第一篇：溫差發(fā)電--一種新型綠色能源技術

溫差發(fā)電——一種新型綠色的能源技術

班級：材料0901 姓名：劉猛學號：25

【摘要】：溫差發(fā)電器是能將熱能直接轉化成電能的固態(tài)裝置，具有結構簡單、穩(wěn)定可靠、無運動部件、綠色環(huán)保等優(yōu)點，廣泛地應用于航天、軍事等領域，在廢熱的回收利用方面也展現(xiàn)出良好的應用前景。本文簡要地介紹了溫差發(fā)電器的工作原理及其結構，介紹了體溫差發(fā)電器和微型溫差發(fā)電器的國內外研究進展，并進行了對比分析，提出了溫差發(fā)電器中存在的問題及解決方案，最后展望了溫差發(fā)電器的前景。

【關鍵詞】： 塞貝克效應;溫差發(fā)電

THERMOELECTRIC ELECTRICITY GENERATION ——A NEW GREEN ENERGY TECHNIQUE 【Abstract】：Thermoelectric generators are solid state devices which can directly convert thermal energy to electricity andhave advantages of simple structure, reliability, no moving parts and being friendly to the environment.They are widely used in aerospace、military fields, and have broad prospects in application of recovery of industrial waste heat.This paperbriefly provided the structure of thermoelectric generators and the work principles.Recent developments about thermoelectric generators were given and a comparison between bulk thermoelectric generators and micro thermoelectricgenerators was made.Problems of thermoelectric generators and the solutions were discussed.The prospects of thermoelectric devices were finally given.【Key Word】s： thermoelectricity;Seebeck effect 0引言

熱能和電能是我們社會生活中最重要的能源形態(tài)，其中電能是各種形態(tài)能源中傳輸和使用最多、最為方便的一種。因此，許多能源形態(tài)、如太陽能、地熱、風能、潮汐能、化學能等等都在其轉變?yōu)殡娔苤蟛拍芨?、更為方便地被人們廣為利用。目前使用的電能有很大一部分是由熱能轉換而來的，如熱電廠、核電廠以及較大規(guī)模的太陽能電廠等。在這種能量轉換中總是先利用熱能加熱液體或蒸汽，以驅動汽輪機發(fā)電。這個過程復雜、設備昂貴、易出問題、污染環(huán)境、能量轉換效率低，造成能源浪費。因此關于高效，又不污染環(huán)境的能源轉換方法的研究必然引起了世界各國科學工作者的廣泛關從20 世紀90 年代以來，能源轉換材料（熱電材料）的研究成為材料科學的一個研究熱點。熱電材料的應用不需要使用傳動部件，工作時無噪聲、無排棄物，和太陽能、風能、水能等二次能源的應用一樣，對環(huán)境沒有污染，并且這種材料性能可靠，使用壽命長，是一種具有廣泛應用前景的環(huán)境友好材料［１］ 1溫差發(fā)電 1.1熱電效應

1821 年，德國物理學家塞貝克發(fā)現(xiàn)，在兩種不同的金屬（或半導體）所組成的閉合回路中，當兩接觸處的溫度不同時，回路中會產(chǎn)生一個電勢，這就是熱電效應，也稱作“塞貝克效應（Seebeck effect）”。材料a、b兩端節(jié)點存在小溫差AT．便會產(chǎn)生Scebeck電勢△v，.Seebeck電壓與熱冷兩端的溫度差△T成正比, 即

△v = Ｓab△T = Ｓab(T 2-T 1)其中Ｓab是塞貝克參數(shù), 其單位是V/ K(或更常用的單位LV/ K)當△r-0時，可寫成：

Ｓab=dV／dT Sab稱為Seebeek系數(shù)，符號取決于組成熱偶的材料本身及節(jié)點的溫度，大小取決于兩節(jié)點的溫度和組成的材料。［2］ 1.2溫差發(fā)電的原理

在P 型(N 型)半導體中, 由于熱激發(fā)作用較強, 高溫端的空穴(電子)濃度比低溫端大, 在這種濃度梯度的驅動下, 空穴(電子)由于熱擴散作用, 會從高溫端向低溫端擴散, 從而形成一種電勢差, 這就是塞貝克(Seebeck)效應.如圖所示將P 型和N 半導體的熱端相連, 則在冷端可得到一個電壓, 這樣一個PN結就可以利用高溫熱源與低溫熱源之間的溫差將熱能直接轉換成電能, 將很 多個這樣的PN 串可得到足夠高的電壓, 成為一個溫差發(fā)電機, 很顯然這樣溫 差發(fā)電機完全沒有轉動部分, 因此非?？煽俊?/p>

溫差發(fā)電是在塞貝克效應的基礎上發(fā)展起來的，塞貝克效應是由于導體的溫度差而產(chǎn)生電現(xiàn)象。溫差電組件的轉換效率決定于熱電優(yōu)值系數(shù)

式中：σ是電導率，k 是熱導率，S 是塞貝克系數(shù)，塞貝克系數(shù)是指溫差電材料上單位溫度梯度所產(chǎn)生的電動勢。優(yōu)值系數(shù)Z 以K－1 為單位，因此，經(jīng)常使用的是無綱量優(yōu)值系數(shù)ZT，而不是Z。［3］

1.3溫差發(fā)電的研究進展

盡管溫差發(fā)電由于材料成本昂貴等因素的制約未能在工業(yè)上大面積采用, 但在軍事與航天應用、遠離城市的邊遠地區(qū), 以及海上作業(yè)平臺等特殊場合還是受到了人們的高度重視, 目前已成功開發(fā)出不少產(chǎn)品, 其中部分產(chǎn)品已商品化.(1)軍用發(fā)電機

早在80 年代初, 美國就完成了軍用500～1000W 溫差發(fā)電機的研制, 80年代末就已正式列入部隊裝備.美國海軍是海洋用放射性同位素溫差發(fā)電器的最大用戶, 其設計工作深度達10km, 功率不小于1W, 壽命長達10 年, 放在深海中給無線電信號轉發(fā)機系統(tǒng)供電, 該系統(tǒng)作為美國導彈定位系統(tǒng)網(wǎng)絡的一個組成部分, 也可用于光纖電纜.1976 年發(fā)射的美國空軍通信衛(wèi)星采用了溫差發(fā)電器.（2汽車尾氣發(fā)電機

日本開發(fā)了利用小汽車尾氣廢氣發(fā)電的小型溫差發(fā)電機, 功率為100W, 可節(jié)省燃油5% , 美國宣布試制出了用于大貨車柴油發(fā)動機尾氣系統(tǒng)的溫差電機, 最大功率輸出達1000W.。美國的艾維戴爾公司研發(fā)了回收利用汽車發(fā)動機廢熱的溫差發(fā)電器，它包括35個熱電模塊，采用分段溫差電材料，Bi2Te3用于低溫范圍，PbTe、TAGS、ZnSb3用于中溫范圍，CeFe4Sb12、CoSb3用于高溫范圍，工作溫度范圍為423K~973 K。利用廢熱與冷卻劑的溫差進行發(fā)電，當溫差為400 K,發(fā)電功率為750 W（3）海洋溫差能的利用

地球表面積的70%是海洋, 而海洋是巨大的能源庫。太陽注入地球表面的能量換算為電功率約為1 013 kW,其中約2 /3用于加熱海面表層海水, 其與深水的溫差超過20 以上。全世界海洋溫差能的理論估計儲量為100億千瓦, 所以海洋溫差能轉換被國際社會普遍認為是最具開發(fā)利用價值和潛力的海洋能資源。日本通產(chǎn)省工業(yè)技術院陽光計劃中, 由低溫差發(fā)電委員會對發(fā)電功率10萬千瓦級的海上浮體式發(fā)電站作了計劃, 該發(fā)電站朗肯循環(huán)效率為3.44%, 凈效率為2.04%。秘魯海水溫差發(fā)電站是日本陽光計劃的一部分, 它采用的工質不是氨, 而是氟利昂HCFC22。20世紀80年代以來, 日本開發(fā)了kW、75 kW、100 kW 等容量不同的發(fā)電設備, 1996年還驗證了采用NH3 /水的混合工質循環(huán)試驗設備, 以及設置在海洋水面上的發(fā)電設備。該電站建在岸上, 最大發(fā)電量為120 kW, 獲得31.5 kW 的凈出力［4］（4）工業(yè)廢的再利用

工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱數(shù)量相當可觀, 如氣輪機, 內燃機等熱機燃料所產(chǎn)生的能量50% 左右通過排煙擴散到了大氣中, 鋼鐵、水泥以及紡織工業(yè)等在生產(chǎn)過程中也有大量余熱沒有充分利用, 研究表明采用溫差發(fā)電技術可以有效利用余熱中10%~ 20%的能量。對內燃機電站廢氣進行溫差發(fā)電的研究表明, 對于一個10 MW 的機組, 如果排氣溫度為370 e , 煙氣流量6 萬m3 / h, 采用溫差發(fā)電扣除掉維持系統(tǒng)自身遠行的冷卻水泵消耗功率后可以得到160 kW 的功率, 轉換效率為3.88%日本的工業(yè)研究所研發(fā)出利用工業(yè)廢熱的溫差發(fā)電器[11]，由串聯(lián)的熱電模塊組成，安裝在工業(yè)熔爐內涼水夾套的表面，熱端涂有SiC膜，接收熔爐保溫層的輻射熱，冷端被涼水冷卻。當工業(yè)熔爐產(chǎn)生的熱量為200 kW,溫差發(fā)電器的熱電轉換效率7.5%，發(fā)電量可達4 kW，可用于驅動真空泵和控制儀表［5］ 2提高溫差發(fā)電效率的途徑

