半導(dǎo)體與世界能源危機(jī)

“無(wú)法停止的力量”與“無(wú)法移動(dòng)的物體”相碰撞，這是對(duì)當(dāng)今世界面臨的最重要問(wèn)題之一的能源危機(jī)的恰當(dāng)比喻。無(wú)法停止的力量是全球?qū)δ茉慈找嬖鲩L(zhǎng)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(chǔ)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(yuǎn)的負(fù)面影響這一日益被人們所接受的觀點(diǎn)。

全世界對(duì)電能的需求正在不斷增長(zhǎng)，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，這種增長(zhǎng)趨勢(shì)不會(huì)改變。美孚2010年市場(chǎng)展望預(yù)測(cè)，至2030年，全球?qū)﹄娔艿男枨髮⒈痊F(xiàn)在高50%。即使我們有幸發(fā)現(xiàn)新的化石燃料儲(chǔ)備，出于對(duì)全球變暖的考慮，我們也不能再繼續(xù)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(jì)初期，當(dāng)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(xù)發(fā)展原則背道而馳，我們亟需改變現(xiàn)狀。

鑒于這一挑戰(zhàn)的影響范圍和復(fù)雜性，我們每個(gè)人都必須為解決這個(gè)難題貢獻(xiàn)力量。我們相信半導(dǎo)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(shù)量驟增要求我們必須全面改變現(xiàn)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(zhǎng)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(fèi)者的用電習(xí)慣。半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)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(tǒng)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(guó)際能源署（IEA）預(yù)計(jì)，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(jié)能將占全球總節(jié)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(jí)是其中一種方法。假設(shè)每年的晶體管出貨量是20億顆，而上一代晶體管被當(dāng)今的先進(jìn)晶體管所取代，電源設(shè)備每年將節(jié)省電能4-5萬(wàn)億瓦時(shí)，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于兩座500MW（兆瓦）核電站的年發(fā)電量。

采用智能系統(tǒng)更為重要。智能系統(tǒng)是指在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)整合數(shù)字信號(hào)處理器、傳感器、執(zhí)行器等多項(xiàng)功能。這種方式的節(jié)能效果已經(jīng)在家電應(yīng)用領(lǐng)域顯現(xiàn)出來(lái)。隨著性能強(qiáng)大且價(jià)格低廉的微控制器的推廣應(yīng)用，能效更高的無(wú)刷電機(jī)正在逐步取代耗電極大的傳統(tǒng)通用電機(jī)。無(wú)刷電機(jī)的能效通常比所替代電機(jī)高30%，如果所有的通用電機(jī)被無(wú)刷電機(jī)取代，這將在2020年前節(jié)能50萬(wàn)億瓦時(shí)。

第二方法是幫助消費(fèi)者改變用電習(xí)慣。這種方法更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)橛秒娏?xí)慣的改變?cè)诤艽蟪潭壬先Q于政府法律和電力基礎(chǔ)設(shè)施的雙重作用。為用戶(hù)提供詳細(xì)的用電信息，以及他們的用電方式對(duì)電費(fèi)的影響，將有助于消費(fèi)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(xiàng)目，消費(fèi)者能夠看到用電和電費(fèi)的具體信息而改變了用電方式，從而帶來(lái)用電量平均節(jié)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(rèn)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(jìng)爭(zhēng)，提高再生能源的成本效益是其中最大的挑戰(zhàn)。

首先，我們可以利用在硅技術(shù)、電路和系統(tǒng)架構(gòu)方面積累的技術(shù)和知識(shí)，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(dǎo)體等公司在提高太陽(yáng)能電池及相關(guān)電子系統(tǒng)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(xiàn)。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(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。新的合成半導(dǎo)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(jī)會(huì)為眾多的應(yīng)用設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能效更高的功率級(jí)，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(xiàn)尺寸緊湊的電動(dòng)設(shè)備。這些優(yōu)勢(shì)都可能在新能源商業(yè)前景中起著重要作用。

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(jì)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(jí)是我們面臨的最大挑戰(zhàn)之一，因?yàn)殡娏A(chǔ)設(shè)施更換的特點(diǎn)是規(guī)模大且不能中斷供電。人們廣泛認(rèn)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(guī)模推廣應(yīng)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(jí)，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(jī)，發(fā)電滿(mǎn)足自身用電需求，這樣可以減少對(duì)電網(wǎng)的依賴(lài)，節(jié)省電費(fèi)開(kāi)銷(xiāo)； 當(dāng)自發(fā)電充足時(shí)，還可以向電網(wǎng)輸電，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收。傳統(tǒng)電網(wǎng)很少鼓勵(lì)這種投資。多數(shù)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(yán)峻挑戰(zhàn)。但是，意法半導(dǎo)體與其它企業(yè)正在研發(fā)多項(xiàng)尖端技術(shù)，我們相信半導(dǎo)體技術(shù)將會(huì)為人類(lèi)戰(zhàn)勝這個(gè)挑戰(zhàn)而做出重大貢獻(xiàn)。