连海域资源承载力下降究其原因主要是大连经济的过快发展对海洋资源和海洋环境造成一定的影响，比如大连市工业化和城镇化过快发展所产生的工业废弃物和生活污水都排放到海洋里，以及缺乏科学管理的港口和海上油井平台所造成的部分海域污染，还有就是无节制的发展养殖业引起了部分海域的海水富营养化，这都给大连海域资源承载力带来一定影响。与此同时，我们也看出大连海域资源承载力有所提升，这主要归因于大连市转变了海洋开发的指导思想以及海洋功能区的规划，用科学发展观作为指导来发展和管理海洋资源，也取得了一定的成效。

3.2建议

通过对大连海域资源承载力指标体系的研究，我们可以清晰的看到大连海域资源承载力在不断的下降，资源开发存在一定的问题，为了保证大连海域资源的可持续发展，本文提出以下的建议：

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中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0369-01

0 引言

发展进步是人类社会永远追寻的主题，享受高质量的生活是永恒的话题。但是随着人口的爆炸性增长，社会的城市化快速发展，进而非可再生资源的锐减、环境的恶化等危机也孕育而生。据统计，建筑的建设需要消耗总能源的50%。如何减少资源浪费、利用可再生资源、减少建筑对环境的影响，如何建造出“宜居、可持续、和谐共生”的建筑，“绿色建筑”指导概念孕育而生。

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑[1]。在新的《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2014中“节能与能源利用”章节中明确了建筑如使用可再生能源可获得绿色建筑评分21分，说明可再生资源利用在绿色建筑中所占的权重。本文就针对太阳能的光电、光热、照明功能在绿色建筑中的应用进行浅析。

1 太阳能发电系统在绿色建筑中的应用

太阳能发电系统是由光伏组件、控制器、逆变器（DC-AC）、蓄电池（可不包含）组成，是利用光伏组件（单晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物太阳能电池）吸收太阳光后转化为直流电源，根据需要利用逆变器转化交流电源或者选择使用蓄电池对直流电进行储存。

目前将光伏系统用于建筑中的模式一般分为两种：建筑光伏（BMPV）及建筑光伏一体化（BIPV），在绿色建筑中两者均可在建设不同部位及建筑功能上得到完美应用。

1.1 BMPV系统在绿色建筑中的应用

在非建材领域光伏系统主要有：光伏雨棚、光伏遮阳板、光伏栏板、光伏墙/屋面支架结构等。如果按照光伏成品划分又包括：光伏路灯、光伏庭院灯、光伏移动电源、光伏灭蚊灯、光伏手电等等。

就独立居民住宅或公建而言，通常在建筑阳面设置带“光伏雨棚”的停车场，发出的电量可用于车棚的照明或者电动动车充电电源使用；小区内部功能区则使用“光伏路灯、光伏灭蚊灯”用来满足照明及灭虫作用；小区或公建阳面窗户则利用“光伏遮阳板”，起到遮阳及发电功能；“光伏墙/屋面支架结构系统”可将光伏发出的电能利用在楼梯照明、电梯、公共区域照明等，大大减少业主及用户电费开支。所以，BMPV在绿色建筑中起到不可或缺的作用。

1.2 BIPV系统在绿色建筑中的应用

目前建材型光伏系统主要包括：光伏砖、光伏瓦、光伏幕墙、光伏窗、光伏采光顶等。在公建建筑中，将光伏与建筑总体设计施工，主要利用“光伏幕墙、光伏采光顶”发出电能用于照明及部分动力电源；光伏窗则应用于居民建筑比较适宜，可以起到遮阳及发电作用。BIPV系统主要的优势在于能够与建筑形成一体化，不仅可以产生电能，还可起到建筑构件功能。BIPV系统不仅可以保证建筑物自身用电需求，还可根据装机电量将多余电量并网，舒缓高峰用电压力，具有极大的社会及经济效益。

2 太阳能热水系统在绿色建筑中的应用

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源。太阳能热水系统是利用太阳辐射能为热源，将太阳能转为热能，以达到加热水体的一整套装置，包括太阳能集热装置、储热装置、循环管路装置、循环动力等。

太阳能热水系统按铺设配型分为：单机太热能热水器、集中式太阳能热水系统、半集中式太阳能热水系统三大类。此三类太阳能热水系统在绿色建筑中均得到了广泛的应用。

2.1 单机太阳能热水器在绿色建筑中的应用

单机太阳能热水器（又叫家用太阳能）应用最早，七十年代中期第一代热水器是用铁皮、铁管进行焊接，简单利用太阳能将水“晒热”。第二代太阳能热水器则应用铜铝复合芯条技术。第三代就是发展到现在所见到的“黑管――玻璃真空管”，能够大大提高太阳能辐照，减少辐照时间，迅速将水制热。

在多层建筑中，大多是选用 “屋顶式”单机太阳能；高层居民建筑则选用“壁挂式”单机太阳能。单机太阳能热水器最大的好处是独立供用水，管理方便。但，其最大的缺点是：无可靠的回水系统，造成供水浪费；多余热水无法共享，造成热能浪费；系统管路多，与建筑结合不协调。单纯从能源利用角度看，单机太阳能热水器能够弥补“绿色建筑”政策涉及不到的广大农村地区节能问题。

2.2 集中式太阳能热水系统在绿色建筑中的应用

集中式太阳能热水系统的最大优点是集成化程度高，分摊造价低，管理统一，水热利用程度高，与建筑统一设计施工，结合程度高。在居民建筑中得到最大程度的利用，解决了供暖、生活热水问题，为广大居民减少了建筑使用费用。目前，也是众多居民住宅开发项目“绿色建筑评价标准一星”应用最多的项目。

3 导光照明系统在绿色建筑中的应用

导光照明系统主要由采光罩、导光管和漫射器组成，其主要是利用室外的太阳光，通过导光管，将自然光引入需照明的空间。其是真正的节能、环保、绿色的新型照明方式。在绿色建筑中被广泛应用在场馆、办公场所照明、地下空间、大跨度厂房等白天需照明的环境。由于导光照明系统照明来源取自大自然，所以是“纯绿色”照明系统。但是，系统中的主要部件均需进口，与传统照明系统相比造价不菲，如果能够国产化，相信定会产生颇丰的经济收益。

4 结论

太阳能是可再生能源中最不受地域限制的能源之一，其能够与建筑完美的融合成为一个有机整体，是“绿色楼盘”最受追捧概念，也是居民最能直观理解的绿色概念。从建筑业发展、可再生能源利用、楼盘销售卖点、降低建筑使用成本等方面均能够充分证明，太阳能系统的多元化发展终将“最接地气”地与“绿色建筑”融合，并得到最广泛的应用。

参考文献

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(一)低污染物排放标准

 

汽车尾气对空气质量具有较大影响，所以要想做到节能高效，首先要解决汽车的尾气排放问题，使其尽量减少污染物的排放。当前，石油燃料汽车尾气排放的气体都含有氮氧化物与二氧化硫这两种对人体及生活环境有毒、有害的气体以及能造成温室效应的二氧化碳等，且在空气中的含量越来越高，这几种气体同时严重威胁着大气层。所以，在设计节能绿色汽车时要考虑到绿色的特点，使汽车排放的尾气尽量环保，这就要充分发挥汽车电动机和尾气处理装置的作用，使汽车在运转过程中能够自行处理产生的各种废气，保证汽车排出的气体对空气没有影响，确保环境的绿色可持续发展。

 

(二)节约能源标准

 

我国地大物博，有着丰富的矿产资源，但很多资源属于不可再生资源。随着开发规模的不断加大，人类更应该学会节约使用资源。在生产汽车过程中需要消耗大量的资源，因此从环保角度来说，汽车生产应该更加重视环境保护，提高资源的使用率。

 

当前，我国汽车拥有量越来越多，时代的发展也要求必须生产节能汽车，同时也要求汽车设计师采取各种措施和手段，提高汽车自身设计水平和标准，以设计出高效节能的汽车用品，其中汽车的核心——发动机应该为其中最为重要的设计要件，通过设计使用制动能回收、优化燃烧、提高燃料利用率以及运用新材料，实现汽车轻量化等实现节能减排。

 

二、绿色汽车制造技术的对策和措施

 

(一)混合动力汽车

 

混合动力一般是指把汽油、柴油、电能混合使用使汽车产生动力的一种动力方式。目前，采用混合动力技术能够大大提高汽车的燃油经济性。油电混合动力汽车能够有效提升汽车动力总成的输出功率，有效减少了汽车的耗油量。目前由于发动机存在功率低下问题，所以可以使用电能来进行补充，在汽车发动机低功率运行时，就能够对电池进行充电，通过这种方法来增强汽车的动力性能。

 

(二)电动汽车

 

传统汽车使用的汽油或柴油等能源为不可再生资源，燃烧时能源不能实现高效利用，而且其产生的尾气对空气会造成污染，但如果使用电能就能够有效避免环境污染问题，而且电能能够通过水能、风能、太阳能等可再生能源中获得，是一种天然的无污染能源。电能所具有的这一特性，使得电动汽车可以在闲暇时间充电，从而增强了电能的使用效率，而且电池能够方便回收，以便重复使用，提高资源利用率，减少资源浪费。同时，在大城市电池可以作为单独驱动装置，实现 “零排放”。显然，电动汽车的优点是突出的。当然其也存在较多的缺点和不足，如，储存电能不大，使用寿命不长，占用空间较大，成本较高等，这些方面还待日后进一步开发和解决。

