可再生资源的缺点范文

导语：如何才能写好一篇可再生资源的缺点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

一、四大分类

目前中国生活垃圾一般可分为四大类：可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。

1.可回收物

定义：可回收物(再生资源)是指回收后经过再加工可以成为生产原料或者经过整理可以再利用的物品，主要包括废纸类、塑料类、玻璃类、金属类、电子废弃物类、织物类等。主要种类：

废纸类--—报纸、纸箱板、图书、杂志、各种本册、其它干净纸张、各类利乐包装牛奶袋、饮料盒(需冲洗晾干)。

塑料类--—各种塑料饮料瓶、塑料油桶、塑料盆(盒)。

玻璃类--—玻璃瓶、平板玻璃、镜子。

金属类--—铝质易拉罐，各类金属厨具、餐具、用具，其它民用金属制品。

电子废弃物类--—各类家用电器产品。

织物类--—桌布、衣服、书包等。

2.厨余垃圾

定义：狭义的厨余垃圾是有机垃圾的一种，分为熟厨余包括剩菜、剩饭、菜叶；生厨余垃圾包括果皮、蛋壳、茶渣、骨、贝壳。泛指家庭生活饮食中所需用的来源生料及成品(熟食)或残留物。但广义的厨余垃圾还包括用过的筷子，食品的包装材料等。

3.有害垃圾

定义：有毒有害垃圾是指对人体健康有害的重金属、有毒的物质或者对环境造成现实危害或者潜在危害的废弃物。

主要包括：废药品、废杀虫剂、废消毒剂、废油漆、废溶剂、废矿物油、废化妆品、废胶片、废相纸、废荧光灯管、废温度计、废血压计、废充电电池、废扣子电池、碱性电池、锂电池、镍镉电池等。

4.其他垃圾

定义：包括除上述几类垃圾之外难以回收的废弃物，通常根据垃圾特性采取焚烧或者填埋的方式处理。

主要包括：使用过的卫生纸、传真纸、照片、离型纸、蜡纸、转印纸、塑料光面废纸、卫生巾、婴儿纸尿布、餐巾纸、烟蒂、陶瓷制品、衣服、鞋类、石棉瓦、白板、木质玩具、雨鞋、木质家具、橡胶制品、轮胎等。

二、垃圾分类小误区

误区一：大棒骨是厨余垃圾。事实上，大棒骨因为“难腐蚀”被列入“其它垃圾”。类似的还有玉米核、坚果壳、果核等。

误区二：厕纸是纸，不算可回收“纸张”。厕纸、卫生纸遇水即溶，不算可回收的“纸张”，类似的还有陶器、烟盒等。

误区三：厨余垃圾装袋扔进桶。常用的塑料袋，即使是可以降解的也远比厨余垃圾更难腐蚀。此外塑料袋本身是可回收垃圾。正确做法应该是将厨余垃圾倒入垃圾桶，塑料袋另扔进“可回收垃圾”桶。

误区四：塑料制品都属于其他垃圾。除塑料袋外的塑料制品，比如泡沫塑料、塑料瓶、硬塑料、橡胶及橡胶制品，都属于可回收物。

误区五：速冻饺子、豆腐包装盒，都是厨房里产生的垃圾，当然是厨余垃圾。一次性餐具、食品包装袋都归类“其他垃圾”。另外，用过的餐巾纸、卫生间的纸，还有抽过的烟头、旧衣物，也属于“其他垃圾”。

误区六：吃完的花生壳算其它垃圾。吃完的花生壳应该算厨余垃圾。家里用剩的废弃食用油，也归类在厨余垃圾。

误区七：残枝落叶算其它垃圾。残枝落叶及家里开败的鲜花属于“厨余垃圾”，而尘土属于“其它垃圾”。

三、你提问我回答

1.为什么要提倡垃圾分类?

①据统计，全国城市生活垃圾的年产生量达1.5亿吨，且每年以8%～10%的速度增长。全国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨，占地约80多万亩，现在中国668个城市有2/3的城市处于垃圾的“包围之中”，1/4的城市已经无地可填。高速发展中的中国城市，正在遭遇“垃圾围城”之痛。

②相较于卫生填埋、堆肥、焚烧的垃圾处理方式，回收再利用无疑是垃圾处理的最佳理想模式。但是最大程度实现垃圾回收再利用的第一步就是分类。从垃圾的源头进行减量和分类利用，始终是学界公认的垃圾问题真正出路。在垃圾管理体系中，垃圾焚烧处在金子塔的最底层——与垃圾填埋并属于末端处置，塔尖是著名的垃圾处理3R原则——减量使用(Reduce)、重复使用(Reuse)、循环使用(Recycle)。归根结底，垃圾分类是破解“垃圾围城”困境的最佳途径。缺点：回收点分散，回收方式简单粗放，资源再生体系不完整。

③“他山之石，可以攻玉”，垃圾分类在德国、日本、中国台湾等地已成常态，具有完备的垃圾回收配套设施、细化的垃圾分类标准等成功经验，为我国顺利开展垃圾分类提供了借鉴参考。

2.垃圾分类为什么从可再生资源回收着手?

①据统计，目前中国97%的城市垃圾无法处理，只能堆放或填埋，中国城市因垃圾造成的损失每年在250亿到300亿元，而若回收利用，则可以创造出2500亿元以上的产值。这说明，垃圾中的可再生资源利用价值潜力巨大。

篇2

关键词：稀缺性；稀有程度；稀有指数；价格成本比

一、引言

稀缺性是指欲望总和超过了能用于满足欲望的资源[1]。几十年来，世界人口持续增长。我们已经知道，即使世界人口出生率现在正在下降，但是，目前人口的年龄结构对人口的增长会产生某种惯性，即使按最乐观的估计，这种惯性都将使近期的世界人口处于不稳定状态，人口增长将使资源需求加大[2]327-328。随着人们对资源需求的日益增长，不可再生资源的稀缺性将日益凸显。因此合理的评估当前资源稀缺性的指标就显得很有必要。资源稀缺性该如何评价？那些指标比较合理？如果我们在评价资源稀缺性方面，有更为可靠的指标，则对资源稀缺性的评估也将更加合理，从而提高资源的使用效率。

二、评价稀缺性的相关指标及其缺点

目前比较常用的评价指标包括：存量/用量比、资源价格、稀缺租金、边际找矿成本和边际开采成本。

存量/用量比关注的是某个资源固定的存量，对于可再生资源的稀缺性则完全不能解释。资源价格及其变化在一定程度上可以预示未来的趋势，问题是，在某些特定市场中，它们不能直接观察或计算。稀缺租金既可以作为可再生资源稀缺性的指标，也可以作为可枯竭资源稀缺性的一个指标。边际开采成本对未来开采成本的变化没有做出任何说明，单位开采成本的另一个缺点是很难查到公开的信息并精确计算。因此，不存在任何一个指标，在所有方面都优于其他指标的情形。本文从价格和成本两个方面来构建模型，对资源的稀缺性进行说明。

三、资源稀缺性评价的成本价格比模型构建

（一）构建指标体系

1.构建理想的稀缺性指标体系的原则

原则包括前瞻性、可比较性和可计算性。前瞻性指标应具有预测性，能够预料到资源稀缺性的产生；可比较性指可以在不同资源之间进行直接比较，从而确认最严重的稀缺性问题；可计算性指，利用可靠的已公布的信息进行计算，或是这些信息可以很方便地收集到[2]332。

2.资源稀缺性价格成本比评价指标的介绍

根据岳大鹏，董美云[3]的矿产资源开采成本法，资源的开采成本包含以下几部分：

（1）资源的采掘成本

资源的采掘成本包含劳动力成本、技术设备成本、资金和利息等。资源开采要在一定的技术条件下，利用人力、资金和设备进行资源开采，从而形成了矿产资源开采的直接成本。

（2）资源使用成本

资源因其自身的价值，使用时就必然会产生一定的使用费用。由于矿产资源的可耗竭性，资源税的开征也就有其必要性。

（3）资源的稀缺成本与环境成本

随着资源的消耗，不可再生资源的稀缺性逐渐增加。另外，资源开采带来的环境和生态的负的外部性问题：污染气体排放，地表及地下水污染，固体废弃物堆放等环境污染；水资源平衡破坏，水土流失，地表生态系统破坏等生态影响。这里的资源价格指资源的市场价格，主要通过市场供求自发进行调节。

（二）价格成本比评估法

价格与成本之间存在一定的联系，假设价格等于成本乘以相关系数R，即：

R=P/C（1）

其中P为价格；C为成本；K为资本投入；L为劳动投入；T为技术投入；R为表示稀有指数，也表示价格成本比，可以用来表示商品稀有程度。

1.稀有指数R的变化

R・/R=P・/P-C・/C（2）

R的变化比例为价格变化比例与成本变化比例之差。

知道了价格变化和开采成本的变化，稀有程度的变化的可以根据公式（2）来进行计算。

四、按价格成本比对不同的市场类型的分析

在市场中，一般成本比较稳定，对不同的市场类型，资源的价格却会有很大不同，因此从市场的角度来对资源的稀缺性进行分析。

（一）完全竞争市场

完全竞争市场的定义包括：（1）该市场中买者与卖者的数目达到足够大，以至于单个买者的购买量或单个卖者的销售量都无法影响市场价格；（2）产品同质，厂商之间的产品完全可以相互替代；（3）进入与退出市场是充分自由；（4）信息是充分[4]141-142。实际生活中，农产品市场比较接近完全竞争市场，根据上文对完全竞争市场的分析，可以知道，其在农产品市场上稀有指数R值等于1。

（二）不完全竞争

不完全竞争市场和垄断市场存在一定程度的垄断。垄断条件下，一般资源价格会大于成本。政府管制会降低垄断利润，使R变小；而企业技术创新有利于企业获取高利润，使R变大。一般情况下，不完全竞争市场中：P>C，因此其比值R>1。需求曲线具有一个明显的特征，它是向右下方倾斜的，其表示商品的需求量和价格之间成反向变动的关系[5]。

五、结论与讨论

用价格成本比来估计资源的稀有程度，并通过不同资源价格成本比的比较，同时参考需求量、存量和替代可能性、成本变化等指标，对某一资源价格的合理性进行评价。这对评价一些稀缺性资源的价格是否被低估具有巨大的参考价值，比如中国的稀土资源。一段时期以来，中国稀土资源的价格没有真实反映其价值，长期低迷，资源的稀缺性没有得到合理体现，生态环境损失没有得到合理补偿[6]。对于中国稀土的价格与价值的背离，即可用价格成本比进行计算，并对其背离的程度进行评估。价格成本比指标的不足之处，在于资源成本价格的公开信息很难找到，限制了这一指标的应用。（作者单位：云南大学发展研究院）

参考文献：

[1] 颜家水，黄贵新.经济学基础[M].北京：中国传媒大学出版社，2009.

[2] 汤姆.蒂滕伯格.环境与自然资源经济学[M].第七版.北京：人民大学出社，2011.

[3] 岳大鹏，董美云.资源开采中环境税的构成分析[J].干旱区资源与境，2010，24（3）.

[4] 平新乔.微观经济学十八讲[M].北京：北京大学出版社，2013，143-144.

篇3

循环制氢和利用生物质转化制氢等, 不仅对各项技术的基本原理做了介绍, 也对相应

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中国, 目前已

经有超过31%的石油需要进口, 而到2010年, 这一数字将会增长到45-55%[3]!

