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1、半导体技术 节能领域革新的希望赛迪顾问股份有限公司(HK08235)CCID Consulting Co., Ltd.2010年11月2 CCIDConsulting(HK08235)一组数据 2009年,美国总发电量为39511.17亿千瓦时,中国为37146.5亿千瓦时,中国为美 国的94%。同年,美国GDP总量为14.26万亿美元,中国为4.91万亿美元,中国仅为 美国的1/3。 我国单位GDP能源消耗为日本的4.4倍,德国的4.9倍,美国的3.6倍,世界平均水平 的2.4倍。同时,我国GDP每增长1%,能耗要增长1.5%。 我国能源资源特别是优质能源资源有限,能源结构中煤炭所占比例高达
2、65%以上,导致我国单位GDP污染排放量是发达国家的10倍以上。 2007年国际能源机构(IEA)发布的全球能源展望中,预测到2030年世界能源 需求将增长50%,其中将有近1/4来自于我国。面对以上“严酷”的现实与“黯淡”的前景,如何有效的节约能源,进而实现中国 经济的“低碳”发展？3 CCIDConsulting(HK08235)半导体在节能领域惠及广泛半导体技术的节能效应惠及国民经济的方方面面。半导体在节能领域中应用最多就是功率器件,绝大多数电子产品都会使用到一颗或多颗功率器件产品,中国功率器件市场规模及增长计算机与服务器运输系统可替代能源电机与电机系统智能电网照明与照明系统半导体节能技
3、术通信与基础设施4 CCIDConsulting(HK08235)energy consumption每18个月芯片能耗减 少一半,能耗强度减 少4倍 1978年2008年计算机能效提高效果2.8 万 倍计算机能效提高 （以指令/瓦*秒为单位）汽车每百 公里油耗40%研究表明,由于数据中心的能源管理更为有效,因而在互联网上传输1位信 息所需的能源在过去的十年内每年减少30%左右半导体在节能领域的应用计算机与服务器5 CCIDConsulting(HK08235)计算机能广泛应用于设计优化,制造优化,配送优化以及各种产品运营优化等方方面面单位:亿台2007-2015年中国服务器保有量及预测 单位
4、:万台2007-2015年中国计算机保有量及预测 统计分析显示,计算机的应用直接或间接地提高了能源效率。在过去的1949到2006年间,美国信息技术所消耗的每千瓦/时电能,在整体经济范围内约能节省8.6千瓦/时电能。半导体在节能领域的应用计算机与服务器6 CCIDConsulting(HK08235)半导体先进制造工艺计算机及服务器中CPU及GPU向高阶工艺的升级,以及高K介质等新型材料的应用,将使得计算机及服务器中的电能消耗降低40-60%双核及多核CPU芯片计算机中双核及多核CPU的普及应用,理论上将使每台计算机及服务器的电能消耗降低约30-50%智能电源管理技术智能电源管理技术及芯片不断
5、升级,有望使得计算机及服务器中能耗水平以每年5-10%速度下降;半导体在节能领域的应用计算机与服务器专用低功耗芯片及技术高级内存缓存AMB技术及芯片、固态硬盘芯片的应用,也将大大降低计算机及服务器系统中电能的消耗;计算机与服务器是半导体产品的主要应用领域,半导体技术及其创新也成为计算机与服务器领 域能源效率不断提高的关键所在。7 CCIDConsulting(HK08235)半导体在节能领域的应用及分析计算机及服务器计算机及服务器的使用,在提高各行业生产效率的同时,也成为电能消耗的主要设备。 以每台计算机功耗300w、每天工作8小时计算; 2009年,中国计算机产品上消耗的电能约为1927亿千