 

(三)燃料电池汽车

 

燃料电池主要利用氢气与氧气在燃料电池内的化学反应产生电能，带动汽车的运转。氢氧反应排出的尾气只有氢元素和氧元素，产生的是水蒸气，不存在尾气环境污染问题，而且可以降低热量和二氧化碳的排放，有效缓解温室效应。和传统汽车相比，该燃料汽车在构造方面也实现了很大的进步。当然，仍存在一定的缺点，如氢气生产难度大、汽车续航里程短等问题，这些不足还有待今后的进一步开发和研究。

 

(四)创新汽车生产和制造方式

 

要想生产出节能、绿色汽车则需应用新型生产与制造环节，就要迅速淘汰传统汽车生产模式，认真研究新时期发展特点，利用新的设计理念，发挥高科技机械设备的作用，生产出具有较高标准的节能绿色汽车。

 

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为提高建筑工程建设与节能降耗发展的协调性，在对建筑工程暖通空调系统进行设计施工时，就需要从实际情况出发，明确存在的问题，确定导致能耗高的问题，并基于此来采取合理的措施进行优化，降低各项因素的影响，提高工程施工方案设计的合理性。对建筑暖通空调进行节能设计，目的就是在保证系统基础功能的前提下，最大程度上降低能耗。因此需要在现有基础上，对各专业技术做更进一步的研究，将更多新型技术投入到暖通工程中去。

1 建筑暖通空调节能设计必要性分析

在社会经济快速发展的背景下，所消耗的资源量不断增加，对环境影响较大，基于持续发展理念，必须要就现状做更进一步的分析，采取合理的措施进行优化。对于建筑工程来说，施工建设能耗高，而暖通空调系统作为重要组成部分，能耗可以占到建筑总能耗的一般以上，因此必须要做好对其的节能设计分析。暖通空调系统可以为人们提供健康舒适的生活工作环境，为满足人们实际需求，在对其进行节能设计时，务必要保证系统的基础功能不受影响，然后在此基础上，降低系统运行产生的能耗。

2 建筑暖通空调节能设计要点分析

2.1 设计方案优化

对于很多建筑工程暖通空调工程来说，在对其进行施工设计时，更多人会采取估算的方式，并不会详细对室内结构进行精确的测量，导致设计方案中存在很多不合理内容。这样如果估算结果与实际情况相差比较多的话，势必会增加系统运行产生的负荷，造成能耗增加。再加上虽然现在逐渐有更多新型施工技术与材料被应用到工程建设中，但是受实际情况与经验等因素影响并不能完全保证施工效果，均存在相应的优势与缺点，还需要做更进一步的优化。因此，想要降低暖通空调系统运行能耗，就需要做好设计方案的优化，严格按照专业流程来进行设计，避免出现超赶时间而未对方案进行平衡处理情况的发生，而影响环境负荷与风量分配不均，不但会影响环境舒适度，同时还会增加能耗。

2.2 节能设备优化

很多设计人员在对暖通空调系统进行研究时，很容易受市场因素影响，将节能设计重点放在设备上，认为提升系统节能效果的主要因素为所选择的设备，这样不但不能保证设计结果，反而会造成资金数量的增加。节能设备的选择需要从实用性出发，做到具体问题具体分析，避免出现市场跟风现象，应以满足实际需求为目的，对各项因素进行综合分析，选择最为合适的设备，争取在满足基础功能需求的前提下，降低设备运行能耗，将节能设计落实到位。

2.3 设备维护优化

如果前期设计方案合理性比较低，即便是暖通空调系统建设完毕后投入使用，也会因为系统中存在缺陷，以及管理人员并不能完全掌握系统运行方式与特点，进而会影响到系统管理效果。如无法及时采取措施科学区分系统运行高峰期，一般会选择将正常期与高峰期机器运行参数设置为相同的方法，来降低系统运行能耗。另外，并不是所有的管理人员均具有专业维修技能，这样在后期管理过程中，就会出现各类问题，如风道渗漏引起的热损失，主要是因为前期对空调水系统水质处理不当，造成水系统堵塞，进而会影响到系统换热效果。因此，想要提高系统节能效果，除了要做好前期设计方案的优化管理，同时还需要做好后期系统维护优化。

3 建筑工程暖通空调节能设计优化措施分析

3.1 严格遵循专业设计原则

第一，节能化原则。为暖通空调节能设计首要原则，以建设健康舒适室内环境为目的，合理确定各项设计参数，提高设计方案的合理性与可实施性。设计时需要控制好各项参数的比例，包括温度高低、气体流速、空气湿度等，确保节能降耗与健康舒适共存。第二，人性化原则。降低能耗为节能设计的核心，但是同时也需要兼顾人性化原则，即满足人们对室内空间环境的要求，充分尊重每个人的温度舒适感。通过合理的设计来保证顺利实现分摊热量的功能，在热力入口位置安装调节装置，以及在支管上设置好温控阀，既可以降低系统能耗，同时也可以满足各方面人性化要求。第三，科学化原则。暖通空调系统比较复杂，想要将节能设计落实到底，并不会因为应用一种新型技术而实现，必须要做好各个分项系统的综合分析，与建筑设计、室内装饰设计等专业进行研究，利用最为科学的方法来达到节能的目的。例如合理设计门窗参数，既可以降低能耗，同时也要满足室内采光需求。

3.2 提高节能设计意识

暖通空调设计最终结果很大程度上与设计以及管理人员有关，尤其是设计人员其节能意识高低，决定了各项施工技术在实际施工中的合理性与可操作性。因此，必须要提高设计与管理人员的节能意识，并将其带入到设计、施工以及后期维护整个过程中，确保每个环节均能够展现对环保节能的追求。选择专业能力强并且具有丰富经验的人员负责，针对设计人员来制定相应制度，提高其节能降耗意识，可以在设计过程中首先选择节能效果好的方法，以降低能耗为核心，将节能理念贯彻到底。同时，设计人员应及时与施工人员、管理人员进行沟通，对各项设计参数进行合理的优化，缩小实际节能效果与设计预期效果之间的差距，减少资源的浪费。通过及时交流可以更好的发现设计方案中存在的漏洞，进而能够在最短的时间内进行调整，最大程度上减少资源的浪费。

3.3 提高可再生资源利用率

一方面，减少不可再生资源的应用量。建筑工程施工所需能耗较多，对于其中暖通空调系统部分的设计，想要实现节能效果，就需要减少不可再生资源的应用，在不影响基础功能的前提下，选择可在生资源代替，提高各类资源综合利用的效率。另一方面，加强可再生资源应用研究。现在逐渐有更多新型可再生资源被应用到社会生产生活中，如热泵技术、太阳能、地热能以及风能等，将其应用到建筑暖通空调系统节能设计中，可以更好的突出能源保护效果。同时，在选择应用可再生能源时，还应合理选择相应的系统设备，确保系统可以正常运行，真正营造出健康舒适的室内环境。

4 结语

对建筑暖通空调系统进行节能设计时，需要分析其所具有的特点，并从实际需求出发，确定设计要点，选择合适的设计方法，严格按照专业设计原则，合理确定各项参数，确保系统可以正常运行，在满足基础功能需求的前提下，降低系统运行能耗。

参考文献

[1] 张莉，李尧，朱玉明.暖通空调节能设计分析[J].山西建筑，2010，09.

[2] 刘晓飞.关于建筑暖通空调节能设计要点的分析[J].科技展望， 2015，08.

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中图分类号：J524 文献标识码：A

文章编号：1005-5312（2012）24-0155-02

随着社会的发展，人们生活水平的逐步提高，包装在商品销售中成为了人们越来越关注的部分。甚至不少人曾经有过为了包装而购买商品的经历。然而，科技发展的不平衡带来了环境污染、资源大量消耗、不可再生资源的过度开采等一系列环境问题，严重影响了人类未来生活的质量。因此在包装设计制作中融入绿色设计、低碳生活的理念是非常重要的。

绿色包装是指对生态环境和人类健康无害，能重复使用和再生，符合可持续发展的包装。它的理念有两个方面的含义：一个是保护环境，另一个就是节约资源。绿色包装它不等于用绿色包装，它传递的应该是一个低碳环保的理念，不仅仅是材料达到环保要求，同时也要符合可持续发展的理念，减少对不可再生资源的开采。在设计上也要求避免浪费，杜绝过度包装现象的发生。这就要求包装设计师发挥自己的想象，把绿色的包装理念融入设计中，引导消费者从被动的绿色消费变成主动的选择环保低碳的生活方式。

国外一些发达国家对包装的研究比较早，日本早在上世纪70年代就提出了合理化包装的七条原则。到了80年代，美国环保部门就包装废弃物提出了“3r1d”的概念。欧洲在“丹麦瓶”事件后制定了《废弃物运输法》，该法提出包装的废弃物禁止运送到他国，各国需承担自己生产产品的废弃物的回收工作。1994年，欧共体《包装及包装废弃物指令》，进一步规范了对包装废弃物的要求。WTO在《贸易与环境协定》中也提出了对各国生产出对环境无害包装的要求。除此之外，国际标准化组织制定了相应的ISO标准，欧洲共同体也要求，只有成功申请“欧洲环境标志”的商品才能向其盟国销售。这两项重要标准成为了世界上最新的非关税贸易壁垒。因此，无论从环保角度，还是从国际经济贸易发展的大方向来看，包装行业必须要走可持续发展的道理，绿色包装是这一行业的唯一选择。

