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可再生资源的缺点范文1
关键词： 分布式电源；计量原理；损耗
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1110098-02
0 前言
随着科学技术的发展，各种新兴电力技术也应运而生。分布式电源接入配电网技术作为其中新兴技术之一，以其分布式电源特有的独立性、灵活性，对配电网产生了很大的变化。因此，本文主要研究分布式电源接入配电网后，其产生的电能是如何进行计量的，以期为分布式电源接入配电网技术中电能计算上提供理论依据。
1 分布式电源
分布式电源的定义是不通过其他媒介，在配电网上直接布置，或者在负荷附近分部的一种发电源。一般分布式电源可分为太阳能光伏电池、风力发电、燃料电池和微型燃气轮机等。其发电量一般都在50～1000瓦，甚至可达到数千瓦。分布式电源主要可分为两类，可再生资源类与不可再生资源类。
1.1 可再生资源类
1.1.1 太阳能光伏电池
太阳能光伏电池顾名思义就是利用太阳能进行发电，其工作原理是光伏电池在日照充足的情况下，对光能进行存储，并转化为电能。由于太阳能是一种可再生资源，同时又是一种无污染的环保型资源。因此，太阳能光伏电池的应用前景十分广阔。
1.1.2 风力发电
风力发电就是利用风能进行发电，其工作原理是通过装置将风进行收集，对风能进行存储，并转化为电能。虽然风能发电的技术受地理环境影响较为严重，但由于风能同样是一种可再生资源，同时也是一种无污染的环保型资源。因此，风力发电的应用前景也十分广阔。
1.1.3 潮汐能发电
潮汐能发电就是通过装置将海水中的潮汐能转化为电能的发电技术。其工作原理是利用涨潮落潮产生的动力，通过水轮将潮汐能转化为机械能，再由机械能转化为电能。
1.1.4 小水力发电
小水力发电就是利用规模较小的水电站即其小电网进行发电。其工作原理与潮汐能发电类似，但其又可分为引水方式发电、堤坝方式发电、混合方式发电，以及抽水蓄水方式发电。
1.1.5 热能发电
热能发电就是将热能进行转换为机械能，再转化为电能的发电方式。其工作原理是将热水产生的热蒸汽或机械设备过热产生的热流，进行搜集，通过汽轮机进行转化为机械能，再由机械设备转化为电能进行发电。它也是一种可再生能源、对环境污染小。
1.2 不可再生资源类
1.2.1 燃料电池
燃料电池就是利用燃料进行发电，其工作原理是通过燃料的电化学反应，不通过燃烧燃料就可以将燃料中的化学能转化为电能。具体转化过程为：在燃料电池的负极，即阳极，开始氧化反应，让燃料从负极失去电子，从而产生电流首先。其产生的电流又通过载体到达燃料电池的正极，即阴极，电子开始还原反应。燃料电池的缺点在于它需要足够的燃料以及氧化剂，同时，废弃燃料电池容易对环境造成污染。
1.2.2 微型燃气轮机
微型燃气轮机是目前应用最广泛的分布式电源之一，它是一种以天然气、汽油作为原料，通过燃烧原料的方式进行发电的一种超小型燃气轮机设备。其工作原理与燃气轮机一致，其主要优点是体积小，污染小，重量轻；其缺点是它的发电利用率较低。
2 计量方式
2.1 配电网总能量的计量原理
分布式电源接入配电网后，为配电网增加一定的电能。其增加的电能主要计量原理是，分布式电源接入电量一般已知，只要计算在输送过程中损失的电量，就能得出分布式电源接入配电网后产生的电能量。通常损失的电量是因为电能在传输过程中经过变压器、输电线路等装置，造成一定的电能损耗。其配电网总能量的计量公式如下：
配电网总能量=DG输入电能-损耗电量
2.2 配电网损耗电量的种类
在配电网中损耗的电量种类可分为三种，分别为可变损耗、固定损耗和不明损耗。其中，在电能传输过程中，线路及变压器中的电能损耗占到总损耗的95%以上，其他电能损耗仅占5%。因此，为了便于计算，一般来说，仅计算线路及变压器中的电能损耗，其他损耗忽略不计。
2.2.1 可变损耗
可变损耗主要有线路导线中的线损、变压器绕组中的铜损和电能表电流圈中的损耗。
2.2.2 固定损耗
固定损耗主要有变压器中的铁损、电容器的介质损耗、电能表电压线圈和铁芯中的损耗。
2.2.3 不明损耗
不明损耗主要有用户违章用电和切点损耗、电网元件漏电损失、营业中抄核收之差错损失、计量表计量误差损失。
2.3 配电网损耗电量的计算方法
2.3.1 均方根电流法
均方根电流法是对通过电流的线路中所有的电能损耗进行均方根处理，算出分布式电源接入配电网所产生的损耗。
均方根电流法的优点是计算精度较高且计算原理简单；缺点是必须通过对变压器进行实测数据，才能得到准确数据，否则只能通过分配容量负荷方法来进行计算，计算结果容易与实际情况不符。其次是对线损部分只能对各节点的电流进行代数加减，得到的结果也与实际情况不符合。
2.3.2 形状系数法
形状系数法是在平均电流法的基础上进行改进的，它是对电流通过线路产生的损耗进行汇总，计算出它的总损耗，从而得出在分布式电源接入配电网后的实际电能损耗。
形状系数法的优点是计算精度非常高；缺点是其计算过程中的重要参数K不容易计算，同时此方法不适用于分布式电源接入低等级的配电网的计量，计量结果与实际结果差距较大。
2.3.3 损耗因素法
损耗因素法是在形状系数法的基础上进行改进的，它是将电流流过线路后产生的线损的总和进行统计后，然后平均处理，计算出它的实际电能损耗。
损耗因素法的优点是计算时只需要一日的最大电流及损耗因素F，需要的数据很少，便于计算；缺点是重要参数F不容易计算，同时不同的接入配电网形式需要不同的计算方法，算法不通用，同时计算的精度很低，与实际情况差距较大。
2.3.4 最大负荷损耗小时法
最大负荷损耗小时法是指计算分布式电源接入配电网后一段时间内的损耗，从而得出一年的电能总损耗。
其优点是需要的基础资料较少，且计算过程十分简单；缺点是计算的精度十分低，仅适用估算一年的损耗电能，不适用精确计算损耗电能。
2.3.5 等值电阻法
等值电阻法是假设在配电网的一端有一个等值电阻存在，则总电流通过配电网一端产生的损耗就是整条线路不通分电阻产生的电能损耗的总和。
等值电阻法的优点是克服了上述算法的缺点，理论研究基础雄厚，长期实践经验表明应用于分布式电源接入10千伏以下的配电网中的计量十分准确；缺点是由于是假设在配电网一端设等值电阻，对结果的精度有一定的影响，与实际情况略有背离。
2.3.6 潮流法
潮流法的基本单位是馈线，对配电网中的负荷节点的电压进行计算就可以得出分布式电源接入配电网中的耗损总量。
潮流法的优点是计量的精度非常高；缺点是需要的参数条件非常多，为准确计算带来非常大的阻碍。
潮流法的算法主要有牛顿拉夫逊法、等效功率节点法、PQ分解法，前推法和迭代法等。
2.3.7 电压损失法
电压损失法是假设所有的接入点都在配电网线路的最终端，从而计算出一个近似的配电网线损量。
电压损失法的优点是计算方法十分简单；缺点是需要假设一个条件，仅限于估算范围，无法准确计算。且只能对抵压配电网的线损进行计算，计算范围有限。
2.3.8 其他方法
例如竹节法、遗传算法与人工神经网络算法、基于区间算法和模糊识别算法都可以对分布式电源接入配电网的线损进行准确计算。
这些方法的优点是计算结果非常精确，缺点是需要建立规模较大的模型，对于庞大的配电网系统计量十分困难。
3 结论
本文通过分析分布式电源接入配电网中电量计量的原理中，发现只需要准确计算出接入过程中的损耗电量，就可以得出最终的电量。
详细探究了几种常用的计算配电网电能损耗的方法，从算法上来看，平均电流法、形状系数法、损耗因素法以及潮流法均为传统算法，理论依据充足，算法也比较简单，容易理解。但是其计算精度普遍较差，与实际情况相差较大，且很多计算数据在实际情况中无法检测得到，最终决定这些算法只能在理论计算中应用。
而现代算法如竹节法、遗传算法与人工神经网络、基于区间算法、模糊识别算法并未作详细介绍，但其计算精度非常准确，但是要求建立相应的模型，同时仅限于简单配电网的应用，很难应用于大型配电网中进行计算。
因此，目前来说仍然很难找到一种完全理想的方法来计量分布式电源接入配电网中的电能。只有通过多种方法的计算，得到各种结果，对这些结果进行对比，最终获得一个较为准确的数值。
参考文献：
[1]虞忠年，电力网电能损耗[J].北京：中国水利电力出版社，1992：5-7.
