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给人印象最深的是厂区内占地约48亩的污水处理厂,这个污水处理厂不仅处理恒大公司的污水,还承担着睢阳整个产业集聚区工业废水和生活污水处理净化的工作。
企业节能减排工作措施和成效
随着能源费用的不断上升和环保法规日益严格,蒸汽和水的成本以及废水处理费用问题已经上升到了印染企业的首位。印染前处理是蒸汽和水的高消耗工序,也是印染企业降低能耗的重要环节。采用冷扎堆工艺替代常规煮漂浴法工艺是目前印染企业减少能源消耗和污水排放的主要举措。
冷轧堆前处理是一种经济、环保,且生产流程短的加工工艺,冷轧堆工艺的一般过程是将待处理布样,经过浸轧槽和滚子挤压使布上附带一定量的处理液,然后在常温下堆置一段时间,经短暂的水煮过程洗去布面的杂质,即可完成对针织物的前处理过程。
商丘恒大节能减排项目
为了满足高档针织品及服装面料的生产需求,2012-2013年商丘恒大公司积极开展节能减排工作。
一是冷漂。该公司引进国际先进技术,结合商丘当地产品特点,加以改进,使其做出的产品符合当地客户的要求。目前该技术在其公司已成熟应用于生产,生产出的产品获得了客户的好评。该工艺的主要特点就是节能环保,可持续性强,劳动强度较低,操作简单。布通过冷漂机进行浸泡、浸扎,然后室温堆置即可,此过程几乎不用水、电、汽,可连续生产。而传统的煮布锅是对布进行高温高压蒸煮,耗水、电、汽,属于间歇式生产,劳动强度很大,产量很低。布被堆置完成后就进染缸进行增白。恒大用的是小浴比染缸,浴比为5,用水20吨,而传统工艺浴比为1:15,用水60吨。所以商丘恒大在此环节仅在水这项上,印染每吨布就节约40吨水。
二是低浴比。他们用的是从台湾购买的东霖染缸,该设备的最大特点就是低浴比、低能耗。一般染缸浴比为10,就是一吨布在每个环节用水都是10吨。他们公司染色浴比为6,就是一吨布在每个环节用水都是6吨。这样,他们只是水就节约了40%,还有与之相对应的蒸汽、染化料、助剂、煤都节约了40%。
三是中水回用。他们公司所用的东霖染缸有两个排水口,一个是排高浓污水,一个是排低浓污水,也就是具有清污分流功能。他们漂白、染色、洗布用的最后两道水都被回收,经中水回用系统处理后再返回车间。还有冷凝水、冷却用水全部回收,并重复利用,水的重复利用率达到35%。
四是余热回收。该公司运用余热回收技术,不断提高能源利用率。选用了高效锅炉生产蒸汽,并在烟气排放处理前加入热回收装置,使得高温烟气里的热能得到回收利用。这种余热回收技术不仅有效地回收利用了烟气余热,而且配合相关工艺有效降低了氮氧化物、S02和烟尘的排放浓度。该公司并对烘干机进行了技术改造,传统项目烘箱24小时产量13吨,他们公司通过热能回收技术,在同样蒸汽量的前提下,将产量提升至24小时产量18吨,因此,每吨布的蒸汽使用量和电耗同时降低了40%。这在很大程度上降低了能耗,实现了节能降耗。
Hu Rongxian;Yang Guanglu
(河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂,南阳 473007)
(Nanyang Cigarette Factory of China Tobacco He'nan Industrial Co.,Ltd.,Nanyang 473007,China)
摘要: 低碳经济是减缓温室气体排放,应对全球气候变化的根本出路。南阳卷烟厂利用信息化手段推进节能减排技术创新、制度创新,抓好重点领域节能,强化重点污染源监管,推行清洁生产,建设资源节约型,环境友好型烟草企业。
Abstract: The fundamental outlet to reduce greenhouse gas emissions and tackle global climate change is low-carbon economy. The Nanyang Cigarette Factory makes use of means of informationization to promote technological and system innovation of saving energy and reducing emissions, do a good job of energy saving in key areas, strengthen the supervision of key sources of pollution, implement cleaner production and build resource-saving and environment-friendly tobacco company.