绿色包装的要求是在生产、运输、储存、销售、使用及回收的全过程中，均不对人体和环境造成危害。从各国对合理化包装的研究和要求中可以总结出几点原则：

1.减少材料种类，便于回收。

2.材料使用后可回收或可降解。

3.加工过程无污染、低能耗。

4.不用有毒有害的材料。

5.选能耗小、价格低的材料。

6.优选材质轻盈、体积较小的材料，减小运输成本。

综上结论可以分析出，通过材料选择、结构设计两方面可以做到真正的绿色包装。

一、材料的选择是做包装的第一步。选择环保材料的同时要考虑材料本身是否可再生，回收物是否可降解，加工过程有无污染，选择什么样的材料能降低碳排放也是关键。

材料可以分以下几大类：

（一）绿色包装首选是原生态材料。原生态材料可以说是最符合绿色包装要求的材料了。它本身材质天然，加工过程大多原始，不产生污染，销售使用中无毒无害，用后一般可自然降解或可回收加工再利用，而且获取比较容易，通常是一些农作物或经济作物的废弃物，价格也相对低廉。绿色包装所选择的原生态材料还应该具备一个特点，就是它应该是可持续、可再生的材料。

原生态包装材料有很多种，主要包括两种：

一种是不需加工直接可以用的天然材料。它主要是利用植物纤维的形状和韧性，作为包装外壳或外皮。比如说椰壳、竹筒、荷叶、粽叶、竹叶、玉米皮、芦苇、秸秆等。

另一种是需做简单加工的天然材料。包括糯米纸、再生纸、草浆纸板、玉米粉做成的食品容器等。

（二）不可再生天然材料。优点是天然环保，缺点是不可持续生产或不可再生或加工过程复杂等。如石油是不可再生原料，因此应减少使用石油制品。

（三）新型环保材料。随着科技的发展以及人们对环保的重视，越来越多的环保材料被创造出来。

聚丙烯是现在常用的材料之一，它的优点是无毒无味、耐热、透明、绝缘、可回收循环使用，可代替一般的塑料制品。

回收再加工材料。常见的有铝塑复合材料，它具备塑料的防水性、柔韧性、耐腐蚀和金属材质的坚硬性质。

塑木（木塑）是由回收的塑料和废木料、木屑制成，在木材的优点基础上，还可具备防水、防火、防蛀、防腐蚀的特点。是非常好的可代替木制包装的材料。

利乐公司用回收的牛奶包装成功的制作成了2010年上海世博会上的2000条长椅。

目前还有很多新的发明被应用于包装材料的制作上。如美国的Ecovative Design公司生产一种类似泡沫的材料，它以棉碎屑、稻壳、荞麦壳作物加工后留下的垃圾为原料，加入孢子菌丝后，将混合材料装进各式各样的模具内，就会“生长”出符合包装要求的泡沫材料，它被命名为EcoCradle。

二、要做到低碳环保，不仅要从选材上下手，包装设计的技术结构层面也有很多方法，双管齐下才能做到真正的绿色包装。从结构上做绿色包装需要注意以下几点：

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中图分类号：S611文献标识码： A

引言

景观设计已经成为一门学科被人们重视和接受,与以往的景观设 计相比,现代景观设计发生了质的变化,现代景观设计更加注重景观的生态性与环保性,而且现代景观设计的创作对象多数是人们的生存环境,在具体的设计过程中 不仅要强调艺术性,还要思考生态性,只有这样才能为人类营造一个温馨的居住环境,提高人们生活的环境质量。本文针对景观设计展开讨论,分析了景观设计中生 态设计的重要意义。

一、生态设计的含义

生态学家瑞恩( Sirn Van dcr Ry n) 和考恩( Cow an) 在1996 年提出生态设计的定义:任何与生态过程相协调,尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计,这种协调意味着设计应尊重物种多样性，减少人类对自然资源的剥夺利用，保持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的环境质量，以改善人居环境及生态系统的健康。

生态观念即人与自然协调发展的观念，渗透到设计过程中使设计师在塑造物质、能量时把人与自然看成一个完整生态系统，而不是“人类中心论”或“自然决定论”,设计的最终目的( 预想的需要或欲望) 是最大限度的借助于自然力的最少设计( minimumdesign)。

景观生态设计包括广义和狭义两个层面的含义。狭义层面是指以景观生态学的原理和方法进行的景观设计。它注重的是景观空间格局和空间过程的相互关系。景观空间格局由斑块、基质、廊道、边界等元素构成。广义层面是指运用生态学( 包括生物生态学、系统生态学、人类生态学和景观生态学等) 的原理、方法和知识，对某一尺度的景观进行规划和设计。这个层面上的景观生态设计，实质上是对景观的生态设计。

二、景观设计与生态设计之间的关系

景观设计在很大程度上都直接在改变着我们身边的环境，而这种改变又因工程的大小而对环境进行不同程度的改造，景观设计师虽然不能完全以科学的眼光看待设计，但是设计师必须了解科学，了解生态，在景观设计中形式和视觉的美感固然重要，但是设计师也不能在景观设计中只讲究形式和视觉的美，也要考虑到这个设计方案会不会对环境和生态产生破坏，一个对生态对环境造成破坏的景观设计作品一定不是一个好的作品，这样的作品是有很大的缺陷的，是不符合可持续发展战略的设计。举个简单例子，如果设计师在进行景观设计的时候不考虑当地的地理和生态环境，为了追求形式和视觉的美而在北方地区的景观设计项目中，在植物配置的时候选用南方的常绿阔叶植物，这样的设计是不符合自然规律的，也是不科学的。

在景观设计中综合的进行环境和生态分析，努力把我们人类生活的环境改造成美丽而又可持续发展的健康的居住环境，设计师的作用是把那些不美的环境，遭到破坏的和存在缺陷环境，运用设计的各种手法，把它们改造成既生态又美丽和能够更加适合人类和其他动植物生长和生活的环境。

三、当代景观设计的生态设计原则

3.1尊重自然

自然有其自身的演变和更新规律，同时又具有很强的自我维持和自我恢复能力，生态设计要充分利用自然的能动性来实现生态系统的自我恢复。尊重自然发展过程，增强场地的自我调节能力，发展可持续的、生态的当代景观。

3.2最小干预最大促进

景观设计总是在一定场地上进行的，人类的活动对自然环境必然会产生干扰。生态设计就是要尽可能减小对场地的扰动，并努力通过设计的手段促进自然生态系统的物质利用和能量循环，维护场地的自然过程与原有生态格局，增强生物多样性。

3.3 4R 原则

“4R”即Reduce、Reuse、Recycle 和Renew able。“Reduce”减少对各种资源尤其是不可再生资源的使用,谨慎使用可再生资源;“Reuse”在符合工程要求的情况下对基地原有的景观构件进行再利用;“Recy- cl”建立回收系统，循环利用回收材料和资源; “Renewable”利用可回收材料与保留下的资源，创造新的景观，服务于新功能。

3.4以科学技术为指导

科技是第一生产力，充分利用当今最先进的科学技术来为景观生态设计服务。科学的发展推动了技术的进步，利用高科技技术以提高资源的利用率，利用高科技材料以减少对不可再生资源的利用，借助科技创造高技术的景观。

3.5艺术功能相结合

设计是一门艺术的学科，景观是一个综合的整体。设计师应当以现代艺术的思想理解现代景观的生态设计，以此来创造即饱含艺术美感，又满足社会功能的现代新景观。

四、当代景观设计的生态设计手法

4.1对场地的处理——保留与再利用

充分尊重场地历史和现状特征，保留场地的原有元素，对原有材料再次利用。这种处理手法让场地诉说历史的同时，节省了材料，也减少生产、加工、运输材料而消耗的能源，减少了对场地原有生态环境的破坏,无疑是一种生态的设计手法。

1972年,在主持美国西雅图煤气厂公园的景观设计时，设计师理查德·哈格( Richard Haag ) 从公园的现有条件出发，保持原本地貌，并选择性保留了基地中的旧工业设备。一些气压、水压设备则被刷上了红、黄、蓝、紫等鲜艳的颜色，有的覆盖在简单的坡屋顶之下，成为游戏室内的器械。工业设施和厂房被改建成餐饮、休息、儿童游戏等公园设施，这些被大多数人认为是丑陋、肮脏的工业设备，经过哈格的改造，重新获得了极高的审美情趣和社会价值[ 5] 。

4.2对材料的处理——循环利用与生态优先

以本地材料为主，倡导使用绿色材料。材料选择需要考虑的一个因素是材料的耐久性; 其次考虑的是材料使用中只需要少量维护或者维护中对环境影响较小。另外，应该尽量使用本地材料。因此，设计师应该力求寻找一种耐久性长，本地生产的、低维护性、低能耗的材料。

