可再生資源的缺點范文

導語：如何才能寫好一篇可再生資源的缺點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、四大分類

目前中國生活垃圾一般可分為四大類：可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。

1.可回收物

定義：可回收物(再生資源)是指回收后經過再加工可以成為生產原料或者經過整理可以再利用的物品，主要包括廢紙類、塑料類、玻璃類、金屬類、電子廢棄物類、織物類等。主要種類：

廢紙類--—報紙、紙箱板、圖書、雜志、各種本冊、其它干凈紙張、各類利樂包裝牛奶袋、飲料盒(需沖洗晾干)。

塑料類--—各種塑料飲料瓶、塑料油桶、塑料盆(盒)。

玻璃類--—玻璃瓶、平板玻璃、鏡子。

金屬類--—鋁質易拉罐，各類金屬廚具、餐具、用具，其它民用金屬制品。

電子廢棄物類--—各類家用電器產品。

織物類--—桌布、衣服、書包等。

2.廚余垃圾

定義：狹義的廚余垃圾是有機垃圾的一種，分為熟廚余包括剩菜、剩飯、菜葉；生廚余垃圾包括果皮、蛋殼、茶渣、骨、貝殼。泛指家庭生活飲食中所需用的來源生料及成品(熟食)或殘留物。但廣義的廚余垃圾還包括用過的筷子，食品的包裝材料等。

3.有害垃圾

定義：有毒有害垃圾是指對人體健康有害的重金屬、有毒的物質或者對環境造成現實危害或者潛在危害的廢棄物。

主要包括：廢藥品、廢殺蟲劑、廢消毒劑、廢油漆、廢溶劑、廢礦物油、廢化妝品、廢膠片、廢相紙、廢熒光燈管、廢溫度計、廢血壓計、廢充電電池、廢扣子電池、堿性電池、鋰電池、鎳鎘電池等。

4.其他垃圾

定義：包括除上述幾類垃圾之外難以回收的廢棄物，通常根據垃圾特性采取焚燒或者填埋的方式處理。

主要包括：使用過的衛生紙、傳真紙、照片、離型紙、蠟紙、轉印紙、塑料光面廢紙、衛生巾、嬰兒紙尿布、餐巾紙、煙蒂、陶瓷制品、衣服、鞋類、石棉瓦、白板、木質玩具、雨鞋、木質家具、橡膠制品、輪胎等。

二、垃圾分類小誤區

誤區一：大棒骨是廚余垃圾。事實上，大棒骨因為“難腐蝕”被列入“其它垃圾”。類似的還有玉米核、堅果殼、果核等。

誤區二：廁紙是紙，不算可回收“紙張”。廁紙、衛生紙遇水即溶，不算可回收的“紙張”，類似的還有陶器、煙盒等。

誤區三：廚余垃圾裝袋扔進桶。常用的塑料袋，即使是可以降解的也遠比廚余垃圾更難腐蝕。此外塑料袋本身是可回收垃圾。正確做法應該是將廚余垃圾倒入垃圾桶，塑料袋另扔進“可回收垃圾”桶。

誤區四：塑料制品都屬于其他垃圾。除塑料袋外的塑料制品，比如泡沫塑料、塑料瓶、硬塑料、橡膠及橡膠制品，都屬于可回收物。

誤區五：速凍餃子、豆腐包裝盒，都是廚房里產生的垃圾，當然是廚余垃圾。一次性餐具、食品包裝袋都歸類“其他垃圾”。另外，用過的餐巾紙、衛生間的紙，還有抽過的煙頭、舊衣物，也屬于“其他垃圾”。

誤區六：吃完的花生殼算其它垃圾。吃完的花生殼應該算廚余垃圾。家里用剩的廢棄食用油，也歸類在廚余垃圾。

誤區七：殘枝落葉算其它垃圾。殘枝落葉及家里開敗的鮮花屬于“廚余垃圾”，而塵土屬于“其它垃圾”。

三、你提問我回答

1.為什么要提倡垃圾分類?

①據統計，全國城市生活垃圾的年產生量達1.5億噸，且每年以8%～10%的速度增長。全國城市生活垃圾累積堆存量已達70億噸，占地約80多萬畝，現在中國668個城市有2/3的城市處于垃圾的“包圍之中”，1/4的城市已經無地可填。高速發展中的中國城市，正在遭遇“垃圾圍城”之痛。

②相較于衛生填埋、堆肥、焚燒的垃圾處理方式，回收再利用無疑是垃圾處理的最佳理想模式。但是最大程度實現垃圾回收再利用的第一步就是分類。從垃圾的源頭進行減量和分類利用，始終是學界公認的垃圾問題真正出路。在垃圾管理體系中，垃圾焚燒處在金子塔的最底層——與垃圾填埋并屬于末端處置，塔尖是著名的垃圾處理3R原則——減量使用(Reduce)、重復使用(Reuse)、循環使用(Recycle)。歸根結底，垃圾分類是破解“垃圾圍城”困境的最佳途徑。缺點：回收點分散，回收方式簡單粗放，資源再生體系不完整。

③“他山之石，可以攻玉”，垃圾分類在德國、日本、中國臺灣等地已成常態，具有完備的垃圾回收配套設施、細化的垃圾分類標準等成功經驗，為我國順利開展垃圾分類提供了借鑒參考。

2.垃圾分類為什么從可再生資源回收著手?

①據統計，目前中國97%的城市垃圾無法處理，只能堆放或填埋，中國城市因垃圾造成的損失每年在250億到300億元，而若回收利用，則可以創造出2500億元以上的產值。這說明，垃圾中的可再生資源利用價值潛力巨大。

篇2

關鍵詞：稀缺性；稀有程度；稀有指數；價格成本比

一、引言

稀缺性是指欲望總和超過了能用于滿足欲望的資源[1]。幾十年來，世界人口持續增長。我們已經知道，即使世界人口出生率現在正在下降，但是，目前人口的年齡結構對人口的增長會產生某種慣性，即使按最樂觀的估計，這種慣性都將使近期的世界人口處于不穩定狀態，人口增長將使資源需求加大[2]327-328。隨著人們對資源需求的日益增長，不可再生資源的稀缺性將日益凸顯。因此合理的評估當前資源稀缺性的指標就顯得很有必要。資源稀缺性該如何評價？那些指標比較合理？如果我們在評價資源稀缺性方面，有更為可靠的指標，則對資源稀缺性的評估也將更加合理，從而提高資源的使用效率。

二、評價稀缺性的相關指標及其缺點

目前比較常用的評價指標包括：存量/用量比、資源價格、稀缺租金、邊際找礦成本和邊際開采成本。

存量/用量比關注的是某個資源固定的存量，對于可再生資源的稀缺性則完全不能解釋。資源價格及其變化在一定程度上可以預示未來的趨勢，問題是，在某些特定市場中，它們不能直接觀察或計算。稀缺租金既可以作為可再生資源稀缺性的指標，也可以作為可枯竭資源稀缺性的一個指標。邊際開采成本對未來開采成本的變化沒有做出任何說明，單位開采成本的另一個缺點是很難查到公開的信息并精確計算。因此，不存在任何一個指標，在所有方面都優于其他指標的情形。本文從價格和成本兩個方面來構建模型，對資源的稀缺性進行說明。

三、資源稀缺性評價的成本價格比模型構建

（一）構建指標體系

1.構建理想的稀缺性指標體系的原則

原則包括前瞻性、可比較性和可計算性。前瞻性指標應具有預測性，能夠預料到資源稀缺性的產生；可比較性指可以在不同資源之間進行直接比較，從而確認最嚴重的稀缺性問題；可計算性指，利用可靠的已公布的信息進行計算，或是這些信息可以很方便地收集到[2]332。

2.資源稀缺性價格成本比評價指標的介紹

根據岳大鵬，董美云[3]的礦產資源開采成本法，資源的開采成本包含以下幾部分：

（1）資源的采掘成本

資源的采掘成本包含勞動力成本、技術設備成本、資金和利息等。資源開采要在一定的技術條件下，利用人力、資金和設備進行資源開采，從而形成了礦產資源開采的直接成本。

（2）資源使用成本

資源因其自身的價值，使用時就必然會產生一定的使用費用。由于礦產資源的可耗竭性，資源稅的開征也就有其必要性。

（3）資源的稀缺成本與環境成本

隨著資源的消耗，不可再生資源的稀缺性逐漸增加。另外，資源開采帶來的環境和生態的負的外部性問題：污染氣體排放，地表及地下水污染，固體廢棄物堆放等環境污染；水資源平衡破壞，水土流失，地表生態系統破壞等生態影響。這里的資源價格指資源的市場價格，主要通過市場供求自發進行調節。

（二）價格成本比評估法

價格與成本之間存在一定的聯系，假設價格等于成本乘以相關系數R，即：

R=P/C（1）

其中P為價格；C為成本；K為資本投入；L為勞動投入；T為技術投入；R為表示稀有指數，也表示價格成本比，可以用來表示商品稀有程度。

1.稀有指數R的變化

R?/R=P?/P-C?/C（2）

R的變化比例為價格變化比例與成本變化比例之差。

知道了價格變化和開采成本的變化，稀有程度的變化的可以根據公式（2）來進行計算。

四、按價格成本比對不同的市場類型的分析

在市場中，一般成本比較穩定，對不同的市場類型，資源的價格卻會有很大不同，因此從市場的角度來對資源的稀缺性進行分析。

（一）完全競爭市場

完全競爭市場的定義包括：（1）該市場中買者與賣者的數目達到足夠大，以至于單個買者的購買量或單個賣者的銷售量都無法影響市場價格；（2）產品同質，廠商之間的產品完全可以相互替代；（3）進入與退出市場是充分自由；（4）信息是充分[4]141-142。實際生活中，農產品市場比較接近完全競爭市場，根據上文對完全競爭市場的分析，可以知道，其在農產品市場上稀有指數R值等于1。

（二）不完全競爭

不完全競爭市場和壟斷市場存在一定程度的壟斷。壟斷條件下，一般資源價格會大于成本。政府管制會降低壟斷利潤，使R變小；而企業技術創新有利于企業獲取高利潤，使R變大。一般情況下，不完全競爭市場中：P>C，因此其比值R>1。需求曲線具有一個明顯的特征，它是向右下方傾斜的，其表示商品的需求量和價格之間成反向變動的關系[5]。

五、結論與討論

用價格成本比來估計資源的稀有程度，并通過不同資源價格成本比的比較，同時參考需求量、存量和替代可能性、成本變化等指標，對某一資源價格的合理性進行評價。這對評價一些稀缺性資源的價格是否被低估具有巨大的參考價值，比如中國的稀土資源。一段時期以來，中國稀土資源的價格沒有真實反映其價值，長期低迷，資源的稀缺性沒有得到合理體現，生態環境損失沒有得到合理補償[6]。對于中國稀土的價格與價值的背離，即可用價格成本比進行計算，并對其背離的程度進行評估。價格成本比指標的不足之處，在于資源成本價格的公開信息很難找到，限制了這一指標的應用。（作者單位：云南大學發展研究院）

參考文獻：

[1] 顏家水，黃貴新.經濟學基礎[M].北京：中國傳媒大學出版社，2009.

[2] 湯姆.蒂滕伯格.環境與自然資源經濟學[M].第七版.北京：人民大學出社，2011.

[3] 岳大鵬，董美云.資源開采中環境稅的構成分析[J].干旱區資源與境，2010，24（3）.

[4] 平新喬.微觀經濟學十八講[M].北京：北京大學出版社，2013，143-144.

篇3

循環制氫和利用生物質轉化制氫等, 不僅對各項技術的基本原理做了介紹, 也對相應

的環境, 經濟和安全問題做了探討. 對可再生氫能系統在香港的應用前景做了展望.

關鍵詞: 可再生能源, 氫能, 電解水, 光伏電池, 太陽能熱化學循環, 生物質

引言

技術和經濟的發展以及人口的增長, 使得人們對能源的需求越來越大. 目前以石

油, 煤為代表的化石燃料仍然是能源的主要來源. 一方面, 化石燃料的使用帶來了嚴

重的環境污染, 大量的co2, so2, nox氣體以及其他污染物, 導致了溫室效應的產生和

酸雨的形成. 另一方面, 由于化石燃料的不可再生性和有限的儲量, 日益增長的能源

需求帶來了嚴重的能源危機. 據估計, 按照目前的消耗量, 石油僅僅能維持不到50年,

而煤也只能維持200年. kazim 和 veziroglu (2001)[1]指出, 做為主要石油輸出國的阿拉

伯聯合酋長國, 將在2015年無法滿足石油的需求. abdallah 等人(1999)[2]則宣布, 埃

及的化石燃料資源, 在未來的20年內就會耗盡! 而作為能源需求大國的中國, 目前已

經有超過31%的石油需要進口, 而到2010年, 這一數字將會增長到45-55%[3]!

基于以上所述環境污染和能源短缺的雙重危機, 發展清潔的, 可再生的新能源的

要求越來越迫切. 太陽能, 風能, 生物質, 地熱能, 潮汐能, 具有豐富, 清潔, 可再

生的優點, 今年來受到了國際社會的廣泛關注. 尤其以太陽能, 風能以及生物質能,

更被視為未來能源的主力軍. 根據簡單估算, 太陽能的利用率為20%時, 利用陸地面積

的0.1% 就足以提供滿足當前全球的能量需求[4]. 而中國僅僅依靠風力發電, 就足以

使目前的發電量翻一番[5].然而, 這些可再生資源具有間歇性, 地域特性, 并且不易

儲存和運輸的特點. 氫, 以其清潔無污染, 高效, 可儲存和運輸等優點, 被視為最理

想的能源載體. 目前各國都投入了大量的研究經費用于發展氫能源系統. 在中國, 清

華大學已經進行了在2008年奧運會使用以氫為燃料的汽車的可行性分析,綠色奧運將成

為2008年北京的一道靚麗的風景線 [6]. 在香港政府和香港中華電力(clp)的支持和資

助下, 可再生氫能源系統在香港的可行性研究也已經在香港大學機械工程系展開. 本

文屬于clp資助的項目的部分內容, 主要歸納總結了利用可再生資源制氫技術的基本原

理, 分析了各項技術的經濟性, 對環境的影響以及安全性等關鍵問題. 通過對比分析

并結合香港的實際情況, 對于香港發展可再生氫能源系統進行了展望.