提高溫差電轉換效率的關鍵是提高ZT。半導體溫差電材料的熱導率與電子熱導率和晶格熱導率有關，而且多半取決于晶格熱導率。降低晶格熱導率不會引起電導率的大幅下降。提高熱電材料的塞貝克系數(shù)和降低熱導率可以提高溫差電材料優(yōu)值系數(shù)。除材料外，溫差發(fā)電器的性能還決定于其組件結構的優(yōu)化設計（1）摻雜半導體提高塞貝克系數(shù)

俄亥俄州的科學家、加州理工學院和大阪大學聯(lián)合研究通過加入摻雜物控制熱電材料的電子態(tài)。PbTe是熱電領域被廣泛研究的材料，與其他半導體一樣，它容易和元素周期表中相鄰的元素摻雜。試驗表明，摻雜鉈是控制PbTe電子態(tài)的最佳選擇。鉈的加入，使處于室溫下的電子通過熱激發(fā)達到更高的能帶之前，在價帶上產(chǎn)生了另一個能量級———共振級價帶上可用電子態(tài)的增加來提高賽貝克系數(shù)。結果表明，Ti-PbTe的ZT 值提高到1.5，將原來0.71 的ZT 值提高了兩倍多，達到目前PbTe合金材料的最佳水平。需要說明的是這種方法沒有運用調整結構降低熱導率的方法，電子態(tài)控制和結構控制不是相互排斥的，可以結合在一起更大程度地提高ZT 值［6］。（2）降低熱電材料的熱導率

實驗表明，溫差材料導熱系數(shù)增加, 溫差電元件兩端的溫差減小, 發(fā)電器溫差電動勢和輸出功率下降, 其轉換效率隨之降低;但由于材料的性質和力學原因，熱導率的降低程度會受到限制。因此這種途徑不是發(fā)展的主流途徑（3）改變材料結構提高熱點性能

通過納米技術在熱電材料中摻入納米尺寸的雜質相制備納米復合結構熱電材料雜質相可為絕緣體、半導體或是金屬, 也可以為納米尺寸的空洞), 通過調整或者控制摻入雜質的成份、結構和大小得到納米級的新相, 達到提高熱電材料ZT 值的目的?！蹲匀弧冯s志報道出一種新型熱電材料，ZT 值為2.4 的薄膜P 型Bi2Te3/Sb2Te3 半導體材料。通過改變半導體Bi2Te3和Sb2Te3 的層結構，使Bi2Te3/Sb2Te3半導體具有一種新的超晶格結構。通過控制超晶格中光子和電子的傳輸提高材料的性能。薄膜材料的研究進展在于滿足了小體積的需要。Hi-Z技術是使用先進的薄膜量子阱熱電技術，這種材料比Bi2Te3熱電材料性能更好，設計體積也可大大減［7］

除了材料外，制造工藝、組件結構的優(yōu)化設計都會影響溫差發(fā)電器的轉換效率。有研究表明，提高熱電組件的輸出功率可以通過調整溫差電元件長度實現(xiàn)。熱電組件最大輸出功率被定義為當組件電阻與負載電阻匹配時產(chǎn)生的最大輸出功率。熱電組件的轉換效率

不同是因為組件熱面需要準確地確定熱輸入。提高組件的轉換效率可以通過增加溫差和增加溫差電元件長度來實現(xiàn)。溫差電元件長度通常與最大輸出功率和最大轉換效率有關調整熱源、散熱器和熱交換也能影響熱電轉換效率。影響轉換效率的關鍵參數(shù)有很多，有研究人員認為接觸熱源的表面面積，器件的溫度梯度，溫差發(fā)電器和熱源之間的熱導率都是重要因素［8］ 3溫差發(fā)電的前景展望

我國的能源十分短缺，能源的利用率較低，節(jié)能降耗是進行可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的必由之路。目前，各種工業(yè)余熱、汽車廢熱等仍沒有得到有效利用，迫切需要新型能源利用技術以節(jié)約能源和提高效率。溫差發(fā)電是一種新型的發(fā)電方式, 具有清潔, 無噪音污染和有害物質排放, 高效, 壽命長, 堅固, 可靠性高, 穩(wěn)定等一系列優(yōu)點, 符合綠色環(huán)保要求, 對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義.參考文獻

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物理·４０卷（２０１１年）１１期

第二篇：海水溫差發(fā)電商業(yè)計劃書

海水溫差發(fā)商業(yè)計劃書

目錄

1.2.3.4.5.6.7.8.9.項目的背景和意義 與國內外研究現(xiàn)狀的比較 本海水溫差發(fā)電技術特點 實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術路線和措施 預期完成目標 項目實施對社會的效益 經(jīng)濟預算 經(jīng)濟預算舉例 聯(lián)系方式

1.項目的背景和意義

a)在大海中，真正最有力量的，并不是那些看起來氣勢洶洶的波濤，而是默默無聲地

蘊藏在海水中的熱能。同樣面積的海洋要比陸地多吸收10％～20％的熱量，海水的熱容量比土層大兩倍，比花崗巖大五倍，比空氣大3100多倍，因此海洋成了地球上吸收太陽能的最大熱庫。

b)海水溫差發(fā)電：利用表層溫海水使工質蒸發(fā)，深層冷海水使工質冷凝的原理驅動渦

輪機，并帶動發(fā)電機發(fā)電的作業(yè)。

c)海洋中蘊藏著豐富的太陽熱能。太陽每年供應給海洋的熱能大約有６０0多萬億千

瓦時，如此巨大的能量，除了一部分轉變?yōu)楹Ａ鞯膭幽芎退难h(huán)外，其余都直接以熱能的形式儲存在海水中，主要表現(xiàn)為海水表層和深層直接的溫差。通常情況下，海水表層的溫度可達２５－２８℃，而海平面以下５００米的深處水溫大約只有４－７℃，兩者相差２０℃左右，熱帶海洋的溫差更為明顯。

d)目前，海洋溫差發(fā)電的能源變換效率只有3%_5%，比火力發(fā)電的40%低得多，但

它的優(yōu)點也是不言而喻的：綠色、環(huán)保、可再生、取之不盡，用之不竭。

e)絕對溫差20℃，效率3%計算，一升海水含有的凈有用能量為20×3%×4.18×

1000=2.5kJ，即每秒抽取1升熱海水，可以產(chǎn)生2.5kw的發(fā)電功率，如每秒抽取1立方米的熱海水，則可以發(fā)出2500kw的功率，而且是連續(xù)可以發(fā)電，并在發(fā)電的同時，生產(chǎn)的淡水是24kg/kwh,即2500kw的發(fā)電功率，每小時可以同時生產(chǎn)60噸淡水，能源和淡水是海島最稀缺的資源

f)日本、法國、比利時等國已經(jīng)建成一些海水溫差發(fā)電站，功率從100千瓦至10000

千瓦不等。

2.海水溫差發(fā)電的國內外研究現(xiàn)狀的比較

經(jīng)過科學家們的多年研究，1926年11月15日，在實驗室里首次研究成功海洋的溫差發(fā)電。海洋溫差發(fā)電的基本原理是利用太陽輻射的熱量進入海面以下1米處，就有60％～68％被海水吸收掉了，而幾米以下的熱量已所剩無幾了，即使海面上有波浪攪動，水溫有所調節(jié)，但水深200米處，幾乎沒有熱量傳到。海洋溫差發(fā)電就是將海洋表面的溫水引進真空鍋爐，這時因壓力突然大幅度下降，溫度不高的溫水也立即變成蒸汽。例如，在壓力為0.031兆帕時，24℃的水也會沸騰。利用這種溫度不高的蒸汽可以推動汽輪發(fā)電機發(fā)電，然后用深層的冷海水冷凝乏氣，繼續(xù)使用。

從理論上說，冷、熱水的溫差在16.6℃即可發(fā)電，但實際應用中一般都在20℃以上。凡南北緯度在20度以內的熱帶海洋都適合溫差發(fā)電。例如，我國西沙群島海域，在5月份測得水深30米以內的水溫為30℃，而1000米深處便只有5℃，完全適合溫差發(fā)電。

大海里蘊藏著巨大的熱能，據(jù)估計只要把南北緯20度以內的熱帶海洋充分利用起來發(fā)電，水溫降低1℃放出的熱量就有600億千瓦發(fā)電容量，全世界人口按60億計算，每人也能分得10千瓦，前景是十分誘人的。

早在19世紀就有人提出過海水溫差發(fā)電的設想，但世界上第一座試驗性海水溫差發(fā)電廠直到1979年8月才在美國夏威夷問世。這座電廠的發(fā)電能力為50千瓦，它設在一艘駁船上。同年8～12月作了試發(fā)電。這次發(fā)電成功表明，海水溫差發(fā)電將很快具備商業(yè)價值。