材料内含能量( embodied energ y ) 与原料的开采、制造过程和方法、运输距离的远近有密切的关系,因此使用本地材料不仅可节省运输所需的时间及相关金钱的花费，还可大大减少对异地生态环境的破坏及相关运输路途中对环境的污染[ 6] 。生态透水材料的使用就是生态优先的体现。城市中大量的硬化材料有两大缺点: 不透水、吸收和储存热量能力强。这两大缺点造成城市地下水源得不到补充，下雨时城市的雨水系统的压力巨大; 热岛效益增强，对城市生态系统造成负面影响。而生态透水材料就能很好的解决这两大难题。

4.3对生态资源的处理—— 经济高效与科技创新

任何一种能源的开发和利用都给环境造成了一定的影响，尤其以不可再生能源引起的环境影响最为严重和显著，而开发使用清洁能源和可再生能源则是改善环境、保护资源的有效途径。降低能源需求，减少能量消耗，使用高效节能技术，使用可更新和高效的能源供应技术，是利用清洁能源及节能的根本原则。1983 年彼得·拉茨在卡塞尔市建造了自己的住宅，这是一处以太阳能为主的生态住宅，这一住宅也为他赢得了相关建筑奖。在其设计的北杜伊斯堡景观公园中，水是循环利用的。污水经过处理后汇集了收集的雨水，引至工厂中原有的冷却槽和沉淀池，经澄清过滤后流入埃姆舍河。原工厂的旧排水渠改造成水景公园，利用新建的风力设施带动净水系统,将收集的雨水输送到各个花园，用来灌溉。整治后的埃姆舍河段成为了一个长条形水池，干净的水被循环利用。

4.4对垃圾的处理——变废为宝再生利用

从整个地球生态系统的良性循环出发，通过对材料和资源的再生利用，将改造后的“废料”塑造新景观，从而最大限度地减少对新材料的需求，减少对生产材料所需的能源的索取。彼得·拉茨德国北杜伊斯堡景观公园中，在这里场地上的工业废料被循环使用，如砖被收集起来作红色混凝土的骨料; 厂区堆积的焦炭、矿渣和金属物用作一些植物生长的媒介或地面表层的材料；用铁路护轨整修成新的道路,用49块废置的铁板铺设了金属广场。拉茨将基地中的重新利用，即减少了生产、加工、运输材料而消耗的能源,也减少了施工中的废弃物，体现了生态的设计理念。

五、结语

生态设计重视对自然环境的保护，运用景观生态学原理建立生态功能良好的景观格局，促进资源的高效利用与循环再生，减少废物的排放，增强景观的生态服务功能。当代景观设计中生态设计应该遵循三大理念:

(1)保护性景观设计

对区域的生态因子和物种生态关系进行科学的研究分析，通过合理的景观设计，最大限度地减少对原有自然环境的破坏，以保护良好的生态系统。设计师利用生态的设计方法，减少人为干扰因素，保护着基地内的自然生态环境，协调基地生态系统，使其更加健康的发展。

(2)恢复与促进性景观生态设计

一般说来，生态系统具有很强的自我恢复能力和逆向演替机制。生态环境除了受到自然因素的干扰之外，还受到人为因素的干扰。用景观的方式修复场地肌肤，促进场地生态系统的良性发展成了当代景观设计师的重大责任。面对满是创伤的场地，设计师首先考虑的问题是如何进行生态的恢复，即使面对未被破坏的场地，也开始思考如何通过景观设计的方法促进场地生态系统的完善。

(3)补偿性景观生态设计

在设计中运用科学手段，探索更适宜在景观中应用而又能减少对生态环境影响的设计手法和景观元素，有意识地为已遭破坏的生态环境进行恢复，是一种以景观形式对自然进行补偿的设计过程。现在，设计师们已经通过科学技术尽可能的减少了可再生能源的消耗，而开始大量应用自然界中的可再生能源,如太阳能、风能等，以适应现代生态环境。生态设计的目的是维护自然生态系统的平衡，维持物种的多样性，保证资源的永续利用，但归根结底都是为了人类社会的可持续发展。随着公众生态意识的不断增强和技术手段的不断改进，生态设计的理念将日益深入人心，并不断渗透到人们的日常生活之中，同时对生态设计理论的深入和对设计手法的探索与拓展也必将更进一步。而在我国逐渐步入节约型社会的同时，景观设计师应该通过对生态理念的理解,遵循生态原则，使得人居环境逐步走向生态化，并达到人与自然的和谐发展。

篇9

二、国际生态税收实践

在生态环境恶化、资源短缺和环境污染严重的严峻形势下，各个国家都在为实现特定的生态环保目标，按照生态学观点和精神，开征生态税收，构建税收制度，设计税制要素，借助税收手段调节纳税人相应行为，筹集生态环保资金，解决人类在生产、生活过程中与自然之间所产生的矛盾，并积极参与解决生态危机，从而推动生态文明的形成和发展。不同的国家有不同的国情，我国可以从发达国家实施的生态税收政策中得到以下启示：

（一）适当地开征新税种

生态税收是出于保护环境，防止自然资源枯竭，促进再生，保持生态平衡，而对破坏生态环境、自然资源以及生态平衡的生产和消费行为征收相应数量的税收，或运用其他税收手段来达到改善生态目的的一种经济政策行为。就德国而言，针对性地开征《废水税法》税种，其高效、涉及面广的特点使它一出台便迅速渗透到德国社会经济生活的各个领域，对德国经济和社会造成巨大的冲击。从而，可以看出独特的生态税种的确有其独特的优越性。因此，应该在原来的单纯以促进经济增长为目的税种尽快转移到以促进发展“循环经济”为目的税种，针对不同的情况开征合理、有效的税种。

（二）协调所得税与生态税

过去，我国往往是大量地提高了对劳动和所得征税，保持对资本征税的同时，却允许大量的污染和资源消耗不被课税，使原税制未反映商品和劳务的环境成本，抬高了没有污染行为的价格，对污染行为则保持低价格，其结果是鼓励耗费资源。因此，应该实施通过生态税负转移扭转这种趋势，即在提高生态税收水平的同时，降低所得税的水平。

（三）实行区域性和全国性对策

生态问题既包括地区性的问题，也包括跨区性的、全国性的问题，甚至还有国际性的问题。但由于中央政府和地方政府在目的和征收条件方面的不同，而且地方政府还有很大的灵活性，所以二者应该是各有分工。荷兰生态税收征收的高效率在于征收生态税收的政府级次有了划分，以及税务部门和各环境、资源部门的协调，取得了很好的效果。因此，生态税收必须在更广泛的制度和结构意义上去设计，以便决定哪一层次的政府或税务机关能最好地控制生态资源。

（四）提高环保和纳税意识

公民自觉的环保和纳税意识是基础，完善的环保立法和有效的税收征管是保障。美国通过广泛的宣传教育，增强了公民的环保和纳税意识，将主要由政府重视的环保工作变成了全民参与、人人重视的环保事业。并且通过完善的环保立法，使税收等经济政策均能严格依法执行，大大减少了偷逃税款的现象。德国在很早就认识到了环保的重要性，在发现了过去法律法规的缺点后，能立刻开征生态税收。征收生态税收，使人们切实地感受到环保行为对费用支出的影响，从而自发地不断寻求总成本趋于最低的环保手段。

（五）维护企业竞争力

每一税种实施的条件各具特色，推进的程度也各不相同。税率采用过渡期逐年提高的方式，企业可以制定相应的时间表来应对新的税率。然后随着治污技术的逐步提高，企业也更加可能选择恰当的时机更换原有的设备，进行节能投资。例如，某国为了避免二氧化碳税对企业竞争力产生影响，设计了灵活且相对复杂的税制，而且法律中归类为能源密集型的企业以及总税负超过企业增值额3%的企业可以选择与环境能源部签署协议，获得减税。这样使二氧化碳税的征收对企业产生有利影响，通过均衡考虑不同的利益，可以在合理的程度内既达到一定的生态保护的目标，也使利益各方可以接受。

三、完善我国生态税收的若干思考

建立与完善生态税收是一项庞大的系统工程，在其实施过程中必须充分考虑各方面的因素，把握一定原则的前提下，开征环境税，完善资源税，再以一定的配套措施为补充，充分建立与完善我国的生态税收，从而保护我们的生态资源，解决生态危机问题。

（一）开征独立的生态税种

除了“费改税”外，可以考虑按国际通行的做法，根据需要开征环境保护税。参考欧美国家的成功经验，该税种的性质应属于特定行为税，它调节的对象应确定为产生污染的生产或消费行为，根据污染的不同对象，其具体内容可以包括：

1、碳税

由于二氧化碳是造成温室效应的主导气体，为了控制其排放，在条件成熟的情况下借鉴国外的经验，对煤、石油、天然气等化石燃料按含碳量征收二氧化碳税。碳税是唯一能带来长期收入的环保税种，也是环境效应与经济效应冲突的一个典型。碳税的实际征收，并非直接对二氧化碳的排放征收，而是对煤、石油、天然气等化石燃料征收。这主要是由于直接以二氧化碳排放量为税基，在技术上不易操作。碳税税率的设计十分复杂，简便做法是对化石燃料从量定额征收，并按含碳等值系数（即热量等价情况下的含碳比）进行换算。在设计税率时应遵循的原则是：碳税要对石油、煤、天然气实行差别税率，循序渐进的原则。