6、万时; 这一电能消耗是当年全国总发电量的5.3%,相当于2.5座三峡水力发电站的年发电量。 在现有技术情况下,随着保有量的不断增长,到2015年,中国计算机产品上消耗的电能将高达5500亿千万时; 以每台服务器功耗800w、每天工作24小时计算; 2009年,中国服务器产品上消耗的电能约为261亿千万时; 以服务器应用为基础的数据中心(IDC)上的能量消耗,约是其服务器上消耗电能的3倍,初步估计,2009年,全国IDC中心消耗的能量约为783亿千瓦时; 在现有技术情况下,随着保有量的不断增长,到2015年,中国服务器产品上消耗的电能将高达656亿千万时,IDC上消耗的电能则超过1900亿千瓦时
7、;8 CCIDConsulting(HK08235)随着半导体技术的不断创新及其在计算机和服务中的深入应用,未来,计算机及服务器的电能效率将显著提升,电能消耗量则随之大幅降低。与此同时,计算机及服务器性能的提升以及其在各行各业中的进一步普及,也将通过提高单位时间生产效率的方式,为全社会能源效率的提升作出重要贡献。 产品2009年2015年计算机保有量2.2亿台 保有量6.3亿台 电能消耗 1927亿 千瓦时采用先进半导 体技术后的电 能消耗2750亿千 瓦时-现有技术情况 下的电能消耗5500亿千 瓦时 能源效率提高 100% 服务器保有量373万台保有量936万台 电能消耗 261亿千 瓦时
8、采用先进半导 体技术后的电 能消耗406亿千瓦 时-现有技术情况 下的电能消耗656亿千瓦 时 能源效率提高 62%注:采用先进半导体技术后的电能消耗指的是,采用高阶工艺制程、多核处理器芯片、智能电源管理芯片等一系列节能技术后,2015年,计算机或服务 器上所消耗的电能; 现有技术情况下的电能消耗指的是,假设到2015年,计算机及服务器仍采用2009年时间点上的半导体技术,计算机或服务器上所消耗的电能;半导体在节能领域的应用计算机与服务器9 CCIDConsulting(HK08235)InternetGSM/3GCATV网上付账、网上购物、视频会 议、远程办公等不需要人们亲 自出现或办理。这
9、种方式具有 巨大的能源和材料节省潜力 对于航空而言,通过视频和/或 电话会议,可减少1/7飞行次数, 大概每天可节省18万桶石油通信网络的应用直接或间接地提高了能源效率半导体在节能领域的应用信息与通信基础设施10 CCIDConsulting(HK08235)半导体在节能领域的应用信息与通信基础设施 在电信级的通信网络中,移动通信网络耗电量占据绝大部分。 无线基站设备的能源消耗占到整个移动通信网络设备能源消耗的 90%。 每台基站主设备平均功耗1350w,配套环节平均功耗1650w ,以每天工作24小时计算; 2009年,中国移动基站设备消耗电能约为272.5亿千瓦时; 这一电能消耗是2009
10、年全国总发电量的0.75%,相当于三峡电站四个月的发电量、1035.5万吨标准煤的消耗和2643万吨二氧化碳排放量。 在现有技术情况下,随着保有量的不断增长,到2015年,中国基站产品上消耗的电能将高达486亿千万时;通信行业本身在绿色节能方面也面临着新的需求与挑战11 CCIDConsulting(HK08235)产品2009年2015年移动通信基站设备保有量 103.7万台保有量185万台电能消耗272.5亿千瓦时采用先进半导体技术后的电能消耗292亿千瓦时-现有技术情况下的电能消耗486亿千瓦时能源效率提高67%半导体在节能领域的应用信息与通信基础设施1350w550w1650w能耗下降
11、40-80%基站主设备辅助配套设备更加先进的半导体器件与配套软件的开发与应用,可使基站覆盖范围扩大20%-40%,同时大幅减小主设备体积与重量,主设备功耗下降40%-60%。当主设备功耗低于730W,电力供应上可直接利用太阳能、风能、沼气等绿色能源,节省投资成本,彻底消除基站和配套设施带来的环境污染。当功耗降低到550W以下,则无需空调辅助降温。若再用自然散热,可降低配套设备绝大部分能耗。有效降低传统 能源绿色 能源730w自然 散热高速发展的半导体技术是深入推进通信行业绿色节能的基础12 CCIDConsulting(HK08235)半导体在节能领域的应用电机和电机系统l 2009年,电机和