基于經濟因素的考慮, 目前的氫主要是通過化石燃料的重整來制取, 比如天然氣汽

化重整(natural gas steam reforming), 只有大約5%的氫是通過可再生資源的轉換制取.

利用太陽能電池和風力發電驅動的電解水反應, 利用太陽能的熱化學反應和利用生物質

制氫是最主要的從可再生能源中制取氫的技術. 其他可再生氫的制取技術, 比如生物制

氫, 光電化學技術, 光催化技術和光化學技術, 雖然具備很大發展前景, 但由于還處于

很早期的發展階段, 其技術發展, 經濟性等都還不明朗, 本文不做詳細討論.

1. 電解水制氫

1.1. 電解水基本原理及分類

電解水制氫是目前最為廣泛使用的將可再生資源轉換為氫的技術. 當兩個電極(陰

極和陽極)分別通上直流電, 并且浸入水中時, 水將會被分解并在陰極和陽極分別產生

氫氣和氧氣. 這個過程就是電解水. 這樣的裝置則為電解槽.

電解水由分別發生在陰極和陽極的兩個化學反應組成, 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)

電解水的基本原理見圖1. 在催化劑和直流電的作用下, 水分子在陽極失去電子, 被分

解為氧氣和氫離子, 氫離子通過電解質和隔膜到達陰極, 與電子結合生成氫氣.

o2 h2

diaphragm anode cathode

e-

h+

圖1. 電解水的基本原理示意圖

fig.1. schematics of basic principle of water electrolysis

最早的電解水現象是在1789 年被觀測到. 之后, 電解水技術得到了較快的發展. 到

1902 年, 世界上就已經有超過400 臺電解槽裝置. 目前市場上的電解槽可以分為三種: (1)

堿性電解槽(alkaline electrolyzer); (2) 質子交換膜電解槽(proton exchange membrane

electrolyzer)和(3)固體氧化物電解槽(solid oxide electrolyzer). 表1. 總結和對比了這三

種電解槽技術的特點.

表1. 不同電解槽技術的對比

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

堿性電解槽是最早商業化的電解槽技術, 雖然其效率是三種電解槽中最低的, 但

由于價格低廉, 目前仍然被廣泛使用, 尤其是在大規模制氫工業中. 堿性電解槽的缺

點是效率較低和使用石棉作為隔膜. 石棉具有致癌性, 很多國家已經提出要禁止石棉

在堿性電解槽中的使用. 據報道, 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

石棉類似的特性, 甚至還優于石棉, 將有可能取代石棉而成為堿性電解槽的隔膜材料.

發展新的電極材料, 提高催化反應效率, 是提高電解槽效率的有效途徑. 研究表明

raney nickel 和 ni-mo 等合金作為電極能有效加快水的分解, 提高電解槽的效率

[9,10].

質子交換膜電解槽由于轉換效率很高而成為很有發展前景的制氫裝置. 由于采用

很薄的固體電解質(pem), 具有很好的機械強度和化學穩定性, 并且歐姆損失較小. 在

日本, 效率達94.4%的質子交換膜電解槽已經研制成功 [11]. 但由于質子交換膜(目前

常用的是由杜邦公司的nafion)和使用鉑電極催化劑, 價格昂貴, 制約了其廣泛使用.

今后研究的重點是降低成本, 和進一步提高其轉換效率. 成本的降低主要是通過降低

貴重金屬鉑在催化層中的含量和尋找廉價的質子交換膜材料. 目前這個兩個領域都已

經取得了一定成效. 印度的電化學和能源研究所(ceer)成功將鉑的含量在沒有影響電

解槽整體性能的情況下從0.4mg/cm2降到了0.1mg/cm2 [12]. 使用噴濺沉積法(sputter

deposition)制備催化層也同樣獲得了成功, 并且使鉑的含量降到了0.014 mg/cm2

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

(sps) [16]等也被證實具有和nafion類似的特性, 有可能被用到質子交換膜電解槽中用

做電解質. 可以預見, 隨著質子交換膜電解槽技術的成熟和價格的降低, pem電解槽將

成為制氫的主要裝置.

固體氧化物電解槽(solid oxide electrolyzer)是另一種新興的電解槽技術. 這種

電解槽的缺點是工作在高溫, 給材料的選擇帶來了一定限制. 優點是較高的反應溫度

使得電化學反應中,部分電能被熱能代替, 從而效率較高, 尤其是當余熱被汽輪機, 制

冷系統等回收利用時, 系統效率可達90%. 目前的研究重點是尋找在高溫下具有對氧離

子良好導電性的電解質材料和適當降低電解槽的工作溫度.

1.2. 電解海水制氫

海水是世界上最為豐富的水資源, 同時也是理想的制氫資源. 尤其在沿海的沙漠

地區, 比如中東和非洲, 淡水資源缺乏, 電解海水制氫則成了唯一的選擇. 但海水富

含鹽份(nacl)和其他雜質, 并且通常電解槽的電極電勢超過了產生氯氣所需的電勢,

這使得在電解海水時, 往往是氯氣從陽極析出, 而非氧氣. 雖然氫氣的產生不會受此

影響, 但產生的氯氣具有強烈的毒性, 需要完全避免. 在所有常用的電極材料中, 只

有錳和錳的氧化物及其化合物在電解海水時可以在陽極產生氧氣, 而抑制氯氣的產生.

ghany 等人[17]用mn1-xmoxo2+x/iro2ti作為電極, 氧氣的生成率達到了100%, 完全避免

了氯氣的產生, 使得電解海水制氫變得可行.

1.3. 利用可再生資源電解水制氫

如前所述, 電解水需要消耗電. 由化石燃料產生電能推動電解槽制氫由于會消耗

大量的不可再生資源, 只能是短期的制氫選擇. 由可再生資源產生電能, 比如通過光

伏系列和風機發電, 具有資源豐富, 可再生, 并且整個生命周期影響較小等優點, 是

未來的發展趨勢.

光伏電池在吸收太陽光能量后, 被光子激發出的自由電子和帶正電的空穴在pn結

的電場力作用下, 分別集中到n型半導體和p型半導體, 在連接外電路的情況下便可對

外提供直流電流. 光伏電池可以分為第一代光伏電池(wafer-based pv)和第二代光伏電

池(thin film pv). 目前市場上多是第一代光伏電池. 第一代電池具有較高的轉換效率

(10-15%), 但成本較貴, 限制了其大規模使用. 第二代電池雖然效率較低(6-8%), 但

由于采用了薄膜技術, 使用較少的材料, 并且易于批量生產, 制作成本大大降低, 目

前的研究方向是進一步提高薄膜光伏電池的轉換效率[18]. 由于光伏電池產生的是直

流電,可以直接運用于電解水, 但為了保證光伏陣列工作在最大功率狀態, 在光伏電池

和電解槽之間往往需要接入一個最大功率跟蹤器(mppt)和相應的控制器.

風能發電由于具有較高的能量利用效率和很好的經濟性, 在最近幾年得到了很快

發展. 風力發電機組利用風的動能推動發電機而產生交流電. 根據betz law, 風力發電

的最大效率理論上可達59% [19]. 在風力充足的條件下, 風力發電的規模越大, 其經濟

性越好. 因此, 近幾年風力發電朝著大規模的方向發展. 另外, 由于海上風力較陸地

大, 并且不占陸地面積, 最近也有將風力發電機組建在海上的趨勢. 風能發電只需交

流-直流轉換即可與電解槽相接產氫, 經濟性較好, 目前不少風力資源充足的國家都將

風能-電解槽系統列為重點發展的方向.

另外, 地熱能, 波浪能所發的電都可以作為電解槽的推動力, 但和太陽能與風能

一樣, 都受地域的限制.

1.4. 電解水制氫的現狀

目前所用到的電解槽多為堿性電解槽. 加拿大的stuart是目前世界上利用電解水

制氫和開發氫能汽車最為有名的公司. 他們開發的hesfp系統包括一個能日產氫25 千

克的堿性電解槽, 一個能儲存60 千克氫的高壓儲氫罐和氫內燃機車. 他們用于汽車的

氫能系統能每小時產氫3千克, 可以為3輛巴士提供能量. hamilton是另一個有名的電解

槽開發制造商, 他們的es系列利用pem電解槽技術, 可以每小時產氫6-30nm3, 所制氫

的純度可達99.999%. 在日本的we-net計劃中, 氫的制取也是通過pem電解槽來實現,

并且pem電解槽在80oc和1a/cm2的工作條件下, 已經以90%的效率連續工作了超過4000小

時 [11].

1.5. 電解水技術的環境, 經濟和安全問題

從電解水的整個生命周期來看, 電解水制氫會對環境造成一定的負面影響, 并且

也有一定的危險性. 下面將做定性分析.

對堿性電解槽而言, 由于使用了具有強烈腐蝕性的koh溶液作為電解液, koh的滲漏

和用后的處理會造成環境的污染, 對人體健康也是一個威脅. 并且目前的堿性電解槽

多采用石棉作為隔膜, 石棉具有致癌性, 會對人構成嚴重的危害. pem電解槽使用質子

交換膜作為電解質, 無須隔膜. 但當pem電解槽工作溫度較高時(比如150oc), pem將會

發生分解, 產生有毒氣體. 固體氧化物電解槽雖然沒有上述問題, 但工作在高溫, 存

在著在高溫下生成的氧氣和氫氣重新合并發生燃燒甚至爆炸的危險, 需要引起注意.

此外, 電解槽生產, 比如原材料的開采,加工, 以及最終的遺棄或廢物處理, 都需要消

耗一定的能量, 并且會釋放出co2等溫室氣體和其他污染物.

當電解槽由光伏電池驅動時, 光伏電池可能含有有毒物質(比如cdte pv), 將帶來

一定的環境污染和危險性. 尤其當系統發生短路出現火情, 有毒物質將會釋放出來,危

害較大. 另外, 光伏陣列的安裝會占用較大的土地面積. 這點也需要在設計安裝時加

以考慮. 風能-電解槽系統和光伏-電解槽系統相比, 則對環境的影響要小很多, 并且

也相對安全. 但也有需要注意的地方, 比如噪音, 對電磁的干擾, 以及設計時需要考

慮到臺風的影響.

盡管電解水制氫具有很高的效率, 由于昂貴的價格, 仍然很難大規模使用. 目前

三種電解槽的成本分別為: 堿性電解槽us$400-600/kw, pem電解槽約us$2000/kw, 固體

氧化物電解槽約us$1000-1500/kw. 當光伏電池和電解水技術聯合制氫時, 制氫成本將

達到約us$41.8/gj(us$5/kg), 而當風力發電和電解水技術聯合制氫時, 制氫成本約為

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

2. 太陽能熱化學循環制氫

太陽能熱化學循環是另一種利用太陽能制取氫燃料的可行技術. 首先, 由太陽能

聚光集熱器收集和匯聚太陽光以產生高溫. 然后由這些高溫推動產氫的化學反映以制

取氫氣. 目前國內外廣泛研究的熱化學制氫反應有: (1) 水的熱分解(thermolysis);

(2) h2s的熱分解和(3) 熱化學循環水分解.

2.1. 水的熱分解制氫

由太陽能聚光器產生的高溫可以用于對水進行加熱, 直接分解而產生氫氣和氧氣.

反應式如(4)

2h2o 2h2 + o2 (4)

在這個反應中, 水的分解率隨溫度的升高而增大. 在壓力為0.05bar, 溫度為2500k時,

水蒸汽的分解率可以達到25%, 而當溫度達到2800k時, 則水蒸汽的分解率可達55%. 可

見提高反應溫度, 可以有效產氫量. 然而, 反應所需的高溫也帶來了一系列的問題.

由于溫度極高, 給反應裝置材料的選擇帶來了很大限制. 適合的材料必須在2000k以上

的高溫具有很好的機械和熱穩定性. zirconia由于其熔點高達3043k而成為近年來在水

的熱分解反應中廣泛使用的材料 [21,22]. 其他可選的材料及其熔點見表2.

表2. 作為熱化學反應裝置備選材料及其熔點 [22]

table 2 some materials and their melting points [22]

oxides t oc carbides t oc

zro2 2715 b4c 2450

mgo 2800 tic 3400-3500

hfo2 2810 hfc 4160

tho2 3050 hbn 3000 (decomposition)

另一個問題就是氫和氧的分離問題. 由于該反應可逆, 高溫下氫和氧可能會重新結合

生成水, 甚至發生爆炸. 常用的分離方法是通過對生成的混合氣體進行快速冷卻(fast

quenching),再通過pd或pd-ag合金薄膜將氫和氧分離. 這種方法將會導致大量的能量

損失. 近幾年有研究人員采用微孔膜(microporous membrane)分離也取得一些成功

[22,23], 使得直接熱分解水制氫研究又重新受到廣泛關注.