2、水污染税

我国目前对水体污染行为的控制仪是针对工业废水污染，而且还不是全额收费，只是超标收费，收费标准也偏低。生活废水还不在考虑之中，但这部分污水排放量已经达到相当大的比例。来自生活方面的污染己经使我国水资源面临严重的污染问题。为了加大水污染的控制力度，提高治理的效率和效果，有必要将水污染税的课征对象扩展到生活废水和农业废水，实施全方位的征收。对城镇居民排放的生活用污水，由于其中所含污染物质的种类及浓度大体相当，可以采用无差别的比例税率，直接根据排放量多少确定税负。而对农业废水可以参照工业废水的治理方法来处理。水污染税也应以边际治理成本为确定征收税率的标准，用利益机制不仅可以激励污水的治理，还可激励整个社会节约用水。

3、污染性产品税

这类税收主要用来解决特殊环境方面的问题。对剂、化肥、杀虫剂、电池、化学原料及包装物征税，以鼓励回收利用及限制污染严重产品的生产和消费。污染性产品是有替代产品的，产品的需求价格弹性比较大，可以用无污染性产品和污染性产品的边际生产成本差作为税率来课征污染性产品税，将外部成本内部化，提高污染性产品的内部价格，利用价格机制来抑制或取消污染性产品的生产和消费。

4、其他产品税

对农药、化肥等农业投入品征税，以抑制其应用带来的污染；对于城市中的塑料袋和发泡材料一次性饭盒污染征收适当税率的环境税，以减少其生产和使用；含磷洗衣粉的使用是水资源污染的重要因素，对其征税应考虑使税率高于无磷洗衣粉和含磷洗衣粉的生产成本的差异；对不可回收的饮料容器征饮料容器税等等，可以在生产或销售环节征税。

（二）调整现行资源税

对资源税进行完善，有利于提高资源的利用率，遏制资源的过度掠夺性开采与浪费，保障循环经济的实现。调整现行资源税，使之成为生态税收体系中的一员。

1、扩大征收范围

我国现行资源税仅对矿产品和盐类资源课税，征收范围过窄，难于遏制对自然资源的过度开采，因为大量非税资源的价格由于不含税收的因素而明显偏低，以非税资源为主要原料的下游产品的价格也偏低，从而导致对非税资源及其下游产品的需求畸形增长，使自然资源遭受严重掠夺性开采，造成资源配置不合理，影响可持续发展。这既不符合当今世界资源税的趋势和走向，也与我国资源短缺、利用率低、浪费现象严重的情况极不相称。资源税的开征不仅是取得财政收入的一种形式，也应起到全面保护资源，提高资源利用效率的税收作用。因而应将目前资源税的征税对象扩大到矿藏资源和非矿藏资源，以有效保护我国短缺的自然资源，保持生态平衡。目前，世界上许多国家资源税的征收范围都涵盖了矿藏资源、土地资源、水资源、动植物资源、森林资源、草场资源、海洋资源以及地热资源等。

2、改革税率设计

将资源税和环境成本以及资源的合理开发、养护、恢复等挂钩，根据资源的稀缺性、人类的依存度、不可再生资源替代品开发的成本、可再生资源再生成本、生态补偿的价值等因素，合理确定和调整资源税的税率。可以按照资源的蕴藏及耗用梯度设计税率，对不可再生性、不可替代性和稀缺性资源课以重税，以减少资源的过度开采，杜绝资源的破坏性开采，维护生态环境。其实质就是不可再生资源高于可再生资源，稀有程度大的资源高于普通资源，经济效用大的资源高于经济效用小的资源，对环境危害大的资源高于危害程度轻的资源，重构税率结构。按质论价为基础，缩小幅度差距，并根据资源市场变化作相应调整，适度提高资源税税率标准，使之充分体现公平税负、维护生态、调整结构的目的。

篇10

中图分类号：TH113 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0006-01

随着经济的发展和进步，人们对能源提的要求越来越高，当前人类在不断寻找新能源。太阳能是一种清洁可再生的新能源，越来越受到人们的亲睐，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能，太阳能发电技术也在不断的进步。而太阳能蒸汽发电设备的工作原理则是利用汇聚的太阳光，把低沸点的液态工质加热变为水蒸气，然后推动汽轮机来发电。

1 国内外的研究状况及存在的问题

我国太阳能资源丰富，绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/O以上，最高达7kWh/O，但是在我国太阳能发电技术发展缓慢，其大规模的利用在短期内难以启动，而阻碍其发展主要在于多晶硅的缺乏，成本太高等原因。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为：太阳能槽式发电；太阳能塔式热发电；太阳能碟式热发电。这几种形式的太阳热发电系统相比较而言，塔式热发电系统的成熟度目前不如抛物面槽式热发电系统，而配以斯特林发电机的抛物面盘式热发电系统虽然有比较优良的性能指标，但目前主要还是用于边远地区的小型独立供电，大规模应用成熟度则稍逊一筹。这三种太阳能发电方式都有公共的缺点：造价较高，不适合民用；无法安装太阳跟踪系统，太阳光利用率低；占地面积大；液态工质沸点较高，在温度较低或阳光不充足的情况下无法达到设计的发电要求。

2 新型太阳能蒸汽式发电装置

2.1 基本结构

该太阳能蒸汽式发电设备（如图1所示），主要由加热灌、低沸点液态工质、叶轮、发电机、蒸汽导管、散热片、聚光罩、 旋转底座、液体工质回流管及控制系统组成。

2.2 工作原理

该太阳能蒸汽发电设备，通过聚光罩反射平行太阳光，并通过凸透镜将太阳光聚焦到加热灌上，从而加热加热灌内的低沸点液态工质使之达到沸腾状态，如此在加热灌内产生一个高压条件，在加热灌上部设有束口的颈部因此会在这个束口的颈部产生一股高速蒸汽流该股高速蒸汽流推动设置在此处的叶轮快速转动，该叶轮通过联轴带动发电机快速转动，在发电的同时通过蓄电装置将电能储存起来。当气流通过发电装置到达散热片后，通过散热片快速散热，从而在散热片处液体蒸汽从气态迅速凝结成液态，气体体积迅速减小，加速了叶轮处的蒸汽流动，在散热片凝结形成的液体通过液体工质回流管返回到加热灌补偿加热灌内的低沸点液态工质的损失，从而在整个装置内形成一个循环往复的汽―液循环系统。

2.3 突破与创新

（1）该太阳能蒸汽式发电设备安装有太阳能自动跟踪系统，大大提高了太阳能利用率，并且有效地提高了发电效率。

新型太阳跟踪系统。

我们在太阳跟踪系统中安装智能太阳跟踪仪，它可以随着太阳的运动而转动，不需要计算一年内太阳的位置。当太阳落山时，本智能太阳跟踪系统自动转回原位，我们计算出早上太阳升起的位置，在太阳升起前那一时刻，此太阳跟踪系统已把位置准备好。这样提高了太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率。该太阳能跟踪系统可以广泛的使用于各类设备的需要使用太阳跟踪的地方，该太阳能跟踪系统性能稳定、结构合理、跟踪准确、方便易用。

若加热灌与聚光罩连接在一起则太阳跟踪系统旋转则非常困难，因此本产品聚光罩底部设有圆弧行的旋转基座，加热灌底部设计为半球形集热片，在加热灌不动的情况下，聚光罩通过连接件沿弧形旋转基座跟踪太阳光旋转，使该设备旋转更方便，太阳光反射率更高，加热效率更高。

（2）该太阳能蒸汽式发电设备利用低沸点液态工质作原料，易得到，整个装置是一个汽―液循环系统，无污染，无辐射，节省原料。

（3）该太阳能蒸汽式发电设备使用寿命长，本发电设备科技含量高，智能化设计

（4）该太阳能发电设备既可使用于大型发电站，又可以用于家庭发电。

（5）该设备的加热灌内装有电热丝辅助加热设备在阳光不充足的情况下辅助加热以提高发电量。

3 结语

发展低碳经济就要开发新能源，太阳能资源是最丰富的可再生资源，他分布广泛、可再生、不污染环境，是国际社会公认的最理想的替代能源。该太阳能蒸汽式发电设备利用低沸点液态工质作原料，整个装置是一个汽―液循环系统，无污染，无辐射，节省原料。这对于加速我国经济的发展，保护日益恶化的自然环境作出巨大贡献。

该设备安装有太阳能自动跟踪系统，可提高太阳能利用率，进而提高发电效率，适合用在发电站。加之这种发电设备造价低，占地面积小，非常适合民用。该设备的推广与应用，将会在太阳能发电领域掀起新的浪潮。

参考文献

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的环境, 经济 和安全 问题 做了探讨. 对可再生氢能系统在香港的 应用 前景做了展望.

