半導體與世界能源危機

　　“無(wú)法停止的力量”與“無(wú)法移動(dòng)的物體”相碰撞，這是對當今世界面臨的最重要問(wèn)題之一的能源危機的恰當比喻。無(wú)法停止的力量是全球對能源日益增長(cháng)的需求;無(wú)法移動(dòng)的物體是世界不斷減少的化石燃料儲量和燃燒化石燃料正在引起氣候變化并將會(huì )給未來(lái)后代帶來(lái)深遠的負面影響這一日益被人們所接受的觀(guān)點(diǎn)。

　　全世界對電能的需求正在不斷增長(cháng)，在可預見(jiàn)的未來(lái)，這種增長(cháng)趨勢不會(huì )改變。美孚2010年市場(chǎng)展望預測，至2030年，全球對電能的需求將比現在高50%。即使我們有幸發(fā)現新的化石燃料儲備，出于對全球變暖的考慮，我們也不能再繼續燃燒化石燃料。無(wú)法停止的力量與無(wú)法移動(dòng)的物體碰撞在一起。

　　目前的電能使用方式的根源于20世紀初期，當時(shí)石油價(jià)格低廉，似乎取之不盡，用之不竭，更沒(méi)有人會(huì )想到人類(lèi)活動(dòng)會(huì )影響氣候變化。今天，我們知道這種使用方式與可持續發(fā)展原則背道而馳，我們亟需改變現狀。

　　鑒于這一挑戰的影響范圍和復雜性，我們每個(gè)人都必須為解決這個(gè)難題貢獻力量。我們相信半導體工業(yè)可以削弱這種無(wú)法停止的力量，使這個(gè)無(wú)法移動(dòng)的物體變得能夠移動(dòng)。

　　全球用電人口和高耗電型電器數量驟增要求我們必須全面改變現今世界的用電方式。期望降低全世界的用電需求可能是不合理的，但是我們必須致力于減緩耗電量增長(cháng)的速度，在一定程度上削弱這種“無(wú)法停止的力量”。

　　有兩種方法給我們帶來(lái)希望。第一個(gè)方法是降低每一產(chǎn)品的耗電量，提高發(fā)電和配電的能效;第二個(gè)方法是改變消費者的用電習慣。半導體技術(shù)對這兩種方法都能發(fā)揮作用。

　　在所有的電子和電力產(chǎn)品技術(shù)中，性?xún)r(jià)比是電路和系統開(kāi)發(fā)中的關(guān)注焦點(diǎn)。今天，能源問(wèn)題讓開(kāi)發(fā)人員開(kāi)始關(guān)注能耗。國際能源署(IEA)預計，在減少全球能耗所產(chǎn)生的二氧化碳排放量所作的努力中，提高終端產(chǎn)品的能效將起到最重要的促進(jìn)作用。在未來(lái)十年之時(shí)，高能效所帶來(lái)的節能將占全球總節能量的一半以上。

　　有多種降低終端產(chǎn)品能耗的方式。技術(shù)升級是其中一種方法。假設每年的晶體管出貨量是20億顆，而上一代晶體管被當今的先進(jìn)晶體管所取代，電源設備每年將節省電能4-5萬(wàn)億瓦時(shí)，這個(gè)數字相當于兩座500MW(兆瓦)核電站的年發(fā)電量。

　　采用智能系統更為重要。智能系統是指在一個(gè)系統內整合數字信號處理器、傳感器、執行器等多項功能。這種方式的節能效果已經(jīng)在家電應用領(lǐng)域顯現出來(lái)。隨著(zhù)性能強大且價(jià)格低廉的微控制器的推廣應用，能效更高的無(wú)刷電機正在逐步取代耗電極大的傳統通用電機。無(wú)刷電機的能效通常比所替代電機高30%，如果所有的通用電機被無(wú)刷電機取代，這將在2020年前節能50萬(wàn)億瓦時(shí)。