2.2. h2s的熱分解

h2s是化學工業廣泛存在的副產品. 由于其強烈的毒性, 在工業中往往都要采用

claus process將其去除, 見式(5)

2h2s + o2 2h2o + s2 (5)

這個過程成本昂貴, 還將氫和氧和結合生成水和廢熱, 從而浪費了能源. 對h2s的直接

熱分解可以將有毒氣體轉化為有用的氫能源, 變廢為寶, 一舉兩得. h2s的熱分解制氫反

應式見(6)

2h2s 2h2 + s2 (6)

該反應的轉化率受溫度和壓力的影響. 溫度越高, 壓力越低, 越有利h2s的分解. 據報

道, 在溫度1200k,壓力1 bar時, h2s的轉化率為14%, 而當溫度為1800k, 壓力為0.33bar

時, 轉化率可達70% [24]. 由于反應在1000k以上的高溫進行, 硫單質呈氣態, 需要與氫

氣進行有效的分離. 氫與硫的分離往往通過快速冷卻使硫單質以固態形式析出. 同樣,

這種方法也會導致大量的能量損失.

2.3. 熱化學循環分解水制氫

水的直接熱分解制氫具有反應溫度要求極高, 氫氣分離困難, 以及由快速冷卻帶

來的效率降低等缺點. 而在水的熱化學分解過程中, 氧氣和氫氣分別在不同的反應階

段產生, 因而跨過了氫氣分離這一步. 并且, 由于引入了金屬和對應的金屬氧化物,

還大大降低了反應溫度. 當對于水直接熱分解的2500k, 水的熱化學循環反應溫度只有

1000k左右, 也大大減輕了對反應器材料的限制. 典型的2步熱化學循環反應式見

(7)-(10).

2 y x o

2

y xm o m + (7)

2 y x 2 yh o m o yh xm + + (8)

或者 2 o o m o m y x y x + ′ ′ (9)

2 y x 2 y x h o m o h o m + + ′ ′ (10)

其中m 為金屬單質, mxoy 或1 1 y x o m 則分別為相應的金屬氧化物. 適合用做水的熱化學

循環反應的金屬氧化物有tio2, zno, fe3o4, mgo, al2o3, 和 sio2等. zno/zn 反應溫度較

低, 在近幾年研究較多 [24-29]. fe3o4/feo 是另一對廣泛用于熱化學分解水制氫的金屬

氧化物. 該循環中, fe3o4 首先在1875k 的高溫下被還原生成feo 和 o2, 然后, 在573k

的溫度下, feo 被水蒸汽氧化, 生成fe3o4 和 h2. 經研究發現, 用mn, mg, 或co 代替

部分fe3o4 而形成的氧化物(fe1-xmx)3o4 可以進一步降低反應溫度 [4], 因而更具發展

前景.

除了以上所述2 步水分解循環外, 3 步和4 步循環分解水也是有效的制氫方式.

is(iodine/sulfur)循環是典型的3 步水分解循環, 該循環的反應式見(11)-(13):

4 2 x 2 2 2 so h hi 2 o h 2 so xi + + + at 293-373k (11)

2 2 i h hi 2 + at 473-973k (12)

2 2 2 4 2 o

2

1 so o h so h + + at 1073-1173k (13)

在is 循環中,影響制氫的主要因素就是單質硫或硫化氫氣體的產生等副反應的發生. 為

盡量避免副反應的發生, x 的值往往設置在4.41 到11.99 之間[30]. ut-3 則是典型的

4 步循環[31]. 其反應式見(14) - (17):

2 2 2 o

2

1 cabr br cao + + at 845 k (14)

hbr 2 cao o h cabr 2 2 + + at 1,033 k (15)

2 2 2 4 3 br o h 4 febr 3 hbr 8 o fe + + + at 493 k (16)

2 4 3 2 2 h hbr 6 o fe o h 4 febr 3 + + + at 833 k (17)

熱化學循環分解水雖然跨過了分離氫和氧這一步, 但在2 步循環中, 生成的金屬在

高溫下為氣態并且會和氧氣發生氧化還原反應而重新生成金屬氧化物, 因此, 需要將

金屬單質從產物混合物中分離出來. 金屬單質的分離一般采用快速冷卻使金屬很快凝

固從而實現分離. 同樣, 在3 步循環中, 氫和碘也需要及時的分離. 采用的分離技術都

類似.

2.4. 熱化學循環分解水制氫的現狀

熱化學循環制氫在歐洲研究較多, 但由于產物的分離一直是一個比較棘手的問題,

能量損失比較大, 此種制氫方法還沒有進入商業化的階段. 在swiss federal institute of

technology zurich,對zno/zn 循環制氫研究已經比較深入. 他們的研究目前主要集中在

產物的分離以及分解水反應的機理方面 [32]. swiss federal office 則已經啟動了一個

“solzinc”的計劃, 通過zno/zn 循環制取氫氣以實現對太陽能的儲存. 目前正在進行

反應器的設計, 將于2004 年夏季進行測試[33].

2.5.太陽能熱化學循環制氫的環境, 經濟和安全問題

太陽能熱化學循環采用太陽能聚光器聚集太陽能以產生高溫, 推動熱化學反應的

進行. 在整個生命周期過程中, 聚光器的制造, 最終遺棄, 熱化學反應器的加工和最

終的廢物遺棄以及金屬,金屬氧化物的使用都會帶來一定的環境污染. 其具體的污染量

需要進行詳細的生命周期評價(lca)研究. 此外, 在h2s 的分解中, 以及在is 循環和

ut-3 循環中, 都使用了強烈腐蝕性或毒性的物質, 比如h2s, h2so4. 這些物質的泄漏

和最終的處理會帶來環境的污染和危險, 需要在設計和操作過程中加以考慮. 另外, 由

于反應都是在高溫下進行, 氫和氧的重新結合在反應器中有引起爆炸的危險, 需要小

心處理.

由于熱化學循環制氫尚未商業化, 相關的經濟信息都是基于估算. steinfeld

(2002)[29]經過估算指出, 對于一個大型的熱化學制氫工廠(90mw), 制的氫氣的成本為

大約us$4.33-5/kg. 相比之下, 由太陽能熱電 – 電解水系統制取氫氣的成本則約為

us$6.67/kg, 而通過大規模天然氣重整制氫的成本約為us$1.267/kg [20]. 可見太陽能熱

化學循環制氫和天然氣重整制氫相比雖然沒有經濟優勢, 但和其他可再生制氫技術相

比則在經濟性方面優于太陽熱電-電解水和光伏-電解水技術.

3. 利用生物質制氫

生物質作為能源, 其含氮量和含硫量都比較低, 灰分份額也很小, 并且由于其生

長過程吸收co2, 使得整個循環的co2 排放量幾乎為零. 目前對于生物質的利用, 尤其

在發展中國家, 比如中國, 印度, 巴西, 還主要停留在對生物質的簡單燃燒的低效率

利用上. 除燃燒外, 對生物質的利用還有熱裂解和氣化, 以及微生物的光解與發酵. 利

用生物質熱裂解和氣化產氫具有成本低廉, 效率較高的特點, 是有效可行的制氫方式.

3.1. 生物質熱裂解制氫

生物質熱裂解是在高溫和無氧條件下對生物質的熱化學過程. 熱裂解有慢速裂解

和快速裂解. 快速裂解制取生物油是目前世界上研究比較多的前沿技術. 得到的產物

主要有: (1) 以氫(h2), 甲烷(ch4), 一氧化碳(co), 二氧化碳(co2)以及其它有機氣

體等氣體成分; (2) 以焦油, 丙酮, 甲醇, 乙酸等生物混合油液狀成分; (3) 以焦碳為主

的固體產物[34]. 為了最大程度的實現從生物質到氫的轉化, 需要盡量減小焦碳的產量.

這需要盡量快的加熱速率和傳熱速率和適中的溫度.

熱裂解的效率和產物質量除與溫度, 加熱速率等有關外, 也受反應器及催化劑的

影響. 目前國內外的生物質熱裂解決反應器主要有機械接觸式反應器, 間接式反應器

和混合式反應器. 其中機械接觸式反應器包括燒蝕熱裂解反應器, 旋轉錐反應器等,

其特點是通過灼熱的反應器表面直接與生物質接觸, 以導熱的形式將熱量傳遞給生物

質而達到快速升溫裂解. 這類反應器原理簡單, 產油率可達67%, 但易造成反應器表面

的磨損, 并且生物質顆粒受熱不易均勻. 間接式反應器主要通過熱輻射的方式對生物

質顆粒進行加熱, 由于生物質顆粒及產物對熱輻射的吸收存在差異, 使得反應效率和

產物質量較差. 混合式反應器主要以對流換熱的形式輔以熱輻射和導熱對生物質進行

加熱, 加熱速率高, 反應溫度比較容易控制均勻, 且流動的氣體便于產物的析出, 是

目前國內外廣泛采用的反應器, 主要有流化床反應器, 循環流化床反應器等[35]. 這

在國內各科研院所都已經開展了大量的研究, 如廣州能源所, 遼寧省能源所等都開發

研制出了固定床, 流化床反應器.

催化劑的使用能加速生物質顆粒的熱解速率, 降低焦炭的產量, 達到提高效率和

產物質量的目的. 目前用于生物質熱裂解的催化劑主要有以ni 為基的催化劑, 沸石

[36], k2co3, na2co3, ca2co3[37]以及各種金屬氧化物比如al2o3, sio2, zro2, tio2[38]

等都被證實對于熱裂解能起到很好的催化作用.

熱裂解得到的產物中含氫和其他碳氫化合物, 可以通過重整和水氣置換反應以得

到和提高氫的產量. 如下式所示:

合成氣 + h2o h2 + co (18)

co + h2o co2 + h2 (19)

利用生物質熱裂解聯同重整和水氣置換反應制氫具有良好的經濟性, 尤其是當反

應物為各種廢棄物時, 既為人類提供了能量, 又解決了廢棄物的處理問題, 并且技術

上也日益成熟, 逐漸向大規模方向發展. danz (2003 年)[39]估算了通過生物質熱裂解制

氫的成本約為us$3.8/kg h2 (因氫的熱值為120mj/kg, 這相當于us$31.1/gj), 這和石

油燃油的價錢us$4-6/gj 相比還沒有任何優勢, 但carlo 等[40]指出, 當熱裂解制氫的規

模達到400mw 時, 氫的成本會大大降低, 達到us$5.1/gj. 可見實現大規模的利用生物

質制氫, 將會是非常有潛力的發展方向.

3.2. 生物質氣化制氫

生物質氣化是在高溫下(約600-800oc)下對生物質進行加熱并部分氧化的熱化學過

程. 氣化和熱裂解的區別就在于裂解決是在無氧條件下進行的, 而氣化是在有氧條件

下對生物質的部分氧化過程. 首先, 生物質顆粒通過部分氧化生成氣體產物和木碳,

然后, 在高溫蒸汽下, 木碳被還原, 生成co, h2, ch4, co2 以及其他碳氫化合物.

對于生物質氣化技術, 最大的問題就在于焦油含量. 焦油含量過高, 不僅影響氣化

產物的質量, 還容易阻塞和粘住氣化設備, 嚴重影響氣化系統的可靠性和安全性. 目前

處理焦油主要有三種方法. 一是選擇適當的操作參數, 二是選用催化劑加速焦油的分解,

三是對氣化爐進行改造. 其中, 溫度, 停留時間等對焦油分解有很重要的作用. milne ta

(1998 年)[41]指出, 在溫度高于1000oc 時, 氣體中的焦油能被有效分解, 使產出物中的

焦油含量大大減小. 此外, 在氣化爐中使用一些添加劑如白云石, 橄欖石以及使用催化

劑如ni-ca 等都可以提高焦油的分解, 降低焦油給氣化爐帶來的危害[42,43]. 此外, 設

計新的氣化爐也對焦油的減少起著很重要的作用. 遼寧省能源研究所研制的下吸式固定

床生物質氣化爐, 在其喉部采用特殊結構形式的噴嘴設計, 在反應區形成高溫旋風動力

場, 保證了焦油含量低于2g/m3.

由氣化所得產物經過重整和水氣置換反應, 即可得到氫, 這與處理熱裂解產物類似.

通過生物質氣化技術制氫也具有非常誘人的經濟性. david a.bowen 等人(2003)[44]比較

了生物質氣化制氫和天然氣重整制氫的經濟性, 見圖2. 由圖可見, 利用甘蔗渣作為原

料, 在供料量為每天2000 噸的情況下, 所產氫氣的成本為us$7.76/gj, 而在這個供料量

下使用柳枝稷(switchgrass)為原料制得的氫氣成本為us$6.67/gj, 這和使用天然氣重整

制氫的成本us$5.85-7.46/gj 相比, 也是具有一定競爭力的. 如果將環境因素考慮進去,

由于天然氣不可再生, 且會產生co2, 而生物質是可再生資源, 整個循環過程由于光合

作用吸收co2 而使co2 的排放量幾乎為0, 這樣, 利用生物質制氫從經濟上和環境上的

綜合考慮, 就已經比天然氣重整更有優勢了.

biomass feed to gasifier (tonnes/day)

hydrogen cost ($/gj)

500 1000 1500 2000

5

6

7

8

9

10

11

natural gas $3/gj

natural gas $4.5/gj

10.23

8.74

7.76

8.76

7.54

6.67

5.85

7.46

bagasse

switchgrass

圖2. 生物質制氫與天然氣制氫經濟性的比較

fig. 2. comparison of hydrogen cost between biomass

gasification and natural gas steam reforming

以上分析的利用生物質高溫裂解和氣化制氫適用于含濕量較小的生物質, 含濕量高

于50%的生物質可以通過光合細菌的厭氧消化和發酵作用制氫, 但目前還處于早期研究

階段, 效率也還比較低. 另一種處理濕度較大的生物質的氣化方法是利用超臨界水的特

性氣化生物質, 從而制得氫氣.