[2]王建、李兴源、邱晓燕，含有分布式发电装置的电力系统研究综述.[J].电力系统自动化，2005，29（24）：90-96.
[3]王振铭，分布式能源的发展前景[J].沈阳工程学院学报，2006，2（2）：108.
可再生资源的缺点范文2
一、汽车制造技术绿色节能环保标准要求
(一)低污染物排放标准
汽车尾气对空气质量具有较大影响，所以要想做到节能高效，首先要解决汽车的尾气排放问题，使其尽量减少污染物的排放。当前，石油燃料汽车尾气排放的气体都含有氮氧化物与二氧化硫这两种对人体及生活环境有毒、有害的气体以及能造成温室效应的二氧化碳等，且在空气中的含量越来越高，这几种气体同时严重威胁着大气层。所以，在设计节能绿色汽车时要考虑到绿色的特点，使汽车排放的尾气尽量环保，这就要充分发挥汽车电动机和尾气处理装置的作用，使汽车在运转过程中能够自行处理产生的各种废气，保证汽车排出的气体对空气没有影响，确保环境的绿色可持续发展。
(二)节约能源标准
我国地大物博，有着丰富的矿产资源，但很多资源属于不可再生资源。随着开发规模的不断加大，人类更应该学会节约使用资源。在生产汽车过程中需要消耗大量的资源，因此从环保角度来说，汽车生产应该更加重视环境保护，提高资源的使用率。
当前，我国汽车拥有量越来越多，时代的发展也要求必须生产节能汽车，同时也要求汽车设计师采取各种措施和手段，提高汽车自身设计水平和标准，以设计出高效节能的汽车用品，其中汽车的核心——发动机应该为其中最为重要的设计要件，通过设计使用制动能回收、优化燃烧、提高燃料利用率以及运用新材料，实现汽车轻量化等实现节能减排。
二、绿色汽车制造技术的对策和措施
(一)混合动力汽车
混合动力一般是指把汽油、柴油、电能混合使用使汽车产生动力的一种动力方式。目前，采用混合动力技术能够大大提高汽车的燃油经济性。油电混合动力汽车能够有效提升汽车动力总成的输出功率，有效减少了汽车的耗油量。目前由于发动机存在功率低下问题，所以可以使用电能来进行补充，在汽车发动机低功率运行时，就能够对电池进行充电，通过这种方法来增强汽车的动力性能。
(二)电动汽车
传统汽车使用的汽油或柴油等能源为不可再生资源，燃烧时能源不能实现高效利用，而且其产生的尾气对空气会造成污染，但如果使用电能就能够有效避免环境污染问题，而且电能能够通过水能、风能、太阳能等可再生能源中获得，是一种天然的无污染能源。电能所具有的这一特性，使得电动汽车可以在闲暇时间充电，从而增强了电能的使用效率，而且电池能够方便回收，以便重复使用，提高资源利用率，减少资源浪费。同时，在大城市电池可以作为单独驱动装置，实现 “零排放”。显然，电动汽车的优点是突出的。当然其也存在较多的缺点和不足，如，储存电能不大，使用寿命不长，占用空间较大，成本较高等，这些方面还待日后进一步开发和解决。
(三)燃料电池汽车
燃料电池主要利用氢气与氧气在燃料电池内的化学反应产生电能，带动汽车的运转。氢氧反应排出的尾气只有氢元素和氧元素，产生的是水蒸气，不存在尾气环境污染问题，而且可以降低热量和二氧化碳的排放，有效缓解温室效应。和传统汽车相比，该燃料汽车在构造方面也实现了很大的进步。当然，仍存在一定的缺点，如氢气生产难度大、汽车续航里程短等问题，这些不足还有待今后的进一步开发和研究。
(四)创新汽车生产和制造方式
要想生产出节能、绿色汽车则需应用新型生产与制造环节，就要迅速淘汰传统汽车生产模式，认真研究新时期发展特点，利用新的设计理念，发挥高科技机械设备的作用，生产出具有较高标准的节能绿色汽车。
总之，随着我国经济的快速发展，汽车已经进入千家万户，在人们的生活中发挥的作用也越来越大，为了响应节能环保的要求，我国则需不断引进新技术，力求生产高标准的节能绿色汽车。对于我国来说，只有不断提高生产节能绿色汽车的能力，才能与时展保持一致，才能有利于实现我国经济的可持续发展。我们有理由相信，社会各界对生产制造节能绿色汽车的要求越来越高，其投入也会不断增多，我国一定会生产出符合时代特色的节能、绿色汽车。
可再生资源的缺点范文3
关键词：景观设计；生态设计；重要性
中图分类号：S611文献标识码： A
引言
景观设计已经成为一门学科被人们重视和接受,与以往的景观设 计相比,现代景观设计发生了质的变化,现代景观设计更加注重景观的生态性与环保性,而且现代景观设计的创作对象多数是人们的生存环境,在具体的设计过程中 不仅要强调艺术性,还要思考生态性,只有这样才能为人类营造一个温馨的居住环境,提高人们生活的环境质量。本文针对景观设计展开讨论,分析了景观设计中生 态设计的重要意义。
一、生态设计的含义
生态学家瑞恩( Sirn Van dcr Ry n) 和考恩( Cow an) 在1996 年提出生态设计的定义:任何与生态过程相协调,尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计,这种协调意味着设计应尊重物种多样性，减少人类对自然资源的剥夺利用，保持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的环境质量，以改善人居环境及生态系统的健康。
生态观念即人与自然协调发展的观念，渗透到设计过程中使设计师在塑造物质、能量时把人与自然看成一个完整生态系统，而不是“人类中心论”或“自然决定论”,设计的最终目的( 预想的需要或欲望) 是最大限度的借助于自然力的最少设计( minimumdesign)。
景观生态设计包括广义和狭义两个层面的含义。狭义层面是指以景观生态学的原理和方法进行的景观设计。它注重的是景观空间格局和空间过程的相互关系。景观空间格局由斑块、基质、廊道、边界等元素构成。广义层面是指运用生态学( 包括生物生态学、系统生态学、人类生态学和景观生态学等) 的原理、方法和知识，对某一尺度的景观进行规划和设计。这个层面上的景观生态设计，实质上是对景观的生态设计。
二、景观设计与生态设计之间的关系
景观设计在很大程度上都直接在改变着我们身边的环境，而这种改变又因工程的大小而对环境进行不同程度的改造，景观设计师虽然不能完全以科学的眼光看待设计，但是设计师必须了解科学，了解生态，在景观设计中形式和视觉的美感固然重要，但是设计师也不能在景观设计中只讲究形式和视觉的美，也要考虑到这个设计方案会不会对环境和生态产生破坏，一个对生态对环境造成破坏的景观设计作品一定不是一个好的作品，这样的作品是有很大的缺陷的，是不符合可持续发展战略的设计。举个简单例子，如果设计师在进行景观设计的时候不考虑当地的地理和生态环境，为了追求形式和视觉的美而在北方地区的景观设计项目中，在植物配置的时候选用南方的常绿阔叶植物，这样的设计是不符合自然规律的，也是不科学的。
在景观设计中综合的进行环境和生态分析，努力把我们人类生活的环境改造成美丽而又可持续发展的健康的居住环境，设计师的作用是把那些不美的环境，遭到破坏的和存在缺陷环境，运用设计的各种手法，把它们改造成既生态又美丽和能够更加适合人类和其他动植物生长和生活的环境。
三、当代景观设计的生态设计原则
3.1尊重自然
自然有其自身的演变和更新规律，同时又具有很强的自我维持和自我恢复能力，生态设计要充分利用自然的能动性来实现生态系统的自我恢复。尊重自然发展过程，增强场地的自我调节能力，发展可持续的、生态的当代景观。
3.2最小干预最大促进
景观设计总是在一定场地上进行的，人类的活动对自然环境必然会产生干扰。生态设计就是要尽可能减小对场地的扰动，并努力通过设计的手段促进自然生态系统的物质利用和能量循环，维护场地的自然过程与原有生态格局，增强生物多样性。
3.3 4R 原则
“4R”即Reduce、Reuse、Recycle 和Renew able。“Reduce”减少对各种资源尤其是不可再生资源的使用,谨慎使用可再生资源;“Reuse”在符合工程要求的情况下对基地原有的景观构件进行再利用;“Recy- cl”建立回收系统，循环利用回收材料和资源; “Renewable”利用可回收材料与保留下的资源，创造新的景观，服务于新功能。
3.4以科学技术为指导
科技是第一生产力，充分利用当今最先进的科学技术来为景观生态设计服务。科学的发展推动了技术的进步，利用高科技技术以提高资源的利用率，利用高科技材料以减少对不可再生资源的利用，借助科技创造高技术的景观。