关键词: 节能减排 信息化应用 资源节约型
Key words: saving energy and reducing emissions;application of informationization;resource-saving
中图分类号:TP39文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)20-0158-02
0引言
大气中碳浓度的升高是导致全球气候变化的主要原因。以低能耗、低排放、低污染为特征的低碳经济是目前人类应对全球气候变化,减缓温室气体排放的根本出路。工业生产与全球气候变化息息相关,如何减少工业温室气体排放量并探寻减排方法已经成为当务之急。所谓低碳经济,是指在可持续发展理念指导下,通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗,减少温室气体排放,达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态,是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。抓好企业节能减排工作,不仅是国家经济发展的需要,更是工业企业应尽的社会责任。
对烟草行业来说,随着重组步伐的进一步加快,市场竞争更加激烈。按照全面建设“严格规范、富有效率、充满活力”的中国烟草的指导方针,降低成本费用、提高效益、和谐发展已成为工业企业发展的一项重要指标和新的发展主题。河南中烟工业有限责任公司按照国家和行业相关要求,相继开展了对标管理、打造先进卷烟制造工厂等管理活动,其中节能减排指标是主要考核项目,并被列入否定项,河南中烟对节能减排工作的重视和决心可见一斑。
以信息化促进节能减排是信息化与工业化融合的重要内容,也是确保顺利完成节能减排目标的有效抓手。信息化促进节能减排关键在于充分发挥信息技术渗透性、倍增性和创新性优势,利用信息化手段提升节能减排技术水平,改造企业传统设备,工艺优化行业运转流程,创新企业的管理模式和手段,从而促进节能减排工作,实现节能减排目标。
1信息化促进节能减排是转变发展方式的必然选择
1.1 信息技术产品本身可以产生巨大的节能减排效应据统计2010年,我国整个国民经济万元GDP能耗为1.21吨标准煤,工业生产万元GDP能耗为2.53吨标准媒。而我国电子信息技术产品制造业万元增加值能耗为0.166吨标准煤,只是国民经济平均水平的1/7,工业平均水平的1/15。在国际上,发展节能家用电器,推广节能型汽车,采用节能型照明设备等举措已逐渐成为国际上利用信息技术降低资源消耗,减少污染的重要途径。
1.2 信息化的应用不断促进节能减排效果提升信息技术对传统生产设备和工艺流程的改造,提升了各类工业设备的利用效率,成为降低能源和资源消耗的重要途径。为进一步提升企业节能减排效果,南阳卷烟厂充分利用信息化手段,多方面开展节能改造。投资140余万元,对总计蒸发量为40吨的三台锅炉实施变频自动化改造,把锅炉运行参数自动收集到微机信息系统,通过对数据的自动整理,反馈到控制系统,自动调整炉排的运转速度、鼓风机送风量和引风机的抽风量,使锅炉经常处于平稳高校运行状态。此项改造年可节约用煤3000余吨,节电5万余度,减少二氧化硫排放30余吨。同时把企业能源管理、客户关系管理、供应链管理等综合信息进行汇总整理,提高协调衔接效率,减少能源浪费。因此从长远角度看,企业以信息技术手段推进节能减排工作,可有效降低生产成本,提高核心竞争力。此外,信息技术和信息系统的应用使得很多产品不再以物质形式出现,而是以数字化形式出现,大大减少了工业经济中浪费在迂回路径上的中间损耗从而有效降低原材科与能源的消耗。
1.3 信息化促进企业管理体制与机制创新利用信息化手段能够丰富企业促进节能减排的管理手段。企业通过大力推行电子政务,整合信息资源、集成管理和服务,开展试点示范,搭建节能减排公共信息平台,努力消除节能减排企业和应用部门间的信息不对称,促进节能减排知识和信息在企业中的流动。通过重点企业能耗统计数据网上直报系统的应用,提高能源统计的及时性和准确性,实现对能源统计数据的动态监测约束,企业自觉进行节能减排;通过污染物排放数据网上直报系统,实现国家对重点污染源的联网在线自动监控,构建起污染物排放的立体监测体系,提高企业对环境污染的监控能力。企业大力推进数字节能减排,采用先进的计算机技术、自动控制技术和通讯网络技术,构建集信息采集、存储管理、业务应用、数据共享和信息服务于一体的环境信息资源网络体系,实现数据高效管理和流通,环境实时监控、事故应急响应等主要功能,为企业节能减排决策提供技术支持。
2企业在信息化促进节能减排工作中的作用
2.1 征集信息技术促进节能减排的推荐方案通过在企业中征集先进适用节能减排信息技术、具有节能减排效果的信息产品,以及利用信息技术实现节能减排的典型应用方案,推进节能减排信息技术的推广应用。
2.2 设立信息化促进节能减排的科技专项当前我国信息技术促进节能减排还处于引导和推动阶段,多数企业还未形成自发主动氛围,企业的引导、支持、推进和协调对于落实信息技术改造传统产业,推动节能减排降耗至关重要。为此亟需设立信息化促进节能减排的科技专项,通过职能部门联动,实现行政手段效果最大化,鼓励和扶持关键共性节能减排信息技术与产品的推广利用。
2.3 加强对能耗排污水平的监测和分析利用信息化手段,以提高资源、能源利用效率和环保综合效益为目的,加强对能源消耗、资源消耗和污染排放联网监测;加强对经济运行中的资源、能源和环境成本信息监测与分析;加强信息化应用服务于行业准入、管理和行政执法监督,服务于能源资源节约和生态环境保护,促进节能减排调控目标的实现,推动行业淘汰落后产能设备。