3.3. 生物質超臨界水氣化制氫

流體的臨界點在相圖上是氣-液共存曲線的終點, 在該點氣相和液相之間的差別剛

好消失, 成為一均相體系. 水的臨界溫度是647k, 臨界壓力為22.1mpa, 當水的溫度和

壓力超過臨界點是就被稱為超臨界水.在超臨界條件下, 水的性質與常溫常壓下水的性

質相比有很大的變化.

在超臨界狀態下進行的化學反應, 通過控制壓力, 溫度以控制反應環境, 具有增強

反應物和反應產物的溶解度, 提高反應轉化率, 加快反應速率等顯著優點, 近年來逐漸

得到各國研究者的重視 [45,46]. 在超臨界水中進行生物質的催化氣化, 生物質的氣化

率可達100%, 氣體產物中氫的體積百分比含量甚至可以超過50%, 并且反應不生成焦

油, 木碳等副產品, 不會造成二次污染, 具有良好的發展前景. 但由于在超臨界水氣中

所需溫度和壓力對設備要求比較高, 這方面的研究還停留在小規模的實驗研究階段. 我

國也只進行了少量的研究, 比如西安交大多相流實驗室就研究了以葡萄糖為模型組分在

超臨界水中氣化產氫, 得到了95%的氣化效率 [47]. 中科院山西煤炭化學研究所在間隙

式反應器中以氧化鈣為催化劑的超臨界水中氣化松木鋸屑,得到了較好的氣化效果.

到目前為止, 超臨界水氣化的研究重點還是對不同生物質在不同反應條件下進行實

驗研究, 得到各種因素對氣化過程的影響. 表3 總結了近幾年對生物質超臨界水氣化制

氫的研究情況. 研究表明, 生物質超臨界水氣化受生物質原料種類, 溫度, 壓力, 催化劑,

停留時間, 以及反應器形式的影響.

表3. 近年來關于生物質超臨界水氣化制氫的研究

table 3

recent studies on hydrogen production by biomass gasification in supercritical water

conditions

feedstock gasifier type catalyst used temperature and

pressure

hydrogen yield references

glucose not known not used 600oc, 34.5mpa 0.56 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 600 oc, 34.5mpa 2.15 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 600 oc, 25.5mpa 1.74 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 550 oc, 25.5mpa 0.62 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 500 oc, 25.5mpa 0.46 mol h2/mol of feed

[48]

glycerol not known activated carbon 665 oc, 28mpa 48 vol%

glycerol/methanol not known activated carbon 720 oc, 28mpa 64 vol%

corn starch not known activated carbon 650 oc, 28mpa 48 vol%

sawdust/corn starch

mixture

not known activated carbon 690 oc, 28mpa 57 vol%

[49]

glucose

tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 59.7 vol% (9.1mol

h2/mol glucose)

catechol tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 61.5 vol% (10.6mol

h2/mol catechol)

sewage autoclave k2co3 450oc, 31.5-35mpa

47 vol%

[50]

glucose tubular reactor not used 600 oc, 25mpa 41.8 vol%

glucose tubular reactor not used 500 oc, 30mpa 32.9 vol%

glucose tubular reactor not used 550 oc, 30mpa 33.1 vol%

glucose tubular reactor not used 650 oc, 32.5mpa 40.8 vol%

glucose tubular reactor not used 650 oc, 30mpa 41.2 vol%

sawdust tubular reactor sodium

carboxymethylcellulose

(cmc)

650 oc, 22.5mpa 30.5 vol%

[47]

生物質的主要成分是纖維素, 木質素和半纖維素. 纖維素在水的臨界點附近可以快

速分解成一葡萄糖為主的液態產品, 而木質素和半纖維素在34.5 mpa, 200-230oc 下可以

100%完全溶解, 其中90%會生成單糖. 將城市固體廢棄物去除無機物后可以形成基本穩

定, 均一的原料, 與木質生物質很相似. 由表可見, 不同的生物質原料, 其氣化效率和速

率也有所不同. 溫度對生物質超臨界水中氣化的影響也是很顯著的. 隨著溫度的升高,

氣化效率增大. 壓力對于氣化的影響在臨界點附近比較明顯, 壓力遠大于臨界點時, 其

影響較小. 停留時間對氣化效率也有一定影響, 研究表明, 生物質在超臨界水中氣化停

留時間與溫度相關, 不同的溫度下有不同的一個最佳值. 使用催化劑能加快氣化反應的

速率. 目前使用的催化劑主要有金屬類催化劑, 比如ru, rh, ni, 堿類催化劑, 比如koh,

k2co3, 以及碳類催化劑 [51,52]. 反應器的選擇也會影響生物質氣化過程, 目前的反應

器可以分為間歇式和連續式反應器. 其中間歇式反應器結構簡單, 對于淤泥等含固體的

體系有較強適應性, 缺點是生物質物料不易混合均勻, 不易均勻地達到超臨界水下所需

的壓力和溫度, 也不能實現連續生產,. 連續式反應器則可以實現連續生產, 但反應時間

短, 不易得到中間產物, 難以分析反應進行的情況, 因此今后需要進行大量的研究, 研

制出更加有效的反應器以及尋求不同生物質在不同參數下的最佳氣化效果, 實現高效,

經濟的氣化過程.

4. 其他制氫技術

除熱化學方法外, 生物質還可以通過發酵的方式轉化為氫氣和其他產物. 此外,

微藻等水生生物質能夠利用氫酶(hydrogenase)和氮酶(nitrogenase)將太陽能轉化為

化學能-氫. 這些生物制氫技術具有良好的環境性和安全性, 但還處于早期的研究階段,

制氫基理還未透徹理解, 尚需大量的研究工作.

太陽能半導體光催化反應制氫也是目前廣泛研究的制氫技術. tio2 及過渡金屬氧化

物, 層狀金屬化合物如k4nb6o17, k2la2ti3o10, sr2ta2o7 等, 以及能利用可見光的催化

材料如cds, cu-zns 等都經研究發現能夠在一定光照條件下催化分解水從而產生氫氣.

但由于很多半導體在光催化制氫的同時也會發生光溶作用, 并且目前的光催化制氫效

率太低, 距離大規模制氫還有很長的路要走. 盡管如此, 光催化制氫研究仍然為我們

展開了一片良好的前景.

5. 制氫技術總結以及在香港的應用前景

前面討論了利用可再生資源制取清潔燃料-氫的各項主要技術. 這些技術的特點,

經濟性, 環境和安全方面的特點總結于表4.

表4. 利用可再生資源制氫技術比較

table 4. characteristics of candidate hydrogen production technologies

pv-electrolysis wind-electrolysis solar 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

由表可見, 生物質氣化技術和風能-電解制氫技術具有良好的經濟性. 對于環境的污染

以及危險性也相對較小, 極具發展前景, 可以作為大規模制氫技術. 而光伏-電解水技

術則目前還未顯示出經濟優勢. 但由于太陽能資源豐富, 在地球上分布廣泛, 如果光

伏電池的效率能進一步提高, 成本能大幅降低, 則是未來很有潛力的制氫技術. 太陽

能熱化學循環也是可行的制氫技術, 今后的發展方向是進一步降低分解產物的能量損

耗以及發展更為經濟的循環.

香港地少人多, 沒有自己的煤, 石油, 天然氣, 也沒有大規模的農業, 所有能源

目前都依賴進口. 但香港具有豐富的風力資源和充足的太陽能資源, 利用可再生資源

部分解決香港的能源問題是一條值得探討的思路.

香港總人口681 萬, 總面積2757km2, 其中陸地面積1098 km2, 海洋面積1659 km2.

但香港絕大多數人口集中在港島, 九龍等面積較小的市區, 而新界很多區域以及周邊

島嶼則人口較少. 由于香港地處北回歸線以南, 日照充足(13mj/m2/day), 風力強勁

(>6m/s), 具有很大的發展可再生能源的潛力. 簡單計算可知, 如果將香港所有陸地面

積安裝上效率為10%的光伏電池, 則年發電量可達144.7twh, 這相當于香港1999 年電

消耗量35.5twh 的4 倍! 這說明發展光伏技術在香港有很大潛力. 考慮到香港市區人

口稠密, 可以考慮將光伏電池安裝在周邊島嶼發電, 通過電解槽制氫. 由于光伏-電解

水成本很高, 這一技術還難以大規模應用, 如果光伏成本能大幅度降低, 則在香港發

展光伏制氫具有非常誘人的前景. 另外, li(2000)[53]進行了在香港發展海上風力發電

的可行性研究. 研究表明, 利用香港東部海域建立一個11 × 24 km 的風力發電機組, 可

以實現年發電2.1 twh, 這相當于香港用于交通的能源的10%. 此外, 香港周邊島嶼,

如橫瀾島等, 平均風力都在6.7 m/s 以上, 在這些島嶼發展大規模的風力機組也是值得

進一步探討的問題. 除此之外, 香港每年產生的大量有機垃圾, 也可以通過氣化或熱

解制氫. 這些技術在香港的成功應用還需要更深入的研究, 本文不作深入探討.

6. 小結

本文綜述了目前利用可再生資源制氫的主要技術, 介紹了其基本原理, 也涉及到

了各項技術的經濟性和環境以及安全方面的問題. 對各項制氫技術進行了對比分析,

總結出利用風能發電再推動電解水, 以及利用生物質的熱化學制氫具有良好的經濟性,

對環境的污染較小, 技術成熟, 可以作為大規模制氫的選擇. 利用光伏-電解水技術具

有誘人的發展前景, 但目前還未顯示出其經濟性. 而太陽能熱化學制氫則處于研究階

段, 還難以用于大規模制氫. 香港具有比較豐富的可再生資源, 利用風力發電和有機

廢物制氫是可行的制氫技術, 而光伏電池還需要大量研究以進一步降低成本. 盡管還

有大量的研究和更深入的分析要做, 利用可再生資源制氫以同時解決污染和能源問題

已經為我們展開了一個良好的前景.

致謝:

本文屬<可再生氫能在香港的應用研究>項目, 該課題受香港中華電力公司(clp)及香港

特別行政區政府資助, 在此表示感謝!

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篇4

【關鍵詞】公路 瀝青路面 再生

隨著國民經濟的高速發展，我國公路建設事業取得了突破性的進展。從2007年到2013年，公路總里程從358. 4萬千米增加到435. 62 萬千米；高速公路從5. 4萬千米增加到10. 44萬千米；等級以上公路從253. 5萬千米增加到 375.56萬千米，公路通車總里程僅次于美國位居世界第二，隨著使用期的延長，我國公路已經大量進入維修養護期，因此，公路新技術的應用迫在眉睫，本文就瀝青路面的再生利用問題做了以下總結。

1 瀝青路面再生的定義

舊瀝青路面的再生利用，就是將舊瀝青路面經過路面再生專用設備的翻挖、回收、加熱、破碎、篩分后，與再生劑、新瀝青、新集料等按一定的比例重新拌合成混合料，滿足一定的路用性能并重新鋪筑于路面的一整套工藝。

2 瀝青路面的再生技術分類和適用性分析

瀝青路面再生，按溫度要求可分為冷再生和熱再生。冷再生又可分為廠拌冷再生、就地冷再生、全深式再生。熱再生又可分為就地熱再生、廠拌熱再生，共5種方式，各種方式有其適用范圍，應用過程中應根據工程實際情況選擇最適宜的再生利用方式。

2.1廠拌冷再生

將RAP（回收瀝青路面材料）運至拌合站，先破碎、篩分，再按比列與新瀝青、瀝青再生結合料、填料、水進行常溫拌合，常溫鋪筑，拌合過程中無需加熱的維修方法。廠拌冷再生有以下優點：（1）材料控制嚴格；（2）控制拌合質量；（3）具有儲存性能。缺點：需要加罩表面處治或熱拌瀝青罩面磨耗層，以減少再生層的水損害和行車磨損。適用范圍：低等級公路的面層和各種基層的病害處理，但大多數情況下用于基層。

2.2就地冷再生

在常溫下使用冷再生機械連續完成銑刨和破碎舊路面結構層（包括面層和部分基層）、添加再生材料、拌合、攤鋪等作業過程。

它的優點是：（1）無需挖除、清運、回填舊瀝青混合料；（2）提高基層承載力和公路等級；（3）節省資源、污染少；（4）施工簡便工期短、工程造價低；（5）對公路運營影響程度低。缺點：（1）施工質量難以控制；（2）一般需要做稀漿封層；（3）天氣對施工影響大；d.路面水穩定性差，易受水損害。適用范圍：就地冷再生技術適用于瀝青路面病害較嚴重的一、二、三級公路瀝青面層的再生利用。對于一、二級公路，再生層可作為下面層、基層；對于三級公路，再生層可作為面層、基層，用作上面層時應采用稀漿封層、碎石封層、微表處等做上封層。

2.3全深式再生

一項新的道路建設工藝，它充分利用舊瀝青路面的材料（面層直至基層），在常溫下利用專用冷再生機械，對舊瀝青路面材料銑刨、破碎，并加入一定量的添加劑和水與其充分拌和，就地整平碾壓成型，經養生形成滿足路用強度要求的新型路面基層。它的優點是：（1）適用范圍廣，可修補各種類型的路面病害；（2）保證路面結構的整體性，對舊路路基的影響和破壞很小；（3）工藝簡單易于控制，機械化程度高；（4）施工過程的能耗低、污染小；（5）工程造價低。適用范圍：全深式再生技術適用于病害較嚴重的二級及二級以下公路瀝青路面的再生利用。當采用水泥、石灰、粉煤灰等無機結合料進行再生時，再生層可以作為基層、底基層，當采用乳化瀝青、泡沫瀝青進行再生時，再生層可以作為下面層、基層。值得注意的是要根除路面病害，必須找出其成因，并予以解決，否則光靠路面再生作業，只能減緩、不能徹底消除這些病害。

