能源危机的解决之道 应用半导体技术是关键

2009-07-08 12:53:25来源: 电子产品世界

      人类遭遇能源危机

    火是人类最初的能源,用于取暖、熟食,甚至驱散猛兽。火的应用提高了人类的文明程度,热量的提升,又使人类从石器时代进入了青铜器时代。迨至18世纪英国工业革命,在蒸汽机的推动下建立起了现代文明社会,蒸汽机将热能转换为机械能,促进了大量生产。以后随着火力发电厂的建设,石油的开采,汽油发动机的出现,核发电厂的应用,煤、石油、天然气、铀等自然资源不断被开采出来,为人类提供能源。据美国能源部的报告,2003年世界的用电量为14.8万亿度,其中发达国家占29%,其余国家占71%,预计到2030年将翻一番多,达30.1万亿度。当前煤电仍占主导地位,天然气电其次占20%,油电10%,其余为核、水、太阳、风等。但是,自然资源的蕴藏量都是有限的,按照今天的消费程度发展,预期到本世纪20~30年代人类即将遭遇到能源大危机。

    解决之道何在?

    因此,世界各国无不在为这一巨大难题而尽心竭力,探索一切可行的解决之道。从宏观上讲,实际不外两种办法:一是寻求可再生能源以取代现有天然资源;二是想方设法提高现用能源的效率和采取节约措施。前者包括水、风和太阳能,特别是太阳能近年尤其受到人们的注意。据统计,照到地球上1小时的太阳能即约等于全世界1年消耗的能量。太阳能利用最有效的方法,就是通过采用硅材料制成的太阳能电池。硅太阳能电池经过50年的发展已取得了很大进步,它的转换效率提高了近10倍,达到了11%~19%,成本降低了100倍,寿命超过20年,2008年世界市场规模已达180亿美元。Gartner市场调查公司预测,到2013年间将以每年17%的速度快速增长,届时将达340亿美元,且其发电量还仅仅占世界总发电量的百分之几,前景无限广阔,一片光明。

    第二种解决方案是增效和节约,现有能源的方方面面都牵涉得到,下面将分别介绍。值得注意的是,不论开拓可再生能源还是增效、节能都离不开半导体技术的创新应用。据国外媒体报道,1978年以来30年间,半导体技术已使汽车的效率提高了40%,飞行客机提高了120%,照明提高了340%,计算机系统更是提高了3万倍。

    应用半导体技术是关键

    电的传输

    据报道,现在的电能大约三分之二在传输和配电过程中损失掉了。这是多么巨大的损失和节电机遇!世界大多数地方的电网已使用了几十年甚至上百年,出了问题非但不好找,还不能迅速提出解决方案。针对这一困扰的首要改造任务是需将现有电网革新为“智能电网”(smart grid),所需革新技术包括传感器、处理器、优化系统和软件等。以美国而论,到2010年才有一半电网可实现数字化,理想的网络是自复网(self-healing network),能自己诊断故障和进行修复,这就需要复杂的片上系统,其上有传感、通信、存储和处理等功能。一旦实现,每年即可节约千亿美元,节电几百千兆瓦。

    工业用电

    工业用电占世界总发电量的40%,是最大的用电部门。电机则又是工业用电最大户,它占了工业用电的三分之二。如果采用半导体技术控制了电机速度,那就能使电机耗电下降至定速电机的八分之一。目前虽然只有5%的电机是变速驱动的,但即使如此,它的节电便已相当于5个发电厂发的电,如果所有发电机都提高了效率,那节电效果便可相当于200个发电厂。此外,利用半导体技术进行控制,也可使太阳能电池板仅在晴天工作,风力发电机只在有风天工作,把电能储存起来以供夜间、阴雨天和无风天应用。

      数字技术已成为现代社会人们工作或生活中不可或缺的一部分。数字系统消费的电能日益增加。例如,2006年美国服务器和数据中心消费的电能达510亿度,比2001年增长了一倍。如果无所作为,那么5年后数据中心消耗的电能还将翻番。不过,通过半导体芯片和设计技术的革新,就会使电能节省一半。半导体技术节能效果十分显着,像世界首台采用电子管的电子计算机ENIAC重30吨,耗电200kW,而今天具有同样功能的半导体计算设备,小到可放在手心里,重不过几克,耗电不足1W。

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关键字:太阳能  半导体照明  电动汽车

编辑:金继舒 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2009/0708/article_1344.html
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