3信息化促进节能减排的做法和实践
为切实做好信息化促进节能减排工作,我们认为,着眼于增强企业竞争力与节能减排两个目标,具体来说,企业可从如下三个层面着手。
3.1 技术层面:这里主要从数据处理、传输、使用三方面来加以简述。企业要努力保证系统数据的全局一致性,实现海量数据的实时处理;做好各系统之间的连接,保证企业业务与管理数据运转、传输流畅高效;合理利用企业宝贵的信息化数据,引入BI系统进行深入的数据挖掘,辅助进行决策支持,以提高企业竞争力。
3.2 管理层面:加强企业IT规划,这有利于从根本上解决企业未来各系统的彼此孤立、难以集成等问题,使企业信息系统具备“天然免疫力”。做好海量数据的管理和控制,一切以系统生成的数据为准,严格控制在生产车间对有关BOM数据进行修改,在必须修改时,应采取措施,将修改“迁移到”设计阶段。技术层面和管理层面企业的做法很多,其根本目的就是降低能源消耗、增加经济效益。
3.3 行业层面:行业层面我们主要探讨烟草行业企业节能的方法。
3.3.1 能源管理节能:能源计量工作是企业经济核算的基础,是维护企业利益、增加企业效益、降低企业生产成本的重要保证。能源分析的正确与否取决于提供数据的真实程度,而数据的准确性取决于计量仪表配置的完好性和准确性。完好、准确的计量器具,是提供准确能源信息的重要保证。河南中烟南阳卷烟厂依托信息技术,与生产部门建立了能源供配紧密衔接机制,对生产能源供应全过程实现数字化、智能化和柔性化的动态监控。通过计算机软件、数据库、网络通信、自动控制、计量检测、监视监控预警等信息,搭建能源管控平台,实施看板管理,使之与管理、工艺、流程相结合,最大限度地降低各种资源消耗,提高生产过程的适应性和精准性。如今,能源供停时间已经精确管控到“5分钟”以内,与以前的人控粗放管理相比,降低供停误差在30分钟以上,彻底杜绝了过去的能源“空耗”现象,大大减少了无为消耗。
3.3.2 技术进步节能:通过采用新技术,改善工艺流程,提高生产过程的转换效率,实现节能增效。围绕节能减排的难点、重点问题,组织班组成员大胆实践,勇于创新,为节能减排提供强有力的技术支持。通过小窍门、小创造、小发明,努力降低能源消耗;通过技术革新、科技攻关,提高资源利用率,为企业节能降耗。2009年以来,南阳卷烟厂仅在节能减排方面开展技术攻关达10多项,如废水的回收处理,实现中水循环利用;调整制丝车间储丝柜的利用模式,增加储丝量,从而降低制丝线运行时间;以及推行制丝车间连班连批次生产等项目,不仅有效减少能源消耗,而且提高了工作效率。
3.3.3 管理节能:通过优化管理流程,提高生产、经营效率,实现节能增效。能否精心调度、合理组织生产,是企业节能降耗的最大潜力所在。为了充分发挥设备容量能力,避免小物料流量、高能耗生产,生产管理部在保证产品质量的前提下,以设备额定能力连续投料生产。同时,把月计划分解落实成周计划和日计划,尽量提高生产区域、生产时间的集中度。
通过ERP产销存、生产经营决策管理、办公自动化OA等系统的应用,使企业对各种内外部资源纳入信息系统中,进行高效率、集成化的运转,随着大量数据信息的集成共享,已初步实现了无纸化办公,促进了清洁生产工作有效开展。设备故障库的开发应用,搭建起设备管理平台,实现了设备信息化管理,可快速定位故障所在区域,提高故障排查效率,进一步增强设备运行和管理能力。
4结束语
在国家“十二五”规划建议中,首次明确提出把大幅降低单位国内生产总值二氧化碳排放作为约束性指标。烟草企业积极承担环境保护责任,调整经济结构,提高能源利用效益,建设生态文明,实现经济发展与资源环境保护双赢选择。在工业企业信息化进程中,必须兼顾提升企业经济效益水平与节能减排两个方面,在过去过多关注企业竞争力与经济效益的背景下,企业必须把节能减排工作提到更高的位置,以采取信息化手段提升企业经济效益和节能减排的双重目标,以企业可持续发展,推动河南中烟实现新跨越,构建资源节约型,环境友好型社会。
参考文献:
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[2]张f斌,李梅,陈雪.面向节能减排的信息化能源管理系统研究[D]. 2009.
关键词:节能;减排;功率半导体
Foundational Technology of Energy-Saving & Emission Reduction ――Power Semiconductor Devices and IC’s
ZHANG Bo
(State key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices,
University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054,China)
Abstract: Power semiconductor devices and IC’s, an important branch of semiconductor technology, are a key and basic technology for energy-saving and emission reduction with the wide spread use of electronics in the consumer, industrial and military sectors. The development,challengeand market of power semiconductor devices are discussed in this paper. The future perspectives and key development areas of power semiconductor devices and IC’s in China are also described.