2.4就地熱再生（HIR）

先加熱和軟化原瀝青路面以便于翻松或熱旋轉碾碎到一定深度，然后將翻松的瀝青路面，就地摻入一定數量的新瀝青、新瀝青混合料、再生劑等充分拌合，最后用常規的HMA攤鋪設備攤鋪。熱再生優點：（1）節省能源，保護不可再生資源；（2）無須運輸廢舊瀝青混合料；（3）工效高；（4）對公路運營影響程度低。缺點：（1）路面平整度不好；（2）不合適進行再生的舊混合料無法去除，礦料級配調整有限。適用范圍：就地熱再生技術，適用于高速公路，一、二級公路瀝青路面表面層較輕病害的處治。

2.5廠拌熱再生

將RAP與新集料、新材料和再生劑（按需要）在工廠混合生產再生混合料的方法。熱再生使用傳熱的方法軟化RAP以使其與新集料瀝青和再生劑混合，由專門設計或改進的用于熱再生的間歇式或連續式拌合廠生產混合料。它的優點：（1）節省能源，保護不可再生資源；（2）合理選擇新集料、瀝青和再生劑能更改原集料配合比和解決瀝青混合料存在的問題；（3）路緣石和凈空可保持不變；（4）再生的路面與使用100%新材料鋪筑的路面性能一樣，甚至更優；（5）工程造價低、經濟。缺點是需要運輸廢舊瀝青混合料；RAP用量較少。適用范圍；廠拌熱再生技術適用于再生各等級公路的RAP材料，再生后的瀝青混合料根據其性能和工程情況，可以用于各等級公路的瀝青面層及柔性基層。

3 瀝青路面再生利用技術應用

近幾年伴隨著我國公路建設的快速發展和使用期的延長，我國大量的高等級公路進入了維修期，維修養護、翻修重建的任務越來越重。舊瀝青路面材料的再生利用問題重新得到重視和廣泛關注，因此交通部也將瀝青路面再生技術作為重點科研項目研究。2002年在京津塘和滬寧高速公路上采用熱再生技術；2005年以來冷再生技術在我國得到了比較長足的發展；2008年交通部頒發了公路瀝青路面再生技術規范（GTJ F41-2008）；2010年許多省份開展了泡沫瀝青和乳化瀝青冷再生技術的應用；2013年甘肅省道207線K0+000-K2+000段瀝青路面使用熱再生技術。其施工路面結構層為：15cm厚天然砂礫找平層+20cm厚水泥穩定碎石基層+5cm厚AM-16熱拌瀝青碎石再生混合料下面層+3cm厚AC-10瀝青砼上面層。通過施工和試驗，我們可以看出即使原路面使用質量較差的瀝青，在添加了再生劑后，瀝青的三大指標都有了明顯的改善，而且再生混合料的各項性能都能達到設計要求。

篇5

關鍵詞：黑龍江省林業；整地造林；方法；經營林業

中圖分類號：S757 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160632179

在造林過程中，土壤的各種成分含量直接影響樹木的成活率，因此整地就作為一項重要的工作。整地在林業建設中主要擔任著清除地表面上的植被，增加植物的透光性，正常情況下，沒有植被的地表要比有植被的溫度上升的快，整地工作進行完成后，地表溫度的物理狀態進行了顯著改變，進而，增強植樹造林的成功率。在林業建設過程中，整地可以減少水土流失，改變土壤質量，使造林質量進行整體的提高。

1 黑龍江省造林進行現狀

整地造林就是對已有的土地進行清理工作，將地表上面的雜草、樹枝、倒木進行清理。清理的主要方法主要有切除清理、火燒清除、化學藥品清除3種方法。切除清除時候一種可以使用人工或者機器的清除方法，清理后進行集中用火燒的清除方式，也可以采用化學藥品除草劑進行對于灌木和草類植物的清除。對于整地的處理方法主要為全面和局部2種[1]。

2 播種方法

在對土壤進行完整理后，也應該對于播種前的種子進行處理，減少種子在土壤中的發育時間，加速種子的發芽，保證種子的出芽率，預防動物和害蟲對于樹苗的破壞。在春播季節時，對于改在進行休眠的種子進行催芽，對種子進行浸種，在浸種過程中應注意條件是否合適。正常情況下，造林地較為干旱并且氣溫較低不宜進行播種，雨季可以選擇較為干的種子，但同時也要關注雨量對于種子的影響。秋季進行播種時，不必進行浸種過程，但是要對于病蟲害進行嚴格消毒。

2.1 撒播

這種播種方法可以有效地將種子均勻的分散到土壤中，播種過程中可以不進行整地，結束播種后不進行覆土處理，在自然條件下，讓種子進行發芽。這種方法在進行過程中也存在著：作業簡單，種子在自然條件下容易被外部環境改變等缺點。但是由于播種過程中成本較低，工作效率高等特點，比較適合交通發展水平較低、勞動力資源缺乏地區或者是急需進行綠化的地區進行使用。

2.2 條播

這種播種方法主要按照一定行線進行播種，在播種過程中，可以采用間接或者連續播種方式，保證播種速度的進行，在播種完成后，要進行及時覆土處理。這種方法能夠有效地減少勞動力的使用，進行機械化作業，但是在播種過程中也增加了種子的使用量。這種播種方法比較適合灌木樹種和喬木樹種。

3 造林法

3.1 分殖造林法

分殖造林法是一種能夠有效節約造林時間和資金的造林方式。在造林過程中，對于技術的要求程度較低，操作簡單易學，能夠有效地保留樹木的優良性狀，增加成活率，但是要求對于造林土地的條件要求較高，由于造林材料有限，這種方法進應用在一些適合營養繁殖的樹木上面。

3.2 播根造林

這種播種方式在春秋季節都可以進行，播種前選取好要插播的樹苗按照一定角度進行播種，在播種過程中，樹苗上部應該全部埋在土下，按照株行間的距離進行播種就可以了。

3.3 直接造林

這種直接將種子直接播撒在土壤中的造林方式是造林中最為簡單的。這種造林方式節約了造林時間，方便進行大規模的造林活動。但是造林條件要求嚴格，對于造林后的管理同樣要求苛刻。在造林過程中要保證土壤的水分，保證播種種子的出芽率，增加幼苗的抗旱能力，減少病蟲對于樹木的傷害。這種造林方法比較適合遠離人煙的地區。

4 造林后的幼苗管理

在林業管理中，應該加強對于病蟲的防治，必要情況下可以使用殺蟲劑或者用藥將洞堵死等方式進行病蟲除害。相關部門加強對于生態系統的建設，將環境保護作為財政的重要組成，加大對于生態系統的財政力度，按照生態系統的要求，財政進行優化與調整。加強對于環境稅收的力度，增加對于水資源、礦產資源、森林資源等相關性資源的稅收，對于非可再生資源加以重稅，減少人們對于不可再生資源的使用量。

根據本文介紹，想要處理好黑龍江省林業的整地造林和經營林場的問題，應該從多個方面進行變革，有關部門加大對于森林的管理制度，國家財政部門增加對于森林的財政撥款，工作人員增加相關方面知識的學習，保障黑龍江省林業在整地造林和營林方面取得明顯成績，建立更加優美的生態環境。

篇6

這套裝置摒棄傳統的地里方式為地面放置，占地僅1平方米，設計為全自動型，用戶裝滿原料后可以連續使用90天，不必每天進料、出料和管理。啟動時間約50小時左右即可點燃，像液化氣一樣方便。每天可產0.8立方米―1立方米。完全滿足4―5人家庭三餐的炊事用氣。在無外力破壞下，發酵罐和氣囊使用壽命可達11年。

這套裝置的成功推出，為大力開發沼氣能源開辟了一個全新的思路，實現了可以工業化大量快速生產，低成本普及的目的，在經濟不發達的農村、牧區很有推廣意義，也特別適合中、小投資者作為小本致富的創業項目來干，具有投資小、速度快、效益好的特點。

開發老資源 引來新商機

沼氣，作為一種可再生資源，國家歷來很重視，幾十年來它在全國推廣的如何呢？據了解，自上世紀60年代起，國家開始大搞沼氣池建設，但由于受當時生產力水平、科技力量限制，絕大多數都是“曇花一現”，無法正常使用。加上當時能源價格相對低廉，沼氣池管理上又比較麻煩，截止到目前，全國僅有沼氣池戶1200萬戶。

2003年2月召開的全國“農業生態環境與可再生資源建設”工作會議上，農業部領導明確提出目標要求：2003―2005年農村要新增沼氣池1100萬口，2006―2010年新增3100萬口。2004年1號中央文件再次把農村沼氣列入了農村重點扶持發展的“六小工程”之一，并下撥國債資金11億元扶持沼氣事業的發展。2006年1月1日正式實施的《可再生資源法》，更是在法律的高度上對維護和促進可再生資源，提供了保障，國家政策性的舉措已經使沼氣事業的發展形成燎原之勢，產品的商品化、產業化已經到來。

然而傳統沼氣池絕大部分是磚砌的，總造價在1500元左右。由于沼氣含有硫化氫，對水泥腐蝕很大，使用時間不長就出現漏氣現象，致使現有農村沼氣有“一年好、二年漏、三年棄”的說法，而維修起來極為不便。有機玻璃鋼池雖然密封好，耐腐蝕，但造價昂貴，且受石油價格的影響，繼續一路看漲。

傳統池的修建周期比較長，前后得一個月才能正常使用。另外，由于國家對可耕地資源進行保護，農村新批宅基地普遍較小，還有的蓋樓房，造成了相當一部分農戶無法建池。

現有的沼氣池正常運行要求比較高，必須每天保證進料、出料和攪拌才能使用，每年還得大出料一次，管理上很是不便。由于池容積大導致非養殖戶者原料不足，這在一定程度上束縛了沼氣的推廣。

針對傳統沼氣池這些種種不完善的缺陷，肇鴻沼氣開發基地經過幾年的大量實踐，求教于國內相關沼氣科研單位，終于研制出了“小型沼氣發生器”，這種小型沼氣發生裝置最主要一點就是避免了“大開挖”方式，安置在地面上，提高了罐體溫度，易管理，好操作，同時該裝置集中優化組合了沼氣行業前沿科技的八種最新技術。

第一種干發酵技術：傳統沼氣池中有效干物質含量僅為6％，其余全是水稱為濕發酵。而干發酵有效物質含量占28％，總濃度是其4-5倍，為長時間、高氣量使用打下了基礎。

第二種中、高溫高效啟動技術：啟動時采取中、高溫方式，保證了快速、高量產氣。傳統池由于是埋在地下，屬變溫發酵，夏季最高池溫為25℃。而本裝置罐內溫度平均比其高15℃左右，產氣量是其3倍，對縮小罐體提供了可行性。

第三種生物過濾膜高效發酵技術：這點借鑒了大型工業沼氣工程中的厭氧生物過濾膜生產方式，本裝飾中就有大量的生物膜附著結構。

第四種自動穩壓低壓安全儲氣技術：傳統池如果水壓間設計有問題，在夏季溫度高時很容易憋壞池子。該裝置是發酵罐和儲氣囊分離裝置，并且具有自動排氣功能，使用很安全。

第五種防結殼技術：傳統池必須靠工人每天攪拌來防止料液結殼，而他們通過對發酵罐內部結構的巧妙改造，克服了高濃度料液容易結殼弊端，讓人不再攪拌，可謂一舉兩得。

第六種去除二氧化碳技術：沼氣中甲烷含量為60％，35％為二氧化碳，這套裝置通過化學反應去除了大部分二氧化碳，達到了高熱值效果（約2800千焦/立方米，純甲烷熱值為35822千焦/立方米），完全可以與液化氣媲美。

第七種生物發熱包技術：傳統池由于冬季氣溫低產氣不夠用甚至不產氣，北方池尤其嚴重，往往只能使用半年，造成池子的很大浪費。而他們利用最普遍、最廉價的原料解決了這一難題，保證了一年四季的正常使用。

第八種精密原料配方技術：這是一個關鍵的技術，沼氣的快速、高產都與配方有關。

在實踐中，肇鴻沼氣開發基地技術人員克服了一道道難關，解決了高濃度物質容易酸化的難題，逐步地完善產品。為了確定一個最佳濃度值，僅實驗就不下百次，最終找到了一個發酵期長、產氣量又高的數值。

干發酵技術最早是由美國康奈爾大學應美國能源部要求搞的“垃圾填埋法”，優點是產氣量大、省水；缺點是易酸化，初期氣量很大，末期產氣低。但肇鴻技術人員巧妙地搞了一個分離儲氣裝置，平衡了產氣周期，保證了長時間穩壓使氣。

對于大氣量用戶，他們現在又開發出了2.5立方米發酵罐，儲氣裝置使用金屬貯氣柜。這種貯氣柜耐壓強度高，帶有氣壓表和安全排氣閥，底部設有疏水閥，與電子點火沼氣灶配用，對經濟條件好的地區很適合。

這套小型沼氣裝置的發酵原料很廣泛，農戶的人畜禽糞便和農作物秸稈，工業產生的酒糟、糖渣、淀粉廢水、酒精廢料，南方的水葫蘆、水花生、水浮蓮之類的藻類及水雜草均可以使用。

好項目招商 帶來創業潮

這種小型沼氣發生裝置一經推出，立即引起了人們極大關注，許多人紛紛前來學習。在肇鴻沼氣開發基地，我們見到了不少來自全國各地的學員。

為了讓更多的人走上富裕道路，同時也為了更好地打開外地市場，創造雙贏局面，公司已經決定面向全國招商，一個縣市僅限一家。因為考慮到發酵罐體積較大，運輸會增加成本，影響經銷商利潤，所以他們采用技術轉讓方式。學員學會后可以自己到當地訂購發酵罐安裝銷售，也可以到他們這里購買配件?？紤]到許多學員都是農村和打工者，公司將轉讓費僅僅定為1580元。對于路途遙遠的學員，也可以采取函授方式，同時保留該學員的當地經銷權。需要一套裝置的，另加收560元。

肇鴻沼氣技術開發基地鄭重向全體學員承諾：如不產氣，五倍賠償學員損失。歡迎有興趣者前來實地考察，親自試看，滿意了再合作。

29歲的孟原生是陜西定邊人，在山西一家煤礦打工已經兩年多了，不甘平庸的他從小就想自己創業，干出一番事業來。幾年間他投資了許多生意，但都因為種種原因失敗了。在父母的責備下，他又開始了打工生涯。在積累實力的同時，他仍不忘閑暇時間瀏覽各種項目信息。去年在一次老鄉聚會中，他無意中聽到了“小型沼氣裝置”這個信息，立刻眼睛一亮：太好了！這不就是我要尋找的項目嘛?