海洋是全世界最大的太陽能收集器，6000萬平方公里的熱帶海洋一天吸收的太陽輻射能，相當于2500億桶石油的熱能。如果將這些儲熱的1％轉化成電力，也將相當于有140億千瓦裝機容量，為美國現(xiàn)今發(fā)電能力的20倍以上。

海洋熱能發(fā)電有兩種方式：第一種是將低沸點工質加熱成蒸氣；第二種是將溫水直接送入真空室使之沸騰變成蒸汽。蒸汽用來推動汽輪發(fā)電機發(fā)電，最后從600～1000米深處抽冷水使蒸汽冷凝。第一種采取閉式循環(huán)，第二種采取開式循環(huán)。

海水溫差發(fā)電，1930年在法國首次試驗成功，只是當時發(fā)出的電能不如耗去的電力多，因而未能付諸實施?，F(xiàn)在，許多國家都在進行海水溫差發(fā)電研究。

實踐證明，開式循環(huán)比閉式循環(huán)有更多的優(yōu)點：①以溫海水作工質，可避免氨或二氯二氟甲烷等有毒物質對海洋的污染；②開式循環(huán)系直接接觸熱交換器，價廉且效率高；③直接接觸熱交換器可采用塑料制造，在溫海水中的抗腐蝕性高；④能產(chǎn)生副產(chǎn)品——蒸餾水。

開式循環(huán)也有缺點：產(chǎn)生的蒸汽密度低，汽輪機體積大；變成蒸汽的海水排回海洋后，會影響附近生物的生存環(huán)境。

海洋溫差發(fā)電，是以非共沸介質（氟里昂-22與氟里昂-12的混合體）為媒質，輸出功率是以前的1.1～1.2倍。一座75千瓦試驗工廠的試運行證明，由于熱交換器采用平板裝置，所需抽水量很小，傳動功率的消耗很少，其他配件費用也低，再加上用計算機控制，凈電輸出功率可達額定功率的70％。人們預計，利用海洋溫差發(fā)電，如果能在一個世紀內實現(xiàn)，可成為新能源開發(fā)的新的出發(fā)點。

a.開式循環(huán)：開式循環(huán)要求海水的溫差必須達到18℃以上。其方法是，抽取表層熱海

水，在一定真空度下將高溫海水蒸發(fā)成低壓蒸汽介質用以推動渦輪機旋轉，介質乏氣以低溫海水冷卻液化。由于開式循環(huán)需要保持一定的真空度，蒸汽壓力很低，壓差極其微小，透平（渦輪機）的體積十分龐大，不僅熱效率很低，系統(tǒng)耗能也十分巨大，即使能夠實現(xiàn)正發(fā)電，發(fā)電成環(huán)保本也極高。

b.閉式循環(huán)：閉式循環(huán)使用低沸點液體物質，如液氯、丙烷、氟利昂等做為工作介質。

使用高溫海水加熱工作介質，使其受熱蒸發(fā)為相對的高壓蒸汽介質用以推動渦輪機旋轉，介質乏氣由低溫海水冷卻為低壓介質蒸氣，將低壓蒸氣介質加壓冷卻液化，從而進入下一個工作循環(huán)。由于采用了低沸點液體做為工作介質，閉式循環(huán)提高了工作介質的蒸氣壓力，縮小了透平的體積，工作效率得以大幅提高。但這種方法仍需大量抽取冷、熱海水，特別是用于抽取冷海水的冷水管粗而且長，換熱器的體積很大，占據(jù)了很大的空間，形成了難以攻克的技術難題，限制了發(fā)電系統(tǒng)的大型化。并且僅用于抽取冷、熱海水的能耗就占到了發(fā)電總量的50%左右。發(fā)電成本仍然很高。

c.混合式：該方法采用開式循環(huán)的高溫海水真空蒸發(fā)方案（閃蒸），利用低沸點液體使

海水蒸汽冷卻液化，同時低沸點液體吸收水蒸氣液化時放出的熱量而受熱蒸發(fā)為相對高壓蒸氣工作介質，后面的工作過程與閉式循環(huán)的工作程序相同?；旌鲜胶Ｋ疁夭畎l(fā)電方法只是多了一種海水淡化的副產(chǎn)品，絲毫沒有解決閉式循環(huán)存在的技術難題。

d.“上原循環(huán)”：由日本左賀大學上原教授提出。采用氨和水的混合物做為工作介質。

3.本人的海水溫差發(fā)電技術特點

a．采用混合式原理，但在設備局部制造中采取全新技術，解決了海水抽取中腐蝕性及高能耗難題、換熱器體積龐大的問題，并在汽輪機上采取了全新技術，使機構效率更高，體積更小，制造成本及制造的技術難度降到最低。

b．每kw小時產(chǎn)生的淡水量：一般1公斤20℃溫差熱水冷卻其中的10℃，會有41800焦耳的熱量，需要蒸發(fā)水蒸氣約17克，那每kw小時產(chǎn)生的淡水量為：

17×3600÷2.5＝24480克

即1kw功率的發(fā)電能力，一天可以同時生產(chǎn)587升淡水，約半噸多一點

4.實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術路線和措施

a.先試制微型樣品，進行技術鑒定，以便科技局立項，申批高科技新能源項目。b.生產(chǎn)發(fā)電功率小于100kw的小型機組，拓展市場。

c.準備大型機組的設計、生產(chǎn)、安裝，海域條件選取等

5.預期完成目標

a．總體目標設計100kw-100000kw的系列海水溫差發(fā)電機組，并成立專業(yè)安裝調試工

程隊，對機組選址，安裝，調試。

b．第一年完成樣品，科技立項，爭取設計及驗證100kw的小型機組，并拓展市場。c．第二年，完成100kw小型機組，及市場銷售，小島開發(fā)用機組及安裝調試，爭取上

萬kw機組設計籌備

6.項目實施對社會的效益

a．利用海水溫差發(fā)電，對于開發(fā)海洋資源具有重大意義，如它可以為開采海底石油和

多金屬結核等的設備提供電力，并可以從海底開采上來的礦物就地冶煉，省去運輸上的很多麻煩。利用海水溫差發(fā)電的科學探索，為人類向海洋索取能源展示了美好的前景。

b．大規(guī)模應用海水溫差發(fā)電，減少礦物燃料，保護環(huán)境，海水溫差發(fā)電實際是利用太

陽能，源源不絕，海洋就是個天然集熱器，不像陸地利用太陽能，需要集熱器占用土地資源，應用海水溫差發(fā)電，海洋將成為陸地的新能源庫，而且是可再生并源源不絕。

c．海島最缺的基礎資源就是能源和淡水，沒有能源和淡水的海島，人類就無法在海島

上長期生活，海水溫差發(fā)電，可以讓赤道附近的海島擁有能源和淡水，對海島的經(jīng)濟開發(fā)起著關鍵的作用。

d．抽上來的冷海水可以作為空調冷源。

7.經(jīng)濟預算

a．樣品階段，試制樣品，初步估計需要5萬，做出1kw以內的機組。

b．綜合樣機試驗情況及政府科技立項的政策支持情況，拓展市場，按市場走向決定后

續(xù)資金的投資方向。

c．大功率海水溫差發(fā)電站的投資成本約1萬元/kw，比火電建設成本高1-3倍，運行費

用0.02元/kwh，燃料費用為0元，這些都比火電低，特別在保護礦物資源、保護環(huán)境方面的價值有無可比擬的優(yōu)勢。

d．海水溫差發(fā)電設備規(guī)模生產(chǎn)后，每年建造銷售機組1000MW，毛利潤將達到20億

元/年，每年稅收10億

e．目前，1千瓦光伏電站的成本達到8000元，與水電建設成本相當，火電每千瓦投資

為4000元，而核電投資為1330-2000美元，約合人民幣為1.1萬-1.65萬人民幣，兩者相差高達2.75-4.1倍。另一個重要原因是核電建設周期相對較長，其建設周期一般為70個月(約6年)，如果控制不好，將達到80-90個月。與此相對，火電一般為30多個月。但核電存在后期報廢核廢料處理的問題及運行過程中的意外風險，該風險如日本福島核電站危機，切爾諾貝利核電站事故等

8.經(jīng)濟預算舉例

海水溫差發(fā)電，理論上核算驗證，MW級以上發(fā)電成本控制在0.2元/度，MW級以內的成本在0.40元/度以內，可以與火電競爭（火電入網(wǎng)價格在0.35-0.42元/度之間，風電入網(wǎng)價格在0.51-0.61元/度）能光伏入網(wǎng)價格在1元/度，海水溫差發(fā)電站2.5MW的發(fā)電機組，每秒抽取1噸熱海水和1噸冷海水，相當于1小時