Keywords: Energy-saving; Emission reduction; Power semiconductor device
1引言
功率半导体芯片包括功率二极管、功率开关器件与功率集成电路。近年来,随着功率MOS技术的迅速发展,功率半导体的应用范围已从传统的工业控制扩展到4C产业(计算机、通信、消费类电子产品和汽车电子),渗透到国民经济与国防建设的各个领域。
功率半导体器件是进行电能处理的半导体产品。在可预见的将来,电能将一直是人类消耗的最大能源,从手机、电视、洗衣机、到高速列车,均离不开电能。无论是水电、核电、火电还是风电,甚至各种电池提供的化学电能,大部分均无法直接使用,75%以上的电能应用需由功率半导体进行变换以后才能供设备使用。每个电子产品均离不开功率半导体器件。使用功率半导体的目的是使用电能更高效、更节能、更环保并给使用者提供更多的方便。如通过变频来调速,使变频空调在节能70%的同时,更安静、让人更舒适。手机的功能越来越多,同时更加轻巧,很大程度上得益于超大规模集成电路的发展和功率半导体的进步。同时,人们希望一次充电后有更长的使用时间,在电池没有革命性进步以前,需要更高性能的功率半导体器件进行高效的电源管理。正是由于功率半导体能将 ‘粗电’变为‘精电’,因此它是节能减排的基础技术和核心技术。
随着绿色环保在国际上的确立与推进,功率半导体的发展应用前景更加广阔。据国际权威机构预测,2011年功率半导体在中国市场的销售量将占全球的50%,接近200亿美元。与微处理器、存储器等数字集成半导体相比,功率半导体不追求特征尺寸的快速缩小,它的产品寿命周期可为几年甚至十几年。同时,功率半导体也不要求最先进的生产工艺,其生产线成本远低于Moore定律制约下的超大规模集成电路。因此,功率半导体非常适合我国的产业现状以及我国能源紧张和构建和谐社会的国情。
目前,国内功率半导体高端产品与国际大公司相比还存在很大差距,高端器件的进口替代才刚刚开始。因此国内半导体企业在提升工艺水平的同时,应不断提高国内功率半导体技术的创新力度和产品性能,以满足高端市场的需求,促进功率半导体市场的健康发展以及国内电子信息产业的技术进步与产业升级。
2需求分析
消费电子、工业控制、照明等传统领域市场需求的稳定增长,以及汽车电子产品逐渐增加,通信和电子玩具市场的火爆,都使功率半导体市场继续保持稳步的增长速度。同时,高效节能、保护环境已成为当今全世界的共识,提高效率与减小待机功耗已成为消费电子与家电产品的两个非常关键的指标。中国目前已经开始针对某些产品提出能效要求,对冰箱、空调、洗衣机等产品进行了能效标识,这些提高能效的要求又成为功率半导体迅速发展的另一个重要驱动力。
根据CCID的统计,从2004年到2008年,中国功率器件市场复合增长率达到17.0%,2008年中国功率器件市场规模达到828亿元,在严重的金融危机下仍然同比增长7.8%,预计未来几年的增长将保持在10%左右。随着整机产品更加重视节能、高效,电源管理IC、功率驱动IC、MOSFET和IGBT仍是未来功率半导体市场中的发展亮点。
在政策方面,国家中长期重大发展规划、重大科技专项、国家863计划、973计划、国家自然科学基金等都明确提出要加快集成电路、软件、关键元器件等重点产业的发展,在国家刚刚出台的“电子信息产业调整和振兴规划”中,强调着重从集成电路和新型元器件技术的基础研究方面开展系统深入的研究,为我国信息产业的跨越式发展奠定坚实的理论和技术基础。在国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)中明确提出,功率器件及模块技术、半导体功率器件技术、电力电子技术是未来5~15年15个重点领域发展的重点技术。在目前国家重大科技专项的“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”两个专项中,也将大屏幕PDP驱动集成电路产业化、数字辅助功率集成技术研究、0.13微米SOI通用CMOS与高压工艺开发与产业化等功率半导体相关课题列入支持计划。在国家973计划和国家自然科学基金重点和重大项目中,属于功率半导体领域的宽禁带半导体材料与器件的基础研究一直是受到大力支持的研究方向。
总体而言,从功率半导体的市场需求和国家政策分析来看,我国功率半导体的发展呈现以下三个方面的趋势:① 硅基功率器件以实现高端产品的产业化为发展目标;② 高压集成工艺和功率IC以应用研究为主导方向;③ 第三代宽禁带半导体功率器件、系统功率集成芯片PSoC以基础研究为重点。
3功率半导体技术发展趋势
四十多年来,半导体技术沿着“摩尔定律”的路线不断缩小芯片特征尺寸。然而目前国际半导体技术已经发展到一个瓶颈:随着线宽的越来越小,制造成本成指数上升;而且随着线宽接近纳米尺度,量子效应越来越明显,同时芯片的泄漏电流也越来越大。因此半导体技术的发展必须考虑“后摩尔时代”问题,2005年国际半导体技术发展路线图(The International Technology Roadmap for Semiconductors,ITRS)就提出了另外一条半导体技术发展路线,即“More than Moore-超摩尔定律”, 如图1所示。
