新能源大變局的背后

2022年4月，彭博社一篇題為《“空氣比北京還差”不再算是羞辱》的報導向西方展示了一個(gè)事實(shí)，北京的天空已不再常有霧霾相伴。

此時(shí)回望2013年國務(wù)院“大氣十條”提出要調整能源結構、增加清潔能源供應，之后中國與世界各國一起促成了《巴黎氣候協(xié)定》，以及人人耳熟能詳的“碳達峰”“碳中和”，再看看從西電東輸再到東數西算，可以說(shuō)中國新能源的勢頭正在持續增強。 

前所未有的轉型

讓我們回顧一下能源技術(shù)的轉型史。18世紀工業(yè)革命開(kāi)始后煤炭被大規模開(kāi)采和消費， 1965年石油取代煤炭成為消耗最多的能源，引領(lǐng)世界進(jìn)入“石油時(shí)代”。時(shí)至今日，煤炭、石油等化石燃料依然是世界主要的能源，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染，以及在有效獲取、生產(chǎn)、儲存和分配能源等方面面臨的日益嚴峻的挑戰，促使人們需要進(jìn)行變革，這也造就了如今可再生能源技術(shù)的不斷創(chuàng )新，也正因此稱(chēng)之為“新能源”。

中國的新能源之路其實(shí)可以追溯到建國初期農村推行的小水電和沼氣，中國在2020年9月份聯(lián)合國大會(huì )正式提出了中國碳排放目標：“爭取于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和?！币源藶闃酥?，在中國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展倡議下，眾多企業(yè)升級系統，從而掀起能源轉型新浪潮。

除此之外，科技的進(jìn)步也是新能源發(fā)展的主要推動(dòng)力。國際能源署IRENA 2020年可再生能源發(fā)電成本報告顯示，在 2010 年至 2020年間，并網(wǎng)大規模太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本下降了 85%。降低成本的關(guān)鍵因素是隨著(zhù)太陽(yáng)能采用率的增加而產(chǎn)生的規模經(jīng)濟效應，以及改善太陽(yáng)能發(fā)電、儲存和分配的技術(shù)創(chuàng )新。 一系列的技術(shù)創(chuàng )新，例如采用更高效的逆變器系統，引進(jìn)配套儲能設施，不僅讓空氣更清潔，而且也具有重要的商業(yè)價(jià)值。

然而中國的可再生能源發(fā)展之路并非鋪滿(mǎn)鮮花，也面臨著(zhù)相當的挑戰。具體而言，目前化石能源的占比還高達百分之七八十，而且由于幅員遼闊、工業(yè)生產(chǎn)和能源輸出基地分布分散，使得我國擁有全球最復雜的電網(wǎng)系統。此外，新能源發(fā)電極具動(dòng)態(tài)性，需要創(chuàng )建更智能、更高效的新型分布式電力系統進(jìn)行消納。更重要的是，隨著(zhù)以電動(dòng)汽車(chē)為代表的社會(huì )電動(dòng)化趨勢到來(lái)，電網(wǎng)負載端的復雜度也在急劇增加?！斑@一系列的挑戰，使得我國必須從發(fā)、輸、變、配、用各個(gè)環(huán)節入手，同時(shí)配合先進(jìn)儲能技術(shù)全方位構建智能化、數字化的電網(wǎng)系統”，德州儀器（TI）現場(chǎng)應用經(jīng)理Eric Fu說(shuō)?？稍偕茉窗l(fā)電、特高壓輸電、電化學(xué)儲能、數字化配電等技術(shù)因此得到了空前的發(fā)展機遇，但與生俱來(lái)的當然還有巨大的挑戰。 

德州儀器（TI）現場(chǎng)應用經(jīng)理Eric Fu

顯而易見(jiàn)，能源技術(shù)的發(fā)展，離不開(kāi)更新、更高效的電力電子技術(shù)發(fā)展，更離不開(kāi)推動(dòng)可再生能源技術(shù)創(chuàng )新進(jìn)步的集成電路的發(fā)展。巧合的是，集成電路的發(fā)明者TI公司誕生之初其主營(yíng)業(yè)務(wù)即是石油勘探，可以說(shuō)TI與能源行業(yè)淵源已久，那么TI又是如何理解并參與中國大地上正發(fā)生的這輪新能源轉型？

“首先，是中國‘3060’戰略布局從高度上就展現出了頂層部署的決心；第二，在整個(gè)執行層面，從國家到地方陸續出臺了多項部署新能源的具體措施，包括風(fēng)光大基地、整縣推進(jìn)屋頂分布式光伏等，明確新能源電站配置固定比例儲能設施等；第三，則是最大化市場(chǎng)和商業(yè)價(jià)值在在整個(gè)新能源部署中的促進(jìn)作用，探索新的商業(yè)模式，比如峰谷電價(jià)，共享儲能等?！?Eric解讀了此次新能源產(chǎn)業(yè)轉型與以往的不同。

“無(wú)論從市場(chǎng)總容量或者未來(lái)的增長(cháng)空間來(lái)看，中國無(wú)疑是全球新能源市場(chǎng)最吸引人的地區之一。與此同時(shí)，我們也看到在一波波的新能源發(fā)展浪潮中，始終都有中國企業(yè)的身影，一路走來(lái)，高歌猛進(jìn)?！盓ric說(shuō)。

克服技術(shù)挑戰

作為在中國已深耕36年的全球領(lǐng)先的模擬及嵌入式處理半導體公司，TI正通過(guò)各類(lèi)創(chuàng )新的產(chǎn)品與技術(shù)，幫助中國客戶(hù)實(shí)現他們的目標。高效率，高可靠性，高性?xún)r(jià)比、高功率密度、以及高安全性是電力電子技術(shù)的主要驅動(dòng)力和差異化因素。