　　第二方法是幫助消費者改變用電習慣。這種方法更具挑戰性，因為用電習慣的改變在很大程度上取決于政府法律和電力基礎設施的雙重作用。為用戶(hù)提供詳細的用電信息，以及他們的用電方式對電費的影響，將有助于消費者減少用電量。最近在芬蘭進(jìn)行一個(gè)供電改革試點(diǎn)項目，消費者能夠看到用電和電費的具體信息而改變了用電方式，從而帶來(lái)用電量平均節省了7%。

　　無(wú)法移動(dòng)的物體

　　太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電和其它再生能源均被認為是未來(lái)電力領(lǐng)域的重要力量，然而從商業(yè)角度看，眼下這些新能源發(fā)電還無(wú)法與化石燃料發(fā)電展開(kāi)市場(chǎng)競爭，提高再生能源的成本效益是其中最大的挑戰。

　　首先，我們可以利用在硅技術(shù)、電路和系統架構方面積累的技術(shù)和知識，提高再生能源在發(fā)電、蓄電和配電方面的成本效益。意法半導體等公司在提高太陽(yáng)能電池及相關(guān)電子系統的能效方面取得很大進(jìn)步。此外，也為開(kāi)發(fā)更好的蓄電技術(shù)能效做出了貢獻。蓄電技術(shù)是把在陽(yáng)光充足或風(fēng)力很大時(shí)產(chǎn)生的能量貯存起來(lái)，然后在發(fā)電低谷期把電能送入電網(wǎng)。

　　第二，我們必須把硅技術(shù)延伸到其它半導體技術(shù)領(lǐng)域。新的合成半導體材料比硅具有更好的電屬性和物理屬性，能夠提高功率晶體管的能效。雖然提高幅度不大，只有幾個(gè)百分點(diǎn)，但是這讓我們有機會(huì )為眾多的應用設計開(kāi)發(fā)能效更高的功率級，例如，混合動(dòng)力汽車(chē)和太陽(yáng)能逆變器。新材料還能讓我們實(shí)現尺寸緊湊的電動(dòng)設備。這些優(yōu)勢都可能在新能源商業(yè)前景中起著(zhù)重要作用。

　　此外，我們還必須加快智能電網(wǎng)的開(kāi)發(fā)和推廣。雖然從19世紀末開(kāi)始，眾多的技術(shù)進(jìn)步使得人類(lèi)生活在各方面得到大幅改善，但是在發(fā)電和輸電技術(shù)方面沒(méi)有發(fā)生太大的變化。無(wú)疑，電網(wǎng)升級是我們面臨的最大挑戰之一，因為電力基礎設施更換的特點(diǎn)是規模大且不能中斷供電。人們廣泛認可智能電網(wǎng)是電力工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的一個(gè)重要階段。智能電網(wǎng)有很多好處，例如，智能電網(wǎng)有助于再生能源大規模推廣應用。

　　理想的情況是，凡是投資新能源的人都能受益于智能電網(wǎng)的升級，例如，在屋頂安裝太陽(yáng)能板或建一個(gè)小型的風(fēng)力發(fā)電機，發(fā)電滿(mǎn)足自身用電需求，這樣可以減少對電網(wǎng)的依賴(lài)，節省電費開(kāi)銷(xiāo); 當自發(fā)電充足時(shí)，還可以向電網(wǎng)輸電，實(shí)現創(chuàng )收。傳統電網(wǎng)很少鼓勵這種投資。多數人相信這將是未來(lái)能源格局的重要組成部分。

　　“無(wú)法停止的力量”與“無(wú)法移動(dòng)的物體”碰撞是全世界面臨的一個(gè)嚴峻挑戰。但是，意法半導體與其它企業(yè)正在研發(fā)多項尖端技術(shù)，我們相信半導體技術(shù)將會(huì )為人類(lèi)戰勝這個(gè)挑戰而做出重大貢獻。