第二天孟原生便告了假，奔赴肇鴻沼氣開發基地學習。經過兩天的緊張學習后，他回到了礦上，毅然辭去了效益不錯的采煤工作。

回到家鄉的孟原生，先來到親戚村子里，在這里他免費為親戚裝了一臺小型沼氣發生裝置。看到這臺沼氣裝置能點火做飯，村子里的老百姓真是大開眼界。這個樣板廣告立刻為他拉來了19套訂單。孟原生再接再厲，擴大宣傳，短短的3個月，他已經在附近的村子銷售了140多套裝置，穩賺了一筆錢。

孟原生是個有心計的人，在聽說縣上搞了個無公害蔬菜基地后，他立刻搶先與沼氣用戶簽了沼渣回收協議。由于沼渣是一種優質有機肥，不光能使農作物大幅增產，還能防止蔬菜病蟲害，并且能栽培蘑菇、木耳等。他將這些沼渣轉售給蔬菜基地，深受菜農們歡迎，自己又多賺了一份外快。

甘肅永昌的齊德林，學習之前開著一家拉面館，由于當地飯店太多，他的拉面館又沒什么特色，生意一直不見起色。眼看第二年的房租就要到了，齊先生思慮：這傳統生意真是太難干了，要改行，也得選個競爭少的新項目干！

在網上查閱時，一條“小型沼氣發生器”的信息吸引住了他的視線，在細細讀完后，齊先生按捺不住內心的激動，馬上給公司打了個電話，在詳細聽完技術人員解答后，齊先生立馬拍板：“給我保留永昌縣的經銷權，我明天就坐車去你們那兒學習?！?/p>

由于齊先生家里就有個沼氣池，已經不用兩年了，所以他對沼氣知識略知一二。在肇鴻沼氣開發基地，為了讓齊德林親眼看看沼氣的火力大小，技術人員還燒了一壺水坐在灶上，結果不到10分鐘，這壺水就開了。技術人員告訴道：“沼氣最高溫度可達1200℃你而且屬于消沽能源，真正做到了變廢為寶。”

對于裝置中的發酵罐，他們還告知：除了可以做成塑料罐外，也可以用鐵罐、樹脂罐和經過嚴格改性的無機材料罐來代替，這要根據學員當地現有的廠家來定，相對來說，塑料罐比較經濟。眼見為實后，齊德林非常滿意，當即交錢學習。他僅用了一天時間就學會了，在登上回去的火車時，齊德林握著肇鴻技術人員的手，搖了搖頭：“感謝你，你們真是為老百姓做了一件大好事。等我的好消息吧，我肯定會把這個項目干好的！”

不到一個月時間捷報便隨著電話傳來，齊先生在家鄉銷售了90多套，而且他還發展了五個業務員，力爭每個月都突破300套。齊先生親自邀請肇鴻人員去他家做客，一切費用由他買單。公司人員謝絕了他的好意，只是叮囑他薄利多銷，更好地服務農戶。

另外，為了能讓學員多掌握一門能源實用技術，他們公司還將免費傳授學員一種太陽能灶技術。因為現有太陽能灶完全是靠天吃飯，只能室外、手動跟蹤操作，不能儲能等種種缺陷，所以只能作為輔助炊具用。制作該灶的模具和焊好的鐵架按成本售給學員。

肇鴻公司一直堅信，會有越來越多的人會投身于沼氣這個行業中來，使沼氣造福于農村，造福于國家，造福于整個人類！

地址：044000山西省運城市機場大道南風工業園區B棟205廳 運城肇鴻沼氣技術開發基地

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關鍵詞：建筑電氣；節能；設計

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼：A文章編號：

引言

隨著經濟全球化的日益進程，世界能源問題越來越嚴峻，我國作為一個在近三十年取得快速發展而成長為世界第二大經濟體的大國，不能夠避免這個問題。且人均資源占有量較少，能源供應緊張，且目前很多行業還存在較為嚴重的能源浪費現象。據有關數據統計來看，我國建筑能耗是發達國家的3倍以上，所以對于工程設計人員來說，需要在建筑節能領域給予更多的關注。建筑電氣作為建筑能耗中一個重要的因素，電氣節能工作更為復雜，本文主要就建筑電氣節能技術的設計談談相關的特點和技術措施。

1 建筑電氣節能應用的必要性

建筑電氣節能技術在整個建筑電氣設計中都有涉及，比如如何根據配電系統所需負荷大小來選擇建筑物的變壓器的規格和數量；如何選擇照明設備規格及控制系統；考慮空調系統的節能方式；電梯群控模式的節能方式等等。上述電氣節能措施都對建筑物的用電量和電氣設備的費用具有較大的影響。由于建筑電氣種類繁多，工作時間長，在整個建筑物的使用中期中，能量消耗較大。建設部對民用建筑的節能技術中就強調建筑工程中多個專業間需相互協作來完成節能的目標。當前施工圖設計完成后，電氣節能是圖紙審查工作中一個重點審查內容，所以設計人員充分了解建筑電氣節能措施是非常必要的。

2 建筑電氣節能設計的相關內容

2.1 供配電系統的節能設計

在建筑物的供配電系統中需要盡量減少線路的損耗，主要核心就是合理布局，如在分布方案中考慮變配電室、配電區間的合理位置；線路布設時盡量呈直線以使得線路長度變小；還要在低壓線路的布設時少走彎路，減少電損；此外變壓器應距離負荷中心更近的位置，減少電路損耗。將建筑物的供配電系統的負荷構成情況進行技術性經濟分析，設計合理的配電方式。供配電系統應選用節能型產品，如低損耗的變壓器，耗能低、低噪音節能接觸器，合理選擇導線截面的方式可以有效實現節約能耗。在建筑物中盡量使得三相負荷能夠平衡；并提高電氣設備的功率因數，此外采取一直和消除諧波也是常用的技術措施。

2.2照明節能設計

建筑照明設備在建筑電氣用電設備中具有較大的比例。在建筑照明的節能設計中通常采用選擇高效的光源、加強自然采光措施以及其他節能措施。

所謂高效光源就是選擇顯色指數較高、發光率高且節能的光源。如白熾燈雖然經濟性好，但其發光率過低且耗能較大而不被當作高效光源來使用。通常在路燈和廣場中使用低壓鈉燈和高壓鈉燈；體育館或工廠中通常使用高顯色性鈉燈與汞燈混合組合進行照明；商場、展廳以及人流較多的公共建筑場合多使用金屬鹵化物燈、三基色熒光燈或稀土金屬熒光燈，等等。建筑中增加自然采光，即在建筑設計中將靠近室外的門窗洞口開大，選擇透光率更好的玻璃。此外采用其他照明的節能措施還有采用智能控制管理系統、對不同區間照明進行分級控制、樓梯、過道采用聲控開關等等措施。

2.3 建筑電氣設備的合理選擇

對于較大規模的建筑物實現空調、電動機、給排水系統的實時控制，可以有效完成節能目標。上述幾個系統的設計方案需要與結構施工圖的設計人員及其他專業人員進行協調，使得設計方案更加合理科學化。在設備的選用上，盡可能地選擇節能型的用電設備。

2.4 合理進行計量與管理

這里所說的計量包括電能、熱量、空調系統和住宅小區的能耗計量等工作。合理地做好計量與管理方面的工作可以有效地保障和促進節能。在建筑電氣設計過程中，需要在上文所述的電器設備的選型與分布方案選擇中做好相應的規劃，如選擇更為精確而可靠的儀表，簡化供配電系統構成，并實行有效的維護工作。對于住宅建筑，電、水、熱能均采用電子儀表，可以有效提高工作效率和計量的可靠性，節約大量人工管理能源；而對于中央空調系統的管理和計量，采用時間型計量系統是目前所使用的計量方式中成本較低、系統簡單且使用壽命更長的管理模式。

2.5 合理利用可再生資源

盡量合理地使用可再生資源。隨著太陽能應用技術的快速發展，其使用費用也在日益降低，目前國家大力支持這一綠色能源系統，可以預見在未來，太陽能電源系統必將被大力推廣到建筑節能技術中來。對于工程實踐中被證明節能效果不佳的電氣設計方案應嚴格限制。

3 建筑電氣節能的發展趨勢

建筑電氣節能技術的研究與應用在我國還處于較為初級的階段，但就世界范圍內來看，一些發達國家對此則形成了較為成熟且各具特色的節能評估體系。如英國的 BREEAM 評估體系、美國的LEED 評估體系、加拿大 GBTool 評價系統、日本的 CASBEE 評價體系。

這些建筑節能評估體系盡管各具特色，相對之間具有較為明顯的優缺點，而我國則需要盡快汲取他們的經驗和優點，少走彎路，有利于加快我國自身行業的建筑節能評估體系的完成。

4 結語

通過上文的論述，建筑節能技術的研究與應用在資源愈加枯竭的今天尤為迫切，工程設計人員需要根據建筑物的類型，合理選擇供配電系統、空調系統、給排水系統、照明系統的設備及分布方案，盡可能選擇節能型的設備和可再生能源的利用，做到本文所述的相關措施，可以有效地達到建筑節能的目的。

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【關鍵詞】綠色建筑節能環?？沙掷m發展

引言：近年來，我國經濟快速發展，其中建筑業的發展尤其迅速然而建筑業的發展在為我國經濟發展做出巨大貢獻的同時，也帶來了嚴重的能源浪費和環境污染經研究表明，導致全球性氣候變暖的有害物質中，建筑施工和運營過程中所產生的有害物質競占過半，其中能源消耗總值的35%為建設過程中產生的能源消耗因此，要實現國家和社會的可持續發展，必須解決建筑業高能耗的問題以節能減排、生態環保、可持續發展為目標的綠色建筑成為國家大力推進的建筑新形式綠色建筑的特點。

綠色建筑以人、建筑和自然環境的協調發展為目標，減輕建筑對環境的負荷在利用天然條件和人工手段創造安全、健康、舒適性良好的居住環境的同時，盡可能地控制和減少對自

然環境的使用和破壞，充分體現向大自然索取和回報之間的平衡，做到人及建筑與環境的和諧共處、永續發展。

1、綠色建筑在設計方面重點關注如下幾點：

1.1以節約能源為重點

節能是綠色建筑設計的重中之重從樓宇的布局規劃、建筑選型，到建筑的圍護結構設計、建筑材料的選擇、設備的選用等方面都要充分考慮節能效果多利用自然通風及自然采光的

原理，減少建筑的未來使用能耗在設計時應通過充分、系統的計算和考慮，減少建筑在整個壽命周期內的成本，實現節能與環保。

1.2節約資源，提侶使用可再生資源

資源是有限的，特別是在當今的背景之下，人類的快速發展己經使資源儲備出現嚴重不足尤其是建筑行業對不可再生資源的消耗量極大，更是加劇了資源的損耗綠色建筑的實質是為了實現可持續發展，因此，節約資源和提侶使用可再生資源是必然選擇在設計過程中應關注建筑材料的正確選用，考慮節水、節電措施更多地利用太陽能、風能、地源熱能等綠色能源，做到合理使用資源，減少資源浪費。

1.3做到與自然環境和諧共處

綠色建筑又稱為生態建筑、回歸大自然建筑等發展綠色建筑就是要減少對自然的破壞，做到人與自然之間的平衡和健康發展因此在設計時要注重回歸自然，充分考慮景觀綠化，建

立和諧的生態系統建筑外觀要與周邊的環境相協調和融合建筑要做到與自然環境互補，而不是破壞。

2、某生態小區綠色建筑設計案例

本項目規劃為多、高層住宅和項目公建，總建筑面積約10萬m2。該小區以節水、節能、節材為重點，重點實施建筑節能。

2.1綠色建筑設計

2.1.1綠色規劃住宅樓規劃布局力爭最大化南向采光，利于自然通風；全地下停車系統，人車分流，建立地面生態慢行系統。

2.1.2綠色環境采用大面積多層次景觀綠化改善小氣候，提升生活品質；采用滲水磚等綠色材料利于水土保持，結合雨水收集系統解決景觀灌溉，降低維護成本。

2.1.3綠色建筑戶型南北通透，管線集中布置，可持續發展戶型；利用簡潔的形體降低體型系數，以減少散熱面積；通過控制窗墻比，加強加厚保溫層，選用蓄熱型墻體材料，使用雙層中空玻璃窗等降低能耗。

2.1.4綠色能源設計考慮60%用戶使用太陽能熱水器供應生活熱水，高于國家及中新生態城綠色建筑評價標準中25%用戶使用太陽能熱水器供應生活熱水的基準要求。

2.1.5圍護結構設計為貫徹國家有關節約能源、保護環境的法律、法規和政策，改善居住建筑熱環境，在實施建筑節能第三階段目標的基礎上，進一步降低建筑能耗，住宅樓設計節能率為70%，高于國家及中新生態城綠色建筑評價標準節能率65 %，具體采用加厚外墻保溫、中空玻璃外窗、屋面保溫等方式提高圍護結構的保溫性能。