對于電力系統來(lái)說(shuō)，通常需要在極端高低溫的戶(hù)外條件下，穩定、高效地運行數十年，最關(guān)鍵的就是可靠性和安全性。TI 多年來(lái)一直致力于打造具有長(cháng)期產(chǎn)品生命周期的高可靠性的產(chǎn)品，以保證未來(lái)幾十年的供貨。 TI 的產(chǎn)品通過(guò)嚴格的開(kāi)發(fā)規范和完整的測試流程幫助客戶(hù)通過(guò)相關(guān)的功能安全認證，確保產(chǎn)品能夠在惡劣的環(huán)境中運行。比如Sitara AM263x處理器就可同時(shí)滿(mǎn)足功能安全和信息安全的可靠性要求，結合了C2000 MCU的實(shí)時(shí)特性、以及豐富且高精度的模擬外設，可應對功率變換系統中對于更高開(kāi)關(guān)頻率、更復雜拓撲架構的實(shí)時(shí)性處理以及更高的電能轉換質(zhì)量。

高功率密度則是系統小型化、輕量化的關(guān)鍵所在，TI通過(guò)各種高集成的產(chǎn)品，幫助設計工程師實(shí)現系統級的小型化。比如針對儲能系統，借助TI廣泛的模擬、電源和嵌入式產(chǎn)品，可將功率因數校正（PFC）與逆變結合在一起，從而提供完整高效及尺寸優(yōu)化的系統。TI可提供的產(chǎn)品包括具有集成驅動(dòng)器、溫度保護以及氮化鎵FET的新一代功率器件，以及一系列超高工作電壓和超高可靠性的隔離產(chǎn)品組合，包括集成隔離和保護功能的驅動(dòng)器，集成隔離電源和隔離放大器功能的AMC3302，多PWM通道的C2000等等，從而實(shí)現完整的三相三電平數千瓦級ANPC的電源轉換。

考慮到電力傳輸鏈的節點(diǎn)數與日俱增，各個(gè)子系統都需要保持最高的轉換效率，從而減少損耗。比如對于儲能應用而言，TI高精度電池管理芯片BQ79616可以在高壓電池系統中實(shí)現準確的電池電壓檢測。該器件提供內置的次級側保護、可靠的菊花鏈通信和自主內部電池均衡，以實(shí)現電壓測量的準確性和荷電狀態(tài)計算的完整性。另外一個(gè)例子是，新推出的集成式固態(tài)繼電器TPSI3050，采用了電容和磁隔離技術(shù)，相比機械或光耦繼電器而言功耗更低，從而提升了整個(gè)系統的效率。

更高的性?xún)r(jià)比則是新能源基礎設施發(fā)展和普及的根本要求，產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節都在不斷追求降低每瓦發(fā)電成本，TI 的愿望是通過(guò)高可靠性和高功率密度的模擬和嵌入式處理產(chǎn)品，幫助提高電子產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比，同時(shí)幫助客戶(hù)降低系統成本。 公司持續加大在生產(chǎn)制造的投資，包括擴大 300 毫米晶圓廠(chǎng)的建設，以在未來(lái)幾十年為能源客戶(hù)提供創(chuàng )新產(chǎn)品。同時(shí)，客戶(hù)的開(kāi)發(fā)成本也不容忽視。 通過(guò)本地系統應用團隊、銷(xiāo)售和支持團隊，開(kāi)發(fā)所需的軟件開(kāi)發(fā)套件、參考設計和代碼庫，TI 可以幫助客戶(hù)顯著(zhù)降低設計成本并加快開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品上市周期。

新能源的未來(lái)

毫無(wú)疑問(wèn)，這一波新能源的浪潮是空前的，無(wú)論是規模上還是影響上，這種前所未有的轉型并不僅僅在技術(shù)上，也會(huì )體現在我們每個(gè)人的生活中。伴隨著(zhù)《“十四五”現代能源體系規劃》，《關(guān)于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見(jiàn)》，《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃（2021-2035年）》，《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng )新規劃》等多項措施的密集發(fā)布，使得新能源市場(chǎng)在2022初備受關(guān)注。作為世界上最大的能源消費國，同時(shí)也是世界上重要的能源技術(shù)提供者，中國的能源改革力度具有舉足輕重的影響。

“我們的產(chǎn)品組合非常全面，并且擁有深度和廣度的客戶(hù)合作關(guān)系，以及全面的支持，這使得我們可以迅速判斷市場(chǎng)所需，并對產(chǎn)品進(jìn)行迭代，從而始終保持在電力電子領(lǐng)域的優(yōu)勢?！?Eric強調。

Eric介紹道，TI內部圍繞電力電子領(lǐng)域打造出了一套矩陣式的團隊體系，包括產(chǎn)品團隊、客戶(hù)支持團隊以及系統應用團隊，為客戶(hù)提供子系統甚至完整的半導體解決方案，以應對不斷變化的挑戰，使可再生能源更高效、更安全、更可靠和更高性?xún)r(jià)比。。

無(wú)論是工業(yè)革命，還是能源革命，背后的根本推動(dòng)力都是科技，而TI正在通過(guò)“芯科技”賦能能源基建，通過(guò)廣泛的模擬和嵌入式處理產(chǎn)品、強大且全方位的本地支持，包括本地研發(fā)、本地銷(xiāo)售和應用團隊以及完全本地化的TI.com.cn，圍繞著(zhù)高可靠、高效率、小尺寸及更高性?xún)r(jià)比，幫助中國相關(guān)企業(yè)做大做強，為實(shí)現全國乃至全球的能源轉型做出貢獻。