3600×2噸的海水

提升高度為5米，消耗功率為

5×36×2×1000000?！?600秒÷1000＝100kw

取水泵最低效率為60%，則水泵消耗功率為

100kW÷60%＝167 kw

水泵消耗功率占電站發(fā)電比例（電站自身消耗功率比例）

167kw÷2.5MW＝6.68%

流速按2米/秒計算，管徑需要0.8米，冷水管長800米。熱水管長100米

水泵總排量為：2×3600立方米/小時，揚程5米

蒸發(fā)器熱交換面積：7500平方米，需要直徑10mm的銅管12000米，用銅重量9t 投資電站成本：不超過1萬元/Kw，2.5MW投資成本2500萬元

收益計算：

收入：

年發(fā)電時間按300天計算，發(fā)電量

2500kw×24小時×300天＝1800萬度/年

按風電入網(wǎng)價格0.51元/度計算（海水溫差發(fā)電實際是屬于太陽能電源），電能銷售收入

1800萬度×0.51元/度＝918萬/年

淡水：1kw功率的發(fā)電能力，一天可以同時生產(chǎn)587升淡水，年產(chǎn)淡水

2500kw×300天×0.578t＝43.35萬t/年

按1元/t入網(wǎng)計算，水銷售收入：

約43萬

合計收入：961萬元

支出：

設備維護費：3萬

大修費：30萬/年（儲備金）

人工費：80萬/10人

管理費：10萬

折舊費：250萬（按10年計算，設計壽命30年,折舊費相當于還本金額）資金利息：300萬（按年利率12%，全額計算投資金額）

燃料費：0元

稅收支出：太陽能項目，稅收基本為零

不可預見費用：10萬

合計支出：683萬元

利潤：278萬

初期投產(chǎn)年收益率：11.12%

30年總收益為：278×30+250×20+300×25＝20840萬元（不計收益利息）

以上計算，支出按最大費用計算，收入按風電入網(wǎng)計算，沒有把國家對新能源投資補貼計算進去，這樣就不管政策如何變動，收益計算值都不會受到影響。

目前需要種子投資，進行產(chǎn)品微型樣品生產(chǎn)。

9.聯(lián)系方式

邵再禹

***

浙江省臺州市路橋區(qū)機場路536號

第三篇：溫差發(fā)電片應力分析及一種改進措施詳解

中國工程熱物理學會

傳熱傳質學 學術會議論文

編號：113167

溫差發(fā)電片應力分析及一種改進措施

王銀濤

1楊華峰1

劉偉1

范愛武1

楊金國1

李鵬2

（1 華中科技大學能源與動力工程學院，武漢 430074 2 武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室，武漢 430070）

(Tel：027-87542618 E-mail：w_liu@hust.edu.cn)

摘要：本文利用有限元分析軟件ANSYS建立了溫差電偶和整體溫差發(fā)電片結構的模型，計算得到了溫差電偶和整體結構在熱負荷下的應力分布特點，并對針對其應力集中地部位進行了優(yōu)化設計，減小了應力集中的程度，有助于提高溫差發(fā)電片的可靠性和使用壽命。關鍵詞：半導體；溫差發(fā)電；熱應力；可靠性。

0 前言

溫差發(fā)電器是利用塞貝克效應，將熱能直接轉換成電能的一種發(fā)電器件。溫差發(fā)電器是一種靜態(tài)的固體器件，沒有轉動部件，它體積小、壽命長，工作時無噪聲，而且無須維護。因此在航天和軍事領域有著廣泛的應用背景[1]。隨著石化能源的枯竭，美國、日本、歐盟等發(fā)達國家更加重視溫差發(fā)電技術在民用領域的研究，利用太陽能、地熱能、工業(yè)余熱廢熱等低品位能源轉化成電能。國內也有針對太陽能和汽車尾氣余熱進行發(fā)電的研究，取得了很大的進展。

溫差電組件要達到較高的發(fā)電效率，通常要求發(fā)電組件冷熱端之間形成較大溫差，這將造成冷端連接片收縮或熱端連接片膨脹，從而產(chǎn)生機械應力。機械應力的存在使得剛性的接頭或P、N電臂很容易斷裂，最終可能導致溫差電偶的損壞，降低了整個發(fā)電器件的可靠性，縮短了溫差電組件的使用壽命[2]。因為熱而導致材料的形變和熱膨脹失配，進而產(chǎn)生的熱力耦合可靠性問題居各種可靠性問題之首。文獻[3-6]對溫差電偶以及溫差發(fā)電片的熱應力進行了研究分析。本文對常見的溫差發(fā)電片運用ANSYS軟件進行了數(shù)值計算，對其中的應力分布進行了討論，并針對應力集中地地方進行了優(yōu)化，得出的結論對溫差發(fā)電片的優(yōu)化設計有重要的指導意義。

1數(shù)學物理模型

1.1溫差發(fā)電原理

溫差發(fā)電的理論基礎是固體的熱電效應，在無外磁場存在時，它包括五個效應，導熱、焦耳熱損失、塞貝克(Seebeck)效應、帕爾帖(Peltire)效應和湯姆遜(Thomson)效應。最簡單的熱電單元為溫差電偶，如圖1所示。將一個P型溫差電元件和一個N型溫差電元件在熱端用金屬導體電極連接起來，在其冷端分別用電極連接，就構成一個溫差電偶，也稱溫差電單偶。在溫差電偶開路端接入電阻負載，如果溫差電偶的熱面流入熱流，在溫差電偶熱端和冷端之間建立了溫差，則將會有電流流經(jīng)電路，從而得到了熱能直接轉換為電能的發(fā)電器。

圖1溫差發(fā)電基本原理

若熱端溫度為Th，冷端溫度為Tc，內阻為R，外界負載為RL，溫差電系數(shù)為溫差電偶產(chǎn)生的溫差電系數(shù)為?NP??N??P，其中?N、?P分別為N極電偶和P極電偶的塞貝克系數(shù)，則溫差電偶產(chǎn)生的溫差電勢為：

U??NP(Th?Tc)

（1）

產(chǎn)生的電流為：

I?輸出功率為：

?(Th?Tc)U

（2）?NPR?RLR?RLP?IRL?1.2 ANSYS建模

2?NP2(Th?Tc)2(R?RL)2RL

（3）

本文對目前應用最為廣泛的三明治式溫差發(fā)電片，分別針對其內部溫差電偶和整體溫差發(fā)電片，在一定的簡化條件下建立了模型，用ANSYS軟件進行了熱—電—結構綜合計算，并主要針對熱應力進行分析和討論。溫差電偶由連接銅片、焊料層、鎳層和P型、N型材料組成，如圖2所示。整體熱電片由32對溫差電偶在陶瓷基板上串聯(lián)組成，不考慮內部溫差電偶之間的填充物，如圖3所示。對所有材料，均假設為各向同性，不考慮材料參數(shù)隨溫度變化的影響，取常溫下材料參數(shù)，見表1。

表1 材料物性

材料/單位 陶瓷 銅連接片 鎳 焊料 P型材料 N型材料

楊氏模量 Gpa 310 117 201 83 41.8 41.8

泊松比

0.21 0.3 0.3 0.31 0.3 0.3

熱膨脹系數(shù) 10-6 m/K 7.2 17.1 13.7 12 14.4 14.4

熱導率 w/(m·K)17 390 90.5 30 3 3

電阻率 Ohm·m NA 1.7×10-8 6.84×10-6 1.64×10-8 1×10-5 1×10-5

Seeback數(shù) V/K

NA NA NA NA-0.00021 0.00021

圖2 溫差電偶模型

圖3 溫差發(fā)電片模型

2數(shù)值計算結果及分析

2.1溫差電偶計算結果及分析

在溫差電偶中，P型和N型材料均為邊長為2mm的正方體，上面覆蓋的焊料層和鎳層厚度為75μm，銅連接片厚度為0.3mm。為對比P型和N型材料截面形狀對熱應力的影響，計算了與正方形截面積相等圓柱形溫差電偶模型。兩者都在熱端溫度為327℃，冷端溫度為27℃，負載為1Ω時求解溫差電偶的熱應力。

圖4所示為電偶中溫度分布。圖5所示為電偶中整體的Von mises（范米塞斯）等效應力，在正方形截面電偶中，P型、N型材料以及焊料層和鎳層的四角出現(xiàn)了應力集中，最大應力發(fā)生在銅連接片和焊料層接觸面；在圓形截面電偶中，應力分布較為均勻。圖7為將銅連接片移除后觀察焊料層最大應力出現(xiàn)層面的應力分布，對于外側（將P型、N型材料相對的面稱為內側），在焊料層P型、N型材料相對的內側應力更為集中，且更大；正方形截面的電偶有相連成應力帶的趨勢，圓形截面電偶的內側已經(jīng)形成了一條應力帶，且在方形截面和圓形截面下。分析其原因為，相對于其他接觸層，銅連接片和焊料的熱膨脹系數(shù)之差最大，且熱端溫度較高，所以在熱端焊料層出現(xiàn)了最大應力；相對于焊料層外側邊緣，由于內側邊緣受到上面銅連接片熱膨脹更多的影響，因而比外側邊緣的應力更為集中。在實際應用中，無論是溫差發(fā)電片還是溫差制冷片，發(fā)生較多的失效形式就是焊料與銅連接片（導電片）的脫離，這一現(xiàn)象與計算結果是一致的。計算結果中，兩種截面形狀的溫差電偶的輸出功率基本相同。其最大應力值也基本相同，都在0.24GPa左右，這一計算值雖然遠大于銅和焊料的屈服極強度，文獻[4]指出，在實際中，焊料的塑性變形可以減小銅連接片和焊料之間的熱應力。

在輸出功率上，兩種截面形狀的電偶在1Ω負載下，輸出功率均為0.152W。因此，從模擬的結果看，溫差電偶的截面形狀，對電偶的熱應力分布有較大影響，對最大應力值和輸出功率影響較小。