3.5艺术功能相结合
设计是一门艺术的学科，景观是一个综合的整体。设计师应当以现代艺术的思想理解现代景观的生态设计，以此来创造即饱含艺术美感，又满足社会功能的现代新景观。
四、当代景观设计的生态设计手法
4.1对场地的处理——保留与再利用
充分尊重场地历史和现状特征，保留场地的原有元素，对原有材料再次利用。这种处理手法让场地诉说历史的同时，节省了材料，也减少生产、加工、运输材料而消耗的能源，减少了对场地原有生态环境的破坏,无疑是一种生态的设计手法。
1972年,在主持美国西雅图煤气厂公园的景观设计时，设计师理查德·哈格( Richard Haag ) 从公园的现有条件出发，保持原本地貌，并选择性保留了基地中的旧工业设备。一些气压、水压设备则被刷上了红、黄、蓝、紫等鲜艳的颜色，有的覆盖在简单的坡屋顶之下，成为游戏室内的器械。工业设施和厂房被改建成餐饮、休息、儿童游戏等公园设施，这些被大多数人认为是丑陋、肮脏的工业设备，经过哈格的改造，重新获得了极高的审美情趣和社会价值[ 5] 。
4.2对材料的处理——循环利用与生态优先
以本地材料为主，倡导使用绿色材料。材料选择需要考虑的一个因素是材料的耐久性; 其次考虑的是材料使用中只需要少量维护或者维护中对环境影响较小。另外，应该尽量使用本地材料。因此，设计师应该力求寻找一种耐久性长，本地生产的、低维护性、低能耗的材料。
材料内含能量( embodied energ y ) 与原料的开采、制造过程和方法、运输距离的远近有密切的关系,因此使用本地材料不仅可节省运输所需的时间及相关金钱的花费，还可大大减少对异地生态环境的破坏及相关运输路途中对环境的污染[ 6] 。生态透水材料的使用就是生态优先的体现。城市中大量的硬化材料有两大缺点: 不透水、吸收和储存热量能力强。这两大缺点造成城市地下水源得不到补充，下雨时城市的雨水系统的压力巨大; 热岛效益增强，对城市生态系统造成负面影响。而生态透水材料就能很好的解决这两大难题。
4.3对生态资源的处理—— 经济高效与科技创新
任何一种能源的开发和利用都给环境造成了一定的影响，尤其以不可再生能源引起的环境影响最为严重和显著，而开发使用清洁能源和可再生能源则是改善环境、保护资源的有效途径。降低能源需求，减少能量消耗，使用高效节能技术，使用可更新和高效的能源供应技术，是利用清洁能源及节能的根本原则。1983 年彼得·拉茨在卡塞尔市建造了自己的住宅，这是一处以太阳能为主的生态住宅，这一住宅也为他赢得了相关建筑奖。在其设计的北杜伊斯堡景观公园中，水是循环利用的。污水经过处理后汇集了收集的雨水，引至工厂中原有的冷却槽和沉淀池，经澄清过滤后流入埃姆舍河。原工厂的旧排水渠改造成水景公园，利用新建的风力设施带动净水系统,将收集的雨水输送到各个花园，用来灌溉。整治后的埃姆舍河段成为了一个长条形水池，干净的水被循环利用。
4.4对垃圾的处理——变废为宝再生利用
从整个地球生态系统的良性循环出发，通过对材料和资源的再生利用，将改造后的“废料”塑造新景观，从而最大限度地减少对新材料的需求，减少对生产材料所需的能源的索取。彼得·拉茨德国北杜伊斯堡景观公园中，在这里场地上的工业废料被循环使用，如砖被收集起来作红色混凝土的骨料; 厂区堆积的焦炭、矿渣和金属物用作一些植物生长的媒介或地面表层的材料；用铁路护轨整修成新的道路,用49块废置的铁板铺设了金属广场。拉茨将基地中的重新利用，即减少了生产、加工、运输材料而消耗的能源,也减少了施工中的废弃物，体现了生态的设计理念。
五、结语
生态设计重视对自然环境的保护，运用景观生态学原理建立生态功能良好的景观格局，促进资源的高效利用与循环再生，减少废物的排放，增强景观的生态服务功能。当代景观设计中生态设计应该遵循三大理念:
(1)保护性景观设计
对区域的生态因子和物种生态关系进行科学的研究分析，通过合理的景观设计，最大限度地减少对原有自然环境的破坏，以保护良好的生态系统。设计师利用生态的设计方法，减少人为干扰因素，保护着基地内的自然生态环境，协调基地生态系统，使其更加健康的发展。
(2)恢复与促进性景观生态设计
一般说来，生态系统具有很强的自我恢复能力和逆向演替机制。生态环境除了受到自然因素的干扰之外，还受到人为因素的干扰。用景观的方式修复场地肌肤，促进场地生态系统的良性发展成了当代景观设计师的重大责任。面对满是创伤的场地，设计师首先考虑的问题是如何进行生态的恢复，即使面对未被破坏的场地，也开始思考如何通过景观设计的方法促进场地生态系统的完善。
(3)补偿性景观生态设计
在设计中运用科学手段，探索更适宜在景观中应用而又能减少对生态环境影响的设计手法和景观元素，有意识地为已遭破坏的生态环境进行恢复，是一种以景观形式对自然进行补偿的设计过程。现在，设计师们已经通过科学技术尽可能的减少了可再生能源的消耗，而开始大量应用自然界中的可再生能源,如太阳能、风能等，以适应现代生态环境。生态设计的目的是维护自然生态系统的平衡，维持物种的多样性，保证资源的永续利用，但归根结底都是为了人类社会的可持续发展。随着公众生态意识的不断增强和技术手段的不断改进，生态设计的理念将日益深入人心，并不断渗透到人们的日常生活之中，同时对生态设计理论的深入和对设计手法的探索与拓展也必将更进一步。而在我国逐渐步入节约型社会的同时，景观设计师应该通过对生态理念的理解,遵循生态原则，使得人居环境逐步走向生态化，并达到人与自然的和谐发展。
参考文献：
可再生资源的缺点范文4
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
尽管电解水制氢具有很高的效率, 由于昂贵的价格, 仍然很难大规模使用. 目前
三种电解槽的成本分别为: 碱性电解槽us$400-600/kw, pem电解槽约us$2000/kw, 固体
氧化物电解槽约us$1000-1500/kw. 当光伏电池和电解水技术联合制氢时, 制氢成本将
达到约us$41.8/gj(us$5/kg), 而当风力发电和电解水技术联合制氢时, 制氢成本约为
us$20.2/gj (us$2.43/kg) [20].
2. 太阳能热化学循环制氢
太阳能热化学循环是另一种利用太阳能制取氢燃料的可行技术. 首先, 由太阳能
聚光集热器收集和汇聚太阳光以产生高温. 然后由这些高温推动产氢的化学反映以制
取氢气. 目前国内外广泛 研究 的热化学制氢反应有: (1) 水的热分解(thermolysis);
(2) h2s的热分解和(3) 热化学循环水分解.
2.1. 水的热分解制氢
由太阳能聚光器产生的高温可以用于对水进行加热, 直接分解而产生氢气和氧气.
反应式如(4)
2h2o 2h2 + o2 (4)
在这个反应中, 水的分解率随温度的升高而增大. 在压力为0.05bar, 温度为2500k时,
水蒸汽的分解率可以达到25%, 而当温度达到2800k时, 则水蒸汽的分解率可达55%. 可
见提高反应温度, 可以有效产氢量. 然而, 反应所需的高温也带来了一系列的 问题 .
由于温度极高, 给反应装置材料的选择带来了很大限制. 适合的材料必须在2000k以上
的高温具有很好的机械和热稳定性. zirconia由于其熔点高达3043k而成为近年来在水
的热分解反应中广泛使用的材料 [21,22]. 其他可选的材料及其熔点见表2.
表2. 作为热化学反应装置备选材料及其熔点 [22]
table 2 some materials and their melting points [22]
oxides t oc carbides t oc
zro2 2715 b4c 2450
mgo 2800 tic 3400-3500
hfo2 2810 hfc 4160
tho2 3050 hbn 3000 (decomposition)
另一个问题就是氢和氧的分离问题. 由于该反应可逆, 高温下氢和氧可能会重新结合
生成水, 甚至发生爆炸. 常用的分离 方法 是通过对生成的混合气体进行快速冷却(fast
quenching),再通过pd或pd-ag合金薄膜将氢和氧分离. 这种方法将会导致大量的能量
损失. 近几年有研究人员采用微孔膜(microporous membrane)分离也取得一些成功
[22,23], 使得直接热分解水制氢研究又重新受到广泛关注.