从路线图可以清楚看到,未来半导体技术主要沿着“More Moore”与“More Than Moore”两个维度的方向不断发展,同时又交叉融合,最终以3D集成的形式得到价值优先的多功能集成系统。“More Moore”是指继续遵循Moore定律,芯片特征尺寸不断缩小(Scaling down),以满足处理器和内存对增加性能/容量和降低价格的要求。这种缩小除了包括在晶圆水平和垂直方向上的几何特征尺寸的继续缩小,还包括与此关联的三维结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用等。而“More Than Moore”强调功能多样化,更注重所做器件除了运算和存储之外的新功能,如各种传感功能、通讯功能、高压功能等,以给最终用户提供更多的附加价值。以价值优先和功能多样化为目的的“More Than Moore”不强调缩小特征尺寸,但注重系统集成,在增加功能的同时,将系统组件级向更小型、更可靠的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。日本Rohm公司提出的“Si+α”集成技术即是“More Than Moore”思想的一种实现方式,它是以硅材料为基础的,跨领域(包括电子、光学、力学、热学、生物、医药等等)的复合型集成技术,其核心理念是电性能(“Si”)与光、力、热、磁、生化(“α”)性能的组合,包括:显示器/发光体(LCD、EL、LD、LED)+LSI的组合感光体、(PD、CCD、CMOS传感器)+LSI的形式、MEMS/生化(传感器、传动器)+LSI等的结合。
在功能多样化的“More Than Moore”领域,功率半导体是其重要组成部分。虽然在不同应用领域,对功率半导体技术的要求有所不同,但从其发展趋势来看,功率半导体技术的目标始终是提高功率集成密度,减少功率损耗。因此功率半导体技术研发的重点是围绕提高效率、增加功能、减小体积,不断发展新的器件理论和结构,促进各种新型器件的发明和应用。下面我们对功率半导体技术的功率半导体器件、功率集成电路和功率系统集成三个方面的发展趋势进行梳理和分析。
1) 功率半导体(分立)器件
功率半导体(分立)器件国内也称为电力电子器件,包括:功率二极管、功率MOSFET以及IGBT等。为了使现有功率半导体(分立)器件能适应市场需求的快速变化,需要大量融合超大规模集成电路制造工艺,不断改进材料性能或开发新的应用材料、继续优化完善结构设计、制造工艺和封装技术等,提高器件功率集成密度,减少功率损耗。目前,国际上在功率半导体(分立)器件领域的热点研究方向主要为器件新结构和器件新材料。
在器件新结构方面,超结(Super-Junction)概念的提出,打破了传统功率MOS器件理论极限,即击穿电压与比导通电阻2.5次方关系,被国际上誉为“功率MOS器件领域里程碑”。超结结构已经成为半导体功率器件发展的一个重要方向,目前国际上多家半导体厂商,如Infineon、IR、Toshiba等都在采用该技术生产低功耗MOS器件。对于IGBT器件,其功率损耗和结构发展如图2所示。从图中可以看到,基于薄片加工工艺的场阻(Field Stop)结构是高压IGBT的主流工艺;相比于平面结结构(Planar),槽栅结构(Trench)IGBT能够获得更好的器件优值,同时通过IGBT的版图和栅极优化,还可以进一步提高器件的抗雪崩能力、减小终端电容和抑制EMI特性。
功率半导体(分立)器件发展的另外一个重要方向是新材料技术,如以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料。宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、临界击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、抗辐射能力强等特点,是高压、高温、高频、大功率应用场合下极为理想的半导体材料。宽禁带半导体SiC和GaN功率器件技术是一项战略性的高新技术,具有极其重要的军用和民用价值,因此得到国内外众多半导体公司和研究结构的广泛关注和深入研究,成为国际上新材料、微电子和光电子领域的研究热点。
2) 功率集成电路(PIC)
功率集成电路是指将高压功率器件与信号处理系统及接口电路、保护电路、检测诊断电路等集成在同一芯片的集成电路,又称为智能功率集成电路(SPIC)。智能功率集成作为现代功率电子技术的核心技术之一,随着微电子技术的发展,一方面向高压高功率集成(包括基于单晶材料、外延材料和SOI材料的高压集成技术)发展,同时也向集成更多的控制(包括时序逻辑、DSP及其固化算法等)和保护电路的高密度功率集成发展,以实现功能更强的智能控制能力。
3)功率系统集成
功率系统集成技术在向低功耗高密度功率集成技术发展的同时,也逐渐进入传统SoC和CPU、DSP等领域。目前,SoC的低功耗问题已经成为制约其发展的瓶颈,研发新的功率集成技术是解决系统低功耗的重要途径,同时,随着线宽的进一步缩小,内核电压降低,对电源系统提出了更高要求。为了在标准CMOS工艺下实现包括功率管理的低功耗SoC,功率管理单元需要借助数字辅助的手段,即数字辅助功率集成技术(Digitally Assisted Power Integration,DAPI)。DAPI技术是近几年数字辅助模拟设计在功率集成方面的深化与应用,即采用更多数字的手段,辅助常规的模拟范畴的集成电路在更小线宽的先进工艺线上得到更好性能的电路。
4我国功率半导体发展现状、
问题及发展建议
在中国半导体行业中,功率半导体器件的作用长期以来都没有引起人们足够的重视,发展速度滞后于大规模集成电路。国内功率半导体器件厂商的主要产品还是以硅基二极管、三极管和晶闸管为主,目前国际功率半导体器件的主流产品功率MOS器件只是近年才有所涉及,且最先进的超结低功耗功率MOS尚无法生产,另一主流产品IGBT尚处于研发阶段。宽禁带半导体器件主要以微波功率器件(SiC MESFET和GaN HEMT)为主,尚未有针对市场应用的宽禁带半导体功率器件(电力电子器件)的产品研发。目前市场热点的高压BCD集成技术虽然引起了从功率半导体器件IDM厂家到集成电路代工厂的高度关注,但目前尚未有成熟稳定的高压BCD工艺平台可供高性能智能功率集成电路的批量生产。