圖4 溫差電偶溫度分布

圖5 溫差電偶Von mises等效應力

圖6 溫差電偶Von mises等效應力局部放大圖

圖7 焊料層表面應力分布

2.2溫差發(fā)電片整體計算結果及分析

用以上溫差電偶為單元，建立了由32對電偶串聯(lián)組成的25mm×25mm規(guī)格的溫差發(fā)電片模型。在熱端溫度為327℃，冷端溫度為27℃，負載為1Ω時求解溫差發(fā)電片的熱應力。圖8所示為溫差發(fā)電片中溫度場分布。圖9所示為溫差發(fā)電片中整體的Von mises（范米塞斯）等效應力圖，在熱應力的作用下，在陶瓷基板表面形成了不規(guī)則的應力帶，且主要集中在有溫差電偶的部位。圖10和圖11為最大應力面，即銅連接片上表面，應力分布和局部放大，在有陶瓷基板作用的情況下，最大應力出現(xiàn)在銅連接片的上表面，在銅連接片的四角出現(xiàn)了應力集中。銅連接片上表面的最大應力值達到了1.55GPa，而溫差電偶單元內部，銅連接片和焊料層上的應力受到銅連接片上表面應力的影響，較之前有一定程度的增加。

圖8 溫度場分布

圖9 應力場分布

圖10 銅連接片上表面應力分布

圖11 銅連接片上表面應力分布局部放大 在整體溫差發(fā)電片中最大熱應力出現(xiàn)在銅連接片上表面，且較 溫差電偶中的熱應力更大，其原因為，在高溫端，陶瓷基板和銅連接片的熱膨脹系數(shù)相差最大。其熱應力集中在銅連接片的四角，結合之前溫差電偶的應力結果，可以得出一些結論：（1）最大熱應力出現(xiàn)在熱端熱膨脹系數(shù)相差最大的面上；（2）在最大應力出現(xiàn)的面上，小尺寸結構受到大尺寸結構外部覆蓋并延伸（如溫差電偶焊料層在內側受到銅連接片延伸的影響）時，較沒有受到覆蓋外部延伸影響的部位應力更大。針對銅連接片的改進措施

熱應力的存在和集中會極大的影響溫差發(fā)電片的可靠性和壽命，因此必須采取措施對應力集中的地方進行優(yōu)化設計。在實際生產(chǎn)中，多采用過渡層來減小熱膨脹系數(shù)不匹配造成的應力集中。從數(shù)值計算的結果看，可能造成破壞的熱應力主要集中在熱端的銅連接片上，而相對于其他材料和結構，銅連接片具有更好的加工性能，因此本文又針對銅連接片上的應力分布特點，將原來長方形的銅連接片以相同的厚度替換為三種形式，進行應力分析計算，其截面形狀如圖12所示，厚度仍為0.3mm。

圖12 三種截面形狀的銅連接片

以以上結構的銅連接片建立溫差發(fā)電片整體模型，進行熱-電-結構整體耦合計算。高溫端仍為327℃，低溫端仍為27℃。圖13-15所示分別為第1、2、3種銅連接片結構下熱應力計算結果，從左至右依次為整體熱應力、熱端內部熱應力及熱端內部熱應力局部放大圖。

圖13 第1種銅連接片結構下應力分布

圖14第2種銅連接片結構下應力分布

圖15 第3種銅連接片結構下應力分布

將以上三種銅連接片及未改進前的銅連接片結構下的部分計算結果列于表2，從計算結果看，銅連接片形狀的變化對溫差發(fā)電片的輸出功率影響很小，但是改進后的三種連接片結構均使得最大熱應力減小，其中第2種結構最大熱應力值最小。在改進后的三種連接片結構中，最大熱應力仍然出現(xiàn)在陶瓷基板和銅連接片的接觸面上。由于改進后的銅連接片外側為半圓形，使得焊料層外側拐角處的應力集中現(xiàn)象得以改善。

表2 不同銅連接片結構下計算結果

截面形狀 最大熱應力GPa 輸出電壓（1Ω負載）V

2.69 2.65 2.67 2.66

輸出功率（1Ω負載）W

7.23 7.04 7.12 7.08 長方形連接片 1.55 連接片1 連接片2 連接片3 1.12 0.96 1.02 對比第1、2、3種連接片結構下，熱端銅連接片附近的應力分布，可以發(fā)現(xiàn)，第1和第3種結構下，雖然在連接片的上表面上熱應力有很大的減小，但是在其中部和焊料層接觸的地方出現(xiàn)了應力集中，而且熱應力的大小比原來長方形結構相同部位的應力值更大；第2種結構較長方形連接片最大熱應力減小了38%，大大減小了銅連接片和陶瓷基板之間的熱應力，同時外側的半圓形結構也緩和了焊料層外側的應力集中。因此，相比之下，第2種銅連接片能更好的降低溫差發(fā)電片的熱應力，進而提高其工作可靠性和壽命。結 論

本文重點對溫差發(fā)電片內部溫差電偶和溫差發(fā)電片整體，在熱負荷下產(chǎn)生的熱應力進行了數(shù)值模擬，對不同溫差電偶截面形狀對熱應力的影響進行了數(shù)值模擬。對溫差電偶內部的熱應力進行了分析；對整體溫差發(fā)電片的熱應力分布特點進行了分析。針對其應力分布特點，設計了三種有代表性的結構對銅連接片進行優(yōu)化。以后優(yōu)化設計溫差電偶以及溫差發(fā)電片的整體結構，減小、均勻化熱應力，提高其可靠性提供了參考依據(jù)。

從本文的模擬結果中可以看出，最大熱應力出現(xiàn)在溫差發(fā)電片熱端熱膨脹系數(shù)差距最大的接觸面上，在常見的方形截面電偶上，容易在截面的四角形成應力集中，在焊料層的內側容易形成應力帶，對器件形成更大的破壞。對銅連接片的改進計算結果表明，將連接片外側設計為半圓形能很大程度的改善陶瓷基板和連接片之間的熱應力；計算結果對于連接片中部的設計改善也有很大參考價值。參考文獻

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第四篇：關于溫差發(fā)電演示實驗的感想

關于溫差發(fā)電演示實驗的感想

關于上周的大物實驗課，課上指導老師給我們做了很多有趣的演示實驗，其中不乏既實用又新穎的一些物理相關設備的演示。各式各樣引人注目的物理實驗中令人印象最深的是對溫差發(fā)電的演示。簡單的實驗設備很好的詮釋了溫差發(fā)電的原理，風扇的轉動和燈泡的亮光散發(fā)著電的光芒。

從實驗室歸來后，我主動翻閱有關溫差發(fā)電的資料，試著想更深層次的了解一下溫差發(fā)電技術的內容。從查詢的資料看來，溫差熱發(fā)電技術是一種利用高、低溫熱源之間的溫差，采用低沸點工作流體作為循環(huán)工質，在朗肯循環(huán)基礎上，用高溫熱源加熱并蒸發(fā)循環(huán)工質產(chǎn)生的蒸汽推動透平發(fā)電的技術，其主要組件包括蒸發(fā)器、冷凝器、渦輪機以及工作流體泵． 通過高溫熱源加熱蒸發(fā)器內的工作流體并使其蒸發(fā)，蒸發(fā)后的工作流體在渦輪機內絕熱膨脹，推動渦輪機的葉片而達到發(fā)電的目的，發(fā)電后的工作流體被導入冷凝器，并將其熱量傳給低溫熱源，因而冷卻并再恢復成液體，然后經(jīng)循環(huán)泵送入蒸發(fā)器，形成一個循環(huán)。巧妙的原理有效的利用了能源，清潔環(huán)保的發(fā)電思路很是新穎，卻又是最符合自然規(guī)律的一種體現(xiàn)。

關于溫差發(fā)電，在實際生活中卻不僅僅是一種空想。我翻閱著歷史上各種關于溫差發(fā)電的事跡，發(fā)現(xiàn)早在1881年9月，巴黎生物物理學家德·阿松瓦爾就提出利用海洋溫差發(fā)電的設想。1926年11月，法國科學院建立了一個實驗溫差發(fā)電站，證實了阿松瓦爾的設想。1930年，阿松瓦爾的學生克洛德在古巴附近的海中建造了一座海水溫差發(fā)電站。1961年法國在西非海岸建成兩座3500千瓦的海水溫差發(fā)電站。美國和瑞典于1979年在夏威夷群島上共同建成裝機容量為1000千瓦的海水溫差發(fā)電站，美國還計劃在21世紀初建成一座100萬千瓦的海水溫差發(fā)電裝置，以及利用墨西哥灣暖流的熱能在東部沿海建立500座海洋熱能發(fā)電站，發(fā)電能力達2億千瓦。很多對溫差發(fā)電的嘗試的成功例子，是對物理來源于生活又貢獻于生活的最好詮釋。