2.2. h2s的热分解
h2s是化学 工业 广泛存在的副产品. 由于其强烈的毒性, 在工业中往往都要采用
claus process将其去除, 见式(5)
2h2s + o2 2h2o + s2 (5)
这个过程成本昂贵, 还将氢和氧和结合生成水和废热, 从而浪费了能源. 对h2s的直接
热分解可以将有毒气体转化为有用的氢能源, 变废为宝, 一举两得. h2s的热分解制氢反
应式见(6)
2h2s 2h2 + s2 (6)
该反应的转化率受温度和压力的 影响 . 温度越高, 压力越低, 越有利h2s的分解. 据报
道, 在温度1200k,压力1 bar时, h2s的转化率为14%, 而当温度为1800k, 压力为0.33bar
时, 转化率可达70% [24]. 由于反应在1000k以上的高温进行, 硫单质呈气态, 需要与氢
气进行有效的分离. 氢与硫的分离往往通过快速冷却使硫单质以固态形式析出. 同样,
这种方法也会导致大量的能量损失.
2.3. 热化学循环分解水制氢
水的直接热分解制氢具有反应温度要求极高, 氢气分离困难, 以及由快速冷却带
来的效率降低等缺点. 而在水的热化学分解过程中, 氧气和氢气分别在不同的反应阶
段产生, 因而跨过了氢气分离这一步. 并且, 由于引入了金属和对应的金属氧化物,
还大大降低了反应温度. 当对于水直接热分解的2500k, 水的热化学循环反应温度只有
1000k左右, 也大大减轻了对反应器材料的限制. 典型的2步热化学循环反应式见
(7)-(10).
2 y x o
2
y xm o m + (7)
2 y x 2 yh o m o yh xm + + (8)
或者 2 o o m o m y x y x + ′ ′ (9)
2 y x 2 y x h o m o h o m + + ′ ′ (10)
其中m 为金属单质, mxoy 或1 1 y x o m 则分别为相应的金属氧化物. 适合用做水的热化学
循环反应的金属氧化物有tio2, zno, fe3o4, mgo, al2o3, 和 sio2等. zno/zn 反应温度较
低, 在近几年研究较多 [24-29]. fe3o4/feo 是另一对广泛用于热化学分解水制氢的金属
氧化物. 该循环中, fe3o4 首先在1875k 的高温下被还原生成feo 和 o2, 然后, 在573k
的温度下, feo 被水蒸汽氧化, 生成fe3o4 和 h2. 经研究发现, 用mn, mg, 或co 代替
部分fe3o4 而形成的氧化物(fe1-xmx)3o4 可以进一步降低反应温度 [4], 因而更具 发展
前景.
除了以上所述2 步水分解循环外, 3 步和4 步循环分解水也是有效的制氢方式.
is(iodine/sulfur)循环是典型的3 步水分解循环, 该循环的反应式见(11)-(13):
4 2 x 2 2 2 so h hi 2 o h 2 so xi + + + at 293-373k (11)
2 2 i h hi 2 + at 473-973k (12)
2 2 2 4 2 o
2
1 so o h so h + + at 1073-1173k (13)
在is 循环中,影响制氢的主要因素就是单质硫或硫化氢气体的产生等副反应的发生. 为
尽量避免副反应的发生, x 的值往往设置在4.41 到11.99 之间[30]. ut-3 则是典型的
4 步循环[31]. 其反应式见(14) - (17):
2 2 2 o
2
1 cabr br cao + + at 845 k (14)
hbr 2 cao o h cabr 2 2 + + at 1,033 k (15)
2 2 2 4 3 br o h 4 febr 3 hbr 8 o fe + + + at 493 k (16)
2 4 3 2 2 h hbr 6 o fe o h 4 febr 3 + + + at 833 k (17)
热化学循环分解水虽然跨过了分离氢和氧这一步, 但在2 步循环中, 生成的金属在
高温下为气态并且会和氧气发生氧化还原反应而重新生成金属氧化物, 因此, 需要将
金属单质从产物混合物中分离出来. 金属单质的分离一般采用快速冷却使金属很快凝
固从而实现分离. 同样, 在3 步循环中, 氢和碘也需要及时的分离. 采用的分离技术都
类似.
2.4. 热化学循环分解水制氢的现状
热化学循环制氢在欧洲研究较多, 但由于产物的分离一直是一个比较棘手的问题,
能量损失比较大, 此种制氢方法还没有进入商业化的阶段. 在swiss federal institute of
technology zurich,对zno/zn 循环制氢研究已经比较深入. 他们的研究目前主要集中在
产物的分离以及分解水反应的机理方面 [32]. swiss federal office 则已经启动了一个
“solzinc”的计划, 通过zno/zn 循环制取氢气以实现对太阳能的储存. 目前正在进行
反应器的设计, 将于2004 年夏季进行测试[33].
2.5.太阳能热化学循环制氢的环境, 经济 和安全问题
太阳能热化学循环采用太阳能聚光器聚集太阳能以产生高温, 推动热化学反应的
进行. 在整个生命周期过程中, 聚光器的制造, 最终遗弃, 热化学反应器的加工和最
终的废物遗弃以及金属,金属氧化物的使用都会带来一定的环境污染. 其具体的污染量
需要进行详细的生命周期评价(lca)研究. 此外, 在h2s 的分解中, 以及在is 循环和
ut-3 循环中, 都使用了强烈腐蚀性或毒性的物质, 比如h2s, h2so4. 这些物质的泄漏
和最终的处理会带来环境的污染和危险, 需要在设计和操作过程中加以考虑. 另外, 由
于反应都是在高温下进行, 氢和氧的重新结合在反应器中有引起爆炸的危险, 需要小
心处理.
由于热化学循环制氢尚未商业化, 相关的经济信息都是基于估算. steinfeld
(2002)[29]经过估算指出, 对于一个大型的热化学制氢工厂(90mw), 制的氢气的成本为
大约us$4.33-5/kg. 相比之下, 由太阳能热电 – 电解水系统制取氢气的成本则约为
us$6.67/kg, 而通过大规模天然气重整制氢的成本约为us$1.267/kg [20]. 可见太阳能热
化学循环制氢和天然气重整制氢相比虽然没有经济优势, 但和其他可再生制氢技术相
比则在经济性方面优于太阳热电-电解水和光伏-电解水技术.
3. 利用生物质制氢
生物质作为能源, 其含氮量和含硫量都比较低, 灰分份额也很小, 并且由于其生
长过程吸收co2, 使得整个循环的co2 排放量几乎为零. 目前对于生物质的利用, 尤其
在发展
热裂解得到的产物中含氢和其他碳氢化合物, 可以通过重整和水气置换反应以得
到和提高氢的产量. 如下式所示:
合成气 + h2o h2 + co (18)
co + h2o co2 + h2 (19)
利用生物质热裂解联同重整和水气置换反应制氢具有良好的 经济 性, 尤其是当反
应物为各种废弃物时, 既为人类提供了能量, 又解决了废弃物的处理 问题 , 并且技术
上也日益成熟, 逐渐向大规模方向 发展 . danz (2003 年)[39]估算了通过生物质热裂解制
氢的成本约为us$3.8/kg h2 (因氢的热值为120mj/kg, 这相当于us$31.1/gj), 这和石
油燃油的价钱us$4-6/gj 相比还没有任何优势, 但carlo 等[40]指出, 当热裂解制氢的规
模达到400mw 时, 氢的成本会大大降低, 达到us$5.1/gj. 可见实现大规模的利用生物
质制氢, 将会是非常有潜力的发展方向.
3.2. 生物质气化制氢
生物质气化是在高温下(约600-800oc)下对生物质进行加热并部分氧化的热化学过
程. 气化和热裂解的区别就在于裂解决是在无氧条件下进行的, 而气化是在有氧条件
下对生物质的部分氧化过程. 首先, 生物质颗粒通过部分氧化生成气体产物和木碳,
然后, 在高温蒸汽下, 木碳被还原, 生成co, h2, ch4, co2 以及其他碳氢化合物.