基于以上所述环境污染和能源短缺的双重危机, 发展清洁的, 可再生的新能源的

要求越来越迫切. 太阳能, 风能, 生物质, 地热能, 潮汐能, 具有丰富, 清洁, 可再

生的优点, 今年来受到了国际社会的广泛关注. 尤其以太阳能, 风能以及生物质能,

更被视为未来能源的主力军. 根据简单估算, 太阳能的利用率为20%时, 利用陆地面积

的0.1% 就足以提供满足当前全球的能量需求[4]. 而中国仅仅依靠风力发电, 就足以

使目前的发电量翻一番[5].然而, 这些可再生资源具有间歇性, 地域特性, 并且不易

储存和运输的特点. 氢, 以其清洁无污染, 高效, 可储存和运输等优点, 被视为最理

想的能源载体. 目前各国都投入了大量的研究经费用于发展氢能源系统. 在中国, 清

华大学已经进行了在2008年奥运会使用以氢为燃料的汽车的可行性分析,绿色奥运将成

为2008年北京的一道靓丽的风景线 [6]. 在香港政府和香港中华电力(clp)的支持和资

助下, 可再生氢能源系统在香港的可行性研究也已经在香港大学机械工程系展开. 本

文属于clp资助的项目的部分内容, 主要归纳总结了利用可再生资源制氢技术的基本原

理, 分析了各项技术的经济性, 对环境的影响以及安全性等关键问题. 通过对比分析

并结合香港的实际情况, 对于香港发展可再生氢能源系统进行了展望.

基于经济因素的考虑, 目前的氢主要是通过化石燃料的重整来制取, 比如天然气汽

化重整(natural gas steam reforming), 只有大约5%的氢是通过可再生资源的转换制取.

利用太阳能电池和风力发电驱动的电解水反应, 利用太阳能的热化学反应和利用生物质

制氢是最主要的从可再生能源中制取氢的技术. 其他可再生氢的制取技术, 比如生物制

氢, 光电化学技术, 光催化技术和光化学技术, 虽然具备很大发展前景, 但由于还处于

很早期的发展阶段, 其技术发展, 经济性等都还不明朗, 本文不做详细讨论.

1. 电解水制氢

1.1. 电解水基本原理及分类

电解水制氢是目前最为广泛使用的将可再生资源转换为氢的技术. 当两个电极(阴

极和阳极)分别通上直流电, 并且浸入水中时, 水将会被分解并在阴极和阳极分别产生

氢气和氧气. 这个过程就是电解水. 这样的装置则为电解槽.

电解水由分别发生在阴极和阳极的两个化学反应组成, 如式(1),(2)和(3):

anode: h2o + electrical energy

2

1 o2 + 2h+ + 2e- (1)

cathode: 2h+ + 2e- h2 (2)

overall: h2o + electrical energy h2 +

2

1 o2 (3)

电解水的基本原理见图1. 在催化剂和直流电的作用下, 水分子在阳极失去电子, 被分

解为氧气和氢离子, 氢离子通过电解质和隔膜到达阴极, 与电子结合生成氢气.

o2 h2

diaphragm anode cathode

e-

h+

图1. 电解水的基本原理示意图

fig.1. schematics of basic principle of water electrolysis

最早的电解水现象是在1789 年被观测到. 之后, 电解水技术得到了较快的发展. 到

1902 年, 世界上就已经有超过400 台电解槽装置. 目前市场上的电解槽可以分为三种: (1)

碱性电解槽(alkaline electrolyzer); (2) 质子交换膜电解槽(proton exchange membrane

electrolyzer)和(3)固体氧化物电解槽(solid oxide electrolyzer). 表1. 总结和对比了这三

种电解槽技术的特点.

表1. 不同电解槽技术的对比

table 1. comparison between different electrolyzer technologies

electrolyzer type electrolyte operating temperature (oc) carriers efficiency cost (us$/kw)

alkaline electrolyzer

20-30% koh

70-100

oh-

80%

400-600

pem electrolyzer pem polymer

50-90 h+ 94% 2000

solid oxide

electrolyzer

yttria-stabilized

zirconnia

600-1000 o2- 90% 1000-1500

碱性电解槽是最早商业化的电解槽技术, 虽然其效率是三种电解槽中最低的, 但

由于价格低廉, 目前仍然被广泛使用, 尤其是在大规模制氢工业中. 碱性电解槽的缺

点是效率较低和使用石棉作为隔膜. 石棉具有致癌性, 很多国家已经提出要禁止石棉

在碱性电解槽中的使用. 据报道, pps(poly phenylene sulfide), ptfe(poly tetra

fluorethylene), psf(poly sulfone) [7]以及zirfon [8]等聚合物在koh溶液中具有和

石棉类似的特性, 甚至还优于石棉, 将有可能取代石棉而成为碱性电解槽的隔膜材料.

发展新的电极材料, 提高催化反应效率, 是提高电解槽效率的有效途径. 研究表明

raney nickel 和 ni-mo 等合金作为电极能有效加快水的分解, 提高电解槽的效率

[9,10].

质子交换膜电解槽由于转换效率很高而成为很有发展前景的制氢装置. 由于采用

很薄的固体电解质(pem), 具有很好的机械强度和化学稳定性, 并且欧姆损失较小. 在

日本, 效率达94.4%的质子交换膜电解槽已经研制成功 [11]. 但由于质子交换膜(目前

常用的是由杜邦公司的nafion)和使用铂电极催化剂, 价格昂贵, 制约了其广泛使用.

今后研究的重点是降低成本, 和进一步提高其转换效率. 成本的降低主要是通过降低

贵重金属铂在催化层中的含量和寻找廉价的质子交换膜材料. 目前这个两个领域都已

经取得了一定成效. 印度的电化学和能源研究所(ceer)成功将铂的含量在没有影响电

解槽整体性能的情况下从0.4mg/cm2降到了0.1mg/cm2 [12]. 使用喷溅沉积法(sputter

deposition)制备催化层也同样获得了成功, 并且使铂的含量降到了0.014 mg/cm2

[13,14]. 其他廉价的替代材料, 如polyphosphazene [15]和sulfonated polystyrene

(sps) [16]等也被证实具有和nafion类似的特性, 有可能被用到质子交换膜电解槽中用

做电解质. 可以预见, 随着质子交换膜电解槽技术的成熟和价格的降低, pem电解槽将

成为制氢的主要装置.

固体氧化物电解槽(solid oxide electrolyzer)是另一种新兴的电解槽技术. 这种

电解槽的缺点是工作在高温, 给材料的选择带来了一定限制. 优点是较高的反应温度

使得电化学反应中,部分电能被热能代替, 从而效率较高, 尤其是当余热被汽轮机, 制

冷系统等回收利用时, 系统效率可达90%. 目前的研究重点是寻找在高温下具有对氧离

子良好导电性的电解质材料和适当降低电解槽的工作温度.

1.2. 电解海水制氢

海水是世界上最为丰富的水资源, 同时也是理想的制氢资源. 尤其在沿海的沙漠

地区, 比如中东和非洲, 淡水资源缺乏, 电解海水制氢则成了唯一的选择. 但海水富

含盐份(nacl)和其他杂质, 并且通常电解槽的电极电势超过了产生氯气所需的电势,

这使得在电解海水时, 往往是氯气从阳极析出, 而非氧气. 虽然氢气的产生不会受此

影响, 但产生的氯气具有强烈的毒性, 需要完全避免. 在所有常用的电极材料中, 只

有锰和锰的氧化物及其化合物在电解海水时可以在阳极产生氧气, 而抑制氯气的产生.

ghany 等人[17]用mn1-xmoxo2+x/iro2ti作为电极, 氧气的生成率达到了100%, 完全避免

了氯气的产生, 使得电解海水制氢变得可行.

1.3. 利用可再生资源电解水制氢

如前所述, 电解水需要消耗电. 由化石燃料产生电能推动电解槽制氢由于会消耗

大量的不可再生资源, 只能是短期的制氢选择. 由可再生资源产生电能, 比如通过光

伏系列和风机发电, 具有资源丰富, 可再生, 并且整个生命周期影响较小等优点, 是

未来的发展趋势.

光伏电池在吸收太阳光能量后, 被光子激发出的自由电子和带正电的空穴在pn结

的电场力作用下, 分别集中到n型半导体和p型半导体, 在连接外电路的情况下便可对

外提供直流电流. 光伏电池可以分为第一代光伏电池(wafer-based pv)和第二代光伏电

池(thin film pv). 目前市场上多是第一代光伏电池. 第一代电池具有较高的转换效率

(10-15%), 但成本较贵, 限制了其大规模使用. 第二代电池虽然效率较低(6-8%), 但

由于采用了薄膜技术, 使用较少的材料, 并且易于批量生产, 制作成本大大降低, 目

前的研究方向是进一步提高薄膜光伏电池的转换效率[18]. 由于光伏电池产生的是直

流电,可以直接运用于电解水, 但为了保证光伏阵列工作在最大功率状态, 在光伏电池

和电解槽之间往往需要接入一个最大功率跟踪器(mppt)和相应的控制器.

风能发电由于具有较高的能量利用效率和很好的经济性, 在最近几年得到了很快

发展. 风力发电机组利用风的动能推动发电机而产生交流电. 根据betz law, 风力发电

的最大效率理论上可达59% [19]. 在风力充足的条件下, 风力发电的规模越大, 其经济

性越好. 因此, 近几年风力发电朝着大规模的方向发展. 另外, 由于海上风力较陆地

大, 并且不占陆地面积, 最近也有将风力发电机组建在海上的趋势. 风能发电只需交

流-直流转换即可与电解槽相接产氢, 经济性较好, 目前不少风力资源充足的国家都将

风能-电解槽系统列为重点发展的方向.

另外, 地热能, 波浪能所发的电都可以作为电解槽的推动力, 但和太阳能与风能

一样, 都受地域的限制.

1.4. 电解水制氢的现状

目前所用到的电解槽多为碱性电解槽. 加拿大的stuart是目前世界上利用电解水

制氢和开发氢能汽车最为有名的公司. 他们开发的hesfp系统包括一个能日产氢25 千

克的碱性电解槽, 一个能储存60 千克氢的高压储氢罐和氢内燃机车. 他们用于汽车的

氢能系统能每小时产氢3千克, 可以为3辆巴士提供能量. hamilton是另一个有名的电解

槽开发制造商, 他们的es系列利用pem电解槽技术, 可以每小时产氢6-30nm3, 所制氢

的纯度可达99.999%. 在日本的we-net计划中, 氢的制取也是通过pem电解槽来实现,

并且pem电解槽在80oc和1a/cm2的工作条件下, 已经以90%的效率连续工作了超过4000小

时 [11].

1.5. 电解水技术的环境, 经济和安全问题

从电解水的整个生命周期来看, 电解水制氢会对环境造成一定的负面影响, 并且

也有一定的危险性. 下面将做定性分析.

对碱性电解槽而言, 由于使用了具有强烈腐蚀性的koh溶液作为电解液, koh的渗漏

和用后的处理会造成环境的污染, 对人体健康也是一个威胁. 并且目前的碱性电解槽

多采用石棉作为隔膜, 石棉具有致癌性, 会对人构成严重的危害. pem电解槽使用质子

交换膜作为电解质, 无须隔膜. 但当pem电解槽工作温度较高时(比如150oc), pem将会

发生分解, 产生有毒气体. 固体氧化物电解槽虽然没有上述问题, 但工作在高温, 存

在着在高温下生成的氧气和氢气重新合并发生燃烧甚至爆炸的危险, 需要引起注意.