另一方面，溫差發(fā)電在生活中主要應用于海水溫差發(fā)電，從查閱的資料里我發(fā)現(xiàn)關于海水溫差發(fā)電不僅效率高，來源廣，還環(huán)保，對資源進行了有效的利用。首先，從海水溫差發(fā)電的來源看，遼闊的海洋是一個巨大的“儲熱庫”，它能大量地吸收輻射的太陽能，所得到的能量達60萬億千瓦左右。海洋中上下層水溫度的差異，蘊藏著一定的能量，叫做海水溫差能，或稱海洋熱能。利用海水溫差發(fā)電，這樣是對海洋資源的一個極好利用。不僅是對海洋資源的利用，用海水溫差發(fā)電，還可以得到副產(chǎn)品——淡水，所以說它還具有海水淡化功能。一座10萬千瓦的海水溫差發(fā)電站，每天可產(chǎn)生378立方米的淡水，可以用來解決工業(yè)用水和飲用水的需要。第三點是，由于電站抽取的深層冷海水 中含有豐富的營養(yǎng)鹽類，因而發(fā)電站周圍就會成為浮游生物和魚類群集的場所，可以增加近海捕魚量。

由此，在我看來，溫差發(fā)電在實際中的應用是廣泛而且具有很多各方面值得利用的價值的。不僅是對大自然寶貴資源的利用，更是創(chuàng)造了珍貴的新能源，據(jù)計算，從南緯20度到北緯20度的區(qū)間海洋洋面，只要把其中一半用來發(fā)電，海水水溫僅平均下降1℃，就能獲得600億千瓦的電能，相當于目前全世界所產(chǎn)生的全部電能。專家們估計，單在美國的東部海岸由墨西哥灣流出的暖流中，就可獲得美國在1980年需用電量的75倍。因此，這樣看來，溫差發(fā)電給我們帶來的收益是巨大的。對溫差發(fā)電在實際生活中的應用，只是我從一個簡單的演示實驗引發(fā)的感想。我所想到的，從溫差發(fā)電的原理出發(fā)，到溫差發(fā)電的具體概念，及其在生活中的具體應用，及經(jīng)濟價值。其實，我認為除了單純的利用溫差發(fā)電做發(fā)電廠等等，也可以與其他領域覆蓋。比如，在熱電廠中，可以利用廢熱所產(chǎn)生的溫差進行發(fā)電；或者在有地熱的寒冷地區(qū)，利用地熱以及外界寒冷的環(huán)境進行溫差發(fā)電；另外，有小型連續(xù)加熱單位，如化工廠、煉鋼廠等，可以利用余熱進行溫差發(fā)電。溫差發(fā)電在生活中可以處處利用，只要應用得當，我認為將會為人類的生存減少很多能源的浪費。這也是說，其實溫差發(fā)電除了應用于大型的發(fā)電站，也可以制作成效的模型，廣泛應用于生活中，利用一切不必要浪費的能源。溫差發(fā)電具有簡單的原理，不繁雜的設備，不需要苛刻的外界條件，相信只要在技術上合理規(guī)劃，是有廣闊的前景的。

這只是從物理實驗引發(fā)的聯(lián)想及感想，希望在以后的物理學習生活中能夠越來越熟悉物理，體會物理的樂趣！

第五篇：論綠色貿(mào)易壁壘——一種新型的非關稅壁壘措施

論綠色貿(mào)易壁壘——一種新型的非關稅壁壘措施

摘要：歐美金融風暴后，貿(mào)易保護主義開始抬頭。為保護國內企業(yè)利益，歐美國家政府加大貿(mào)易管制措施的力度，抵制外國產(chǎn)品的進口與競爭。由于關稅和傳統(tǒng)的非關稅壁壘措施容易引發(fā)貿(mào)易爭端而不便采用，世界各國開始探索并推行新型的更具隱蔽性的非關稅壁壘措施。綠色貿(mào)易壁壘便是發(fā)達國家近年來采取的最為有效的非關稅措施之一，而我國因此遭受的損失也十分巨大。紡織品、食品、機電產(chǎn)品等所有優(yōu)勢出口產(chǎn)品基本都遭遇到歐美的綠色貿(mào)易壁壘，其影響甚至已經(jīng)超出反傾銷帶來的影響。本文將對綠色壁壘的具體措施進行分析，論述其成因與發(fā)展趨勢，并在此基礎上提出我國企業(yè)和政府的相應對策。

關鍵詞：貿(mào)易保護 綠色壁壘 環(huán)保要求

一、綠色貿(mào)易壁壘的概念

貿(mào)易自由化是當今國際貿(mào)易發(fā)展的主流,但在現(xiàn)實的國際貿(mào)易中,基于本國利益的考慮,世界上大多數(shù)國家對對外貿(mào)易活動會采取貿(mào)易管制措施,這些干預性的貿(mào)易管制措施基本可分為關稅措施與非關稅措施兩大類。隨著關稅措施的實施空間不斷降低,非關稅措施逐漸成為各國實施貿(mào)易戰(zhàn)略最有效的工具之一。世界貿(mào)易組織（WTO）研究專家約翰杰克遜說過:人們具有極大的聰明才智,設想出各種各樣細致和明確的方法,禁止競爭產(chǎn)品的進口,而任何新創(chuàng)造的措施很快會被推廣。【1】當今國際貿(mào)易環(huán)境中，各國政府和企業(yè)都在應對與日俱增的非關稅措施。而在這一過程中,眾多的發(fā)展中國家和最不發(fā)達國家已成為最易受到非關稅措施沖擊的群體。

在多邊貿(mào)易規(guī)則的約束下,非關稅措施根據(jù)各國需要不斷變換著表現(xiàn)形式,由傳統(tǒng)的非關稅措施向新型措施發(fā)展演變。綠色貿(mào)易措施便是一種新興的有效的貿(mào)易措施。并非所有的綠色貿(mào)易措施都稱為綠色貿(mào)易壁壘，相對而言綠色貿(mào)易措施是一個中性用語。具有合法性和合理目的的綠色貿(mào)易措施在維護國際貿(mào)易秩序上所發(fā)揮的積極作用是應該給予肯定的，那些具有歧視性和非合理性的并會對國際正常貿(mào)易產(chǎn)生扭曲效果的綠色貿(mào)易措施才屬于本文所稱的綠色貿(mào)易壁壘的范疇。

從法律規(guī)定上看綠色貿(mào)易壁壘的概念，具體指：進出口國家和擁有單獨外貿(mào)管轄權的進出口地區(qū)的政府或非政府組織以保護自然環(huán)境、生態(tài)資源和人類及動植物的健康為由，而實施的限制或禁止進出口貿(mào)易的措施，簡稱為綠色壁壘。由于綠色貿(mào)易措施一般會貫穿于產(chǎn)品的研制、開發(fā)、生產(chǎn)、包裝、運輸、使用、循環(huán)再利用等整個過程，因此經(jīng)過人為操縱的某些措施逐漸成為各國經(jīng)常利用的有效的貿(mào)易壁壘。

二、綠色壁壘的具體表現(xiàn)形式

綠色壁壘的具體措施一般包括綠色關稅、綠色環(huán)境標志、綠色技術標準、綠色包裝、綠色衛(wèi)生檢疫、綠色補貼等六種形式【2】：

1、綠色關稅制度，即對一些影響生態(tài)平衡、污染環(huán)境的進口商品征收進口附加稅的制度。這種形式是綠色壁壘的初期表現(xiàn)形式，通常為發(fā)達國家所常采用。例如，美國曾對原油和某些進口原油化工制品征收環(huán)境進口附加稅，稅率比國內同類產(chǎn)品要高出3.5美分/桶；瑞典于1991年開始是對石油、煤炭、天然氣、汽油等征稅。稅基根據(jù)燃料的平均發(fā)熱量和含碳量來確定，稅率為每公斤排放量0.25克朗。現(xiàn)在隨著WTO所倡導的削減關稅限制的趨勢，綠色關稅制度在國際貿(mào)易中的運用受到了一定的限制。

2、環(huán)境技術標準和法規(guī)，即通過制定嚴格的強制性環(huán)保技術標準或法規(guī)，限制國外產(chǎn)品進入。由于發(fā)達國家的科學技術水平較高，在某些領域處于壟斷地位，因此它們經(jīng)常以保護環(huán)境為名義，通過立法制定嚴格的強制性的環(huán)保技術標準來限制國外商品進口。發(fā)達國家對中國實施的綠色技術標準主要集中在陶瓷產(chǎn)品的含鉛量、皮革的PCP殘留量、煙草中有機氯含量、機電產(chǎn)品和玩具的安全性指標、汽油的含鉛量指標、汽車排放標準、紡織品染料指標以及保護臭氧層的受控物質等方面。如2003年2月,歐盟公布的電子電氣方面的雙綠指令【3】對電子電器設備的環(huán)保處置做出了嚴格規(guī)定，禁止含有有害物質的電子電器產(chǎn)品在歐盟市場出售及使用。

3、環(huán)境標志，即由政府管理部門或民間團體按照嚴格的程序和環(huán)境標準，頒發(fā)給廠商付印于產(chǎn)品及包裝上的一種圖形，以向消費者表明產(chǎn)品從研制、開發(fā)到生產(chǎn)、使用直至回收利用的整個過程均符合生態(tài)和環(huán)保要求。從1978年德國率先推出藍色天使計劃開始，到目前為止，己有近40個國家制定并實施了綠色環(huán)境標志，如歐盟的EU制度、日本1989年的生態(tài)標志、美國1989年的綠色簽章、新西蘭1992年的環(huán)境選擇、北歐國家的白天鵝，還有部分國家在積極的制定當中。民間團體制定的環(huán)境標志，如美國的科學證書和綠色簽章、瑞典的良好環(huán)境等【4】。