对于生物质气化技术, 最大的问题就在于焦油含量. 焦油含量过高, 不仅 影响 气化
产物的质量, 还容易阻塞和粘住气化设备, 严重影响气化系统的可靠性和安全性. 目前
处理焦油主要有三种 方法 . 一是选择适当的操作参数, 二是选用催化剂加速焦油的分解,
三是对气化炉进行改造. 其中, 温度, 停留时间等对焦油分解有很重要的作用. milne ta
(1998 年)[41]指出, 在温度高于1000oc 时, 气体中的焦油能被有效分解, 使产出物中的
焦油含量大大减小. 此外, 在气化炉中使用一些添加剂如白云石, 橄榄石以及使用催化
剂如ni-ca 等都可以提高焦油的分解, 降低焦油给气化炉带来的危害[42,43]. 此外, 设
计新的气化炉也对焦油的减少起着很重要的作用. 辽宁省能源 研究 所研制的下吸式固定
床生物质气化炉, 在其喉部采用特殊结构形式的喷嘴设计, 在反应区形成高温旋风动力
场, 保证了焦油含量低于2g/m3.
由气化所得产物经过重整和水气置换反应, 即可得到氢, 这与处理热裂解产物类似.
通过生物质气化技术制氢也具有非常诱人的经济性. david a.bowen 等人(2003)[44]比较
了生物质气化制氢和天然气重整制氢的经济性, 见图2. 由图可见, 利用甘蔗渣作为原
料, 在供料量为每天2000 吨的情况下, 所产氢气的成本为us$7.76/gj, 而在这个供料量
下使用柳枝稷(switchgrass)为原料制得的氢气成本为us$6.67/gj, 这和使用天然气重整
制氢的成本us$5.85-7.46/gj 相比, 也是具有一定竞争力的. 如果将环境因素考虑进去,
由于天然气不可再生, 且会产生co2, 而生物质是可再生资源, 整个循环过程由于光合
作用吸收co2 而使co2 的排放量几乎为0, 这样, 利用生物质制氢从经济上和环境上的
综合考虑, 就已经比天然气重整更有优势了.
biomass feed to gasifier (tonnes/day)
hydrogen cost ($/gj)
500 1000 1500 2000
5
6
7
8
9
10
11
natural gas $3/gj
natural gas $4.5/gj
10.23
8.74
7.76
8.76
7.54
6.67
5.85
7.46
bagasse
switchgrass
图2. 生物质制氢与天然气制氢经济性的比较
fig. 2. comparison of hydrogen cost between biomass
gasification and natural gas steam reforming
以上 分析 的利用生物质高温裂解和气化制氢适用于含湿量较小的生物质, 含湿量高
于50%的生物质可以通过光合细菌的厌氧消化和发酵作用制氢, 但目前还处于早期研究
阶段, 效率也还比较低. 另一种处理湿度较大的生物质的气化方法是利用超临界水的特
性气化生物质, 从而制得氢气.
3.3. 生物质超临界水气化制氢
流体的临界点在相图上是气-液共存曲线的终点, 在该点气相和液相之间的差别刚
好消失, 成为一均相体系. 水的临界温度是647k, 临界压力为22.1mpa, 当水的温度和
压力超过临界点是就被称为超临界水.在超临界条件下, 水的性质与常温常压下水的性
质相比有很大的变化.
在超临界状态下进行的化学反应, 通过控制压力, 温度以控制反应环境, 具有增强
反应物和反应产物的溶解度, 提高反应转化率, 加快反应速率等显著优点, 近年来逐渐
得到各国研究者的重视 [45,46]. 在超临界水中进行生物质的催化气化, 生物质的气化
率可达100%, 气体产物中氢的体积百分比含量甚至可以超过50%, 并且反应不生成焦
油, 木碳等副产品, 不会造成二次污染, 具有良好的发展前景. 但由于在超临界水气中
所需温度和压力对设备要求比较高, 这方面的研究还停留在小规模的实验研究阶段. 我
国也只进行了少量的研究, 比如西安交大多相流实验室就研究了以葡萄糖为模型组分在
超临界水中气化产氢, 得到了95%的气化效率 [47]. 中科院山西煤炭化学研究所在间隙
式反应器中以氧化钙为催化剂的超临界水中气化松木锯屑,得到了较好的气化效果.
到目前为止, 超临界水气化的研究重点还是对不同生物质在不同反应条件下进行实
验研究, 得到各种因素对气化过程的影响. 表3 总结 了近几年对生物质超临界水气化制
氢的研究情况. 研究表明, 生物质超临界水气化受生物质原料种类, 温度, 压力, 催化剂,
停留时间, 以及反应器形式的影响.
表3. 近年来关于生物质超临界水气化制氢的研究
table 3
recent studies on hydrogen production by biomass gasification in supercritical water
conditions
feedstock gasifier type catalyst used temperature and
pressure
hydrogen yield references
glucose not known not used 600oc, 34.5mpa 0.56 mol h2/mol of feed
glucose not known activated carbon 600 oc, 34.5mpa 2.15 mol h2/mol of feed
glucose not known activated carbon 600 oc, 25.5mpa 1.74 mol h2/mol of feed
glucose not known activated carbon 550 oc, 25.5mpa 0.62 mol h2/mol of feed
glucose not known activated carbon 500 oc, 25.5mpa 0.46 mol h2/mol of feed
[48]
glycerol not known activated carbon 665 oc, 28mpa 48 vol%
glycerol/methanol not known activated carbon 720 oc, 28mpa 64 vol%
corn starch not known activated carbon 650 oc, 28mpa 48 vol%
sawdust/corn starch
mixture
not known activated carbon 690 oc, 28mpa 57 vol%
[49]
glucose
tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 59.7 vol% (9.1mol
h2/mol glucose)
catechol tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 61.5 vol% (10.6mol
h2/mol catechol)
sewage autoclave k2co3 450oc, 31.5-35mpa
47 vol%
[50]
glucose tubular reactor not used 600 oc, 25mpa 41.8 vol%
glucose tubular reactor not used 500 oc, 30mpa 32.9 vol%
glucose tubular reactor not used 550 oc, 30mpa 33.1 vol%
glucose tubular reactor not used 650 oc, 32.5mpa 40.8 vol%
glucose tubular reactor not used 650 oc, 30mpa 41.2 vol%
sawdust tubular reactor sodium
carboxymethylcellulose
(cmc)
650 oc, 22.5mpa 30.5 vol%
[47]
生物质的主要成分是纤维素, 木质素和半纤维素. 纤维素在水的临界点附近可以快
速分解成一葡萄糖为主的液态产品, 而木质素和半纤维素在34.5 mpa, 200-230oc 下可以
100%完全溶解, 其中90%会生成单糖. 将城市固体废弃物去除无机物后可以形成基本稳
定, 均一的原料, 与木质生物质很相似. 由表可见, 不同的生物质原料, 其气化效率和速
率也有所不同. 温度对生物质超临界水中气化的 影响 也是很显著的. 随着温度的升高,
气化效率增大. 压力对于气化的影响在临界点附近比较明显, 压力远大于临界点时, 其
影响较小. 停留时间对气化效率也有一定影响, 研究 表明, 生物质在超临界水中气化停
留时间与温度相关, 不同的温度下有不同的一个最佳值. 使用催化剂能加快气化反应的
速率. 目前 使用的催化剂主要有金属类催化剂, 比如ru, rh, ni, 碱类催化剂, 比如koh,
k2co3, 以及碳类催化剂 [51,52]. 反应器的选择也会影响生物质气化过程, 目前的反应
器可以分为间歇式和连续式反应器. 其中间歇式反应器结构简单, 对于淤泥等含固体的
体系有较强适应性, 缺点是生物质物料不易混合均匀, 不易均匀地达到超临界水下所需
的压力和温度, 也不能实现连续生产,. 连续式反应器则可以实现连续生产, 但反应时间
短, 不易得到中间产物, 难以 分析 反应进行的情况, 因此今后需要进行大量的研究, 研
制出更加有效的反应器以及寻求不同生物质在不同参数下的最佳气化效果, 实现高效,
经济 的气化过程.
4. 其他制氢技术
除热化学 方法 外, 生物质还可以通过发酵的方式转化为氢气和其他产物. 此外,
微藻等水生生物质能够利用氢酶(hydrogenase)和氮酶(nitrogenase)将太阳能转化为
化学能-氢. 这些生物制氢技术具有良好的环境性和安全性, 但还处于早期的研究阶段,
制氢基理还未透彻理解, 尚需大量的研究工作.
太阳能半导体光催化反应制氢也是目前广泛研究的制氢技术. tio2 及过渡金属氧化
物, 层状金属化合物如k4nb6o17, k2la2ti3o10, sr2ta2o7 等, 以及能利用可见光的催化
材料如cds, cu-zns 等都经研究发现能够在一定光照条件下催化分解水从而产生氢气.