关键词: 可再生能源, 氢能, 电解水, 光伏电池, 太阳能热化学循环, 生物质

引言

技术和经济的 发展 以及人口的增长, 使得人们对能源的需求越来越大. 目前 以石

油, 煤为代表的化石燃料仍然是能源的主要来源. 一方面, 化石燃料的使用带来了严

重的环境污染, 大量的co2, so2, nox气体以及其他污染物, 导致了温室效应的产生和

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储量, 日益增长的能源

需求带来了严重的能源危机. 据估计, 按照目前的消耗量, 石油仅仅能维持不到50年,

而煤也只能维持200年. kazim 和 veziroglu (2001)[1]指出, 做为主要石油输出国的阿拉

伯联合酋长国, 将在2015年无法满足石油的需求. abdallah 等人(1999)[2]则宣布, 埃

及的化石燃料资源, 在未来的20年内就会耗尽! 而作为能源需求大国的

尽管电解水制氢具有很高的效率, 由于昂贵的价格, 仍然很难大规模使用. 目前

三种电解槽的成本分别为: 碱性电解槽us$400-600/kw, pem电解槽约us$2000/kw, 固体

氧化物电解槽约us$1000-1500/kw. 当光伏电池和电解水技术联合制氢时, 制氢成本将

达到约us$41.8/gj(us$5/kg), 而当风力发电和电解水技术联合制氢时, 制氢成本约为

us$20.2/gj (us$2.43/kg) [20].

2. 太阳能热化学循环制氢

太阳能热化学循环是另一种利用太阳能制取氢燃料的可行技术. 首先, 由太阳能

聚光集热器收集和汇聚太阳光以产生高温. 然后由这些高温推动产氢的化学反映以制

取氢气. 目前国内外广泛 研究 的热化学制氢反应有: (1) 水的热分解(thermolysis);

(2) h2s的热分解和(3) 热化学循环水分解.

2.1. 水的热分解制氢

由太阳能聚光器产生的高温可以用于对水进行加热, 直接分解而产生氢气和氧气.

反应式如(4)

2h2o 2h2 + o2 (4)

在这个反应中, 水的分解率随温度的升高而增大. 在压力为0.05bar, 温度为2500k时,

水蒸汽的分解率可以达到25%, 而当温度达到2800k时, 则水蒸汽的分解率可达55%. 可

见提高反应温度, 可以有效产氢量. 然而, 反应所需的高温也带来了一系列的 问题 .

由于温度极高, 给反应装置材料的选择带来了很大限制. 适合的材料必须在2000k以上

的高温具有很好的机械和热稳定性. zirconia由于其熔点高达3043k而成为近年来在水

的热分解反应中广泛使用的材料 [21,22]. 其他可选的材料及其熔点见表2.

表2. 作为热化学反应装置备选材料及其熔点 [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)

另一个问题就是氢和氧的分离问题. 由于该反应可逆, 高温下氢和氧可能会重新结合

生成水, 甚至发生爆炸. 常用的分离 方法 是通过对生成的混合气体进行快速冷却(fast

quenching),再通过pd或pd-ag合金薄膜将氢和氧分离. 这种方法将会导致大量的能量

损失. 近几年有研究人员采用微孔膜(microporous membrane)分离也取得一些成功

[22,23], 使得直接热分解水制氢研究又重新受到广泛关注.

2.2. h2s的热分解

h2s是化学 工业 广泛存在的副产品. 由于其强烈的毒性, 在工业中往往都要采用

claus process将其去除, 见式(5)

2h2s + o2 2h2o + s2 (5)

这个过程成本昂贵, 还将氢和氧和结合生成水和废热, 从而浪费了能源. 对h2s的直接

热分解可以将有毒气体转化为有用的氢能源, 变废为宝, 一举两得. h2s的热分解制氢反

应式见(6)

2h2s 2h2 + s2 (6)

该反应的转化率受温度和压力的 影响 . 温度越高, 压力越低, 越有利h2s的分解. 据报

道, 在温度1200k,压力1 bar时, h2s的转化率为14%, 而当温度为1800k, 压力为0.33bar

时, 转化率可达70% [24]. 由于反应在1000k以上的高温进行, 硫单质呈气态, 需要与氢

气进行有效的分离. 氢与硫的分离往往通过快速冷却使硫单质以固态形式析出. 同样,

这种方法也会导致大量的能量损失.

2.3. 热化学循环分解水制氢

水的直接热分解制氢具有反应温度要求极高, 氢气分离困难, 以及由快速冷却带

来的效率降低等缺点. 而在水的热化学分解过程中, 氧气和氢气分别在不同的反应阶

段产生, 因而跨过了氢气分离这一步. 并且, 由于引入了金属和对应的金属氧化物,

还大大降低了反应温度. 当对于水直接热分解的2500k, 水的热化学循环反应温度只有

1000k左右, 也大大减轻了对反应器材料的限制. 典型的2步热化学循环反应式见

(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 为金属单质, mxoy 或1 1 y x o m 则分别为相应的金属氧化物. 适合用做水的热化学

循环反应的金属氧化物有tio2, zno, fe3o4, mgo, al2o3, 和 sio2等. zno/zn 反应温度较

低, 在近几年研究较多 [24-29]. fe3o4/feo 是另一对广泛用于热化学分解水制氢的金属

氧化物. 该循环中, fe3o4 首先在1875k 的高温下被还原生成feo 和 o2, 然后, 在573k

的温度下, feo 被水蒸汽氧化, 生成fe3o4 和 h2. 经研究发现, 用mn, mg, 或co 代替

部分fe3o4 而形成的氧化物(fe1-xmx)3o4 可以进一步降低反应温度 [4], 因而更具 发展

前景.

除了以上所述2 步水分解循环外, 3 步和4 步循环分解水也是有效的制氢方式.

is(iodine/sulfur)循环是典型的3 步水分解循环, 该循环的反应式见(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 循环中,影响制氢的主要因素就是单质硫或硫化氢气体的产生等副反应的发生. 为

尽量避免副反应的发生, x 的值往往设置在4.41 到11.99 之间[30]. ut-3 则是典型的

4 步循环[31]. 其反应式见(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)

热化学循环分解水虽然跨过了分离氢和氧这一步, 但在2 步循环中, 生成的金属在

高温下为气态并且会和氧气发生氧化还原反应而重新生成金属氧化物, 因此, 需要将

金属单质从产物混合物中分离出来. 金属单质的分离一般采用快速冷却使金属很快凝

固从而实现分离. 同样, 在3 步循环中, 氢和碘也需要及时的分离. 采用的分离技术都

类似.

2.4. 热化学循环分解水制氢的现状

热化学循环制氢在欧洲研究较多, 但由于产物的分离一直是一个比较棘手的问题,

能量损失比较大, 此种制氢方法还没有进入商业化的阶段. 在swiss federal institute of

technology zurich,对zno/zn 循环制氢研究已经比较深入. 他们的研究目前主要集中在

产物的分离以及分解水反应的机理方面 [32]. swiss federal office 则已经启动了一个

“solzinc”的计划, 通过zno/zn 循环制取氢气以实现对太阳能的储存. 目前正在进行

反应器的设计, 将于2004 年夏季进行测试[33].

2.5.太阳能热化学循环制氢的环境, 经济 和安全问题

太阳能热化学循环采用太阳能聚光器聚集太阳能以产生高温, 推动热化学反应的

进行. 在整个生命周期过程中, 聚光器的制造, 最终遗弃, 热化学反应器的加工和最

终的废物遗弃以及金属,金属氧化物的使用都会带来一定的环境污染. 其具体的污染量

需要进行详细的生命周期评价(lca)研究. 此外, 在h2s 的分解中, 以及在is 循环和

ut-3 循环中, 都使用了强烈腐蚀性或毒性的物质, 比如h2s, h2so4. 这些物质的泄漏

和最终的处理会带来环境的污染和危险, 需要在设计和操作过程中加以考虑. 另外, 由

于反应都是在高温下进行, 氢和氧的重新结合在反应器中有引起爆炸的危险, 需要小

心处理.

由于热化学循环制氢尚未商业化, 相关的经济信息都是基于估算. steinfeld

(2002)[29]经过估算指出, 对于一个大型的热化学制氢工厂(90mw), 制的氢气的成本为

大约us$4.33-5/kg. 相比之下, 由太阳能热电 – 电解水系统制取氢气的成本则约为

us$6.67/kg, 而通过大规模天然气重整制氢的成本约为us$1.267/kg [20]. 可见太阳能热

化学循环制氢和天然气重整制氢相比虽然没有经济优势, 但和其他可再生制氢技术相

比则在经济性方面优于太阳热电-电解水和光伏-电解水技术.

3. 利用生物质制氢

生物质作为能源, 其含氮量和含硫量都比较低, 灰分份额也很小, 并且由于其生

长过程吸收co2, 使得整个循环的co2 排放量几乎为零. 目前对于生物质的利用, 尤其

在发展

热裂解得到的产物中含氢和其他碳氢化合物, 可以通过重整和水气置换反应以得

到和提高氢的产量. 如下式所示:

合成气 + h2o h2 + co (18)

co + h2o co2 + h2 (19)

利用生物质热裂解联同重整和水气置换反应制氢具有良好的 经济 性, 尤其是当反

应物为各种废弃物时, 既为人类提供了能量, 又解决了废弃物的处理 问题 , 并且技术

上也日益成熟, 逐渐向大规模方向 发展 . danz (2003 年)[39]估算了通过生物质热裂解制

氢的成本约为us$3.8/kg h2 (因氢的热值为120mj/kg, 这相当于us$31.1/gj), 这和石

油燃油的价钱us$4-6/gj 相比还没有任何优势, 但carlo 等[40]指出, 当热裂解制氢的规

模达到400mw 时, 氢的成本会大大降低, 达到us$5.1/gj. 可见实现大规模的利用生物

质制氢, 将会是非常有潜力的发展方向.

