能源危機和半導體技術(shù)

　　人類遭遇能源危機

　　火是人類最初的能源，用于取暖、熟食，甚至驅(qū)散猛獸。火的應用提高了人類的文明程度，熱量的提升，又使人類從石器時代進入了青銅器時代。迨至18世紀英國工業(yè)革命，在蒸汽機的推動下建立起了現(xiàn)代文明社會，蒸汽機將熱能轉(zhuǎn)換為機械能，促進了大量生產(chǎn)。以后隨著火力發(fā)電廠的建設(shè)，石油的開采，汽油發(fā)動機的出現(xiàn)，核發(fā)電廠的應用，煤、石油、天然氣、鈾等自然資源不斷被開采出來，為人類提供能源。據(jù)美國能源部的報告，2003年世界的用電量為14.8萬億度，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、風等。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年代人類即將遭遇到能源大危機。

　　解決之道何在?

　　因此，世界各國無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。從宏觀上講，實際不外兩種辦法：一是尋求可再生能源以取代現(xiàn)有天然資源;二是想方設(shè)法提高現(xiàn)用能源的效率和采取節(jié)約措施。前者包括水、風和太陽能，特別是太陽能近年尤其受到人們的注意。據(jù)統(tǒng)計，照到地球上1小時的太陽能即約等于全世界1年消耗的能量。太陽能利用最有效的方法，就是通過采用硅材料制成的太陽能電池。硅太陽能電池經(jīng)過50年的發(fā)展已取得了很大進步，它的轉(zhuǎn)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20年，2008年世界市場規(guī)模已達180億美元。Gartner市場調(diào)查公司預測，到2013年間將以每年17%的速度快速增長，屆時將達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，前景無限廣闊，一片光明。

　　第二種解決方案是增效和節(jié)約，現(xiàn)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，不論開拓可再生能源還是增效、節(jié)能都離不開半導體技術(shù)的創(chuàng)新應用。據(jù)國外媒體報道，1978年以來30年間，半導體技術(shù)已使汽車的效率提高了40%，飛行客機提高了120%，照明提高了340%，計算機系統(tǒng)更是提高了3萬倍。

　　應用半導體技術(shù)是關(guān)鍵

　　電的傳輸

　　據(jù)報道，現(xiàn)在的電能大約三分之二在傳輸和配電過程中損失掉了。這是多么巨大的損失和節(jié)電機遇!世界大多數(shù)地方的電網(wǎng)已使用了幾十年甚至上百年，出了問題非但不好找，還不能迅速提出解決方案。針對這一困擾的首要改造任務是需將現(xiàn)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(tǒng)和軟件等。以美國而論，到2010年才有一半電網(wǎng)可實現(xiàn)數(shù)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行修復，這就需要復雜的片上系統(tǒng)，其上有傳感、通信、存儲和處理等功能。一旦實現(xiàn)，每年即可節(jié)約千億美元，節(jié)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。電機則又是工業(yè)用電最大戶，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(qū)動的，但即使如此，它的節(jié)電便已相當于5個發(fā)電廠發(fā)的電，如果所有發(fā)電機都提高了效率，那節(jié)電效果便可相當于200個發(fā)電廠。此外，利用半導體技術(shù)進行控制，也可使太陽能電池板僅在晴天工作，風力發(fā)電機只在有風天工作，把電能儲存起來以供夜間、陰雨天和無風天應用。