但由于很多半导体在光催化制氢的同时也会发生光溶作用, 并且目前的光催化制氢效
率太低, 距离大规模制氢还有很长的路要走. 尽管如此, 光催化制氢研究仍然为我们
展开了一片良好的前景.
5. 制氢技术 总结 以及在香港的 应用 前景
前面讨论了利用可再生资源制取清洁燃料-氢的各项主要技术. 这些技术的特点,
经济性, 环境和安全方面的特点总结于表4.
表4. 利用可再生资源制氢技术比较
table 4. characteristics of candidate hydrogen production technologies
pv-electrolysis wind-electrolysis solar the rmochemical cycle biomass conversion
development
status
pv technology almost mature,
electrolysis mature,
some demonstrations of
pv-electrolysis system been done
wind system mature, electrolysis mature,
wind-electrolysis demonstration needed
r&d pyrolysis and gasification r&d, biological
processes at early r&d
efficiency pv efficiency:
first generation, 11-15%,
second generation, 6-8%
solar to hydrogen around 7%
36% from wind to hydrogen, assuming wind
to electricity efficiency of 40% and
electrolyzer 90%
29% for zn/zno cycles conversion ratio up to 100% can be
achieved for gasification, efficiency of
10% for biological processes
economic
consideration
hydrogen cost about us$40-53.73/gj
depends on the pv type, the size
hydrogen cost about us$20.2/gj,
corresponding to 7.3cents/kwh
us$0.13-0.15/kwh, equivalent to
us$36.1-41.67/gj
us$6.67-17.1/gj for thermochemical
conversion depends on biomass types,
capacity size, for biological processes,
remain to be demonstrated
environmental
consideration
almost no pollution emission during
operation, energy consumption
intensive during construction, disposal
of hazardous materials
no pollution during operation, construction
energy consumption intensive, some noise
during operation
emission of hydrogen sulfide, use and
disposal of metal oxide, reactors
whole cycle co2 neutral, some pollution
emission during the stage of constructing
reactors
safety
consideration
handling hazardous materials during
fabrication, short circuit and fire during
operation, but not significant
relatively safe, a little danger exist during
maintenance
operating at high temperature, risk of
explosion exists; leakage of hydrogen
sulfide
operating at high temperature, explosion
may occur
由表可见, 生物质气化技术和风能-电解制氢技术具有良好的经济性. 对于环境的污染
以及危险性也相对较小, 极具 发展 前景, 可以作为大规模制氢技术. 而光伏-电解水技
术则目前还未显示出经济优势. 但由于太阳能资源丰富, 在地球上分布广泛, 如果光
伏电池的效率能进一步提高, 成本能大幅降低, 则是未来很有潜力的制氢技术. 太阳
能热化学循环也是可行的制氢技术, 今后的发展方向是进一步降低分解产物的能量损
耗以及发展更为经济的循环.
香港地少人多, 没有自己的煤, 石油, 天然气, 也没有大规模的农业, 所有能源
目前都依赖进口. 但香港具有丰富的风力资源和充足的太阳能资源, 利用可再生资源
部分解决香港的能源 问题 是一条值得探讨的思路.
香港总人口681 万, 总面积2757km2, 其中陆地面积1098 km2, 海洋面积1659 km2.
但香港绝大多数人口集中在港岛, 九龙等面积较小的市区, 而新界很多区域以及周边
岛屿则人口较少. 由于香港地处北回归线以南, 日照充足(13mj/m2/day), 风力强劲
(>6m/s), 具有很大的发展可再生能源的潜力. 简单 计算 可知, 如果将香港所有陆地面
积安装上效率为10%的光伏电池, 则年发电量可达144.7twh, 这相当于香港1999 年电
消耗量35.5twh 的4 倍! 这说明发展光伏技术在香港有很大潜力. 考虑到香港市区人
口稠密, 可以考虑将光伏电池安装在周边岛屿发电, 通过电解槽制氢. 由于光伏-电解
水成本很高, 这一技术还难以大规模应用, 如果光伏成本能大幅度降低, 则在香港发
展光伏制氢具有非常诱人的前景. 另外, li(2000)[53]进行了在香港发展海上风力发电
的可行性研究. 研究表明, 利用香港东部海域建立一个11 × 24 km 的风力发电机组, 可
以实现年发电2.1 twh, 这相当于香港用于 交通 的能源的10%. 此外, 香港周边岛屿,
如横澜岛等, 平均风力都在6.7 m/s 以上, 在这些岛屿发展大规模的风力机组也是值得
进一步探讨的问题. 除此之外, 香港每年产生的大量有机垃圾, 也可以通过气化或热
解制氢. 这些技术在香港的成功应用还需要更深入的研究, 本文不作深入探讨.
6. 小结
本文综述了 目前 利用可再生资源制氢的主要技术, 介绍了其基本原理, 也涉及到
了各项技术的 经济 性和环境以及安全方面的 问题 . 对各项制氢技术进行了对比 分析 ,
总结 出利用风能发电再推动电解水, 以及利用生物质的热化学制氢具有良好的经济性,
对环境的污染较小, 技术成熟, 可以作为大规模制氢的选择. 利用光伏-电解水技术具
有诱人的 发展 前景, 但目前还未显示出其经济性. 而太阳能热化学制氢则处于 研究 阶
段, 还难以用于大规模制氢. 香港具有比较丰富的可再生资源, 利用风力发电和有机
废物制氢是可行的制氢技术, 而光伏电池还需要大量研究以进一步降低成本. 尽管还
有大量的研究和更深入的分析要做, 利用可再生资源制氢以同时解决污染和能源问题
已经为我们展开了一个良好的前景.
致谢:
本文属<可再生氢能在香港的 应用 研究>项目, 该课题受香港中华电力公司(clp)及香港
特别行政区政府资助, 在此表示感谢!
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可再生资源的缺点范文5
如果没有了塑料，这个世界会怎么样呢？有人说：“不会怎样吧，顶多不能用塑料袋、塑料盒和塑料碗、杯罢了。”有人说：“没有了塑料可以用其他东西代替嘛。”还有人说：“塑料有什么好？还污染环境呢！”
其实我们的生活是离不开塑料的，你身边的许多东西都是用塑料做的或者添加了塑料的成分。大到汽车、飞机、轮船，小到吸管、油漆、包装盒，甚至我们吃的方便面的纸盒也添加了塑料！而这些，都只是“塑料军团”的很小一部分，可想而知，如果世界上没了塑料会怎样！
如果有一天世界上没有了塑料，你一起床你就会发现翻天覆地的变化：洗脸刷牙时，你会发现牙膏都散一堆了，没了塑料的包裹，它就像只史莱姆一样躺在那；牙刷那去了？噢，怎么只剩刷毛了？没了塑料的支撑，牙刷就成了摆设；你拿起昨天买的面包，嘿，怎么都过期变质了？没有了塑料袋的密封包装，面包就只能现做现卖……
塑料的优点是其他材料不可比拟的。大部分塑料的抗腐蚀性极强，且不与酸、碱发生反应，也耐用、防水、质量轻，还可以塑造成各种形状，也是良好的绝缘体。
但是塑料也有许多缺点。如回收分类极其困难，燃烧时会产生有毒气体，而且塑料是由石油炼制而成，而石油又是不可再生资源，最重要的还是它不能够自然分解掉，而许多人又养成了随地乱扔垃圾、扔垃圾不分类扔和在野外扔塑料垃圾不回收的坏习惯，造成野外许多饥饿的动物误食塑料制品，胃无法消化，最后痛苦的死去。现在电视上也播出过鲸鱼、海豚等海洋生物误伤人类乱扔的塑料而死去的报道。
可再生资源的缺点范文6
关键词：绿色GDP，SEEA，国际实践，启示
TheGreenGDPAccountings’InternationalPracticesandApocalypsestoChina
Abstracts：Asthelimitationsofaccountingsystems,thetraditionalGDPindexcouldn’treflectthenegativeimpactsofsocietyandeconomydevelopmentsonnatureresourcesandenvironmentqualitiesfaithfullyandcomprehensively.Toovercometheselimitations,theGreenGDPaccountingsystemsisintroducedandwellacceptedbythegovernmentsandpeopleallovertheworld.Inthisthesis,wefirstdemonstratetheSEEAsystemanditsmajormethods.ThenwecomparefourtypicalcountriesthatworkwellindevelopingtheirownGreenGDPaccountingsystems.Accordingtothecountries’experience,webringforwardfiveproposesforChina’sGreenGDPaccounting.