由于高性能功率半导体器件技术含量高,制造难度大,目前国内生产技术与国外先进水平存在较大差距,很多中高端功率半导体器件必须依赖进口。技术差距主要表现在:(1)产品落后。国外以功率MOS为代表的新型功率半导体器件已经占据主要市场,而国内功率器件生产还以传统双极器件为主,功率MOS以平面工艺的VDMOS为主,缺乏高元胞密度、低功耗、高器件优值的功率MOS器件产品,国际上热门的以超结(Super junction)为基础的低功耗MOS器件国内尚处于研发阶段;IGBT只能研发基于穿通型PT工艺的600V产品或者NPT型1200V低端产品,远远落后于国际水平。(2)工艺技术水平较低。功率半导体分立器件的生产,国内大部分厂商仍采用IDM方式,采用自身微米级工艺线,主流技术水平和国际水平相差至少2代以上,产品以中低端为主。但近年来随着集成电路的迅速发展,国内半导体工艺条件已大大改善,已拥有进行一些高端产品如槽栅功率MOS、IGBT甚至超结器件的生产能力。(3)高端人才资源匮乏,尤其是高端设计人才和工艺开发人才非常缺乏。现有研发人员的设计水平有待提高,特别是具有国际化视野的高端设计人才非常缺乏。(4)国内市场前十大厂商中无一本土厂商,半导体功率器件产业仍处在国际产业链分工的中低端,对于附加值高的产品如IGBT、AC-DC功率集成电路,现阶段国内仅有封装能力,不但附加值极低,还形成了持续的技术依赖。
笔者认为,功率半导体是最适合中国发展的半导体产业,相对于超大规模集成电路而言,其资金投入较低,产品周期较长,市场关联度更高,且还没有形成如英特尔和三星那样的垄断企业。但中国功率半导体的发展必须改变目前封装强于芯片、芯片强于设计的局面,应大力发展设计技术,以市场带动设计、以设计促进芯片,以芯片壮大产业。
功率半导体芯片不同于以数字集成电路为基础的超大规模集成电路,功率半导体芯片属于模拟器件的范畴。功率器件和功率集成电路的设计与工艺制造密切相关,因此国际上著名的功率器件和功率集成电路提供商均属于IDM企业。但随着代工线的迅速发展,国内如华虹NEC、成芯8英寸线、无锡华润上华6英寸线均提供功率半导体器件的代工服务,并正积极开发高压功率集成电路制造平台。功率半导体生产企业也应借鉴集成电路设计公司的成功经验,成立独立的功率半导体器件设计公司,充分利用代工线先进的制造手段,依托自身的销售网络,生产高附加值的高端功率半导体器件产品。
设计弱于芯片的局面起源于设计力量的薄弱。虽然国内一些功率半导体生产企业新近建设了6英寸功率半导体器件生产线,但生产能力还远未达到设计要求。笔者认为其中的关键是技术人员特别是具有国际视野和丰富生产经验的高级人才的不足。企业应加强技术人才的培养与引进,积极开展产学研协作,以雄厚的技术实力支撑企业的发展。
我国功率半导体行业的发展最终还应依靠功率半导体IDM企业,在目前自身生产条件落后于国际先进水平的状况下,IDM企业不能局限于自身产品线的生产能力,应充分依托国内功率半导体器件庞大的市场空间,用技术去开拓市场,逐渐从替代产品向产品创新、牵引整机发展转变;大力发展设计能力,一方面依靠自身工艺线进行生产,加强技术改造和具有自身工艺特色的产品创新,另一方面借用先进代工线的生产能力,壮大自身产品线,加速企业发展。
5结束语
总之,功率半导体技术自新型功率MOS器件问世以来得到长足进展,已深入到工业生产与人民生活的各个方面。与国外相比,我国在功率半导体技术方面的研究存在着一定差距,但同时日益走向成熟。总体而言,功率半导体的趋势正朝着提高效率、多功能、集成化以及智能化、系统化方向发展;伴随制造技术已进入深亚微米时代,新结构、新工艺硅基功率器件正不断出现并逼近硅材料的理论极限,以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体器件也正不断走向成熟。
我国拥有国际上最大的功率半导体市场,拥有迅速发展的半导体代工线,拥有国际上最大规模的人才培养能力,但中国功率半导体的发展必须改变目前封装强于芯片、芯片强于设计的局面。功率半导体行业应加强技术力量的引进和培养,大力发展设计技术,以市场带动设计、以设计促进芯片,以芯片壮大产业。
中国电力持续高速发展已超过八个年头,以2002年我国发电量为16542亿kW・h为例,截止2007年,我国发电量已增加到32559亿kW・h,每年平均增速在14%以上。
我国是世界上少数几个以煤为主要燃料的国家,在2005年全球一次能源消费构成中,煤炭仅占27.8%,而我国高达68.9%。截止到2007年底,火电装机容量占总容量比例增加了0.16个百分点,水电却下降了O.53个百分点。今年以山东、湖南、湖北等地出现的电荒,主要是煤资源价格大幅上涨,而提供给发电使用的电煤上涨有限所造成。中电联预计下半年全国缺电1500万kW,电煤紧张,出现煤缺口为最主要原因。
让我们再来看一下我国单位电能使用煤利用的情况。
目前,我国火力发电现状是每一度电需要550g原煤或356g标准煤,而火力发~度电所造成危害是:排放CO2气体100g!排放SO2气体10g!排放灰尘2g!2007年,全国发电厂发电和供热消耗原煤14.38万亿吨。那么,每节约一度电对中国发电侧来说无论是煤资源的使用还是节能减排都有着重要的意义。
2007年发达国家线损率平均为4.5%左右,以2007年为例,全国电网输电线路损失1981.98kW・h,相当于2.6个三峡发电站的一年发电量(2007年为770亿kW・h)。