此外, 电解槽生产, 比如原材料的开采,加工, 以及最终的遗弃或废物处理, 都需要消

耗一定的能量, 并且会释放出co2等温室气体和其他污染物.

当电解槽由光伏电池驱动时, 光伏电池可能含有有毒物质(比如cdte pv), 将带来

一定的环境污染和危险性. 尤其当系统发生短路出现火情, 有毒物质将会释放出来,危

害较大. 另外, 光伏阵列的安装会占用较大的土地面积. 这点也需要在设计安装时加

以考虑. 风能-电解槽系统和光伏-电解槽系统相比, 则对环境的影响要小很多, 并且

也相对安全. 但也有需要注意的地方, 比如噪音, 对电磁的干扰, 以及设计时需要考

虑到台风的影响.

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

在发展中国家, 比如中国, 印度, 巴西, 还主要停留在对生物质的简单燃烧的低效率

利用上. 除燃烧外, 对生物质的利用还有热裂解和气化, 以及微生物的光解与发酵. 利

用生物质热裂解和气化产氢具有成本低廉, 效率较高的特点, 是有效可行的制氢方式.

3.1. 生物质热裂解制氢

生物质热裂解是在高温和无氧条件下对生物质的热化学过程. 热裂解有慢速裂解

和快速裂解. 快速裂解制取生物油是目前世界上研究比较多的前沿技术. 得到的产物

主要有: (1) 以氢(h2), 甲烷(ch4), 一氧化碳(co), 二氧化碳(co2)以及其它有机气

体等气体成分; (2) 以焦油, 丙酮, 甲醇, 乙酸等生物混合油液状成分; (3) 以焦碳为主

的固体产物[34]. 为了最大程度的实现从生物质到氢的转化, 需要尽量减小焦碳的产量.

这需要尽量快的加热速率和传热速率和适中的温度.

热裂解的效率和产物质量除与温度, 加热速率等有关外, 也受反应器及催化剂的

影响. 目前国内外的生物质热裂解决反应器主要有机械接触式反应器, 间接式反应器

和混合式反应器. 其中机械接触式反应器包括烧蚀热裂解反应器, 旋转锥反应器等,

其特点是通过灼热的反应器表面直接与生物质接触, 以导热的形式将热量传递给生物

质而达到快速升温裂解. 这类反应器原理简单, 产油率可达67%, 但易造成反应器表面

的磨损, 并且生物质颗粒受热不易均匀. 间接式反应器主要通过热辐射的方式对生物

质颗粒进行加热, 由于生物质颗粒及产物对热辐射的吸收存在差异, 使得反应效率和

产物质量较差. 混合式反应器主要以对流换热的形式辅以热辐射和导热对生物质进行

加热, 加热速率高, 反应温度比较容易控制均匀, 且流动的气体便于产物的析出, 是

目前国内外广泛采用的反应器, 主要有流化床反应器, 循环流化床反应器等[35]. 这

在国内各科研院所都已经开展了大量的研究, 如广州能源所, 辽宁省能源所等都开发

研制出了固定床, 流化床反应器.

催化剂的使用能加速生物质颗粒的热解速率, 降低焦炭的产量, 达到提高效率和

产物质量的目的. 目前用于生物质热裂解的催化剂主要有以ni 为基的催化剂, 沸石

[36], k2co3, na2co3, ca2co3[37]以及各种金属氧化物比如al2o3, sio2, zro2, tio2[38]

等都被证实对于热裂解能起到很好的催化作用.

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 thermochemical 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!

参考文献:

[1] kazim a, veziroglu tn. utilization of solar-hydrogen energy in the uae to maintain its

share in the world energy market for the 21st century [j]. renewable energy 2001, 24(2):

259-274.

[2] abdallah mah, asfour ss, veziroglu tn. solar-hydrogen energy system for egypt [j],

international journal of hydrogen energy 1999, 24(6): 505-517.

[3] mao.zq. hydrogen---a future clean energy in china [a], symposium on hydrogen

infrastructure technology for energy & fuel applications, november 18, 2003. the hong

kong polytechnic university, hong kong, 27-33.

[4] steinfeld a, palumbo r. solar thermochemical process technology [j], encyclopedia of

physical science & technology 2001, 15: 237-256.

[5] middleton p, larson r, nicklas m, collins b. renewable hydrogen forum: a summary

of expert opinions and policy recommendations [z], national press club, washington dc,

october 1, 2003.

[6] wen feng, shujuan wang, weidou ni, changhe chen, the future of hydrogen

infrastructure for fuel cell vehicles in china and a case of application in beijing [j],

international journal of hydrogen energy 2004, article in press.

[7] rosa v.m, santos m.b.f, silva e.p.d, new materials for water electrolysis diaphragms

[j], international journal of hydrogen energy 1995, 20(9): 697-700.

[8] vermeiren p, adriansens w, moreels j.p, leysen r. evaluation of the zirfon separator for

use in alkaline water electrolysis and ni-h2 batteries [j], international journal of hydrogen

energy 1998, 23(5): 321-324.

[9] hu w.k, cao x.j, wang f.p, zhang y.s. short communication: a novel cathode for

alkaline water electrolysis [j], international journal of hydrogen energy 1997,22: 441-443.

[10] schiller g, henne r, mohr p, peinecke v. high performance electrodes for an advanced

intermittently operated 10-kw alkaline water electrolyzer [j], international journal of

hydrogen energy 1998,23: 761-765.

[11] hijikata t. research and development of international clean energy network using

hydrogen energy (we-net) [j], international journal of hydrogen energy2002, 27(2):

115-129.

[12] kumar g.s, raja m, parthasarathy s. high performance electrodes with very low

platinum loading for polymer electrolyte fuel cells [j], electrochimica acta 1995, 40(3):

285-290.

[13] hirano s, kim j, srinivasan s. high performance proton exchange membrane fuel cells

with sputter-deposited pt layer electrodes [j], electrochimica acta 1997, 42(10): 1587-1593.

[14] hayre r, lee s.j, cha s.w, prinz f.b. a sharp peak in the performance of sputtered

platinum fuel cells at ultra-low platinum loading [j], journal of power sources 2002, 109(2):

483-493.

[15] guo q.h, pintauro p.n, tang h, connor s. sulfonated and crosslinked

polyphosphazene-based proton-exchange membranes [j], journal of membrane science 1999,

154(2): 175-181.

[16] carretta n, tricoli v, picchioni f. ionomeric membranes based on partially sulfonated

poly(styrene) synthesis, proton conduction and methanol permeation [j], journal of

membrane science 2000, 166(2):189-197.

[17] ghany n.a.a, kumagai n, meguro s, asami k, hashimoto k, oxygen evolution anodes

composed of anodically deposited mn-mo-fe oxides for seawater electrolysis [j],

electrochimica acta 2002, 48(1): 21-28.

[18] green ma, recent developments in photovoltaics [j], solar energy 2004, 76(1): 3-8.

[19] ackermann t, soder l, an overview of wind energy-status 2002 [j], renewable and

sustainable energy reviews 2002, 6(1): 67-128.

[20] padro c.e.g, putsche v. survey of the economics of hydrogen technologies [z],

nrel/tp-570-27079, september 1999, national renewable energy laboratory, u.s.a.

[21] kogan a, direct solar thermal splitting of water and on site separation of the products 1:

theoretical evaluation of hydrogen yield [j], international journal of hydrogen energy 1997,

22(5): 481-486.

[22] kogan a, direct solar thermal splitting of water and on-site separation of the products-ii:

experimental feasibility study [j], international journal of hydrogen energy 1998, 23(2):

89-98.

[23] baykara s.z, experimental solar water thermolysis [j], international journal of

hydrogen energy, 2004, article in press.

[24] harvey, s., davidson, j.h., fletcher, e.a, thermolysis of hydrogen sulfide in the

temperature range 1350 to 1600k [j], ind. eng. chem. res 1998, 37: 2323-2332.

[25] steinfeld a, spiewak i, economic evaluation of the solar thermal co-production of zinc

and synthesis gas [j], energy conversion and management 1998, 39(15): 1513-1518.

[26] steinfeld a, kuhn p, reller a, palumbo r, murray j. solar-processed metals as clean

energy carriers and water-splitters [j], international journal of hydrogen energy 1998, 23(9):

767-774.

[27] haueter p, moeller s, palumbo r, steinfeld a, the production of zinc by thermal

dissociation of zinc oxide-solar chemical reactor design [j], solar energy 1999, 67(1-3):

161-167.

[28] lede j, elorza-ricart e, ferrer m, solar thermal splitting of zinc oxide: a review of

some of the rate controlling factors [j], journal of solar energy engineering 2001, 123(2):

91-97.

[29] steinfeld a, solar hydrogen production via a two-step water-splitting thermochemical

cycle based on zn/zno redox reactions [j], international journal of hydrogen energy 2002,

27(6): 611-619.

[30] sakurai, m., nakajima, h., amir, r., onuki, k., shimizu, s, experimental study on

side-reaction occurrence condition in the iodine-sulfur thermochemical hydrogen production

process [j], international journal of hydrogen energy 2000, 25(7): 613-619.

[31] sakurai, m., gligen, e., tsutsumi, a., yoshida k, solar ut-3 thermochemical cycle for

hydrogen production [j], solar energy 1996, 57(1): 51-58.

[32] pre.ethz.ch/cgi-bin/main.pl?research?project6

[33] solar.web.psi.ch/daten/projekt/elprod/elprod.html

[34] babu bv, chaurasia as, parametric study of thermal and thermodynamic properties on

pyrolysis of biomass in thermally thick regime [j], energy conversion and management

2004, 45: 53-72.

[35] bridgwater av, peacocke gvc. fast pyrolysis processes for biomass [j], renewable and

sustainable energy reviews 2000, 4(1):1-73.

[36] williams.paul t., brindle. alexander j. catalytic pyrolysis of tyres: influence of

catalyst temperature [j], fuel 2002;81(18): 2425-2434.

[37] chen g, andries j, spliethoff h. catalytic pyrolysis of biomass for hydrogen rich fuel

gas production [j], energy conversion and management 2003; 44(14): 2289-2296.

[38] sutton.d, kelleher b, ross jrh, catalytic conditioning of organic volatile products

produced by peat pyrolysis [j], biomass and bioenergy 2002; 23(3): 209-216.

[39] eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/hydrogen/pdfs/danz_biomass.pdf

[40] carlo n.h, andre p.c.f, future prospects for production of methanol and hydrogen

from biomass [j], journal of power sources 2002, 111(1): 1-22.

[41] milne ta, abatzoglou n, evans rj. biomass gasifier _tars_: their nature, formation,

and conversion [z], nrel/tp- 570-25357, 1998, national renewable energy laboratory,

usa.

[42] demirbas a, gaseous products from biomass by pyrolysis and gasification: effects of

catalyst on hydrogen yield [j], energy conversion and management 2002, 43: 897-909.

[43] zhang rq, brown rc, suby a, cummer k, catalytic destruction of tar in biomass

derived producer gas [j], energy conversion and management 2004, article in press.

[44] bowen. d.a, lau f, zabransky r, remick r, slimane r, doong s, techno-economic

analysis of hydrogen production by gasification of biomass [z], nrel fy 2003 progress

report, national renewable energy laboratory, usa, 2003.

