半导体与世界能源危机

半导体与世界能源危机

François Guibert，意法半导体公司执行副总裁，大中华暨南亚区总裁

“无法停止的力量”与“无法移动的物体”相碰撞，这是对当今世界面临的最重要问题之一的能源危机的恰当比喻。无法停止的力量是全球对能源日益增长的需求；无法移动的物体是世界不断减少的化石燃料储量和燃烧化石燃料正在引起气候变化并将会给未来后代带来深远的负面影响这一日益被人们所接受的观点。

 全世界对电能的需求正在不断增长，在可预见的未来，这种增长趋势不会改变。美孚2010年市场展望预测，至2030年，全球对电能的需求将比现在高50%。即使我们有幸发现新的化石燃料储备，出于对全球变暖的考虑，我们也不能再继续燃烧化石燃料。无法停止的力量与无法移动的物体碰撞在一起。

 目前的电能使用方式的根源于20世纪初期，当时石油价格低廉，似乎取之不尽，用之不竭，更没有人会想到人类活动会影响气候变化。今天，我们知道这种使用方式与可持续发展原则背道而驰，我们亟需改变现状。

 鉴于这一挑战的影响范围和复杂性，我们每个人都必须为解决这个难题贡献力量。我们相信半导体工业可以削弱这种无法停止的力量，使这个无法移动的物体变得能够移动。 

 全球用电人口和高耗电型电器数量骤增要求我们必须全面改变现今世界的用电方式。期望降低全世界的用电需求可能是不合理的，但是我们必须致力于减缓耗电量增长的速度，在一定程度上削弱这种“无法停止的力量”。

 有两种方法给我们带来希望。第一个方法是降低每一产品的耗电量，提高发电和配电的能效；第二个方法是改变消费者的用电习惯。半导体技术对这两种方法都能发挥作用。

 在所有的电子和电力产品技术中，性价比是电路和系统开发中的关注焦点。今天，能源问题让开发人员开始关注能耗。国际能源署（IEA）预计，在减少全球能耗所产生的二氧化碳排放量所作的努力中，提高终端产品的能效将起到最重要的促进作用。在未来十年之时，高能效所带来的节能将占全球总节能量的一半以上。

有多种降低终端产品能耗的方式。技术升级是其中一种方法。假设每年的晶体管出货量是20亿颗，而上一代晶体管被当今的先进晶体管所取代，电源设备每年将节省电能4-5万亿瓦时，这个数字相当于两座500MW（兆瓦）核电站的年发电量。

 采用智能系统更为重要。智能系统是指在一个系统内整合数字信号处理器、传感器、执行器等多项功能。这种方式的节能效果已经在家电应用领域显现出来。随着性能强大且价格低廉的微控制器的推广应用，能效更高的无刷电机正在逐步取代耗电极大的传统通用电机。无刷电机的能效通常比所替代电机高30%，如果所有的通用电机被无刷电机取代，这将在2020年前节能50万亿瓦时。

 第二方法是帮助消费者改变用电习惯。这种方法更具挑战性，因为用电习惯的改变在很大程度上取决于政府法律和电力基础设施的双重作用。为用户提供详细的用电信息，以及他们的用电方式对电费的影响，将有助于消费者减少用电量。最近在芬兰进行一个供电改革试点项目，消费者能够看到用电和电费的具体信息而改变了用电方式，从而带来用电量平均节省了7%。

无法移动的物体

太阳能、风力发电和其它再生能源均被认为是未来电力领域的重要力量，然而从商业角度看，眼下这些新能源发电还无法与化石燃料发电展开市场竞争，提高再生能源的成本效益是其中最大的挑战。

 首先，我们可以利用在硅技术、电路和系统架构方面积累的技术和知识，提高再生能源在发电、蓄电和配电方面的成本效益。意法半导体等公司在提高太阳能电池及相关电子系统的能效方面取得很大进步。此外，也为开发更好的蓄电技术能效做出了贡献。蓄电技术是把在阳光充足或风力很大时产生的能量贮存起来，然后在发电低谷期把电能送入电网。

 第二，我们必须把硅技术延伸到其它半导体技术领域。新的合成半导体材料比硅具有更好的电属性和物理属性，能够提高功率晶体管的能效。虽然提高幅度不大，只有几个百分点，但是这让我们有机会为众多的应用设计开发能效更高的功率级，例如，混合动力汽车和太阳能逆变器。新材料还能让我们实现尺寸紧凑的电动设备。这些优势都可能在新能源商业前景中起着重要作用。

 此外，我们还必须加快智能电网的开发和推广。虽然从19世纪末开始，众多的技术进步使得人类生活在各方面得到大幅改善，但是在发电和输电技术方面没有发生太大的变化。无疑，电网升级是我们面临的最大挑战之一，因为电力基础设施更换的特点是规模大且不能中断供电。人们广泛认可智能电网是电力工业发展进程中的一个重要阶段。智能电网有很多好处，例如，智能电网有助于再生能源大规模推广应用。

 理想的情况是，凡是投资新能源的人都能受益于智能电网的升级，例如，在屋顶安装太阳能板或建一个小型的风力发电机，发电满足自身用电需求，这样可以减少对电网的依赖，节省电费开销； 当自发电充足时，还可以向电网输电，实现创收。传统电网很少鼓励这种投资。多数人相信这将是未来能源格局的重要组成部分。

 “无法停止的力量”与“无法移动的物体”碰撞是全世界面临的一个严峻挑战。但是，意法半导体与其它企业正在研发多项尖端技术，我们相信半导体技术将会为人类战胜这个挑战而做出重大贡献。