①墻體、屋面保溫材料EPS保溫板是目前在我國使用最多的一種外保溫墻體EPS體系是膨脹聚苯乙烯板加薄層抹灰并用玻璃纖維加強的做法，缺點是耐候性較差，易開裂，對外墻防滲漏不利XPS擠塑聚苯乙烯板各項性能較EPS優越，其與基層墻體的固定方式主要采用機械錨固。因此推薦選用XPS擠塑聚苯乙烯保溫板。

②窗的選用選用內平開塑鋼窗，其多腔的結構滿足排水、增強保溫、隔聲的效果交錯的水槽位置，提高了氣密性和水密性寬大的內襯鋼腔體，提高了塑窗的強度安裝玻璃可以在室內進行玻璃安裝槽的深度達21 mm，提高了安全性特殊的雙層玻璃片，便于安裝、排水和門窗下垂量的調整。

2.2主要節能措施

2.2.1建筑主體

①建筑造型既要美觀適用又要盡可能規整，墻體采用隔熱性能好的材料，以減少外墻傳熱面積。

②建筑物的朝向選擇，應充分利用自然光和自然通風，使各房間冬季充分利用陽光熱能，炎熱季節減少陽光直射室內。

③屋頂保溫層選用容重較小、導熱系數較低的材料，以防比屋頂重量、厚度過大。

④不同朝向的窗墻面積比要符合節能規范要求。

⑤外窗采用塑鋼門窗，有良好的密閉性和隔熱性玻璃為低反射鋁合金型，用熱惰性比較好的材料阻斷熱橋。

2.2.2空調、制冷與采暖系統

優化配置熱源水泵及換熱機組，避免低負載運行，提高采暖、空調系統運行時的實際能效比熱交換裝置采用國際先進設備，換熱效率高同時換熱機房內配備了熱計量裝置利用自然通風技術，合理組織建筑物室內氣流路徑熱源系統以及通風系統采用直接數字控制系統進行實時監測與控制機組或熱交換器、水泵等設備實現連鎖啟停，對供、回水溫度及壓差進行控制或監測，對設備運行狀態進行監測及故障報警等。

2.2.3電力、照明系統

①供、變電系統的主要節能措施主變電站應靠近本項目的負荷中心，盡量減少電纜長度，合理確定電纜斷面，降低線路損耗，節約電能選擇低損耗效率節能型變壓器，其空載損耗低于國家規范（GB/T 10228- 1997）標準值14%-18%變壓器選用無功功率自動補償裝置，并保證配電的功率因數均在0.95；凡大于100 kW的電動設備，應分別獨立就地安裝無功功率補償裝置變電站設置濾波裝置，確保供配電系統不受諧波干擾

②照明系統節能措施建筑內部照明系統選用高光效、長壽命、顯色性好的電光源、各種節能燈管、綠色燈管、緊湊型電子節能燈等高效節能光源及電子鎮流器。建筑物泛光照明和區域場所照明采用金屬鹵化物燈和高壓鈉燈等節能型電光源，并嚴格控制裝飾性景觀照的能耗各照明燈具采用高效率燈具，單燈就地補償根據功能分區和使用要求的不同，照明系統采用集中控制、分散控制和自動控制相結合合理選用燈具及開關數量，并采用分區域控制、避免單個開關控制燈具過多、便于開關燈數控制的節能

2.2.4設備選用

選用節能型電動設備節能采暖系統的水泵，通過安裝變頻調節裝置調節水泵的轉速，實現水泵機組實際運行效率不低于85%通風系統中配置的風機同樣應用變頻技術，一方面降低系統的開關損耗，另一方面也提高了系統低頻運轉時的能耗

3、結 語

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摘要:

在各種可再生能源利用中,風能是使用最為廣泛和發展最快的可再生能源之一,是近期內最具有大規模開發利用前景的可再生資源。通過對風力發電產業現狀進行梳理、歸納和分析,總結了風電機組未來發展趨勢。并對風電機組當前典型風電機組（華銳雙饋和金風直驅）的優缺點進行對比，分析那種機型更好利于風電的投資。并把兩年來風電機組運行存在的一些問題做以歸納，以便于風電場更好穩定、經濟的運行。

引言：

大量不可再生能源的消耗,以及隨之而來的氣候變暖、生態破壞和大氣污染等一系列環境問題,使世界能源和環境問題日趨嚴峻,因而對于可再生能源的開發和利用變得尤為急切。風能是使用最為廣泛和發展最快的可再生能源之一,亦是近期內最具有大規模開發利用前景的可再生資源。根據世界風能協會產業報告數據,2011年全世界新增風電裝機容量4200萬千瓦,風電裝機總量達到23900萬千瓦,較2010年增長了4%。2011年我國風電裝機量新增1800萬千瓦,裝機總容量超過6200萬千瓦,繼2010年后繼續保持全球第一。由此可見,風能已從一種可有可無的補充能源,轉變為解決世界能源問題不可或缺的重要能源。風電機組運行環境惡劣,機組部件難免出現破壞性事故 。隨著全球風能快速發展,風電機組運行數量不斷增加,各類風電機組事故也不斷出現 風電機組一些故障.甚至事故產生的原因無法得到合理的解釋，給風電場風電機組和電網安全可靠運行留下了極大的隱患，對風電技術的健康發展帶來了不良影響，迫切要求對風電技術理論進行深入研究。在瓜州公司在2010年12月30號并網以來，已近運行兩年多的時間里，對機組也有了一個全面的認識，特別是對金風和華銳兩種機型運行的過程中，了解到一些機組的不同點和相同點，并且了解到機組的的一些常見問題。

一、現代大型風電機組發展趨勢。

1、水平軸式風電機組為主流

按風輪軸方向不同,風電機組包括水平軸風電機組和垂直軸式風電機組。水平軸式風電組風能轉換效率高、傳動軸距短、經濟性好,是目前國內外研制最多、技術最成熟、使用最為廣泛一種風電機組(包括上風向與下風向兩種),在個風電市場中占到95%以上。垂直軸式風電組可分為兩個主要類型:一類是利用氣動阻力功的阻力型風電機組,如薩渥紐斯型和渦輪型;一類是利用翼型升力做功的升力型風電機組,達里厄型。與水平軸式風電機組相比,垂直式風電機組可以接收任何方向的來風,無需迎裝置,因此系統整體結構簡潔,便于維護,成本低。但由于在空氣動力學以及結構構造力學等面的技術積累不足,與水平軸式風電機組相比,垂直軸式風電機組的研發滯后許多。因此在未來相當長一段時間內,水平軸式風電機組將是主流。

2.多種大容量機型并存

在20世紀90年代,國際上風電機組主流為600千瓦級;2001年以后,基本上以兆瓦級以上風電機組為主流。2004年,德國 Repower公司生產了5兆瓦風電機組,2008年世界上運行的風電機組單機容量最大為6兆瓦(風輪直徑達到127m)。目前,8-10兆瓦風電機組的設計和制造也已經開始。我國風電機組主流機型在2005年為600-1000千瓦,2008年為750-1500千瓦,2009年為850-2000千瓦,2010國內單機容量為2兆瓦的機組也開始批量生產和安裝,2.5兆瓦、3兆瓦等機型也在個別風場開始安裝。2011年5月,中國首臺6兆瓦風電機組在江蘇鹽城正式出產。雖然風電機組單機容量不斷擴大,甚至向10兆瓦及以上級別巨型風電機組發展,但2-3兆瓦及以下單機容量的機組技術成熟,必將長期存在,也就是說,多種大容量機型長期并存,以滿足市場的多樣化需求。

3、變槳距風電機組替代定槳距風電機組

與定槳距風電機組相比,變槳距風電機組葉片安裝角可以根據風速的變化而改變,氣流攻角在風速變化時可以保持在一定的合理范圍,在相同的額定功率點,額定風速比定槳距風電機組要低,在額定功率點有更高的功率系數。事實上,在現代風電機組研制初期,設計人員就認識到通過改變槳距角來調整空氣動力轉矩的重要性,將風電機組設計成全槳葉變距型,但由于技術積累不夠,災難性事故時有發生,限制了變槳距風電機組的商業化運行。經過多年的發展,變槳距技術已較為成熟,在多種機型中得到應用。2009年以后,世界上新安裝的風電機組中有95%以上采用了變槳距方式。

4、變速運行取代恒速運行

在風電機組與電網并網時,要求風電機組輸出電頻率與電網頻率一致,即保持頻率恒定。風力發電機保持轉速不變得到恒頻電能,稱為恒速恒頻運行;風電機組轉速隨風速變化,通過其他控制方式來得到恒頻電能,稱為變速恒頻運行。變速運行風電機組可以通過調節發電機轉速跟隨風速變化,使葉尖速比保持在最佳值,從而最大限度利用風能,提高運行效率?，F有的失速型恒速運行風電機組一般采用雙繞組結構(4極/6極)的異步發電機雙速運行。在高風速段,發電機運行在較高轉速上,4極(大容量)電機工作;在低風速段,發電機運行較低轉速上,6極(小容量)電機工作。雙速運行的優點是控制簡單,可靠性好;缺點是由于轉速基本恒定,風電機組經常工作在風能利用系數較低的點上,風能得不到充分利用,即使通過變槳距系統改變槳葉的攻角以調整輸出功率,也只能使異步發電機在兩個風速下具有較佳的輸出系數,無法有效地利用不同風速時的風能變速風電機組一般采用雙饋異步發電機或多極同步發電機。雙饋電機的轉子側通過小容量能量雙向流動功率變換器連接到電網;多極同步發電機的定子側通過全功率變換器連接到電網。在新增風電機組中,絕大多數都采用了變速運行方式,可以預計變速運行全面代替恒速運行將成為趨勢。

5、異步雙饋、直驅和半直驅多種形式并存。

風力發電機組按結構形式可以分為異步電機雙饋式機組、永磁同步電機直接驅動式機組以及半直驅型(中傳動比齒輪箱)機組。雙饋風電機組風輪將風能轉變為機械轉動的能量,經過齒輪箱增速驅動異步發電機,應用勵磁變流器勵磁而將發電機的定子電能輸入電網,在這種機型里,保證齒輪箱可靠性至關重要。直驅式風電機組采用多極永磁發電機直接連接風輪,可以避免增速箱的不利影響,但發電機體積和重量龐大。半直驅式風電機組多采用增速比適當的(雙饋型機組的1/10左右)一級齒輪傳動,配以類似直驅式風電機組的多級永磁同步發電機,發電機體積比直驅形式的有了較大的縮小,質量明顯減輕。近年來,在新增風電機組中,雙饋風電機組雖然占據主導地位,直驅式風電機組得到快速發展,半直驅式風電機組開始出現。

二、金風風機與華銳風機的一些對比。

1、金風科技風力發電機組。

本機組采用水平軸、三葉片、變槳距調節、直接驅動、永磁同步發電機并網的總體設計方案，功率控制方式采用變槳距控制，但風速超過額定風速時，通過調整葉片的槳距角，使風機的輸出功率限制在1500KW左右。從而防止發電機和變頻器過載。發電機為外轉子結構的多級永磁同步發電機，葉輪直接與發電機連接。變速恒頻系統采用AC-DC-AC變頻方式，將發電機發出的低頻交流電經過整流變為脈沖直流電，輸出為穩定的直流電壓，在經過DC/AC逆變為與電網同頻率的同相的交流電，最后經變壓器并入電網。機組自動偏航系統能根據風向標提供的信號自動確定風力發電機組的方向，當風向發生變化時，控制系統根據風向標信號，通過偏航電機驅動偏航減速器使風機自動對風，偏航系統在自動對風時帶有阻尼控制，使機組偏航旋轉更加平穩。液壓系統有液壓泵站、電氣電磁元件、蓄能器、剎車裝置、連接管路等組成，為偏航剎車系統及轉子剎車系統提供動力源。針對不同的形式，自動系統包括偏航、發電機軸承和變槳軸承集中。各系統主要有泵、油分配器、管路等組成。整機制動系統采用葉片順漿實現氣動剎車，降低葉輪轉速。機艙設計采用了人性化設計方案，工作空間較大，方便運行人員檢查維修，同時還設計了電動提升裝置，方便工具及備件的提升。整個機組有PLC控制，數據自動采集處理，自動運行并可以遠程控制。

2、華銳科技風力發電機組。

本機組采用水平軸、三葉片、變槳距調節、風機把旋轉的機械能轉換為電能，在風機中采用了雙饋異步發電機的形式。雙饋異步發電機是指將定、轉子三相繞組分別接入獨立的三相對稱電源，定子繞組直接和電網連接，轉子繞組和頻率、幅值、相位都可以按照要求進行調節的變頻器相連。變頻器采用交-直-交的形式與電網連接，控制電機在亞同步和超同步轉速下都保持發電狀態并隨著風速的變化調節發電機的轉速，進行能量交換。風機具有有效的偏航系統，主要根據風向風速檢測裝置反饋信號來實現機艙的對風功能。它采用一臺變頻器同時驅動四臺變頻電機的驅動方式。在變頻器的輸出端接入輸出電抗器。變頻器配有制動單元和制動電阻。齒輪箱是緊湊的，具有高的過載能力。為了調制變槳，使葉片能夠達到順槳位置、工作位置，變頻器和變槳電機瞬時超載，大約以2倍的額定轉矩驅動齒輪箱，這種情況一天中可能會發生幾次。設置電池系統的目的是保證變槳系統在外部電源中斷時可以安全操作。電池是整流橋通過DC母線給變頻器供電，在外部電源中斷時由電池供應電力保證變槳系統的安全工作。