中国发电用煤总量占全国煤产量的50%以上,火力发电的结构必将长期占主导地位,而单位电量用煤量和输电线路损失率都已列入全国五大发电公司重点降耗的目标,并且每年都有一定的降低。让我们再来看看配电侧或城市电网的电能损耗情况。
在配电侧(城网侧),我国1OkV及以下综合线损率情况
在配电侧因全国各地城市规模,产业结构比例、线路管理方式等不同而使各配电侧的线损率有所差异。据不完全统计,全国城市电网中的1OkV及以下综合线损率在6%~8%,而在农村10kV综合线损率在9%-15%。
配电侧的综合线损率也得到国电公司、南方电网公司的高度重视。以2008年8月22日为例,南方电网公司提出了加强线损管理。大力推广应用节能新设备,做好高损配变技术改造及新型节能配变推广。全面推行线损“四分”管理,加强线损目标管理和过程控制,杜绝线损管理的“跑、冒、滴、漏”现象,确保全年公司综合线损率控制在6.73%以下。
10kV综合线损率(包括0.4kV)高的原因仅从供电模式进行分析。
在中国,大部分地区仍延续建国初期时前苏联采用中心变电所低压集中馈出的供电模式。不但浪费大量低压电缆建设投入还产生了大量的低压电缆损耗。
在美国:应用美式箱变,基本上每户或每楼一变。
在日本,柱上单项变压器,基本上每楼一变。
目前,世界能源在快速持续的消耗,必将使资源类产品持续上涨,而我国以火电为主的电煤。电力用铜材的不断上涨必将拉动电力项目的总体投入和设备的采购资金。针对目前现状吴诚结合我国供配电情况,推出了:“节能减排”――中压终端配电一体划解决方案。它的核心是使中压电源和设备最大可能的贴近用电终端用户。从而,有效的减小了低压线路的供电半径,减小项目的一次投资及电能年运行损耗所占费用。节约了大量的电能和铜材。
二、一体划方案应用预测产生的社会效益和经济效益
每年可为国家
节省铜资源约200万吨,
节约发电量约1172亿kW・h,约1.5个三峡电站装机容量:
节省煤资源约4395万吨;
减排CO2气体1172万吨,SO2气体约117万吨;
减少使用SF6温室气体500吨,节约今后年回收费用4000万元。
一体划方案的核心是采用10kV电缆和设备更有效贴近负荷中心,从而减少低压电缆的使用和年运行损耗。一体划方案的应用可节约新建建筑供电系统总投资20%以上。高达60%的低压电缆节约使用量,且节省安装费用。10年可回收电力一次总投资。年可节省电费30%以上,减少电缆能耗60%。
“GESS一体划”其中GESS为一体划的英文部分,意为Global Energy Saving Solution(s)综合节能解决方案。
一体划是沈阳吴诚电气于2007年率先提出,其中“划”的用意是将产品的开发,品牌的建立与推广统筹规划,将电力系统设计规划、市场策划、统筹计划,一体式运营。
三、走近一体划
一体划是从“节能减排”、“系统工程”、“经济效益”、“生产制造”、“市场应用”、“民族电力产业自主创新”等六个方面考虑。
从节能减排角度考虑将国家,供电企业、电力设备生产企业、开发商,业主等多方利益相结合,推动节能环保的一体划和谐与发展。致力于电力系统设计方、制造方。施工方、维护方及用户等各方利益一体划的统筹与经营。
一体划方案的应用和实施可能会成为中国配电领域一次革命,节电节约电力设备投入是目标,但它的推动仅仅靠吴诚是远远不够的,更需要政府部门、供电公司、设计院、投资方、制造方等各方的投入并共同努力来实现。
从经济效益角度考虑致力于从设备制造、综合投资、运行费用、投入产出一整套系统解决方案一体划的设计与运营;
从制造角度考虑将高低压开关、变压器、电缆等综合考虑大供电方案中,将用户利益与解决方案有效结合一体划的制造与施工;
从市场应用角度考虑:对既有方案进行改造,对新建项目方案进行设计,对未来建筑发展方向进行规划的一体划实施与推动:
从民主产业角度考虑:致力于自主技术创新,产业创新,树立民族电力工业旗帜。实现民族产业联盟,推动行业和企业的优化发展,实现一体划的共赢与创新。
在中国的电力设备制造业中,多数内资企业主要靠劳动力赚钱,跟随,模仿,复制等,其利润率很低。中国电力发展的出路已到必须走自主创新,拥有自主知识产权,树立民族品牌的转型时刻了,通过科技创新,实现节能减排的大踏步,打造国人自己的品牌是我们有志向、负责任的民族电力企业所追求的目标!
【关键词】建筑室内;给排水;节水节能;创新
近年来,我国的水资源浪费日益严重,水资源短缺制约着经济的发展,在各行业,尤其是建筑行业中,水资源浪费严重,为了缓解水资源日益短缺的困境,提高资源的利用率,在用水中占有相当比例的建筑工程应重视施工中的节水节能,尤其是建筑室内给排水的节水节能的措施的制定和创新的设计,尽量采用节水型的室内器具和器材,从而减少供水系统中水资源的损失。
1 给排水系统的节能节水措施
1.1 给水系统的节水节能策略
进行室内给排水设计时,可以利用市政工程的管网余压,进行分区给水。城市建筑的供水是根据市政建设规模的大小评定的,其给水系统的压力保持在0.2MPa至0.4MPa左右。若市内给水设计能够合理利用市政管网的压力,进行分区供水,能直接减少压力增加时的能量消耗。如六楼以下居民建筑能够直接供水是在市政管网的压力保持在0.3MPa的时候,六楼以上可以使用变频无负压的设备给水,如此便可以合理利用管网余压,避免低楼层的水资源浪费和能量的消耗。
在国家制定的《建筑给水排水设计规范》中,能够看到较高楼层的给水系统中可设计为竖向分区,卫生设备的水压可设定为0.2MPa到0.3MPa,其静水压也应设置为小于0.455MPa,以此来避免或减少给水系统超出压力水资源流出的现象。