3.2. 生物质气化制氢

生物质气化是在高温下(约600-800oc)下对生物质进行加热并部分氧化的热化学过

程. 气化和热裂解的区别就在于裂解决是在无氧条件下进行的, 而气化是在有氧条件

下对生物质的部分氧化过程. 首先, 生物质颗粒通过部分氧化生成气体产物和木碳,

然后, 在高温蒸汽下, 木碳被还原, 生成co, h2, ch4, co2 以及其他碳氢化合物.

对于生物质气化技术, 最大的问题就在于焦油含量. 焦油含量过高, 不仅 影响 气化

产物的质量, 还容易阻塞和粘住气化设备, 严重影响气化系统的可靠性和安全性. 目前

处理焦油主要有三种 方法 . 一是选择适当的操作参数, 二是选用催化剂加速焦油的分解,

三是对气化炉进行改造. 其中, 温度, 停留时间等对焦油分解有很重要的作用. milne ta

(1998 年)[41]指出, 在温度高于1000oc 时, 气体中的焦油能被有效分解, 使产出物中的

焦油含量大大减小. 此外, 在气化炉中使用一些添加剂如白云石, 橄榄石以及使用催化

剂如ni-ca 等都可以提高焦油的分解, 降低焦油给气化炉带来的危害[42,43]. 此外, 设

计新的气化炉也对焦油的减少起着很重要的作用. 辽宁省能源 研究 所研制的下吸式固定

床生物质气化炉, 在其喉部采用特殊结构形式的喷嘴设计, 在反应区形成高温旋风动力

场, 保证了焦油含量低于2g/m3.

由气化所得产物经过重整和水气置换反应, 即可得到氢, 这与处理热裂解产物类似.

通过生物质气化技术制氢也具有非常诱人的经济性. david a.bowen 等人(2003)[44]比较

了生物质气化制氢和天然气重整制氢的经济性, 见图2. 由图可见, 利用甘蔗渣作为原

料, 在供料量为每天2000 吨的情况下, 所产氢气的成本为us$7.76/gj, 而在这个供料量

下使用柳枝稷(switchgrass)为原料制得的氢气成本为us$6.67/gj, 这和使用天然气重整

制氢的成本us$5.85-7.46/gj 相比, 也是具有一定竞争力的. 如果将环境因素考虑进去,

由于天然气不可再生, 且会产生co2, 而生物质是可再生资源, 整个循环过程由于光合

作用吸收co2 而使co2 的排放量几乎为0, 这样, 利用生物质制氢从经济上和环境上的

综合考虑, 就已经比天然气重整更有优势了.

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

图2. 生物质制氢与天然气制氢经济性的比较

fig. 2. comparison of hydrogen cost between biomass

gasification and natural gas steam reforming

以上 分析 的利用生物质高温裂解和气化制氢适用于含湿量较小的生物质, 含湿量高

于50%的生物质可以通过光合细菌的厌氧消化和发酵作用制氢, 但目前还处于早期研究

阶段, 效率也还比较低. 另一种处理湿度较大的生物质的气化方法是利用超临界水的特

性气化生物质, 从而制得氢气.

3.3. 生物质超临界水气化制氢

流体的临界点在相图上是气-液共存曲线的终点, 在该点气相和液相之间的差别刚

好消失, 成为一均相体系. 水的临界温度是647k, 临界压力为22.1mpa, 当水的温度和

压力超过临界点是就被称为超临界水.在超临界条件下, 水的性质与常温常压下水的性

质相比有很大的变化.

在超临界状态下进行的化学反应, 通过控制压力, 温度以控制反应环境, 具有增强

反应物和反应产物的溶解度, 提高反应转化率, 加快反应速率等显著优点, 近年来逐渐

得到各国研究者的重视 [45,46]. 在超临界水中进行生物质的催化气化, 生物质的气化

率可达100%, 气体产物中氢的体积百分比含量甚至可以超过50%, 并且反应不生成焦

油, 木碳等副产品, 不会造成二次污染, 具有良好的发展前景. 但由于在超临界水气中

所需温度和压力对设备要求比较高, 这方面的研究还停留在小规模的实验研究阶段. 我

国也只进行了少量的研究, 比如西安交大多相流实验室就研究了以葡萄糖为模型组分在

超临界水中气化产氢, 得到了95%的气化效率 [47]. 中科院山西煤炭化学研究所在间隙

式反应器中以氧化钙为催化剂的超临界水中气化松木锯屑,得到了较好的气化效果.

到目前为止, 超临界水气化的研究重点还是对不同生物质在不同反应条件下进行实

验研究, 得到各种因素对气化过程的影响. 表3 总结 了近几年对生物质超临界水气化制

氢的研究情况. 研究表明, 生物质超临界水气化受生物质原料种类, 温度, 压力, 催化剂,

停留时间, 以及反应器形式的影响.

表3. 近年来关于生物质超临界水气化制氢的研究

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]

生物质的主要成分是纤维素, 木质素和半纤维素. 纤维素在水的临界点附近可以快

速分解成一葡萄糖为主的液态产品, 而木质素和半纤维素在34.5 mpa, 200-230oc 下可以

100%完全溶解, 其中90%会生成单糖. 将城市固体废弃物去除无机物后可以形成基本稳

定, 均一的原料, 与木质生物质很相似. 由表可见, 不同的生物质原料, 其气化效率和速

率也有所不同. 温度对生物质超临界水中气化的 影响 也是很显著的. 随着温度的升高,

气化效率增大. 压力对于气化的影响在临界点附近比较明显, 压力远大于临界点时, 其

影响较小. 停留时间对气化效率也有一定影响, 研究 表明, 生物质在超临界水中气化停

留时间与温度相关, 不同的温度下有不同的一个最佳值. 使用催化剂能加快气化反应的

速率. 目前 使用的催化剂主要有金属类催化剂, 比如ru, rh, ni, 碱类催化剂, 比如koh,

k2co3, 以及碳类催化剂 [51,52]. 反应器的选择也会影响生物质气化过程, 目前的反应

器可以分为间歇式和连续式反应器. 其中间歇式反应器结构简单, 对于淤泥等含固体的

体系有较强适应性, 缺点是生物质物料不易混合均匀, 不易均匀地达到超临界水下所需

的压力和温度, 也不能实现连续生产,. 连续式反应器则可以实现连续生产, 但反应时间

短, 不易得到中间产物, 难以 分析 反应进行的情况, 因此今后需要进行大量的研究, 研

制出更加有效的反应器以及寻求不同生物质在不同参数下的最佳气化效果, 实现高效,

经济 的气化过程.

4. 其他制氢技术

除热化学 方法 外, 生物质还可以通过发酵的方式转化为氢气和其他产物. 此外,

微藻等水生生物质能够利用氢酶(hydrogenase)和氮酶(nitrogenase)将太阳能转化为

化学能-氢. 这些生物制氢技术具有良好的环境性和安全性, 但还处于早期的研究阶段,

制氢基理还未透彻理解, 尚需大量的研究工作.

太阳能半导体光催化反应制氢也是目前广泛研究的制氢技术. tio2 及过渡金属氧化

物, 层状金属化合物如k4nb6o17, k2la2ti3o10, sr2ta2o7 等, 以及能利用可见光的催化

材料如cds, cu-zns 等都经研究发现能够在一定光照条件下催化分解水从而产生氢气.

但由于很多半导体在光催化制氢的同时也会发生光溶作用, 并且目前的光催化制氢效

率太低, 距离大规模制氢还有很长的路要走. 尽管如此, 光催化制氢研究仍然为我们

展开了一片良好的前景.

5. 制氢技术 总结 以及在香港的 应用 前景

前面讨论了利用可再生资源制取清洁燃料-氢的各项主要技术. 这些技术的特点,

经济性, 环境和安全方面的特点总结于表4.

表4. 利用可再生资源制氢技术比较

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

由表可见, 生物质气化技术和风能-电解制氢技术具有良好的经济性. 对于环境的污染

以及危险性也相对较小, 极具 发展 前景, 可以作为大规模制氢技术. 而光伏-电解水技

术则目前还未显示出经济优势. 但由于太阳能资源丰富, 在地球上分布广泛, 如果光

伏电池的效率能进一步提高, 成本能大幅降低, 则是未来很有潜力的制氢技术. 太阳

能热化学循环也是可行的制氢技术, 今后的发展方向是进一步降低分解产物的能量损

耗以及发展更为经济的循环.

香港地少人多, 没有自己的煤, 石油, 天然气, 也没有大规模的农业, 所有能源

目前都依赖进口. 但香港具有丰富的风力资源和充足的太阳能资源, 利用可再生资源

部分解决香港的能源 问题 是一条值得探讨的思路.

香港总人口681 万, 总面积2757km2, 其中陆地面积1098 km2, 海洋面积1659 km2.