3、金風風機和華銳風機的一些優缺點。

華銳優點：

1、雙饋異步發電機只處理轉差能量就可以控制電機的力矩和無功功率，變頻器的最大容量僅為總機組容量的1/3左右,降低了變頻器的造價。 在最大輸出功率時，轉子和定子共發出1.5MW的電能。降低控制系統成本、減少系統損耗，提高效率。

2、功率因數可調，發電機組具有無功功率控制能力，功率因數可恒為1。根據需要，在額定電壓下，功率因數在容性0.95，感性0.90可調。

3、低風速時能夠根據風速變化，在運行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風能；高風速時儲存或釋放風能量，提高傳動系統的柔性，使功率輸出更加平穩。

4、先進的雙PWM變頻器，實現四象限運行。速恒頻技術大幅延長了核心部件的使用壽命，同時顯著提高發電量。

華銳缺點：

1、采用了齒輪箱傳動和發電機集電環，后期維護工作量較高，維護成本高。

2、機械部件相對較多，隨著在后期的機組運行中，機械部件老化或損耗，機械部件故障率高。

3、低電壓穿越能力相對較弱。

金風優點：

1、直驅式風力發電機組沒有齒輪箱，減少了傳動損耗，提高了發電效率，尤其在低風速環境下，效果更佳顯著。

2、齒輪箱是風力發電機組運行出現故障頻率較高的部件，直驅技術省去了齒輪箱及其附件，簡化了傳動結構，提高了機組的可靠性。同時，機組在低轉速下運行，旋轉部件少，可靠性更高。

3、采用無齒輪直驅技術和減少了集電環等風力發電機零部件數量，避免了定期更換齒輪油和集電環碳刷，降低了運營成本。

4、直驅風力發電機組的低電壓穿越使得電網并網點電壓跌落時，風力發電機組能夠在一定的電壓跌落范圍內不間斷并網運行，從而維持電網的穩定運行。

金風缺點:

1、由于采用全功率變頻技術，變頻器造價大，發電機采用永磁技術，稀土價格不斷上漲，機組價格相對較高。

2、電氣部件相對較多，后期運行中，電氣部件故障率高。

三、風電場運營過程中的一些機組的質量問題。

1、機組自身的缺陷。

在對機組兩年的運行中發現機組存在一定的自身的一些缺陷，相對不是很多，但是也是不容忽視的問題。如華銳風機的碳刷反饋信號問題。華銳風機的發電機碳刷在磨損到一定程度的時候，底部底座上的彈簧就會迫使底部開關觸發，使得發電機碳刷產生反饋信號，PLC模塊接收到反饋信號后報出發電機碳刷故障，檢修人員看到故障后進行及時消缺。而我廠華銳風機的碳刷在磨損快完畢后并未報出故障。導致風機集電環損壞，檢查發現是現場人員接線不正確導致錯誤的發生。還有就是金風機組液壓站壓力繼電器問題。金風風機偏航剎車分為兩部分。一為與偏航電機軸直接相連的電磁剎車，另一為液壓閘，在偏航剎車時，由液壓系統提供約140～160bar的壓力，使與剎車閘液壓缸相連的剎車片緊壓在剎車盤上，提供制動力。偏航時，液壓站釋放壓力但保持20～40bar的余壓，這樣，偏航過程中始終保持一定的阻尼力矩，大大減少風機在偏航過程中的沖擊載荷使齒輪破壞。而壓力繼電器的損壞，使得液壓系統壓力為零，機組在正常運行時（即不偏航的狀態）剎車閘液壓缸相連的剎車片并未緊壓在剎車盤上，只靠偏航電機軸直接相連的電磁剎車起作用。壓力繼電器是利用液體的壓力來啟閉電氣觸點的液壓電氣轉換元件。當系統壓力達到壓力繼電器的調定值時，發出電信號，使電氣元件（如電磁鐵、電機、時間繼電器、電磁離合器等）動作，使油路卸壓、換向、打壓，執行元件實現順序動作。當壓力繼電器損壞時應及時檢測出問題，使得機組正常停機，檢修人員及時消缺。而現場人員在巡檢時發現液壓站無壓力而機組并未報出故障，而且還在正常運行。后面咨詢金風風機廠家，告知現版程序確實存在這方面的缺陷。以上都在在這兩年來機組運行中發現的一些機組自身的缺陷，我們只有及時消除，才能確保機組的穩定良好運行。

2、零部件的質量問題。

機組在兩年的運行當中，除了一些機組自身缺陷，主要的機組問題就是機組的零部件質量的問題。對于一些更換頻繁，數量較大的零部件，我們及時協調廠家及時技改（就是更換質量過硬的零部件）。并且該零部件質保從更換之日起重新計算。金風在兩年多的運行中技改的項目有：電纜護圈的更換、主控柜加熱器的升級（更換為大功率）、現在正在技改的有：濾波電容的更換、UPS電源的更換。華銳技改的項目有：定子斷路器的更換，齒輪箱高速軸回油管的更換，現在協調的有：油泵電機、滑環等部件，以上部件在運行兩年來頻繁報出問題，維護費用不斷增大。

四、切實提高機組質量，降低機組運營成本。

風能是使用最為廣泛和發展最快的可再生能源之一,是近期內最具有大規模開發利用前景的可再生資源。本文對風力發電產業現狀進行了梳理、歸納和分析,總結了風電機組未來發展趨勢:水平軸式風電機組為主流;多種大容量機型并存;變槳距風電機組替代定槳距風電機組;變速運行取代恒速運行;異步雙饋、直驅(半直驅)多種形式并存等。而且由于需求的增大，機組生產量的增加，使得機組質量有所降低，風機發電機組碳刷的價格只需要幾百元錢，而機組由于缺陷，在碳刷磨損完后并未報出故障，使得機組集電環損壞，更換集電環這個成本就會在上千或上萬元以上。機組壓力繼電器的損壞，使得機組長期運行在不穩定狀態下，也會對機組偏航系統有一定的損壞，產生大的經濟損失。機組零部件頻繁的出現問題，使得運行成本也在無形的增加。所以我們風電場在機組一或兩年的運行的過程中，就得及時發現機組存在的問題和缺陷，協調廠家及時解決和整改。使得機組可利用率有一個明顯的提升，降低風力發電場風電機組的運維成本。

篇10

[關鍵詞]太陽能電池；晶硅電池；高效電池技術

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）36-0224-01

前言：自1954年晶硅電池技術問世以來，憑借其清潔高效低成本的優勢在能源危機被日益重視的環境下成為太陽能電池的最主要研發方向，在六十年間迅速得到創新與發展，在技術方面取得眾多突破。然而，盡管其光電轉換效率與最初相比已經有極大提高，卻仍與理論極限效率相差甚遠，因此，晶硅電池光電轉化率的提高是目前的研究重點，離子注入法在在這種形勢下應運而生，使晶硅電池技術得到進展，更加高效。

1.太陽能電池的分類

在能源問題日益嚴峻的今天，清潔而高效的可再生資源太陽能無疑處于極為關鍵的地位，目前太陽能電池憑借其原料廣泛、價格低廉等優勢成為電池領域研發的重點。太陽能電池以光伏發電系統為核心，自其開始研發的六十年來，發展迅速，結構和種類日益豐富，依據其材料的不同大致可將目前市場上的太陽能電池分為包括單晶硅和多晶硅在內的晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池和光電化學太陽能電池三大類別。雖然薄膜太陽能電池和例如染料敏化太陽能電池的光電化學太陽能電池均有不斷的更新研發和多項重大技術突破，但是相較之下這兩類處于實驗室研制階段的太陽能電池的技術與效率水平以及市場接受程度依然不能與晶硅電池相比。因此，高效晶硅電池的技術進展備受各行各業的關注。

2. 晶硅太陽電池

目前晶硅太陽電池主要分為單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池、以及新興的準單晶電池，但目前后者還主要處于研究層面，單晶硅電池和多晶硅電池在市場上占有較大比重。

2.1 單晶硅太陽電池

單晶硅太陽能電池的表面織構化所形成的陷光效應，減少太陽光在硅片表面因反射造成的損失，可以增強對光的吸收，使電池的光電轉化效率有所提高。光伏用的單晶硅電池采用直拉法制造，設備比較簡單，并且可以直接制備出適于規?；a的大尺寸方型硅錠。利用單晶硅電池擇優腐蝕原理在硅片表面形成金字塔形結構，從而達到使單晶硅電池表面形成陷光結構和絨面結構從以降低表面的反射率，電池內部形成光陷阱以提高太陽電池的轉換效率的目的。 目前研究人員采用氫氧化鈉氫氧化鉀強堿弱酸鹽等堿性化學溶液研究單晶硅的表面織構化，但依舊存在絨面均勻性、一致性、可重復性不夠高的問題。影響單晶硅絨面的主要因素有很多，氫氧化鈉含量、硅酸鈉含量，IPA含量，反應的時間、溫度等不同都會對絨面產生不同的影響。

適量的氫氧化鈉含量有助于金字塔的成型，降低反射率，而過少或過多分別會造成金字塔不成形或崩塌現象。硅酸鈉能為反應提供更多的起始點，得到排列更加均勻緊密的金字塔，硅酸鈉水溶液的堿性降低了溶液的張力，解決了直拉單晶硅表面密度低制作不均勻的缺點，并通過促進氫氧根離子與硅的腐蝕作用，為絨面成核提供起點，從而改善單晶硅片表面的濕潤效果。然而過量的硅酸鈉則會阻礙反應的進行，適得其反。IPA可以協助氫氣泡的釋放，減緩反應速率從而減弱氫氧化鈉的腐蝕強度，并且獲得良好的各向異性因子，提高金字塔的覆蓋率。反應的溫度不宜過高，否則IPA的揮發會影響反應的順利進行。單晶硅太陽電池制絨的技術提高可以使其更加完善高效。

2.2 多晶硅太陽電池

多晶硅電池具有易制成方形基片、可組件排列、價格低廉且轉換效率較高等特點，是光伏領域中不可或缺的部分，近年來占據市場的主要地位。多晶硅太陽電池主要涉及到鑄造多晶硅、冶金法多晶硅、西門子法多晶硅等，隨著高晶硅電池技術的發展，為了節約成本，多晶硅片子正在往薄的方向發展，旨在接近其僅有五十微米極限厚度。對硅原料進行重熔鑄錠而形成的鑄造多晶硅主要由鍋底料、半導體工業制備單晶硅剩下的頭尾料以及沒制備成功而產生的廢料以及用純度較高的原生多晶硅與純度較低的半導體工業廢料或高純金屬硅混合摻配這兩大類型構成。冶金法多晶硅是將工業硅經濕法冶煉、高溫熔煉和定向凝固等多個階段冶煉提純得來，由于冶金法多晶硅耗能量少，清潔高效，成本低廉，對于多晶硅太陽電池的大規模生產有較大的實踐意義。然而該技術尚處于研發階段，極不成熟，并未投入使用，它的研發與攻克是目前極為重要的課題之一。西門子法是現今多晶硅的主流生產技術，它包括通過氣體分餾進行提純的改良西門子法和通過硅烷熱分解進行提純的硅烷法。用該技術生產的硅的純度已經達到電子級硅的標準，因此通常用其與廢料摻雜來制備。

然而由于較高密度的晶界、位錯、微缺陷以及包括銅、鐵、鈷、鎳等在內重金屬雜質的存在，會嚴重影響多晶硅太陽電池的化學性能，因此吸雜工藝的重要性不言而喻。吸雜分為內吸雜和外吸雜兩大類，前者通過利用硅中氧沉積所產生的缺陷作用將雜質束縛在硅體內，從而在硅表面形成一層潔凈區域；后者則是依借在硅片表面引入的雜質、損傷或沉積某種薄膜等產生的應力作用將雜質從硅片內部吸出，在進行表面清理，以達到吸雜的目的。

3. 離子注入電池實現方法

離子注入是當真空中的離子束射向固體材料時，因受到固體材料的抵抗而導致速度降低，并最終停留在固體材料中的現象。其在晶硅電池中的應用價值極為顯著，在半導體領域是一項重要的摻雜技術。在電池的轉化效率方面，離子注入技術遠超于傳統擴散工藝，可以更快地實現晶體硅的產業化，具有廣泛的應用前景。在硅片中注入硼、磷、砷等雜質原子，可改變其表面電導率或形成 p-n 結，該方法制備出的p-n結的均勻性與雜志分布都比較優良，且硅片表面形成熱氧化鈍化，降低表面復合速率，減少死層。相較于高溫擴散方式制備的 p-n 結，離子注入法避免了長期高溫對硅片晶格結構造成的損傷，克服了擴散工藝參雜不均勻的缺點。離子注入過程中高能離子會一定程度上損傷硅片晶格，高溫退火法對于消除這類損傷很有幫助，退火的同時會在硅片表面生長一層對硅片表面起到鈍化作用的二氧化硅薄層，離子注入電池需要經過清洗制絨、離子注入制備發射極、退火、PECVD鍍膜、金屬化電極幾步工藝流程來實現離子的注入。

4.結語

高效晶硅太陽電池的研究與技術發展在如今能源需求大，總量嚴重不足的環境下，處于毋庸置疑的重要地位。本文對太陽能電池分類的簡單介紹，以及晶硅太陽電池中單晶硅電池和多晶硅電池的技術與問題分析，并討論了離子注入技術的作用及實現方法，希望對晶硅太陽電池的技術發展有一定啟發。在現今階段，大力發展太陽能光伏產業，充分利用好可再生資源太陽能，實現能源的可持續發展是我們的共同目標。

參考文獻

[1] 任先培，程浩然，何發林等.晶體硅太陽電池光衰減現象研究的新進展[J].材料導報，201，26（6）：15-19.

[2] 張小賓，袁小武，李愿杰等.太陽能電池技術研究[J].東方電氣評論，2012，26（2）：56-61.