12、电机系统耗电占全社会用电量的55%。l 我国能源利用效率偏低,其中电机系统效率比发达国家低20-30%。l 企业提高电机系统能源利用效率,不仅可以节约电能降低企业成本,具有良 好的经济效益;同时减少碳排放,具有良好的社会效益。2004年-2009年全社会电机耗电量随着国民经济的不断发展,电机和电机系统的耗电量不断增加13 CCIDConsulting(HK08235)半导体在节能领域的应用电机和电机系统电机系统电机系统 示意图示意图电源与功率补偿电机控制 电动机 耦合传输 负载或 被驱动装置作业过程+变频器 平均节能30%以上IGBT模组电力MOSFET高低压变频器变频调速节能MCU控制l 电
13、机控制领域中变频调速节能技术,节能效果显著,平均节能30%以上,同时易于对原有电机系统 进行改造,适用范围广,市场前景广阔。l 目前,我国普遍采用恒速电机系统,由于输出功率设计冗余,电机系统普遍存在“大马拉小车”现象, 已配置变频调速器的电机系统还不足10%。电机控制领域中变频调速节能技术能够带来显著的节能效果14 CCIDConsulting(HK08235)半导体在节能领域的应用电机和电机系统2009年全社会用电量（亿千瓦时）37146.5 工业用电量（亿千瓦时）25501注：工业用电占总耗电的70% 电机耗电量（亿千瓦时）20401注：电机耗电占工业用电的80% 变频调速节电量（亿千瓦时
14、）245 注：变频器配置率10%,节电30% 变频调速节电量占全年总电量0.66%注：相当于2008年三峡全年发电量的30.3%2009年全社会变频调速节能效果分析预计2010年到2015年变频调速节能效果未来电机控制领域中变频调速节能技术带来的节能贡献逐年增大15 CCIDConsulting(HK08235)风能太阳能生物质能地热能潮汐能可替代 能源自热储量储量占比 太阳能285092.6% 风能2006.5% 地热能50.2% 生物质能200.6% 其他30.1%风能、太阳能、地热能、生物质能、潮汐能 等成为目前最主要的可替代能源。从储量来看,太阳能和风能领先,目前应用规模最大,也 将成
15、为未来可替代能源的主力。半导体在节能领域的应用可替代能源以太阳能为主的可替代能源的应用将越来越多16 CCIDConsulting(HK08235)太阳能电池的生产过程是一个典型的半导体工艺过程,涉 及到提纯、切割、掺杂、印刷、光刻、刻蚀等工艺随着半导体技术的不断进步,太阳能电池的光电转换效率越 来越高,所用材料越来越少,成本不断的降低。半导体在节能领域的应用可替代能源太阳能电池技术是典型的半导体硅工艺技术17 CCIDConsulting(HK08235)节节能比:生产1Kw的多晶硅电池片,需要耗电5678度,利用1Kw的多晶硅电池片来发电,假设每天的光照时间为 5小时,其回收5678度电量
16、的时间为 :3.1年, 一般情况下,太阳能电池的寿命在20年左右,太阳能电池节能效果非常的明显。节节能效率:位于太阳能电池板上的智能变频器将对到达集中变频器的电力质量进行改善。在这种结构中,功率优化器能将损失的电力回收57%左右。这种优化器能帮助太阳能电池板改善由云彩、灰尘、和鸟粪带 来的电力输出损失。半导导体技术对术对 太阳能电电池的节节能:半导体在节能领域的应用可替代能源半导导体技术对风电设备术对风电设备 的节节能:功率和稳稳定性:风电设备 中的一些关键零部件要用到大量的半导体器件,如偏转系统中的传感器,风力涡轮发电机中的功率器件IGBT,控制系统中的微处理器等,随着半导体技术的进步,半导体器件的节能效果越来越好,进一步提高了风电设备 的节能性,提高了能源利用率。遥感和控制 :现代风力发电对发电 的监控是通过遥感器来进行的,命令的发送也是通过离发电现场 千里之外的电脑进 行的。遥控传感器可对风力涡轮机的100到500个参数进行远程监控,远程监视和控制质量的