Keywords：GreenGDP，SEEA，InternationalPractices，Apocalypses
国内生产总值（GDP）作为国民经济核算体系（SNA）中最重要的总量指标，往往被当作衡量一个国或地区社会经济发展总体水平的主要标志。然而由于编制体系的缺陷，传统的GDP指标不能如实全面地反映人类社会经济活动对自然资源的消耗（depletion）和环境品质的降级（degradation），这样往往会导致经济发展陷入高耗能、高污染和高浪费的粗放型发展误区，从而对人类社会的可持续发展产生负面影响。为了弥补传统GDP在资源和环境核算方面存在的诸多缺陷，一些政府组织和国家逐步开展了绿色GDP帐户体系的编制和试算工作，并取得了一定的进展。通过介绍联合国SEEA体系的核算方法和总结先进国家试算的经验教训，本文对我国的绿色GDP核算工作提出了一些有益的建议。
一、绿色GDP核算的SEEA体系简介
与传统GDP指标相比，绿色GDP核算的主要特点在于其将自然资源的消耗和环境品质的降级所带来的负面效应纳入了核算范围，这样就能更全面地反映人类社会经济和福利发展的真实水平，从而为各国政府制定和调整各项政策提供科学依据。目前世界各国绿色GDP核算主要采用三种模式：联合国建议的“环境与经济综合核算体系”（SEEA）、学者Peskin倡导建立的“环境与自然资源核算项目”(ENRAP)和和欧盟统计局发展的“包括环境帐户的国民经济核算矩阵”（NAMEA）等。目前联合国的SEEA体系（SystemofEnvironmentalandEconomicAccounting）已成为大多数国家绿色GDP核算实践所采用的主要方法。我国正在进行的绿色GDP核算也正是在SEEA体系的框架下进行的，因此本文拟先对SEEA体系的核算流程进行简单的介绍。
SEEA对绿色GDP的核算是在传统SNA体系基础之上进行的。1993年联合国颁布了新版的国民经济核算体系（简称1993年版SNA），其与1969年版SNA最重要的区别之一便是引入了SEEA这一卫星帐户来建立起经济发展和环境资源之间的联系。
目前联合国已经了1993年SNA、2000年SNA和2003年SNA等三份重要文件，标志着绿色GDP核算在理论和实践上都已日趋成熟与完善。根据2003年版本，SEEA核算体系主要由以下四个帐户构成：经济与资源环境间流量的实物与混合帐户、经济帐户和环境交易、物质和货币形式的资产帐户、考虑消耗降级和防御性环保支出后对SNA的调整帐户。其核算的最终货币化结果便是绿色GDP和绿色国内生产净值（EDP）。二者计算的具体公式是：
绿色GDP（gGDP）＝传统GDP－自然资源的消耗－环境品质的降级
绿色国内生产净值（EDP）=绿色GDP－固定资产折旧＝国内生长净值（NDP）－自然资源的消耗－环境品质的降级
自然资源的消耗主要考虑自然资源的存量及其变化对国民收入的影响。在传统的SNA体系中并没有将自然资源作为生产性资产进行处理，所以也没有核算其价值，它们的价值损失当然也没有在GDP总量中得到充分的体现。但在SEEA中则考虑了经济发展对自然资源的消耗，具体而言包括矿藏和能源资源、土壤资源、水资源、生物资源、土地资源、森林资源等。在核算方法上，SEEA主要推荐使用三种方法：（1）净租法（netrentapproach）：主要用于不可再生资源的核算，其等于资源的市场价格与边际成本之差。此方法相对而言较为简便，但有两个很强的假设：一是资源具有市场价格，二是资本收益的增长率等于利率。这在一定程度上限制了其使用。（2）净价值法(netpresentvalueapproach)：既两年间资源价值的净现值之差。这种方法理论性较强，但由于需要估算资源的使用寿命与市场利率，因此也限制了其应用范围；（3）使用者成本法（usercostapproach）：也就是现在消耗的资源对未来使用者的成本。同净价值法一样，其也需要估算资源的寿命与市场利率，故步骤较为繁琐。从世界各国的实践来看，对于不可再生资源核算通常使用净租法，而对于可再生资源核算则使用前两种方法的居多。但在具体的核算与定价实践中依然存在较多的争议与困难。
环境品质的降级是指人类的社会经济活动对环境品质所带来的负面影响。其核算主要包括两种方法：一种是维护成本法（cost-basedmethod），也就是在目前最佳的可行技术条件下，对于一项没有采取防治措施的污染所造成的环境品质降低，实际应投入的污染防治成本。计算公式是：污染对环境品质的降级＝污染排放量×单位防治成本。其优点是简单易行且所需资料较少，缺点是缺乏福利经济学的理论基础和没有考虑到环境的自净效应等；另一种方法便是损害法（damage-basedmethod），就是将因环境品质下降而给人们带来的负面效应和损害（包括主观和客观）予以货币化。其价值主要依赖于两个因素，一是评估环境损害的程度，二是民众对环境资产的愿付价格（willingnesstopay）。这种方法能充分评估环境变化带来的各类福利损失，但其核算的主观色彩过于浓厚所以方法尚不成熟，因此目前仅有少数国家按此方法进行核算。就两种方法的核算结果而言，一般认为损害法核算出的消耗要大于维护成本法的结果。但由于简单易行，目前维护成本法已成为绝大多数国家核算的选择。
二、先进国家绿色GDP核算的实践
目前按照SEEA模式开展绿色GDP核算的国家和地区已达到20多个，但由于SEEA只给出了绿色GDP核算的整体框架，而对帐户的结构、资料的来源、核算的范围和方法等并没有给出统一而完整的规定。在这种背景下，各国根据本国的实际国情，有针对性地开展了一些理论研究和实际核算工作，其中一些先进国家的实践不乏可借鉴之处：
（一）日本
日本由于国土面积狭小而人口密度较大，自然资源贫乏且各类灾害频繁发生，故无论政府和民众对可持续发展都较为重视，在绿色GDP核算方面走在了世界各国的前列。日本的绿色GDP帐户主要包括以下几方面内容：（1）环保支出帐户，目前日本环保支出占GDP的比重已经超过了1%，但这部分支出并没有列入绿色GDP价值核算的最终结果。（2）矿产、土地及森林的使用等自然资源消耗帐户，对于这类资源的消耗的估算主要是使用者成本法。（3）环境质量质损，方法是维护成本法，覆盖的范围包括了较易核算的CO2、SO、NO2和污水等，特别重点关注了温室效应。（4）SEEA指标体系及调整后的EDP。在1999年日本公布了第一次的绿色GDP试算结果，其后在2000年又公布了改进后的第二次结果。根据其核算，1985年、1990年和1995年日本的EDP占NDP的比率分别达到了98.34%、98.86%和98.85%，这几个比例在已试算公布绿色GDP的国家中是较高的，从中也可以看出日本国民和政府对环境保护和资源合理利用的高度重视。
但是日本政府也承认上述的试编结果是粗略和不准确的，因此近年来一直致力于改进绿色GDP核算体系。发展的主要方向一是完善环境统计体系，为核算提供更为扎实的统计数据基础；另一方面日本也在积极尝试根据NAMEA帐户编制混合核算帐户，同时也开发了诸如环境效率改进指数（EEII）等来监督与促进生产企业和相关行业改进技术与设备，提高资源的最终使用效率。
（二）韩国
韩国也是较早根据SEEA体系开展绿色GDP核算的国家，其绿色GDP帐户主要由下列四个子帐户构成：（1）环保支出与环境帐户；(2)可再生资源的资本帐；(3)非生产性资源的资本帐；(4)环境恶化损失帐户。在核算方法上，对于环境降级带来的损失核算采用维护成本法，主要涵盖空气污染、水污染和废弃物污染等。对于自然资源消耗、可再生性资源部分主要是根据全面调查的结果，生产性资源部分则包括森林、渔业、矿藏和土地等，按照市场价格乘以数量进行估算（廖肇宁，2001）。表一给出了韩国公布的绿色GDP试算结果，从中可以看出韩国EDP占NDP总量还是比较高的，而且该比重还在逐年上升。
表一韩国试算的EDP占NDP比重（％）
19851986198719881989199019911992
95.996.696.997.197.397.197.397.4
资料来源：联合国SEEA(2003)
（三）瑞典