[45] adschiri t, hirose s, malaluan r, arai k, noncatalytic conversion of cellulose in

supercritical and subcritical water [j], j chem eng 1993,26: 676–80.

[46] hao xiaohong, guo liejie, a review on investigation of hydrogen production by

biomass catalytic gasification in supercritical water [j], journal of chemical industry and

engineering (china) 2002, 53: 221-228.

[47] hao xh, guo lj, mao x, zhang xm, chen xj. hydrogen production from glucose

used as a model compound of biomass gasified in supercritical water [j], international

journal of hydrogen energy 2003, 28(1): 55-64.

[48] xiaodong x, yukihiko m, jonny s, michael ja, jr. carbon-catalyzed gasification of

organic feedstocks in supercritical water [j]. industrial & engineering chemistry research

1996, 35(8): 2522-2530.

[49] antal mj, jr, xu xd, hydrogen production from high moisture content biomass in

supercritical water [z], proceedings of the 1998 u.s.doe hydrogen program review,

nrel/cp-570-25315, 1998, national renewable energy laboratory, usa.

[50] schmieder h, abeln j, boukis n, dinjus e, kruse a, kluth m, petrich g, sadri e,

schacht m, hydrothermal gasification of biomass and organic wastes [j], journal of

supercritical fluids 2000, 17(2): 145-153.

[51] schmieder h, abeln j, boukis n, dinjus e, kruse a, kluth m, petrich g, sadri e,

schacht m, hydrothermal gasification of biomass and organic wastes [j], journal of

supercritical fluids 2000, 17(2): 145-153.

[52] yoshida t, matsumura y, gasification of cellulose, xylan, and lignin mixtures in

篇4

【关键词】公路 沥青路面 再生

随着国民经济的高速发展，我国公路建设事业取得了突破性的进展。从2007年到2013年，公路总里程从358. 4万千米增加到435. 62 万千米；高速公路从5. 4万千米增加到10. 44万千米；等级以上公路从253. 5万千米增加到 375.56万千米，公路通车总里程仅次于美国位居世界第二，随着使用期的延长，我国公路已经大量进入维修养护期，因此，公路新技术的应用迫在眉睫，本文就沥青路面的再生利用问题做了以下总结。

1 沥青路面再生的定义

旧沥青路面的再生利用，就是将旧沥青路面经过路面再生专用设备的翻挖、回收、加热、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青、新集料等按一定的比例重新拌合成混合料，满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺。

2 沥青路面的再生技术分类和适用性分析

沥青路面再生，按温度要求可分为冷再生和热再生。冷再生又可分为厂拌冷再生、就地冷再生、全深式再生。热再生又可分为就地热再生、厂拌热再生，共5种方式，各种方式有其适用范围，应用过程中应根据工程实际情况选择最适宜的再生利用方式。

2.1厂拌冷再生

将RAP（回收沥青路面材料）运至拌合站，先破碎、筛分，再按比列与新沥青、沥青再生结合料、填料、水进行常温拌合，常温铺筑，拌合过程中无需加热的维修方法。厂拌冷再生有以下优点：（1）材料控制严格；（2）控制拌合质量；（3）具有储存性能。缺点：需要加罩表面处治或热拌沥青罩面磨耗层，以减少再生层的水损害和行车磨损。适用范围：低等级公路的面层和各种基层的病害处理，但大多数情况下用于基层。

2.2就地冷再生

在常温下使用冷再生机械连续完成铣刨和破碎旧路面结构层（包括面层和部分基层）、添加再生材料、拌合、摊铺等作业过程。

它的优点是：（1）无需挖除、清运、回填旧沥青混合料；（2）提高基层承载力和公路等级；（3）节省资源、污染少；（4）施工简便工期短、工程造价低；（5）对公路运营影响程度低。缺点：（1）施工质量难以控制；（2）一般需要做稀浆封层；（3）天气对施工影响大；d.路面水稳定性差，易受水损害。适用范围：就地冷再生技术适用于沥青路面病害较严重的一、二、三级公路沥青面层的再生利用。对于一、二级公路，再生层可作为下面层、基层；对于三级公路，再生层可作为面层、基层，用作上面层时应采用稀浆封层、碎石封层、微表处等做上封层。

2.3全深式再生

一项新的道路建设工艺，它充分利用旧沥青路面的材料（面层直至基层），在常温下利用专用冷再生机械，对旧沥青路面材料铣刨、破碎，并加入一定量的添加剂和水与其充分拌和，就地整平碾压成型，经养生形成满足路用强度要求的新型路面基层。它的优点是：（1）适用范围广，可修补各种类型的路面病害；（2）保证路面结构的整体性，对旧路路基的影响和破坏很小；（3）工艺简单易于控制，机械化程度高；（4）施工过程的能耗低、污染小；（5）工程造价低。适用范围：全深式再生技术适用于病害较严重的二级及二级以下公路沥青路面的再生利用。当采用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料进行再生时，再生层可以作为基层、底基层，当采用乳化沥青、泡沫沥青进行再生时，再生层可以作为下面层、基层。值得注意的是要根除路面病害，必须找出其成因，并予以解决，否则光靠路面再生作业，只能减缓、不能彻底消除这些病害。

2.4就地热再生（HIR）

先加热和软化原沥青路面以便于翻松或热旋转碾碎到一定深度，然后将翻松的沥青路面，就地掺入一定数量的新沥青、新沥青混合料、再生剂等充分拌合，最后用常规的HMA摊铺设备摊铺。热再生优点：（1）节省能源，保护不可再生资源；（2）无须运输废旧沥青混合料；（3）工效高；（4）对公路运营影响程度低。缺点：（1）路面平整度不好；（2）不合适进行再生的旧混合料无法去除，矿料级配调整有限。适用范围：就地热再生技术，适用于高速公路，一、二级公路沥青路面表面层较轻病害的处治。

2.5厂拌热再生

将RAP与新集料、新材料和再生剂（按需要）在工厂混合生产再生混合料的方法。热再生使用传热的方法软化RAP以使其与新集料沥青和再生剂混合，由专门设计或改进的用于热再生的间歇式或连续式拌合厂生产混合料。它的优点：（1）节省能源，保护不可再生资源；（2）合理选择新集料、沥青和再生剂能更改原集料配合比和解决沥青混合料存在的问题；（3）路缘石和净空可保持不变；（4）再生的路面与使用100%新材料铺筑的路面性能一样，甚至更优；（5）工程造价低、经济。缺点是需要运输废旧沥青混合料；RAP用量较少。适用范围；厂拌热再生技术适用于再生各等级公路的RAP材料，再生后的沥青混合料根据其性能和工程情况，可以用于各等级公路的沥青面层及柔性基层。

3 沥青路面再生利用技术应用

近几年伴随着我国公路建设的快速发展和使用期的延长，我国大量的高等级公路进入了维修期，维修养护、翻修重建的任务越来越重。旧沥青路面材料的再生利用问题重新得到重视和广泛关注，因此交通部也将沥青路面再生技术作为重点科研项目研究。2002年在京津塘和沪宁高速公路上采用热再生技术；2005年以来冷再生技术在我国得到了比较长足的发展；2008年交通部颁发了公路沥青路面再生技术规范（GTJ F41-2008）；2010年许多省份开展了泡沫沥青和乳化沥青冷再生技术的应用；2013年甘肃省道207线K0+000-K2+000段沥青路面使用热再生技术。其施工路面结构层为：15cm厚天然砂砾找平层+20cm厚水泥稳定碎石基层+5cm厚AM-16热拌沥青碎石再生混合料下面层+3cm厚AC-10沥青砼上面层。通过施工和试验，我们可以看出即使原路面使用质量较差的沥青，在添加了再生剂后，沥青的三大指标都有了明显的改善，而且再生混合料的各项性能都能达到设计要求。

篇5

关键词：黑龙江省林业；整地造林；方法；经营林业

中图分类号：S757 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160632179

在造林过程中，土壤的各种成分含量直接影响树木的成活率，因此整地就作为一项重要的工作。整地在林业建设中主要担任着清除地表面上的植被，增加植物的透光性，正常情况下，没有植被的地表要比有植被的温度上升的快，整地工作进行完成后，地表温度的物理状态进行了显著改变，进而，增强植树造林的成功率。在林业建设过程中，整地可以减少水土流失，改变土壤质量，使造林质量进行整体的提高。

1 黑龙江省造林进行现状

整地造林就是对已有的土地进行清理工作，将地表上面的杂草、树枝、倒木进行清理。清理的主要方法主要有切除清理、火烧清除、化学药品清除3种方法。切除清除时候一种可以使用人工或者机器的清除方法，清理后进行集中用火烧的清除方式，也可以采用化学药品除草剂进行对于灌木和草类植物的清除。对于整地的处理方法主要为全面和局部2种[1]。

2 播种方法

在对土壤进行完整理后，也应该对于播种前的种子进行处理，减少种子在土壤中的发育时间，加速种子的发芽，保证种子的出芽率，预防动物和害虫对于树苗的破坏。在春播季节时，对于改在进行休眠的种子进行催芽，对种子进行浸种，在浸种过程中应注意条件是否合适。正常情况下，造林地较为干旱并且气温较低不宜进行播种，雨季可以选择较为干的种子，但同时也要关注雨量对于种子的影响。秋季进行播种时，不必进行浸种过程，但是要对于病虫害进行严格消毒。

2.1 撒播

这种播种方法可以有效地将种子均匀的分散到土壤中，播种过程中可以不进行整地，结束播种后不进行覆土处理，在自然条件下，让种子进行发芽。这种方法在进行过程中也存在着：作业简单，种子在自然条件下容易被外部环境改变等缺点。但是由于播种过程中成本较低，工作效率高等特点，比较适合交通发展水平较低、劳动力资源缺乏地区或者是急需进行绿化的地区进行使用。

2.2 条播

这种播种方法主要按照一定行线进行播种，在播种过程中，可以采用间接或者连续播种方式，保证播种速度的进行，在播种完成后，要进行及时覆土处理。这种方法能够有效地减少劳动力的使用，进行机械化作业，但是在播种过程中也增加了种子的使用量。这种播种方法比较适合灌木树种和乔木树种。

3 造林法

3.1 分殖造林法

分殖造林法是一种能够有效节约造林时间和资金的造林方式。在造林过程中，对于技术的要求程度较低，操作简单易学，能够有效地保留树木的优良性状，增加成活率，但是要求对于造林土地的条件要求较高，由于造林材料有限，这种方法进应用在一些适合营养繁殖的树木上面。

3.2 播根造林

这种播种方式在春秋季节都可以进行，播种前选取好要插播的树苗按照一定角度进行播种，在播种过程中，树苗上部应该全部埋在土下，按照株行间的距离进行播种就可以了。

3.3 直接造林

这种直接将种子直接播撒在土壤中的造林方式是造林中最为简单的。这种造林方式节约了造林时间，方便进行大规模的造林活动。但是造林条件要求严格，对于造林后的管理同样要求苛刻。在造林过程中要保证土壤的水分，保证播种种子的出芽率，增加幼苗的抗旱能力，减少病虫对于树木的伤害。这种造林方法比较适合远离人烟的地区。

4 造林后的幼苗管理

在林业管理中，应该加强对于病虫的防治，必要情况下可以使用杀虫剂或者用药将洞堵死等方式进行病虫除害。相关部门加强对于生态系统的建设，将环境保护作为财政的重要组成，加大对于生态系统的财政力度，按照生态系统的要求，财政进行优化与调整。加强对于环境税收的力度，增加对于水资源、矿产资源、森林资源等相关性资源的税收，对于非可再生资源加以重税，减少人们对于不可再生资源的使用量。