4、綠色包裝，其本意是要求包裝材料節(jié)約資源、減少廢棄物，采用用后易于回收再用或再生、抑或自然分解、不污染環(huán)境的包裝。現(xiàn)在它逐漸成為發(fā)達國家制造貿(mào)易保護的一種措施。目前，各國在綠色包裝方面的規(guī)定可以概況為二個方面:第一，對包裝材料的使用限制，如對不可降解材料、含有重金屬材料、不能循環(huán)使用的器皿等的使用都有嚴格限制。第二，對可循環(huán)包裝制定強制再循環(huán)使用的法規(guī)。如許多國家硬性規(guī)定啤酒、軟性飲料、礦泉水、油漆、洗滌劑等物的包裝器皿必須可循環(huán)使用或是循環(huán)利用。

5、綠色衛(wèi)生檢驗檢疫制度。其主要對象是食品安全，包括對食品的農(nóng)藥殘留、放射性殘留、是否含有毒素、添加劑、微生物及污染物的檢疫。在實踐中，綠色衛(wèi)生檢疫己經(jīng)成為發(fā)達國家控制發(fā)展中國家食品進口的重要工具。2002年初開始，歐盟對我國出口茶葉實行新的農(nóng)殘檢測標準，農(nóng)殘檢測種類由原來的29種增至62種。在2002年初，中國出口到歐盟國家的蜂蜜被退回，對方退回的理由是歐盟檢出中國的蜂蜜達不到10萬噸中不能有1克氯霉素的要求。日本于2006年5月開始實施《食品中殘留農(nóng)業(yè)化學品肯定列表制度》,將農(nóng)業(yè)化學品數(shù)量從目前的240種提高到734種,暫定農(nóng)業(yè)化學品(包括農(nóng)藥、獸藥和飼料添加劑)的最大殘留限量值近50 000個,對尚不能確定具體暫定標準而歐美國家也無標準可參照的農(nóng)業(yè)化學品,一律設定為目前國際上最為嚴格的0101ppm標準, 大幅度提高了進口農(nóng)產(chǎn)品的門檻。

對產(chǎn)品進行衛(wèi)生檢疫本是無可厚非的事情，但許多發(fā)達國家出于貿(mào)易保護的目的，制定過于苛刻的衛(wèi)生檢疫標準，并且執(zhí)行雙重標準，就失去了公平貿(mào)易的精神和原則。

6、綠色補貼限制。為保護環(huán)境和降低企業(yè)成本，發(fā)達國家已經(jīng)逐步將嚴重污染環(huán)境的產(chǎn)業(yè)轉移到發(fā)展中國家。發(fā)展中國家企業(yè)因為暫時無力承擔治理環(huán)境污染的所有費用，其政府或對企業(yè)提供環(huán)境改造和綠色產(chǎn)品研制方面的財政補貼，或者暫不要求企業(yè)把所有的環(huán)境污染及其治理費用計入產(chǎn)品成本（該行為在發(fā)達國家看來便形成了對產(chǎn)品的隱性環(huán)境補貼）。無論是發(fā)展中國家政府為扶植民族工業(yè)而公開給予的環(huán)境補貼，還是隱形的環(huán)境補貼，都被發(fā)達國家認定為違反WTO的有關原則的措施，需要對其加以限制和實施貿(mào)易制裁。如美國曾以綠色補貼為由，對進口自巴西的人造橡膠鞋提出過反補貼訴訟。

三、綠色貿(mào)易壁壘的形成基礎

（一）社會基礎

經(jīng)濟的高速發(fā)展帶來了帶來了日趨嚴重能過的環(huán)境問題，越來越多的政府開始制定相應的環(huán)保法規(guī)，走可持續(xù)發(fā)展道路成為當今社會的整體發(fā)展趨勢，環(huán)保時代的序幕已經(jīng)拉開【5】。綠色環(huán)保時代的到來已經(jīng)引起綠色消費在世界范圍內的共識。據(jù)統(tǒng)計顯示，67%的荷蘭人、77%的美國人和83%的法國人在購買消費品的時候更愿意優(yōu)先考慮環(huán)保產(chǎn)品，綠色產(chǎn)業(yè)和環(huán)保商品的市場規(guī)模也應聲擴大。這種綠色概念的興起給綠色壁壘的形成提供了廣泛的社會基礎。

（二）國際公約基礎

可持續(xù)發(fā)展是世界貿(mào)易組織的宗旨之一【6】。早在《關貿(mào)總協(xié)定》（GATT）中，便已經(jīng)設置了環(huán)保例外條款，規(guī)定各成員國有權以保護人類及動植物生命或健康或為養(yǎng)護可用竭的天然資源為理由采取限制貿(mào)易的措施，不受GATT規(guī)定中其他規(guī)則的約束【7】。WTO在其多邊貿(mào)易協(xié)議附件中也為環(huán)境保護提供了例外規(guī)則，主要體現(xiàn)在《技術性貿(mào)易壁壘協(xié)議》（TBT）和《實施動植物衛(wèi)生檢疫措施協(xié)議》（SPS）中。TBT協(xié)議在前言中規(guī)定:不能阻止任何成員方按其認為合適的水平采取諸如保護人類和動植物的生命與健康以及保護環(huán)境所必需的措施，只要這些措施不對情況相同的成員方造成武斷的或不公正的歧視對待或者不對國際貿(mào)易構成變相的限制以及符合本協(xié)議的規(guī)定。該協(xié)議明確將保護環(huán)境和人類及動植物的生命和健康規(guī)定為各成員方的一項基本權利。

根據(jù)SPS協(xié)議規(guī)定：締約方在兩大領域有權選擇它認為合適的程度來保護其管轄范圍內的人民、動植物的生命和健康，只要不是有意或不公正地對待國外相同或類似產(chǎn)品，這兩大領域是:動植物攜帶疾病的傳播或輸入，以及添加劑污染物、毒素、食物飲料及飼料導致疾病的有機物的含量。該協(xié)議在賦予成員方以環(huán)境保護的權利的同時，還進一步引入了預防原則:即成員國即使沒有充分的科學根據(jù)，可以以預防性為理由而臨時采取某種衛(wèi)生或植物檢疫措施，只要該國認為根據(jù)本國情況，它們是適當?shù)?。這兩項協(xié)議均賦予了成員方 環(huán)保例外權，但對權利的行使缺乏明確的具體規(guī)定，尤其是當和其他貿(mào)易規(guī)范抵觸時如何協(xié)調的問題，這就比較容易誘發(fā)新的貿(mào)易壁壘的產(chǎn)生。

另外，由于當前發(fā)達國家與不發(fā)達國家之間的環(huán)保立法和環(huán)境保護的標準差異較大，而TBT和SPS協(xié)議以及其他國際環(huán)境公約【8】在制定時并沒有顧及到發(fā)展中國家與發(fā)達國家的這種差距，因而發(fā)展中國家的出口貿(mào)易更易遭受這種新的綠色壁壘的影響【9】。雖然烏拉圭回合沒有就環(huán)境與貿(mào)易問題達成專門的協(xié)議，在一定程度上抵制了發(fā)達國家提出的某些不切實際的環(huán)保要求及其限制發(fā)展中國家產(chǎn)品出口的意圖, 但在另一方面也為發(fā)達國家借保護環(huán)境之名實行不受WTO約束的貿(mào)易保護主義留下了法規(guī)空白，發(fā)達國家可以凌駕在國際公約之上提出更苛刻的環(huán)保條件、設置綠色壁壘。

（三）政策基礎

由于關貿(mào)總協(xié)定（GATT）和世界貿(mào)易組織（WTO）法律框架對各國關稅壁壘的約束，關稅已經(jīng)基本失去了貿(mào)易保護的作用。同時配額和許可證等傳統(tǒng)的非關稅壁壘也逐步受到限制, 發(fā)達國家的貿(mào)易保護主義者開始更多地利用環(huán)境作為其抵制外國產(chǎn)品入境的手段。這主要源于環(huán)境保護措施轉做為貿(mào)易政策所具有的隱蔽性：凡是與保護生態(tài)環(huán)境、自然資源和人類健康有關的產(chǎn)品都可以成為它的保護對象，而且它覆蓋了原料儲備、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品運輸、產(chǎn)品銷售、消費者使用以及廢棄物處理與回收再利用的全部流程。

據(jù)統(tǒng)計，目前歐盟己經(jīng)形成了雙層結構的技術法規(guī)和標準體系，其上層是約300個具有法律效力的歐盟指令，下層是上萬個技術標準；美國有55種認證體系；日本目前有25種認證體系。這些繁雜而嚴格的法律、法規(guī)和要求，對于發(fā)展中國家的產(chǎn)品來說是難以達到或需要很高成本才能達到的，這就阻礙了發(fā)展中國家的出口產(chǎn)品進入發(fā)達國家市場，有的自然便成為了發(fā)達國家施行貿(mào)易保護政策的工具。