瑞典的绿色GDP核算从1996年以后便成为政府的例行工作，近年来联合国统计署更是将瑞典作为样本国向世界各国推荐。目前瑞典已建立起来的帐户包括：自然资源存量帐户，如水资源和森林资源帐户；资源使用和废弃物的流量帐户帐户；环境保护支出帐户，包括环保支出费用、环境有害物体、温室气体排放等。瑞典的绿色GDP帐户编制中有两个特别引人关注之处：（1）在瑞典的SEEA核算体系中，对于传统GDP中包括的环保性支出在绿色GDP核算时予以扣除，这也就意味着其将防御性环保支出列为中间使用而非最终使用。（2）在核算环境品质降级方面其采用的是损害法，如核算酸雨造成的损害时，要评估其对森林、农作物的损害和对于人类生命健康甚至房地产价值的负面影响（Hecht，2000）。以房地产为例，对于由环境腐蚀所造成对建筑物的损失由剂量－效应函数和再投资成本决定，由房地产贬值带来的损失则由政府税收的价值量进行估算。根据其官方公布的材料，1997年瑞典EDP的总量为2005.68亿美元，占未调整前NDP总量2024.70亿美元的99.06%。但是从瑞典核算的指标体系和核算范围来看，其距SEEA的要求还相差甚远，这也影响了其核算结果的完整性和可信度。
（四）菲律宾
菲律宾是目前共有两套不同的绿色GDP核算体系：ENRAP和SEEA体系。菲律宾也是目前世界唯一采用ENRAP体系来核算绿色GDP的国家。菲律宾的ENRAP帐户是在美国国际发展署的协助下开展核算的，其基本的框架由著名的福利经济学家HenryPeskin设计，被认为是绿色GDP核算体系中最符合福利经济学原理的帐户，但其组织体系与核算方法与SEEA均存在着显著的不同。上世纪九十年代中期，在联合国的资助下，菲律宾又由国家统计局开展了利用SEEA体系进行绿色GDP核算的工作，迄今这两套帐户体系在菲律宾仍然平行存在。采用两套核算帐户可以相互取长补短，同时在帐户之间形成竞争以促进双方更好的改进。但是由于两套体系在核算范围、方法和绿色GDP估算数值上均存在着较大的差异，因此也导致了一定的混乱。目前菲律宾国内对这两套体系究竟该何去何从依然存在着一定的争议。
菲律宾的SEEA帐户目前已编制完成的包括森林、矿藏、渔业和土壤帐户等，同时也要核算为减少水和空气污染排放所需花费的成本。在核算方法上，对于自然资源消耗主要采用净租法，而在环境降级损失方面，则采用的是维护成本法。值得关注的是，菲律宾的SEEA体系只考虑了具有市场交易价格的资源的损失，而对于那部分没有市场价格的资源和环境损耗则未计算在内，这也限制了绿色GDP帐户的应用。菲律宾国家统计局根据曾经SEEA帐户核算过EDP的数值，但由于认为该结果过于粗略所以没有作为官方统计数字正式发表。
三、对我国绿色GDP核算的几点启示
绿色GDP帐户能够更准确地说明经济和社会发展与自然资源利用、环境保护的关系，显然较传统的GDP指标更具有福利意义。因此完整的绿色GDP帐户可以如实地反映社会的可持续发展进程，从而促进对自然资源和环境的合理保护与利用，这正是近年来绿色GDP核算在世界各国方兴未艾的主要原因。目前我国正处于社会经济发展的关键时期，借助绿色GDP核算的契机可以更有效地推动我国的可持续发展进程。联合国SEEA体系的发展和各国的核算实践无疑为我国的绿色GDP核算工作提供了很多有益的经验和启示：
首先必须明确建立绿色GDP核算体系的战略意义。传统GDP在核算自然资源和环境方面的缺陷使其不能如实全面地反映社会经济的可持续发展能力，而绿色GDP帐户可以同时兼顾经济增长与资源环境保护这两个议题。从目前公布了试算结果的国家如日本、韩国等的情况来看，其结果都受到了政府、企业和民众的高度重视，并成为调整产业政策和增加环保支出的重要依据。而且从动态发展进程来看，各国EDP占NDP总量的比重都在逐年上升。这充分说明了进行绿色GDP核算的重要意义，因此必须加紧落实核算我国绿色GDP的各项工作。通过核算绿色GDP，可以有效地评估我国的可持续发展进程并为政府各项政策的制定和改进提供重要参考。同时绿色GDP核算也有利于唤醒社会和民众对可持续发展和资源环境保护问题的关注，进而推动我国的可持续发展进程。
第二、绿色GDP帐户应以SEEA和SNA体系为框架，同时注意吸收其它核算体系的先进经验。目前国际间编算绿色GDP的帐户有数种，国内外学者对此也有不同的争议。但就比较而言联合国SEEA体系更符合我国的实际国情，同时也有利于国际间交流和比较。因此，我国的绿色GDP核算应主要以SEEA体系为框架。但同时也应注意吸收其它体系的优点，如NAMEA体系在实物核算和投入产出分析上更具优势，在政策含义方面ENRAP也更为突出。而ENRAP体系的核算方法则更具备福利经济学的基础（廖肇宁，2001）。一些国家在各核算体系的融合与改进方面也做了不少有益的尝试并取得了一定进展。考虑到我国资源和环境情况的多样性和复杂性，这些帐户的先进之处都值得我们重视和借鉴。
第三、应强调实物帐户和价值帐户并重的原则。目前国内对绿色GDP核算的研究和实践有重视价值帐户而轻视实物帐户的倾向。当然，以货币价值形式核算绿色GDP具有直观性，同时也利于比较。但从其它各国的实践来看，大部分国家的重点都在于实物帐户的核算，公布有绿色GDP价值核算结果的国家只占极少数，而且都不是以官方统计数字形式正式。这主要是因为：第一，价值帐户的核算必须以实物帐户为基础，缺乏相关资源环境实物消耗的数据资料，价值帐户的核算无疑是空中楼阁；第二，从各国的实践来看，由于资源环境统计资料的缺失，各国核算时往往根据实际情况只选择了一小部分指标进行核算，这极大地影响了价值帐户体系核算的完整性和可信度；第三，对于资源环境核算的定价方式也存在着较多的争议。从我们列举的各国实践来看，各国普遍的实践是对于环境降级损失采用维护成本法（个别国家如瑞典除外），对于不可再生资源核算通常使用净租法，而对于可再生资源核算则使用前两种方法的居多，但具体该如何核算与定价目前仍无定论，这也限制了绿色GDP价值的核算。因此，实物帐户较价值帐户的结果可能更加稳健和准确。从我国目前的国情来看，应该强调实物帐户和价值帐户并重的原则，一方面应加强和改进我国的资源环境统计体系建设，充实和完善我国的各类实物帐户核算，尽量达到SEEA核算的基本要求；另一方面可以考虑在保证指标体系科学性和基本完整性的前提下，在部分地区和部分行业先行试算绿色GDP的价值帐户，然后根据反馈情况不断充实和完善指标体系和核算方法。另外值得注意的是，在试算的早期，对于结果尽量不应以官方统计的形式正式。
第四、加强我国环境资源统计数据基础的建设。从各国的实践来看，制约绿色GDP核算最大的难点主要在于环境和资源统计数据的缺失，无论在范围和质量都不够完善，而且没有形成一个完整的框架体系，这些无疑都会影响最终核算结果的质量和可比性。从我国的实际情况来看，统计体系也依然存在着这些问题甚至更为严重，在统计数据的及时性、完整性和公开性等方面与先进国家相比还有很大的差距。借助于此次绿色GDP核算的契机，可以弥补我国在资源环境统计数据基础上的薄弱环节。这就要求我们必须花大力气加强统计基础工作建设，提高统计人员的素质，强化和完善统计指标体系建设，同时统计部门也要加强通环保、农林、矿产、国土等部门的协调与合作，逐步建立和完善我国的资源环境核算体系。
最后要重视绿色GDP的政策宣示功能。通过绿色GDP帐户核算与传统GDP帐户的比较，可以更完整地反映自然资源和环境消耗帐户与传统核算帐户和相关帐户之间的联系，从而更清楚地了解国民经济各部门的投入、产出与资源和环境消耗之间的比例关系，为国家制定和调整各项政策提供依据。比如荷兰在完成资源环境帐户核算后发现，畜牧业的发展是造成温室效应增加的重要原因。虽然这项结论引起了很大的争议，但荷兰政府还是在1999年决定适量减少本国的圈养猪量，这样的案例在各国还很多，这充分说明了绿色GDP核算的价值。更为重要的是，绿色GDP的核算纠正了以往民众那种认为自然资源“取之不尽，用之不竭”的错误观念，为资源和环境的定价提供了理论和实证依据。为了充分反映资源环境对人类社会经济发展的价值，今后对自然资源和环境的利用应逐步贯彻“受益者付费”的原则，以督促使用者提高使用效率。同时政府也应加强对资源和环境利用情况的干预，干预的手段也不应该仅局限于以往的放任自流或者禁止排放等简单形式，可以根据绿色GDP核算的结果采用更加市场化的手段，比如环境税、资源使用税、排污许可证拍卖，按实际损失补偿等。
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