根据本文介绍，想要处理好黑龙江省林业的整地造林和经营林场的问题，应该从多个方面进行变革，有关部门加大对于森林的管理制度，国家财政部门增加对于森林的财政拨款，工作人员增加相关方面知识的学习，保障黑龙江省林业在整地造林和营林方面取得明显成绩，建立更加优美的生态环境。

篇6

这套装置摒弃传统的地里方式为地面放置，占地仅1平方米，设计为全自动型，用户装满原料后可以连续使用90天，不必每天进料、出料和管理。启动时间约50小时左右即可点燃，像液化气一样方便。每天可产0.8立方米―1立方米。完全满足4―5人家庭三餐的炊事用气。在无外力破坏下，发酵罐和气囊使用寿命可达11年。

这套装置的成功推出，为大力开发沼气能源开辟了一个全新的思路，实现了可以工业化大量快速生产，低成本普及的目的，在经济不发达的农村、牧区很有推广意义，也特别适合中、小投资者作为小本致富的创业项目来干，具有投资小、速度快、效益好的特点。

开发老资源 引来新商机

沼气，作为一种可再生资源，国家历来很重视，几十年来它在全国推广的如何呢？据了解，自上世纪60年代起，国家开始大搞沼气池建设，但由于受当时生产力水平、科技力量限制，绝大多数都是“昙花一现”，无法正常使用。加上当时能源价格相对低廉，沼气池管理上又比较麻烦，截止到目前，全国仅有沼气池户1200万户。

2003年2月召开的全国“农业生态环境与可再生资源建设”工作会议上，农业部领导明确提出目标要求：2003―2005年农村要新增沼气池1100万口，2006―2010年新增3100万口。2004年1号中央文件再次把农村沼气列入了农村重点扶持发展的“六小工程”之一，并下拨国债资金11亿元扶持沼气事业的发展。2006年1月1日正式实施的《可再生资源法》，更是在法律的高度上对维护和促进可再生资源，提供了保障，国家政策性的举措已经使沼气事业的发展形成燎原之势，产品的商品化、产业化已经到来。

然而传统沼气池绝大部分是砖砌的，总造价在1500元左右。由于沼气含有硫化氢，对水泥腐蚀很大，使用时间不长就出现漏气现象，致使现有农村沼气有“一年好、二年漏、三年弃”的说法，而维修起来极为不便。有机玻璃钢池虽然密封好，耐腐蚀，但造价昂贵，且受石油价格的影响，继续一路看涨。

传统池的修建周期比较长，前后得一个月才能正常使用。另外，由于国家对可耕地资源进行保护，农村新批宅基地普遍较小，还有的盖楼房，造成了相当一部分农户无法建池。

现有的沼气池正常运行要求比较高，必须每天保证进料、出料和搅拌才能使用，每年还得大出料一次，管理上很是不便。由于池容积大导致非养殖户者原料不足，这在一定程度上束缚了沼气的推广。

针对传统沼气池这些种种不完善的缺陷，肇鸿沼气开发基地经过几年的大量实践，求教于国内相关沼气科研单位，终于研制出了“小型沼气发生器”，这种小型沼气发生装置最主要一点就是避免了“大开挖”方式，安置在地面上，提高了罐体温度，易管理，好操作，同时该装置集中优化组合了沼气行业前沿科技的八种最新技术。

第一种干发酵技术：传统沼气池中有效干物质含量仅为6％，其余全是水称为湿发酵。而干发酵有效物质含量占28％，总浓度是其4-5倍，为长时间、高气量使用打下了基础。

第二种中、高温高效启动技术：启动时采取中、高温方式，保证了快速、高量产气。传统池由于是埋在地下，属变温发酵，夏季最高池温为25℃。而本装置罐内温度平均比其高15℃左右，产气量是其3倍，对缩小罐体提供了可行性。

第三种生物过滤膜高效发酵技术：这点借鉴了大型工业沼气工程中的厌氧生物过滤膜生产方式，本装饰中就有大量的生物膜附着结构。

第四种自动稳压低压安全储气技术：传统池如果水压间设计有问题，在夏季温度高时很容易憋坏池子。该装置是发酵罐和储气囊分离装置，并且具有自动排气功能，使用很安全。

第五种防结壳技术：传统池必须靠工人每天搅拌来防止料液结壳，而他们通过对发酵罐内部结构的巧妙改造，克服了高浓度料液容易结壳弊端，让人不再搅拌，可谓一举两得。

第六种去除二氧化碳技术：沼气中甲烷含量为60％，35％为二氧化碳，这套装置通过化学反应去除了大部分二氧化碳，达到了高热值效果（约2800千焦/立方米，纯甲烷热值为35822千焦/立方米），完全可以与液化气媲美。

第七种生物发热包技术：传统池由于冬季气温低产气不够用甚至不产气，北方池尤其严重，往往只能使用半年，造成池子的很大浪费。而他们利用最普遍、最廉价的原料解决了这一难题，保证了一年四季的正常使用。

第八种精密原料配方技术：这是一个关键的技术，沼气的快速、高产都与配方有关。

在实践中，肇鸿沼气开发基地技术人员克服了一道道难关，解决了高浓度物质容易酸化的难题，逐步地完善产品。为了确定一个最佳浓度值，仅实验就不下百次，最终找到了一个发酵期长、产气量又高的数值。

干发酵技术最早是由美国康奈尔大学应美国能源部要求搞的“垃圾填埋法”，优点是产气量大、省水；缺点是易酸化，初期气量很大，末期产气低。但肇鸿技术人员巧妙地搞了一个分离储气装置，平衡了产气周期，保证了长时间稳压使气。

对于大气量用户，他们现在又开发出了2.5立方米发酵罐，储气装置使用金属贮气柜。这种贮气柜耐压强度高，带有气压表和安全排气阀，底部设有疏水阀，与电子点火沼气灶配用，对经济条件好的地区很适合。

这套小型沼气装置的发酵原料很广泛，农户的人畜禽粪便和农作物秸秆，工业产生的酒糟、糖渣、淀粉废水、酒精废料，南方的水葫芦、水花生、水浮莲之类的藻类及水杂草均可以使用。

好项目招商 带来创业潮

这种小型沼气发生装置一经推出，立即引起了人们极大关注，许多人纷纷前来学习。在肇鸿沼气开发基地，我们见到了不少来自全国各地的学员。

为了让更多的人走上富裕道路，同时也为了更好地打开外地市场，创造双赢局面，公司已经决定面向全国招商，一个县市仅限一家。因为考虑到发酵罐体积较大，运输会增加成本，影响经销商利润，所以他们采用技术转让方式。学员学会后可以自己到当地订购发酵罐安装销售，也可以到他们这里购买配件。考虑到许多学员都是农村和打工者，公司将转让费仅仅定为1580元。对于路途遥远的学员，也可以采取函授方式，同时保留该学员的当地经销权。需要一套装置的，另加收560元。

肇鸿沼气技术开发基地郑重向全体学员承诺：如不产气，五倍赔偿学员损失。欢迎有兴趣者前来实地考察，亲自试看，满意了再合作。

29岁的孟原生是陕西定边人，在山西一家煤矿打工已经两年多了，不甘平庸的他从小就想自己创业，干出一番事业来。几年间他投资了许多生意，但都因为种种原因失败了。在父母的责备下，他又开始了打工生涯。在积累实力的同时，他仍不忘闲暇时间浏览各种项目信息。去年在一次老乡聚会中，他无意中听到了“小型沼气装置”这个信息，立刻眼睛一亮：太好了！这不就是我要寻找的项目嘛?

第二天孟原生便告了假，奔赴肇鸿沼气开发基地学习。经过两天的紧张学习后，他回到了矿上，毅然辞去了效益不错的采煤工作。

回到家乡的孟原生，先来到亲戚村子里，在这里他免费为亲戚装了一台小型沼气发生装置。看到这台沼气装置能点火做饭，村子里的老百姓真是大开眼界。这个样板广告立刻为他拉来了19套订单。孟原生再接再厉，扩大宣传，短短的3个月，他已经在附近的村子销售了140多套装置，稳赚了一笔钱。

孟原生是个有心计的人，在听说县上搞了个无公害蔬菜基地后，他立刻抢先与沼气用户签了沼渣回收协议。由于沼渣是一种优质有机肥，不光能使农作物大幅增产，还能防止蔬菜病虫害，并且能栽培蘑菇、木耳等。他将这些沼渣转售给蔬菜基地，深受菜农们欢迎，自己又多赚了一份外快。

甘肃永昌的齐德林，学习之前开着一家拉面馆，由于当地饭店太多，他的拉面馆又没什么特色，生意一直不见起色。眼看第二年的房租就要到了，齐先生思虑：这传统生意真是太难干了，要改行，也得选个竞争少的新项目干！

在网上查阅时，一条“小型沼气发生器”的信息吸引住了他的视线，在细细读完后，齐先生按捺不住内心的激动，马上给公司打了个电话，在详细听完技术人员解答后，齐先生立马拍板：“给我保留永昌县的经销权，我明天就坐车去你们那儿学习。”

由于齐先生家里就有个沼气池，已经不用两年了，所以他对沼气知识略知一二。在肇鸿沼气开发基地，为了让齐德林亲眼看看沼气的火力大小，技术人员还烧了一壶水坐在灶上，结果不到10分钟，这壶水就开了。技术人员告诉道：“沼气最高温度可达1200℃你而且属于消沽能源，真正做到了变废为宝。”

对于装置中的发酵罐，他们还告知：除了可以做成塑料罐外，也可以用铁罐、树脂罐和经过严格改性的无机材料罐来代替，这要根据学员当地现有的厂家来定，相对来说，塑料罐比较经济。眼见为实后，齐德林非常满意，当即交钱学习。他仅用了一天时间就学会了，在登上回去的火车时，齐德林握着肇鸿技术人员的手，摇了摇头：“感谢你，你们真是为老百姓做了一件大好事。等我的好消息吧，我肯定会把这个项目干好的！”

不到一个月时间捷报便随着电话传来，齐先生在家乡销售了90多套，而且他还发展了五个业务员，力争每个月都突破300套。齐先生亲自邀请肇鸿人员去他家做客，一切费用由他买单。公司人员谢绝了他的好意，只是叮嘱他薄利多销，更好地服务农户。

另外，为了能让学员多掌握一门能源实用技术，他们公司还将免费传授学员一种太阳能灶技术。因为现有太阳能灶完全是靠天吃饭，只能室外、手动跟踪操作，不能储能等种种缺陷，所以只能作为辅助炊具用。制作该灶的模具和焊好的铁架按成本售给学员。

肇鸿公司一直坚信，会有越来越多的人会投身于沼气这个行业中来，使沼气造福于农村，造福于国家，造福于整个人类！

地址：044000山西省运城市机场大道南风工业园区B栋205厅 运城肇鸿沼气技术开发基地

篇7

关键词：建筑电气；节能；设计

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A文章编号：

引言

随着经济全球化的日益进程，世界能源问题越来越严峻，我国作为一个在近三十年取得快速发展而成长为世界第二大经济体的大国，不能够避免这个问题。且人均资源占有量较少，能源供应紧张，且目前很多行业还存在较为严重的能源浪费现象。据有关数据统计来看，我国建筑能耗是发达国家的3倍以上，所以对于工程设计人员来说，需要在建筑节能领域给予更多的关注。建筑电气作为建筑能耗中一个重要的因素，电气节能工作更为复杂，本文主要就建筑电气节能技术的设计谈谈相关的特点和技术措施。

