能源危機和半導體技術(shù)

　　人類(lèi)遭遇能源危機

　　火是人類(lèi)最初的能源，用于取暖、熟食，甚至驅散猛獸?；鸬膽锰岣吡巳祟?lèi)的文明程度，熱量的提升，又使人類(lèi)從石器時(shí)代進(jìn)入了青銅器時(shí)代。迨至18世紀英國工業(yè)革命，在蒸汽機的推動(dòng)下建立起了現代文明社會(huì )，蒸汽機將熱能轉換為機械能，促進(jìn)了大量生產(chǎn)。以后隨著(zhù)火力發(fā)電廠(chǎng)的建設，石油的開(kāi)采，汽油發(fā)動(dòng)機的出現，核發(fā)電廠(chǎng)的應用，煤、石油、天然氣、鈾等自然資源不斷被開(kāi)采出來(lái)，為人類(lèi)提供能源。據美國能源部的報告，2003年世界的用電量為14.8萬(wàn)億度，其中發(fā)達國家占29%，其余國家占71%，預計到2030年將翻一番多，達30.1萬(wàn)億度。當前煤電仍占主導地位，天然氣電其次占20%，油電10%，其余為核、水、太陽(yáng)、風(fēng)等。但是，自然資源的蘊藏量都是有限的，按照今天的消費程度發(fā)展，預期到本世紀20~30年代人類(lèi)即將遭遇到能源大危機。

　　解決之道何在?

　　因此，世界各國無(wú)不在為這一巨大難題而盡心竭力，探索一切可行的解決之道。從宏觀(guān)上講，實(shí)際不外兩種辦法：一是尋求可再生能源以取代現有天然資源;二是想方設法提高現用能源的效率和采取節約措施。前者包括水、風(fēng)和太陽(yáng)能，特別是太陽(yáng)能近年尤其受到人們的注意。據統計，照到地球上1小時(shí)的太陽(yáng)能即約等于全世界1年消耗的能量。太陽(yáng)能利用最有效的方法，就是通過(guò)采用硅材料制成的太陽(yáng)能電池。硅太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展已取得了很大進(jìn)步，它的轉換效率提高了近10倍，達到了11%~19%，成本降低了100倍，壽命超過(guò)20年，2008年世界市場(chǎng)規模已達180億美元。Gartner市場(chǎng)調查公司預測，到2013年間將以每年17%的速度快速增長(cháng)，屆時(shí)將達340億美元，且其發(fā)電量還僅僅占世界總發(fā)電量的百分之幾，前景無(wú)限廣闊，一片光明。

　　第二種解決方案是增效和節約，現有能源的方方面面都牽涉得到，下面將分別介紹。值得注意的是，不論開(kāi)拓可再生能源還是增效、節能都離不開(kāi)半導體技術(shù)的創(chuàng )新應用。據國外媒體報道，1978年以來(lái)30年間，半導體技術(shù)已使汽車(chē)的效率提高了40%，飛行客機提高了120%，照明提高了340%，計算機系統更是提高了3萬(wàn)倍。

　　應用半導體技術(shù)是關(guān)鍵

　　電的傳輸

　　據報道，現在的電能大約三分之二在傳輸和配電過(guò)程中損失掉了。這是多么巨大的損失和節電機遇!世界大多數地方的電網(wǎng)已使用了幾十年甚至上百年，出了問(wèn)題非但不好找，還不能迅速提出解決方案。針對這一困擾的首要改造任務(wù)是需將現有電網(wǎng)革新為“智能電網(wǎng)”(smart grid)，所需革新技術(shù)包括傳感器、處理器、優(yōu)化系統和軟件等。以美國而論，到2010年才有一半電網(wǎng)可實(shí)現數字化，理想的網(wǎng)絡(luò )是自復網(wǎng)(self-healing network)，能自己診斷故障和進(jìn)行修復，這就需要復雜的片上系統，其上有傳感、通信、存儲和處理等功能。一旦實(shí)現，每年即可節約千億美元，節電幾百千兆瓦。

　　工業(yè)用電

　　工業(yè)用電占世界總發(fā)電量的40%，是最大的用電部門(mén)。電機則又是工業(yè)用電最大戶(hù)，它占了工業(yè)用電的三分之二。如果采用半導體技術(shù)控制了電機速度，那就能使電機耗電下降至定速電機的八分之一。目前雖然只有5%的電機是變速驅動(dòng)的，但即使如此，它的節電便已相當于5個(gè)發(fā)電廠(chǎng)發(fā)的電，如果所有發(fā)電機都提高了效率，那節電效果便可相當于200個(gè)發(fā)電廠(chǎng)。此外，利用半導體技術(shù)進(jìn)行控制，也可使太陽(yáng)能電池板僅在晴天工作，風(fēng)力發(fā)電機只在有風(fēng)天工作，把電能儲存起來(lái)以供夜間、陰雨天和無(wú)風(fēng)天應用。