但香港绝大多数人口集中在港岛, 九龙等面积较小的市区, 而新界很多区域以及周边

岛屿则人口较少. 由于香港地处北回归线以南, 日照充足(13mj/m2/day), 风力强劲

(>6m/s), 具有很大的发展可再生能源的潜力. 简单 计算 可知, 如果将香港所有陆地面

积安装上效率为10%的光伏电池, 则年发电量可达144.7twh, 这相当于香港1999 年电

消耗量35.5twh 的4 倍! 这说明发展光伏技术在香港有很大潜力. 考虑到香港市区人

口稠密, 可以考虑将光伏电池安装在周边岛屿发电, 通过电解槽制氢. 由于光伏-电解

水成本很高, 这一技术还难以大规模应用, 如果光伏成本能大幅度降低, 则在香港发

展光伏制氢具有非常诱人的前景. 另外, li(2000)[53]进行了在香港发展海上风力发电

的可行性研究. 研究表明, 利用香港东部海域建立一个11 × 24 km 的风力发电机组, 可

以实现年发电2.1 twh, 这相当于香港用于 交通 的能源的10%. 此外, 香港周边岛屿,

如横澜岛等, 平均风力都在6.7 m/s 以上, 在这些岛屿发展大规模的风力机组也是值得

进一步探讨的问题. 除此之外, 香港每年产生的大量有机垃圾, 也可以通过气化或热

解制氢. 这些技术在香港的成功应用还需要更深入的研究, 本文不作深入探讨.

6. 小结

本文综述了 目前 利用可再生资源制氢的主要技术, 介绍了其基本原理, 也涉及到

了各项技术的 经济 性和环境以及安全方面的 问题 . 对各项制氢技术进行了对比 分析 ,

总结 出利用风能发电再推动电解水, 以及利用生物质的热化学制氢具有良好的经济性,

对环境的污染较小, 技术成熟, 可以作为大规模制氢的选择. 利用光伏-电解水技术具

有诱人的 发展 前景, 但目前还未显示出其经济性. 而太阳能热化学制氢则处于 研究 阶

段, 还难以用于大规模制氢. 香港具有比较丰富的可再生资源, 利用风力发电和有机

废物制氢是可行的制氢技术, 而光伏电池还需要大量研究以进一步降低成本. 尽管还

有大量的研究和更深入的分析要做, 利用可再生资源制氢以同时解决污染和能源问题

已经为我们展开了一个良好的前景.

致谢:

本文属<可再生氢能在香港的 应用 研究>项目, 该课题受香港中华电力公司(clp)及香港

特别行政区政府资助, 在此表示感谢!

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篇12

步骤一：理解可持续能源问题及其对社会、经济和环境的影响

该步骤旨在帮助审计人员构建可持续能源问题的基本分析框架，识别可持续能源问题及其对所在国家环境、经济和社会的影响，包括可持续能源相关概念，常用的能源的种类及其优缺点，能源消耗、储备以及使用效率的相关问题，进而帮助最高审计机关与审计人员识别并理解各国可持续能源方面存在的问题及其对社会、经济和环境的影响。

可持续能源审计的最终目的是促进经济、高效地使用可持续能源，这一目的的实现面临诸多问题，例如：国家立法或政策不当；开发、生产和安装可再生资源的技术成本高昂；国家的补贴开发和支持可持续能源的制度执行效果不佳；国家对可再生能源的使用情况的关注力度不够；可再生资源产业竞争不充分；潜在投资者持怀疑态度等。

各国应该采取措施提高可再生能源在整个能源供给中的比例，提高可再生能源的利用效率。广泛应用可再生能源，可以促进采用现代科技的新兴部门的发展；降低国家对进口能源的依赖，应对环境变化和大气污染，创造新的工作岗位。可再生能源产业的开发，通常需要借助于国家投资、政策扶持等优势资源，因此，有必要监督审计可再生能源工作的开展情况。在开展可再生能源审计的过程中，最高审计机关的审计人员有必要理解所在国可持续能源的总体形势。包括：

(1)了解所在国使用的能源种类及其优缺点。

(2)所在国能源配给的状况。能源产出是可持续能源框架问题之一，能源从产出到终端用户的传输也是至关重要的，能源配给网络的有效性限制能源的使用效率，尤其是对于那些能源生产地距能源消耗地较远的情况。扩展可持续能源的供应渠道、降低可持续能源传输损耗就成为了可持续能源工作中的重要部分。

(3)能源耗用、能源节约及能源效率方面的基本信息。能源耗用通常有电能、热能、运输用直接燃料三种基本形式，能源节约及能源效率是能源耗用过程中所需考虑的主要问题，能源节约关注能使能源耗用降至最低必要值的技术和程序，能源效率关注提高耗用既定能源所能获得的产品及服务。

步骤二：理解政府对可持续能源问题的态度、政策和措施

此步骤用于帮助审计人员寻找可适用的审计标准，提供政府管理和规范能源部门的政策信息。可持续能源审计的标准，可借鉴各国政府对可持续能源问题的态度、政策和措施，包括缔约国参加的有强制约束力的国际协定或协议、可持续能源政策及直接资助、刺激投资等政策工具。

下图概括地描述了能源框架及影响因素，其中的概念框架就是政府的一系列的针对能源框架中开采、配给、耗用制定实施的政策、规定及手段，这一系列的政策、法规、措施等都可以作为可持续能源审计标准的参考。

具体来讲，审计标准可能包括：

(1)国际协定；(2)国家立法；(3)各国的能源政策以及评估能源政策执行状况实施管理的政策工具；(4)所在国应对能源开采对环境影响的工具；(5)相关的政府采购方面的文件；(6)被审计单位内部的组织职能和规章制度，对应的会计制度及相关会计资料。

步骤三：审计主题的选择方法

选择适当的审计主体是各国最高审计机关实施可持续能源审计时的重要议题。经过第一二步骤，审计人员已经对可持续能源的状况有了初步的评估，确定出可持续能源发展受到哪些国际协定或国内法律法规约束。基于对能源管理的政策工具的了解，审计人员可以识别出需要审计的主题，并提出适当的审计方法，包括评估审计风险和重要性水平。审计的主题包括：能源部门导向型，即把审计能源开采部门、供应部门以及消耗部门的问题作为审计的主题：事项导向型，即把审计主题确定为可再生能源的推广，能源节约等；措施导向型，即审计提高能源可持续性的政策和方案等。

对应不同的审计主题，审计人员应确定不同的关注点。另外，确定审计主题时审计人员有必要识别出审计风险要素，包括能源政策的本质、复杂性、国家能源政策目标的复杂性、模糊性和不连续性等外部风险，以及缺乏特定领域知识或经验、审计成本过高等内部风险，并制定合理的风险应对措施，风险的应对状况直接影响审计结果的成败及效率。

步骤四：制定可持续能源的审计计划

可持续能源领域的审计实际是一种针对问题的环境审计，可持续能源审计可以包括不同形式的审计，具体形式取决于所在国的具体情况以及最高审计机关的环境审计经验。现今各国对可持续能源审计经验甚少，许多最高审计机关还没有开展这种审计，因此《可持续能源审计指南》只提出基于通用原则的建议，总结部分最高审计机关的审计经验。《指南》本身无意于将这些建议当做严格的指导，但希望可以激发各国最高审计机关根据国情和立法开展可持续能源审计。

制定计划是为了确定是否实施可持续能源审计以及如何确定具体的审计程序。审计程序要具体写明如何对所有类型的被审计单位进行审计。当产生可持续能源审计的需求或事实需要，就可以进入审计计划阶段。这种审计需求可能是最高审计机关监督、跟踪和评价重要活动时延伸产生的，或者是源于政府、国会、相关团体或者公众的要求，或是应国际协定的要求等。

审计准备阶段始于最高审计机关已经直接获取被审计单位的文件、数据和信息。最高审计机关对可持续能源的绩效审计可以运用审计逻辑矩阵，将其作为制定审计计划、确定审计程序的辅助工具。

审计计划及其编制的关键领域包括：

(1)评估最高审计机关实施可持续能源审计的权限；最高审计机关要确定是否依法享有实施可持续能源审计的权限，这直接影响审计的形式和范围；(2)确定需审计的可持续能源问题；(3)确定审计目标和审计对象；(4)确定审计范围、审计期间、审计形式――是最高审计机关独自进行，还是与其他最高审计机关平行审计或联合审计，或外部专家辅助进行审计，还需确定审计的类型一财务审计或绩效审计；(5)估计审计效果，确定审计的具体领域；(6)熟悉审计环境和审计内容；(7)确定被审计单位；如部委、政府组织、基金、非政府组织、受益人等；(8)选择合规性审计的标准；(9)选择绩效审计评估的主要标准；这些标准应客观公正、不偏不倚、充分、可实现，并且可以清晰阐释；(10)选择需审计的问题，选择适合实际情况的方法。

审计计划阶段最终要编制出计划文档，并经最高审计机关或相关部门批准。

步骤五：实施审计业务和报告审计结果

确定了审计计划后，就应当按照确定的审计范围、审计目标和审计程序来实施审计业务。审计的关键领域包括：

(1)审核国家能源政策目标的存在性；(2)审核对被审查领域初步了解的完整性和准确性；(3)审核能源政策的管理系统和执行情况；(4)审核用于评价能源政策实施效果系统的可操作性；(5)对于政府补助的受益人，审核其对政策或项目规则、条款等的遵守情况；审核既定指标的实现情况。