1 建筑电气节能应用的必要性

建筑电气节能技术在整个建筑电气设计中都有涉及，比如如何根据配电系统所需负荷大小来选择建筑物的变压器的规格和数量；如何选择照明设备规格及控制系统；考虑空调系统的节能方式；电梯群控模式的节能方式等等。上述电气节能措施都对建筑物的用电量和电气设备的费用具有较大的影响。由于建筑电气种类繁多，工作时间长，在整个建筑物的使用中期中，能量消耗较大。建设部对民用建筑的节能技术中就强调建筑工程中多个专业间需相互协作来完成节能的目标。当前施工图设计完成后，电气节能是图纸审查工作中一个重点审查内容，所以设计人员充分了解建筑电气节能措施是非常必要的。

2 建筑电气节能设计的相关内容

2.1 供配电系统的节能设计

在建筑物的供配电系统中需要尽量减少线路的损耗，主要核心就是合理布局，如在分布方案中考虑变配电室、配电区间的合理位置；线路布设时尽量呈直线以使得线路长度变小；还要在低压线路的布设时少走弯路，减少电损；此外变压器应距离负荷中心更近的位置，减少电路损耗。将建筑物的供配电系统的负荷构成情况进行技术性经济分析，设计合理的配电方式。供配电系统应选用节能型产品，如低损耗的变压器，耗能低、低噪音节能接触器，合理选择导线截面的方式可以有效实现节约能耗。在建筑物中尽量使得三相负荷能够平衡；并提高电气设备的功率因数，此外采取一直和消除谐波也是常用的技术措施。

2.2照明节能设计

建筑照明设备在建筑电气用电设备中具有较大的比例。在建筑照明的节能设计中通常采用选择高效的光源、加强自然采光措施以及其他节能措施。

所谓高效光源就是选择显色指数较高、发光率高且节能的光源。如白炽灯虽然经济性好，但其发光率过低且耗能较大而不被当作高效光源来使用。通常在路灯和广场中使用低压钠灯和高压钠灯；体育馆或工厂中通常使用高显色性钠灯与汞灯混合组合进行照明；商场、展厅以及人流较多的公共建筑场合多使用金属卤化物灯、三基色荧光灯或稀土金属荧光灯，等等。建筑中增加自然采光，即在建筑设计中将靠近室外的门窗洞口开大，选择透光率更好的玻璃。此外采用其他照明的节能措施还有采用智能控制管理系统、对不同区间照明进行分级控制、楼梯、过道采用声控开关等等措施。

2.3 建筑电气设备的合理选择

对于较大规模的建筑物实现空调、电动机、给排水系统的实时控制，可以有效完成节能目标。上述几个系统的设计方案需要与结构施工图的设计人员及其他专业人员进行协调，使得设计方案更加合理科学化。在设备的选用上，尽可能地选择节能型的用电设备。

2.4 合理进行计量与管理

这里所说的计量包括电能、热量、空调系统和住宅小区的能耗计量等工作。合理地做好计量与管理方面的工作可以有效地保障和促进节能。在建筑电气设计过程中，需要在上文所述的电器设备的选型与分布方案选择中做好相应的规划，如选择更为精确而可靠的仪表，简化供配电系统构成，并实行有效的维护工作。对于住宅建筑，电、水、热能均采用电子仪表，可以有效提高工作效率和计量的可靠性，节约大量人工管理能源；而对于中央空调系统的管理和计量，采用时间型计量系统是目前所使用的计量方式中成本较低、系统简单且使用寿命更长的管理模式。

2.5 合理利用可再生资源

尽量合理地使用可再生资源。随着太阳能应用技术的快速发展，其使用费用也在日益降低，目前国家大力支持这一绿色能源系统，可以预见在未来，太阳能电源系统必将被大力推广到建筑节能技术中来。对于工程实践中被证明节能效果不佳的电气设计方案应严格限制。

3 建筑电气节能的发展趋势

建筑电气节能技术的研究与应用在我国还处于较为初级的阶段，但就世界范围内来看，一些发达国家对此则形成了较为成熟且各具特色的节能评估体系。如英国的 BREEAM 评估体系、美国的LEED 评估体系、加拿大 GBTool 评价系统、日本的 CASBEE 评价体系。

这些建筑节能评估体系尽管各具特色，相对之间具有较为明显的优缺点，而我国则需要尽快汲取他们的经验和优点，少走弯路，有利于加快我国自身行业的建筑节能评估体系的完成。

4 结语

通过上文的论述，建筑节能技术的研究与应用在资源愈加枯竭的今天尤为迫切，工程设计人员需要根据建筑物的类型，合理选择供配电系统、空调系统、给排水系统、照明系统的设备及分布方案，尽可能选择节能型的设备和可再生能源的利用，做到本文所述的相关措施，可以有效地达到建筑节能的目的。

篇8

【关键词】绿色建筑节能环保可持续发展

引言：近年来，我国经济快速发展，其中建筑业的发展尤其迅速然而建筑业的发展在为我国经济发展做出巨大贡献的同时，也带来了严重的能源浪费和环境污染经研究表明，导致全球性气候变暖的有害物质中，建筑施工和运营过程中所产生的有害物质竞占过半，其中能源消耗总值的35%为建设过程中产生的能源消耗因此，要实现国家和社会的可持续发展，必须解决建筑业高能耗的问题以节能减排、生态环保、可持续发展为目标的绿色建筑成为国家大力推进的建筑新形式绿色建筑的特点。

绿色建筑以人、建筑和自然环境的协调发展为目标，减轻建筑对环境的负荷在利用天然条件和人工手段创造安全、健康、舒适性良好的居住环境的同时，尽可能地控制和减少对自

然环境的使用和破坏，充分体现向大自然索取和回报之间的平衡，做到人及建筑与环境的和谐共处、永续发展。

1、绿色建筑在设计方面重点关注如下几点：

1.1以节约能源为重点

节能是绿色建筑设计的重中之重从楼宇的布局规划、建筑选型，到建筑的围护结构设计、建筑材料的选择、设备的选用等方面都要充分考虑节能效果多利用自然通风及自然采光的

原理，减少建筑的未来使用能耗在设计时应通过充分、系统的计算和考虑，减少建筑在整个寿命周期内的成本，实现节能与环保。

1.2节约资源，提侣使用可再生资源

资源是有限的，特别是在当今的背景之下，人类的快速发展己经使资源储备出现严重不足尤其是建筑行业对不可再生资源的消耗量极大，更是加剧了资源的损耗绿色建筑的实质是为了实现可持续发展，因此，节约资源和提侣使用可再生资源是必然选择在设计过程中应关注建筑材料的正确选用，考虑节水、节电措施更多地利用太阳能、风能、地源热能等绿色能源，做到合理使用资源，减少资源浪费。

1.3做到与自然环境和谐共处

绿色建筑又称为生态建筑、回归大自然建筑等发展绿色建筑就是要减少对自然的破坏，做到人与自然之间的平衡和健康发展因此在设计时要注重回归自然，充分考虑景观绿化，建

立和谐的生态系统建筑外观要与周边的环境相协调和融合建筑要做到与自然环境互补，而不是破坏。

2、某生态小区绿色建筑设计案例

本项目规划为多、高层住宅和项目公建，总建筑面积约10万m2。该小区以节水、节能、节材为重点，重点实施建筑节能。

2.1绿色建筑设计

2.1.1绿色规划住宅楼规划布局力争最大化南向采光，利于自然通风；全地下停车系统，人车分流，建立地面生态慢行系统。

2.1.2绿色环境采用大面积多层次景观绿化改善小气候，提升生活品质；采用渗水砖等绿色材料利于水土保持，结合雨水收集系统解决景观灌溉，降低维护成本。

2.1.3绿色建筑户型南北通透，管线集中布置，可持续发展户型；利用简洁的形体降低体型系数，以减少散热面积；通过控制窗墙比，加强加厚保温层，选用蓄热型墙体材料，使用双层中空玻璃窗等降低能耗。

2.1.4绿色能源设计考虑60%用户使用太阳能热水器供应生活热水，高于国家及中新生态城绿色建筑评价标准中25%用户使用太阳能热水器供应生活热水的基准要求。

2.1.5围护结构设计为贯彻国家有关节约能源、保护环境的法律、法规和政策，改善居住建筑热环境，在实施建筑节能第三阶段目标的基础上，进一步降低建筑能耗，住宅楼设计节能率为70%，高于国家及中新生态城绿色建筑评价标准节能率65 %，具体采用加厚外墙保温、中空玻璃外窗、屋面保温等方式提高围护结构的保温性能。

①墙体、屋面保温材料EPS保温板是目前在我国使用最多的一种外保温墙体EPS体系是膨胀聚苯乙烯板加薄层抹灰并用玻璃纤维加强的做法，缺点是耐候性较差，易开裂，对外墙防渗漏不利XPS挤塑聚苯乙烯板各项性能较EPS优越，其与基层墙体的固定方式主要采用机械锚固。因此推荐选用XPS挤塑聚苯乙烯保温板。

②窗的选用选用内平开塑钢窗，其多腔的结构满足排水、增强保温、隔声的效果交错的水槽位置，提高了气密性和水密性宽大的内衬钢腔体，提高了塑窗的强度安装玻璃可以在室内进行玻璃安装槽的深度达21 mm，提高了安全性特殊的双层玻璃片，便于安装、排水和门窗下垂量的调整。

2.2主要节能措施

2.2.1建筑主体

①建筑造型既要美观适用又要尽可能规整，墙体采用隔热性能好的材料，以减少外墙传热面积。

②建筑物的朝向选择，应充分利用自然光和自然通风，使各房间冬季充分利用阳光热能，炎热季节减少阳光直射室内。

③屋顶保温层选用容重较小、导热系数较低的材料，以防比屋顶重量、厚度过大。

④不同朝向的窗墙面积比要符合节能规范要求。

⑤外窗采用塑钢门窗，有良好的密闭性和隔热性玻璃为低反射铝合金型，用热惰性比较好的材料阻断热桥。

2.2.2空调、制冷与采暖系统

优化配置热源水泵及换热机组，避免低负载运行，提高采暖、空调系统运行时的实际能效比热交换装置采用国际先进设备，换热效率高同时换热机房内配备了热计量装置利用自然通风技术，合理组织建筑物室内气流路径热源系统以及通风系统采用直接数字控制系统进行实时监测与控制机组或热交换器、水泵等设备实现连锁启停，对供、回水温度及压差进行控制或监测，对设备运行状态进行监测及故障报警等。

2.2.3电力、照明系统

①供、变电系统的主要节能措施主变电站应靠近本项目的负荷中心，尽量减少电缆长度，合理确定电缆断面，降低线路损耗，节约电能选择低损耗效率节能型变压器，其空载损耗低于国家规范（GB/T 10228- 1997）标准值14%-18%变压器选用无功功率自动补偿装置，并保证配电的功率因数均在0.95；凡大于100 kW的电动设备，应分别独立就地安装无功功率补偿装置变电站设置滤波装置，确保供配电系统不受谐波干扰