四、綠色壁壘給中國企業(yè)帶來的影響及對策研究

（一）綠色壁壘給中國企業(yè)帶來的影響 綠色壁壘對中國的影響體現(xiàn)在正反兩方面：首先，綠色貿(mào)易壁壘給我國企業(yè)帶來的最主要是負面影響。中國做為一個發(fā)展中國家，其制定的環(huán)境標準與發(fā)達國家相比都較低,因此發(fā)達國家污染嚴重的產(chǎn)業(yè)可以大量向我國國內轉移,使我國環(huán)境進一步惡化。而我國的企業(yè)，尤其中小型企業(yè)難以支付高昂的環(huán)境治理與認證成本。如歐盟在2003年10月的出臺的化學品方面的政策《關于化學品注冊、評估和許可辦法》(Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals)，它要求用統(tǒng)一的注冊評估許可體系管理化學品的生產(chǎn)、進口和銷售,而每一種化學物質的基本單元試驗費用至少10萬歐元。這種苛刻的要求必然限制了我國中小企業(yè)的對外出口。

從另一個積極方面來看綠色貿(mào)易壁壘，它的出現(xiàn)會促使我國加強對環(huán)境問題的重視。我國在快速發(fā)展經(jīng)濟的要求下，在環(huán)境保護方面確實存在著許多問題。為突破壁壘的限制，我國政府和企業(yè)會側重發(fā)展綠色貿(mào)易,逐步解決我國的環(huán)境與生產(chǎn)、貿(mào)易之間的問題。

（二）我國政府和企業(yè)應采取的對策 第一，從企業(yè)自身角度看：

1、要客觀的認識綠色措施。并不是所有的綠色措施都是壁壘，有些環(huán)保要求和技術標準是符合社會公益的，是合理的，也是企業(yè)需要履行的社會責任。諸如三聚氰胺超標的產(chǎn)品是無論如何不能得到消費者諒解的，也不是用綠色壁壘可以解釋的。我國企業(yè)應從積極的角度出發(fā)看待這些合理的措施，逐漸強化企業(yè)社會責任,提高企業(yè)的產(chǎn)品質量和技術標準。這不僅是應對綠色壁壘的需要,更是我國企業(yè)參與國際競爭,參與和諧社會建設的需要,是我國企業(yè)落實科學發(fā)展觀的一個具體體現(xiàn)。

2、利用各種渠道獲取信息、建立預警機制。由于信息的不對稱和信息機制的不完善,我國企業(yè)尤其是中小企業(yè)對目標市場準入條件的變化不敏感，36%的中國企業(yè)面臨著不知道對方的標準已經(jīng)發(fā)生改變的情況。很多企業(yè)對貿(mào)易伙伴的政策法規(guī)、技術標準、環(huán)保標準、產(chǎn)品認證的信息知之甚少或根本不知道,以至于當貿(mào)易伙伴的這些情況發(fā)生改變時,仍在按照舊的標準和政策安排出口。因此, 實現(xiàn)信息的有效地收集、進行預先咨詢對出口企業(yè)來講是非常重要的。

3、開展國際認證工作。綠色壁壘中的很大一部分是各國或國際組織的認證體系。在英國、日本等發(fā)達國家的獲證企業(yè)一般能達到注冊企業(yè)總數(shù)的40%左右，而目前我國獲得認證企業(yè)只占注冊企業(yè)總數(shù)的0.8%左右。未獲得對方國家的相關認證是我國出口產(chǎn)品遇到各種障礙的原因。積極應對國外綠色壁壘的一個重要舉措便是加強認證工作,做好出口產(chǎn)品的國際質量認證、安全認證、環(huán)保認證等,獲取產(chǎn)品在國際市場上的通行證。企業(yè)要針對不同國家和地區(qū)對產(chǎn)品的市場準入管理的不同要求,主動取得相關產(chǎn)品在功能、安全和可靠性方面的國際認證。

在開展國際認證的工作中，企業(yè)應著重掌握ISO14000環(huán)境管理國際標準體系，并爭取獲得ISO14000認證。ISO14000標準涉及從原料采購、產(chǎn)品生產(chǎn)、使用及回收處理的全部過程，同時該體系規(guī)定：對不符合該標準的產(chǎn)品，任何國家都可以拒絕進口。這就為發(fā)達國家實施綠色壁壘提供了一個看似合理的理由。現(xiàn)已有20多個國家直接將它作為國家環(huán)境管理體系標準，120多個國家采用ISO14000標準。因此對于我國的中小企業(yè)來說，目前應對綠色壁壘最有效的武器就是ISO14000標準認證。通過ISO14000認證，就意味著獲得了進入大部分發(fā)達國家市場的通行證。

4、開發(fā)綠色產(chǎn)品。綠色產(chǎn)品在國際市場上有很大的吸引力和競爭能力，它們既滿足了人們對環(huán)保的要求，又符合國際環(huán)境標準。目前的國際市場上的綠色產(chǎn)品種類非常豐富，從綠色食品、綠色家電、綠色服裝到生態(tài)住宅，已經(jīng)滲透到人們生活的各領域。在今后的國際貿(mào)易中，綠色產(chǎn)品所占的比重將越來越大。德國每年的綠色產(chǎn)品市場增長率約為6%一8%，美國綠色產(chǎn)品己占國內生產(chǎn)總量的10%左右。目前綠色食品以歐洲各國發(fā)展最快，其銷售量已占整個食品的3%一5%，年貿(mào)易額在140億美元。德國每年綠色食品銷售量高達60億馬克，美國綠色食品年貿(mào)易額為60億美元。而這些綠色食品將大部分從發(fā)展中國家進口。因此，對于積極開發(fā)綠色食品的中國企業(yè)來講，其市場空間將是巨大的。

第二，從我國政府的角度著手：

1、政府應該為企業(yè)構建一個有效的信息平臺，為我國進出口企業(yè)提供較完善而系統(tǒng)的信息咨詢和指導，幫助企業(yè)盡快了解國外市場準入的技術標準和環(huán)境要求,跨越綠色壁壘。由于企業(yè)自身的局限性，很難對綠色壁壘信息進行及時收集、整理、跟蹤，尤其是中小型企業(yè)更無法承擔這樣的成本。因此政府應利用其資源和資金優(yōu)勢，幫助企業(yè)建立一個包括各種綠色壁壘信息的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，提供法規(guī)信息、企業(yè)案例以及專家在線答疑的服務。

2、加快建立健全中國自己的綠色環(huán)保措施體系。以制定和實施與國際接軌的檢驗監(jiān)測標準為重點,加大監(jiān)測基礎設施和設備投入,通過提高國內認證機構的能力建設促進國際互認。健全本國的環(huán)保措施體系，可以引導企業(yè)開展生態(tài)設計、降低原材料和能量的投入、減少資源配置中的浪費和流失、保護可再生資源；同時建立一套有效的國內環(huán)保要求，能夠嚴防其他國家將污染密集型產(chǎn)業(yè)轉移到我國境內，間接增加我國企業(yè)的環(huán)境治理成本。

3、積極參與國際標準的制定。迄今為止,由我國主導制定的國際技術標準和環(huán)境要求還很少,尤其在具有先導性、戰(zhàn)略性且競爭激烈的高技術產(chǎn)業(yè)領域更是微乎其微。在大多數(shù)情況下,我國只能被動地采納國際技術標準,這極大地制約了我國產(chǎn)業(yè)特別是新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間,削弱了我國產(chǎn)業(yè)在國際市場上的競爭力。為此,我國應加快技術標準國際化步伐，探索國際標準制定的參與模式,確定參與標準的產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品的重點領域。通過政府與企業(yè)的協(xié)同配合將國內標準演化為國際標準,并努力在參與國際標準的制定過程中滲入中國元素。對于某些國際上不合理的技術標準應由政府通過WTO爭端解決機制尋求解決途徑，或采取必要的報復措施，維護我國企業(yè)的合法利益。

【注釋】：

【1】[美]約翰杰克遜：《世界貿(mào)易體制:國際經(jīng)濟關系的法律與政策》，復旦大學出版社2001年版，第173頁。

【2】孔慶峰：《技術性貿(mào)易壁壘理論、規(guī)則和案例》，中國海關出版社2004年版，第72頁。

【3】即《關于報廢電子電器設備的第2002 /96 /EC號指令》（WEEE,于2005年8月13日生效）和《關于在電子電氣設備中禁止使用某些有害物質的第2002 /95 /EC號指令》（ROHS,將于2006年7月1日生效）。

【4】楊樹明著：《非關稅貿(mào)易壁壘法律規(guī)制研究》，中國檢察出版社2007年版，第231頁。

【5】方時姣：《中國綠色外貿(mào)戰(zhàn)略》，中國財政經(jīng)濟出版社2001年版，第44頁。

【6】張錫嘏：《外國技術性貿(mào)易壁壘及其應對》，對外經(jīng)濟貿(mào)易大學出版社2004年版，第31頁。

【7】GATT第20條：如果下列措施的實施在條件相同的各國間不會構成任意的或無端的歧視手段，或者不會形成偽裝起來的對國際貿(mào)易的限制，不得將本協(xié)定說成是妨礙任何締約方采取或實行這些措施(b)為保護人類與動植物的生命或健康所必需者(g)關于養(yǎng)護可用竭的天然資源，凡這類措施同限制國內生產(chǎn)和消費一道實施者。

【8】主要包括《保護臭氧層維也納公約》、《生物多樣性公約》、《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、《聯(lián)合國海洋法公約》、《控制危險廢物越境轉移及其處置巴爾塞公約》、《瀕危野生動植物物種國際貿(mào)易公約》等。

【9】石敏俊：《食品安全、綠色壁壘與農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易爭端》，中國農(nóng)業(yè)出版社2005年版，第64頁。