另外,作为最清洁和最重要的可再生能源,太阳能在对能源的节约利用上有重要作用,中国每年的日照时数较长,太阳能资源丰富,在这种情况下,可对太阳能热水器大力推广,这样,利用太阳能资源对生活用水进行加热,应用于居民沐浴、清洁等消耗,这样可以节约其他能源,又对环境进行了保护,在对能源的节约上效果明显,可促进太阳能的广泛利用。
1.2 排水系统的节能节水策略
排水系统是指按照室外排水系统的体制将居民生活产生的废水、污水使用合理方式排出的系统,分为雨水系统、水处理系统、中水系统等多个方面,下面从这三个方面入手探讨节水节能措施。
1.2.1 雨水系统的优化措施
作为自然界的一种资源,雨水经过一定的处理后也可以运用于生活之中,对建筑物屋顶等区域的雨水收集已经成为了节约和合理利用水资源的一种有效途径。在进行建筑物室内的排水系统的设计时,可注意将建筑物附近,包括地面、屋顶、街道的水资源收集起来,经过处理后可用于建筑物周围植物的灌溉,居民的洗车、洗厕所等用途,这样可以提高水资源的可持续利用率。
1.2.2 中水系统的优化措施
我国目前大力提倡的有效节水的办法是建筑排水系统和排水设施,并已经将其上升为政府政策的高度进行推广和宣传。这一过程是指将居民建筑物内的包括冷却水、雨水、生活排水在内的各种排水进行一定的处理后,在工业与民用建筑附近安装相关的设备和设施,将这些排水当作杂用水进行使用。我国的水资源消耗巨大,90%左右为酒店和宾馆使用水,70%来自于住宅用水,40%为办公楼使用水,这些单位水资源消耗惊人,若把这些排水经过处理净化成中水,用来进行城市绿化或者是建筑杂用水,城市的排水量就会大大减少,供水量就会大大增加, 利于节水节能。
1.2.3 水处理系统的优化措施
在节水节能的措施研究过程中,人们发现了一种利于可持续发展、更加生态的建筑排水系统的处理工艺,即是在生态原理的基础上利用先进的技术,以生物能、太阳能为主要消耗能源,开发出水资源的处理设备,利用生物链来净化水资源,最终实现水资源的零成本运作和污水的全面回收利用。比如,地埋式污水处理设备在处理污水后,水质明显好转,对后续处理的要求减小,这样就降低了整个过程能源的消耗,利于效率的提高。在制定水处理系统的优化措施中,也应该注意选取适合的处理设备,最好采用的排水管件和管材都是新型的,还应恰当的对通气管进行设计,要认真选取潜水泵、采用顺水性的弯头或者三通,在建筑设计时应保证高水封和防止地面渗漏等。
2 给排水系统的创新设计
2.1 给水系统的创新设计
2.1.1 注意给水的节约性
建筑室内的给水系统的创新设计要注意中水道的建设和节水配件的选择。这一过程中,中水道的建设已经成为给水系统和建筑行业中的主要发展趋势,通常情况下按照这样的顺序进行选择:由冷却水转为沐浴排水,然后再用于盥洗水的使用,接下来可用于衣物清洗,再接着用于厨房排水,最后用于居民厕所的排水使用,这样区别开来废水和污水,又对水资源进行了重复利用。而节水配件的选择也是多样的,包括了液压式的冲洗水箱的配件、房顶竖向的开合阀、控制水压水力的多用途阀,还有就是厕所的配备器具,这些配件安装之后可以自动对温度进行调节、限制水的流量。
2.1.2 环保节能的给水设计
对能源的节约和合理利用是促进我国经济保持快速稳定发展的关键步骤之一,节约能源也可起到对环境保护的作用。在技术系统中,应随着技术的发展改变,放弃传统的水泵―水箱的水污染给水形式转而采用变频调速和气压罐给水的方式。气压罐的供电频率采用的是变频器对电机进行改变的频率,可根据给水量的多少循环转动和调速。现代变频设备已经采用的是变量变压的给水方式。在进行室内的技术系统设计时应合理选择设备,根据系统的特点采取合适的节能手段,比如合理利用太阳能,利用太阳能的加热设备解决给水问题。
2.2 排水系统的创新设计
2.2.1 真空节水技术的设计
如果要节约水资源,当然是在保障居民基本的生活需求的前提下,使水资源的用量越低越好,但是如果一味地对水资源厉行节俭。连最起码的生活和清洁都不能做到,那么节水就没有意义了。在排水系统的设计中可以采用真空节水的技术来保证居民的包括厕所用水在内的清洁用水。这一设计即是依靠空气负压从而产生汽水混合物,以空气代替水,利用混合物的高速流动把污水、废水等冲除干净,如果在各类建筑中使用真空节水技术,可以节约超过40%的水资源,可以获得至少70%的节水率。真空节水的整个系统包括:真空阀、独特设计的洁具(带有吸水装置)、封闭的管道、收集真空的容器和真空泵、管道以及控制设备等。
2.2.2 同层排水技术的设计
同层排水技术能够将排水系统管道或者卫生器具的维护放在同一层进行,更可以将生活的污水、废水管道设置在同一层内,利于施工和操作。同层排水主要有几种设计:利用集水器进行排水、墙式同层进行排水、沉箱式”同层进行排水、将排水系统置于板内进行排水等。这几种设计都受到了广泛的关注和运用。
2.2.3 合理利用中水
中水是经过一定处理之后达到某个关于水质标准的生活排水,生活的废水、污水都可以称之为中水,其中生活的废水包括浴室、厨房、洗衣的排水以及冷却排水等各种排水。中水在城市的环境绿化,居民的非饮用生活杂水等地方应用价值巨大,合理利用中水是达到节能节水的有效途径,可以将建筑室内的各种排水经过收集后加工成为中水,用来进行城市绿化、居民杂用水、建筑杂用水等用途,虽然中水工程的资金投入相对较高,但是在水资源的节约上有着不可替代的作用,在以后势必会成为一种趋势。
3 结语
总而言之,由于资源的日益缺乏,在未来的建筑室内给排水系统的设计中节能节水将成为设计的主要主题,给排水系统的节水节能潜力巨大,可以在设计过程中注意太阳能的利用和中水的回收,利用先进的科技开发出先进的节水节能产品。
参考文献:
[1]张雪峰,李伟.节水节能技术在建筑给排水中的应用及发展[J].山西建筑, 2007.