②照明系统节能措施建筑内部照明系统选用高光效、长寿命、显色性好的电光源、各种节能灯管、绿色灯管、紧凑型电子节能灯等高效节能光源及电子镇流器。建筑物泛光照明和区域场所照明采用金属卤化物灯和高压钠灯等节能型电光源，并严格控制装饰性景观照的能耗各照明灯具采用高效率灯具，单灯就地补偿根据功能分区和使用要求的不同，照明系统采用集中控制、分散控制和自动控制相结合合理选用灯具及开关数量，并采用分区域控制、避免单个开关控制灯具过多、便于开关灯数控制的节能

2.2.4设备选用

选用节能型电动设备节能采暖系统的水泵，通过安装变频调节装置调节水泵的转速，实现水泵机组实际运行效率不低于85%通风系统中配置的风机同样应用变频技术，一方面降低系统的开关损耗，另一方面也提高了系统低频运转时的能耗

3、结 语

篇9

摘要:

在各种可再生能源利用中,风能是使用最为广泛和发展最快的可再生能源之一,是近期内最具有大规模开发利用前景的可再生资源。通过对风力发电产业现状进行梳理、归纳和分析,总结了风电机组未来发展趋势。并对风电机组当前典型风电机组（华锐双馈和金风直驱）的优缺点进行对比，分析那种机型更好利于风电的投资。并把两年来风电机组运行存在的一些问题做以归纳，以便于风电场更好稳定、经济的运行。

引言：

大量不可再生能源的消耗,以及随之而来的气候变暖、生态破坏和大气污染等一系列环境问题,使世界能源和环境问题日趋严峻,因而对于可再生能源的开发和利用变得尤为急切。风能是使用最为广泛和发展最快的可再生能源之一,亦是近期内最具有大规模开发利用前景的可再生资源。根据世界风能协会产业报告数据,2011年全世界新增风电装机容量4200万千瓦,风电装机总量达到23900万千瓦,较2010年增长了4%。2011年我国风电装机量新增1800万千瓦,装机总容量超过6200万千瓦,继2010年后继续保持全球第一。由此可见,风能已从一种可有可无的补充能源,转变为解决世界能源问题不可或缺的重要能源。风电机组运行环境恶劣,机组部件难免出现破坏性事故 。随着全球风能快速发展,风电机组运行数量不断增加,各类风电机组事故也不断出现 风电机组一些故障.甚至事故产生的原因无法得到合理的解释，给风电场风电机组和电网安全可靠运行留下了极大的隐患，对风电技术的健康发展带来了不良影响，迫切要求对风电技术理论进行深入研究。在瓜州公司在2010年12月30号并网以来，已近运行两年多的时间里，对机组也有了一个全面的认识，特别是对金风和华锐两种机型运行的过程中，了解到一些机组的不同点和相同点，并且了解到机组的的一些常见问题。

一、现代大型风电机组发展趋势。

1、水平轴式风电机组为主流

按风轮轴方向不同,风电机组包括水平轴风电机组和垂直轴式风电机组。水平轴式风电组风能转换效率高、传动轴距短、经济性好,是目前国内外研制最多、技术最成熟、使用最为广泛一种风电机组(包括上风向与下风向两种),在个风电市场中占到95%以上。垂直轴式风电组可分为两个主要类型:一类是利用气动阻力功的阻力型风电机组,如萨渥纽斯型和涡轮型;一类是利用翼型升力做功的升力型风电机组,达里厄型。与水平轴式风电机组相比,垂直式风电机组可以接收任何方向的来风,无需迎装置,因此系统整体结构简洁,便于维护,成本低。但由于在空气动力学以及结构构造力学等面的技术积累不足,与水平轴式风电机组相比,垂直轴式风电机组的研发滞后许多。因此在未来相当长一段时间内,水平轴式风电机组将是主流。

2.多种大容量机型并存

在20世纪90年代,国际上风电机组主流为600千瓦级;2001年以后,基本上以兆瓦级以上风电机组为主流。2004年,德国 Repower公司生产了5兆瓦风电机组,2008年世界上运行的风电机组单机容量最大为6兆瓦(风轮直径达到127m)。目前,8-10兆瓦风电机组的设计和制造也已经开始。我国风电机组主流机型在2005年为600-1000千瓦,2008年为750-1500千瓦,2009年为850-2000千瓦,2010国内单机容量为2兆瓦的机组也开始批量生产和安装,2.5兆瓦、3兆瓦等机型也在个别风场开始安装。2011年5月,中国首台6兆瓦风电机组在江苏盐城正式出产。虽然风电机组单机容量不断扩大,甚至向10兆瓦及以上级别巨型风电机组发展,但2-3兆瓦及以下单机容量的机组技术成熟,必将长期存在,也就是说,多种大容量机型长期并存,以满足市场的多样化需求。

3、变桨距风电机组替代定桨距风电机组

与定桨距风电机组相比,变桨距风电机组叶片安装角可以根据风速的变化而改变,气流攻角在风速变化时可以保持在一定的合理范围,在相同的额定功率点,额定风速比定桨距风电机组要低,在额定功率点有更高的功率系数。事实上,在现代风电机组研制初期,设计人员就认识到通过改变桨距角来调整空气动力转矩的重要性,将风电机组设计成全桨叶变距型,但由于技术积累不够,灾难性事故时有发生,限制了变桨距风电机组的商业化运行。经过多年的发展,变桨距技术已较为成熟,在多种机型中得到应用。2009年以后,世界上新安装的风电机组中有95%以上采用了变桨距方式。

4、变速运行取代恒速运行

在风电机组与电网并网时,要求风电机组输出电频率与电网频率一致,即保持频率恒定。风力发电机保持转速不变得到恒频电能,称为恒速恒频运行;风电机组转速随风速变化,通过其他控制方式来得到恒频电能,称为变速恒频运行。变速运行风电机组可以通过调节发电机转速跟随风速变化,使叶尖速比保持在最佳值,从而最大限度利用风能,提高运行效率。现有的失速型恒速运行风电机组一般采用双绕组结构(4极/6极)的异步发电机双速运行。在高风速段,发电机运行在较高转速上,4极(大容量)电机工作;在低风速段,发电机运行较低转速上,6极(小容量)电机工作。双速运行的优点是控制简单,可靠性好;缺点是由于转速基本恒定,风电机组经常工作在风能利用系数较低的点上,风能得不到充分利用,即使通过变桨距系统改变桨叶的攻角以调整输出功率,也只能使异步发电机在两个风速下具有较佳的输出系数,无法有效地利用不同风速时的风能变速风电机组一般采用双馈异步发电机或多极同步发电机。双馈电机的转子侧通过小容量能量双向流动功率变换器连接到电网;多极同步发电机的定子侧通过全功率变换器连接到电网。在新增风电机组中,绝大多数都采用了变速运行方式,可以预计变速运行全面代替恒速运行将成为趋势。

5、异步双馈、直驱和半直驱多种形式并存。

风力发电机组按结构形式可以分为异步电机双馈式机组、永磁同步电机直接驱动式机组以及半直驱型(中传动比齿轮箱)机组。双馈风电机组风轮将风能转变为机械转动的能量,经过齿轮箱增速驱动异步发电机,应用励磁变流器励磁而将发电机的定子电能输入电网,在这种机型里,保证齿轮箱可靠性至关重要。直驱式风电机组采用多极永磁发电机直接连接风轮,可以避免增速箱的不利影响,但发电机体积和重量庞大。半直驱式风电机组多采用增速比适当的(双馈型机组的1/10左右)一级齿轮传动,配以类似直驱式风电机组的多级永磁同步发电机,发电机体积比直驱形式的有了较大的缩小,质量明显减轻。近年来,在新增风电机组中,双馈风电机组虽然占据主导地位,直驱式风电机组得到快速发展,半直驱式风电机组开始出现。

二、金风风机与华锐风机的一些对比。

1、金风科技风力发电机组。

本机组采用水平轴、三叶片、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，功率控制方式采用变桨距控制，但风速超过额定风速时，通过调整叶片的桨距角，使风机的输出功率限制在1500KW左右。从而防止发电机和变频器过载。发电机为外转子结构的多级永磁同步发电机，叶轮直接与发电机连接。变速恒频系统采用AC-DC-AC变频方式，将发电机发出的低频交流电经过整流变为脉冲直流电，输出为稳定的直流电压，在经过DC/AC逆变为与电网同频率的同相的交流电，最后经变压器并入电网。机组自动偏航系统能根据风向标提供的信号自动确定风力发电机组的方向，当风向发生变化时，控制系统根据风向标信号，通过偏航电机驱动偏航减速器使风机自动对风，偏航系统在自动对风时带有阻尼控制，使机组偏航旋转更加平稳。液压系统有液压泵站、电气电磁元件、蓄能器、刹车装置、连接管路等组成，为偏航刹车系统及转子刹车系统提供动力源。针对不同的形式，自动系统包括偏航、发电机轴承和变桨轴承集中。各系统主要有泵、油分配器、管路等组成。整机制动系统采用叶片顺浆实现气动刹车，降低叶轮转速。机舱设计采用了人性化设计方案，工作空间较大，方便运行人员检查维修，同时还设计了电动提升装置，方便工具及备件的提升。整个机组有PLC控制，数据自动采集处理，自动运行并可以远程控制。

2、华锐科技风力发电机组。

本机组采用水平轴、三叶片、变桨距调节、风机把旋转的机械能转换为电能，在风机中采用了双馈异步发电机的形式。双馈异步发电机是指将定、转子三相绕组分别接入独立的三相对称电源，定子绕组直接和电网连接，转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连。变频器采用交-直-交的形式与电网连接，控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态并随着风速的变化调节发电机的转速，进行能量交换。风机具有有效的偏航系统，主要根据风向风速检测装置反馈信号来实现机舱的对风功能。它采用一台变频器同时驱动四台变频电机的驱动方式。在变频器的输出端接入输出电抗器。变频器配有制动单元和制动电阻。齿轮箱是紧凑的，具有高的过载能力。为了调制变桨，使叶片能够达到顺桨位置、工作位置，变频器和变桨电机瞬时超载，大约以2倍的额定转矩驱动齿轮箱，这种情况一天中可能会发生几次。设置电池系统的目的是保证变桨系统在外部电源中断时可以安全操作。电池是整流桥通过DC母线给变频器供电，在外部电源中断时由电池供应电力保证变桨系统的安全工作。

3、金风风机和华锐风机的一些优缺点。

华锐优点：

1、双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功率，变频器的最大容量仅为总机组容量的1/3左右,降低了变频器的造价。 在最大输出功率时，转子和定子共发出1.5MW的电能。降低控制系统成本、减少系统损耗，提高效率。

2、功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒为1。根据需要，在额定电压下，功率因数在容性0.95，感性0.90可调。

3、低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。

4、先进的双PWM变频器，实现四象限运行。速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发电量。

华锐缺点：

1、采用了齿轮箱传动和发电机集电环，后期维护工作量较高，维护成本高。

2、机械部件相对较多，随着在后期的机组运行中，机械部件老化或损耗，机械部件故障率高。

3、低电压穿越能力相对较弱。

金风优点：

1、直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其在低风速环境下，效果更佳显著。

2、齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。同时，机组在低转速下运行，旋转部件少，可靠性更高。

3、采用无齿轮直驱技术和减少了集电环等风力发电机零部件数量，避免了定期更换齿轮油和集电环碳刷，降低了运营成本。

4、直驱风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落时，风力发电机组能够在一定的电压跌落范围内不间断并网运行，从而维持电网的稳定运行。

金风缺点:

1、由于采用全功率变频技术，变频器造价大，发电机采用永磁技术，稀土价格不断上涨，机组价格相对较高。

2、电气部件相对较多，后期运行中，电气部件故障率高。

三、风电场运营过程中的一些机组的质量问题。

1、机组自身的缺陷。

在对机组两年的运行中发现机组存在一定的自身的一些缺陷，相对不是很多，但是也是不容忽视的问题。如华锐风机的碳刷反馈信号问题。华锐风机的发电机碳刷在磨损到一定程度的时候，底部底座上的弹簧就会迫使底部开关触发，使得发电机碳刷产生反馈信号，PLC模块接收到反馈信号后报出发电机碳刷故障，检修人员看到故障后进行及时消缺。而我厂华锐风机的碳刷在磨损快完毕后并未报出故障。导致风机集电环损坏，检查发现是现场人员接线不正确导致错误的发生。还有就是金风机组液压站压力继电器问题。金风风机偏航刹车分为两部分。一为与偏航电机轴直接相连的电磁刹车，另一为液压闸，在偏航刹车时，由液压系统提供约140～160bar的压力，使与刹车闸液压缸相连的刹车片紧压在刹车盘上，提供制动力。偏航时，液压站释放压力但保持20～40bar的余压，这样，偏航过程中始终保持一定的阻尼力矩，大大减少风机在偏航过程中的冲击载荷使齿轮破坏。而压力继电器的损坏，使得液压系统压力为零，机组在正常运行时（即不偏航的状态）刹车闸液压缸相连的刹车片并未紧压在刹车盘上，只靠偏航电机轴直接相连的电磁刹车起作用。压力继电器是利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。当系统压力达到压力继电器的调定值时，发出电信号，使电气元件（如电磁铁、电机、时间继电器、电磁离合器等）动作，使油路卸压、换向、打压，执行元件实现顺序动作。当压力继电器损坏时应及时检测出问题，使得机组正常停机，检修人员及时消缺。而现场人员在巡检时发现液压站无压力而机组并未报出故障，而且还在正常运行。后面咨询金风风机厂家，告知现版程序确实存在这方面的缺陷。以上都在在这两年来机组运行中发现的一些机组自身的缺陷，我们只有及时消除，才能确保机组的稳定良好运行。

2、零部件的质量问题。

机组在两年的运行当中，除了一些机组自身缺陷，主要的机组问题就是机组的零部件质量的问题。对于一些更换频繁，数量较大的零部件，我们及时协调厂家及时技改（就是更换质量过硬的零部件）。并且该零部件质保从更换之日起重新计算。金风在两年多的运行中技改的项目有：电缆护圈的更换、主控柜加热器的升级（更换为大功率）、现在正在技改的有：滤波电容的更换、UPS电源的更换。华锐技改的项目有：定子断路器的更换，齿轮箱高速轴回油管的更换，现在协调的有：油泵电机、滑环等部件，以上部件在运行两年来频繁报出问题，维护费用不断增大。

四、切实提高机组质量，降低机组运营成本。

风能是使用最为广泛和发展最快的可再生能源之一,是近期内最具有大规模开发利用前景的可再生资源。本文对风力发电产业现状进行了梳理、归纳和分析,总结了风电机组未来发展趋势:水平轴式风电机组为主流;多种大容量机型并存;变桨距风电机组替代定桨距风电机组;变速运行取代恒速运行;异步双馈、直驱(半直驱)多种形式并存等。而且由于需求的增大，机组生产量的增加，使得机组质量有所降低，风机发电机组碳刷的价格只需要几百元钱，而机组由于缺陷，在碳刷磨损完后并未报出故障，使得机组集电环损坏，更换集电环这个成本就会在上千或上万元以上。机组压力继电器的损坏，使得机组长期运行在不稳定状态下，也会对机组偏航系统有一定的损坏，产生大的经济损失。机组零部件频繁的出现问题，使得运行成本也在无形的增加。所以我们风电场在机组一或两年的运行的过程中，就得及时发现机组存在的问题和缺陷，协调厂家及时解决和整改。使得机组可利用率有一个明显的提升，降低风力发电场风电机组的运维成本。

篇10

[关键词]太阳能电池；晶硅电池；高效电池技术

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0224-01

前言：自1954年晶硅电池技术问世以来，凭借其清洁高效低成本的优势在能源危机被日益重视的环境下成为太阳能电池的最主要研发方向，在六十年间迅速得到创新与发展，在技术方面取得众多突破。然而，尽管其光电转换效率与最初相比已经有极大提高，却仍与理论极限效率相差甚远，因此，晶硅电池光电转化率的提高是目前的研究重点，离子注入法在在这种形势下应运而生，使晶硅电池技术得到进展，更加高效。

1.太阳能电池的分类

在能源问题日益严峻的今天，清洁而高效的可再生资源太阳能无疑处于极为关键的地位，目前太阳能电池凭借其原料广泛、价格低廉等优势成为电池领域研发的重点。太阳能电池以光伏发电系统为核心，自其开始研发的六十年来，发展迅速，结构和种类日益丰富，依据其材料的不同大致可将目前市场上的太阳能电池分为包括单晶硅和多晶硅在内的晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和光电化学太阳能电池三大类别。虽然薄膜太阳能电池和例如染料敏化太阳能电池的光电化学太阳能电池均有不断的更新研发和多项重大技术突破，但是相较之下这两类处于实验室研制阶段的太阳能电池的技术与效率水平以及市场接受程度依然不能与晶硅电池相比。因此，高效晶硅电池的技术进展备受各行各业的关注。

2. 晶硅太阳电池

目前晶硅太阳电池主要分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、以及新兴的准单晶电池，但目前后者还主要处于研究层面，单晶硅电池和多晶硅电池在市场上占有较大比重。

2.1 单晶硅太阳电池

单晶硅太阳能电池的表面织构化所形成的陷光效应，减少太阳光在硅片表面因反射造成的损失，可以增强对光的吸收，使电池的光电转化效率有所提高。光伏用的单晶硅电池采用直拉法制造，设备比较简单，并且可以直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭。利用单晶硅电池择优腐蚀原理在硅片表面形成金字塔形结构，从而达到使单晶硅电池表面形成陷光结构和绒面结构从以降低表面的反射率，电池内部形成光陷阱以提高太阳电池的转换效率的目的。 目前研究人员采用氢氧化钠氢氧化钾强碱弱酸盐等碱性化学溶液研究单晶硅的表面织构化，但依旧存在绒面均匀性、一致性、可重复性不够高的问题。影响单晶硅绒面的主要因素有很多，氢氧化钠含量、硅酸钠含量，IPA含量，反应的时间、温度等不同都会对绒面产生不同的影响。

适量的氢氧化钠含量有助于金字塔的成型，降低反射率，而过少或过多分别会造成金字塔不成形或崩塌现象。硅酸钠能为反应提供更多的起始点，得到排列更加均匀紧密的金字塔，硅酸钠水溶液的碱性降低了溶液的张力，解决了直拉单晶硅表面密度低制作不均匀的缺点，并通过促进氢氧根离子与硅的腐蚀作用，为绒面成核提供起点，从而改善单晶硅片表面的湿润效果。然而过量的硅酸钠则会阻碍反应的进行，适得其反。IPA可以协助氢气泡的释放，减缓反应速率从而减弱氢氧化钠的腐蚀强度，并且获得良好的各向异性因子，提高金字塔的覆盖率。反应的温度不宜过高，否则IPA的挥发会影响反应的顺利进行。单晶硅太阳电池制绒的技术提高可以使其更加完善高效。

2.2 多晶硅太阳电池

多晶硅电池具有易制成方形基片、可组件排列、价格低廉且转换效率较高等特点，是光伏领域中不可或缺的部分，近年来占据市场的主要地位。多晶硅太阳电池主要涉及到铸造多晶硅、冶金法多晶硅、西门子法多晶硅等，随着高晶硅电池技术的发展，为了节约成本，多晶硅片子正在往薄的方向发展，旨在接近其仅有五十微米极限厚度。对硅原料进行重熔铸锭而形成的铸造多晶硅主要由锅底料、半导体工业制备单晶硅剩下的头尾料以及没制备成功而产生的废料以及用纯度较高的原生多晶硅与纯度较低的半导体工业废料或高纯金属硅混合掺配这两大类型构成。冶金法多晶硅是将工业硅经湿法冶炼、高温熔炼和定向凝固等多个阶段冶炼提纯得来，由于冶金法多晶硅耗能量少，清洁高效，成本低廉，对于多晶硅太阳电池的大规模生产有较大的实践意义。然而该技术尚处于研发阶段，极不成熟，并未投入使用，它的研发与攻克是目前极为重要的课题之一。西门子法是现今多晶硅的主流生产技术，它包括通过气体分馏进行提纯的改良西门子法和通过硅烷热分解进行提纯的硅烷法。用该技术生产的硅的纯度已经达到电子级硅的标准，因此通常用其与废料掺杂来制备。

然而由于较高密度的晶界、位错、微缺陷以及包括铜、铁、钴、镍等在内重金属杂质的存在，会严重影响多晶硅太阳电池的化学性能，因此吸杂工艺的重要性不言而喻。吸杂分为内吸杂和外吸杂两大类，前者通过利用硅中氧沉积所产生的缺陷作用将杂质束缚在硅体内，从而在硅表面形成一层洁净区域；后者则是依借在硅片表面引入的杂质、损伤或沉积某种薄膜等产生的应力作用将杂质从硅片内部吸出，在进行表面清理，以达到吸杂的目的。

3. 离子注入电池实现方法

离子注入是当真空中的离子束射向固体材料时，因受到固体材料的抵抗而导致速度降低，并最终停留在固体材料中的现象。其在晶硅电池中的应用价值极为显著，在半导体领域是一项重要的掺杂技术。在电池的转化效率方面，离子注入技术远超于传统扩散工艺，可以更快地实现晶体硅的产业化，具有广泛的应用前景。在硅片中注入硼、磷、砷等杂质原子，可改变其表面电导率或形成 p-n 结，该方法制备出的p-n结的均匀性与杂志分布都比较优良，且硅片表面形成热氧化钝化，降低表面复合速率，减少死层。相较于高温扩散方式制备的 p-n 结，离子注入法避免了长期高温对硅片晶格结构造成的损伤，克服了扩散工艺参杂不均匀的缺点。离子注入过程中高能离子会一定程度上损伤硅片晶格，高温退火法对于消除这类损伤很有帮助，退火的同时会在硅片表面生长一层对硅片表面起到钝化作用的二氧化硅薄层，离子注入电池需要经过清洗制绒、离子注入制备发射极、退火、PECVD镀膜、金属化电极几步工艺流程来实现离子的注入。

4.结语

高效晶硅太阳电池的研究与技术发展在如今能源需求大，总量严重不足的环境下，处于毋庸置疑的重要地位。本文对太阳能电池分类的简单介绍，以及晶硅太阳电池中单晶硅电池和多晶硅电池的技术与问题分析，并讨论了离子注入技术的作用及实现方法，希望对晶硅太阳电池的技术发展有一定启发。在现今阶段，大力发展太阳能光伏产业，充分利用好可再生资源太阳能，实现能源的可持续发展是我们的共同目标。

参考文献

[1] 任先培，程浩然，何发林等.晶体硅太阳电池光衰减现象研究的新进展[J].材料导报，201，26（6）：15-19.

[2] 张小宾，袁小武，李愿杰等.太阳能电池技术研究[J].东方电气评论，2012，26（2）：56-61.