新能源大變局的背后

2022年4月，彭博社一篇題為《“空氣比北京還差”不再算是羞辱》的報(bào)導(dǎo)向西方展示了一個(gè)事實(shí)，北京的天空已不再常有霧霾相伴。

此時(shí)回望2013年國務(wù)院“大氣十條”提出要調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、增加清潔能源供應(yīng)，之后中國與世界各國一起促成了《巴黎氣候協(xié)定》，以及人人耳熟能詳?shù)摹疤歼_(dá)峰”“碳中和”，再看看從西電東輸再到東數(shù)西算，可以說中國新能源的勢頭正在持續(xù)增強(qiáng)。 

前所未有的轉(zhuǎn)型

讓我們回顧一下能源技術(shù)的轉(zhuǎn)型史。18世紀(jì)工業(yè)革命開始后煤炭被大規(guī)模開采和消費(fèi)， 1965年石油取代煤炭成為消耗最多的能源，引領(lǐng)世界進(jìn)入“石油時(shí)代”。時(shí)至今日，煤炭、石油等化石燃料依然是世界主要的能源，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染，以及在有效獲取、生產(chǎn)、儲(chǔ)存和分配能源等方面面臨的日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，促使人們需要進(jìn)行變革，這也造就了如今可再生能源技術(shù)的不斷創(chuàng)新，也正因此稱之為“新能源”。

中國的新能源之路其實(shí)可以追溯到建國初期農(nóng)村推行的小水電和沼氣，中國在2020年9月份聯(lián)合國大會(huì)正式提出了中國碳排放目標(biāo)：“爭取于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。”以此為標(biāo)志，在中國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展倡議下，眾多企業(yè)升級(jí)系統(tǒng)，從而掀起能源轉(zhuǎn)型新浪潮。

除此之外，科技的進(jìn)步也是新能源發(fā)展的主要推動(dòng)力。國際能源署IRENA 2020年可再生能源發(fā)電成本報(bào)告顯示，在 2010 年至 2020年間，并網(wǎng)大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電成本下降了 85%。降低成本的關(guān)鍵因素是隨著太陽能采用率的增加而產(chǎn)生的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，以及改善太陽能發(fā)電、儲(chǔ)存和分配的技術(shù)創(chuàng)新。 一系列的技術(shù)創(chuàng)新，例如采用更高效的逆變器系統(tǒng)，引進(jìn)配套儲(chǔ)能設(shè)施，不僅讓空氣更清潔，而且也具有重要的商業(yè)價(jià)值。

然而中國的可再生能源發(fā)展之路并非鋪滿鮮花，也面臨著相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。具體而言，目前化石能源的占比還高達(dá)百分之七八十，而且由于幅員遼闊、工業(yè)生產(chǎn)和能源輸出基地分布分散，使得我國擁有全球最復(fù)雜的電網(wǎng)系統(tǒng)。此外，新能源發(fā)電極具動(dòng)態(tài)性，需要?jiǎng)?chuàng)建更智能、更高效的新型分布式電力系統(tǒng)進(jìn)行消納。更重要的是，隨著以電動(dòng)汽車為代表的社會(huì)電動(dòng)化趨勢到來，電網(wǎng)負(fù)載端的復(fù)雜度也在急劇增加?！斑@一系列的挑戰(zhàn)，使得我國必須從發(fā)、輸、變、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)入手，同時(shí)配合先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)全方位構(gòu)建智能化、數(shù)字化的電網(wǎng)系統(tǒng)”，德州儀器（TI）現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)理Eric Fu說?？稍偕茉窗l(fā)電、特高壓輸電、電化學(xué)儲(chǔ)能、數(shù)字化配電等技術(shù)因此得到了空前的發(fā)展機(jī)遇，但與生俱來的當(dāng)然還有巨大的挑戰(zhàn)。 

德州儀器（TI）現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)理Eric Fu

顯而易見，能源技術(shù)的發(fā)展，離不開更新、更高效的電力電子技術(shù)發(fā)展，更離不開推動(dòng)可再生能源技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)步的集成電路的發(fā)展。巧合的是，集成電路的發(fā)明者TI公司誕生之初其主營業(yè)務(wù)即是石油勘探，可以說TI與能源行業(yè)淵源已久，那么TI又是如何理解并參與中國大地上正發(fā)生的這輪新能源轉(zhuǎn)型？

“首先，是中國‘3060’戰(zhàn)略布局從高度上就展現(xiàn)出了頂層部署的決心；第二，在整個(gè)執(zhí)行層面，從國家到地方陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)部署新能源的具體措施，包括風(fēng)光大基地、整縣推進(jìn)屋頂分布式光伏等，明確新能源電站配置固定比例儲(chǔ)能設(shè)施等；第三，則是最大化市場和商業(yè)價(jià)值在在整個(gè)新能源部署中的促進(jìn)作用，探索新的商業(yè)模式，比如峰谷電價(jià)，共享儲(chǔ)能等?！?Eric解讀了此次新能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與以往的不同。

“無論從市場總?cè)萘炕蛘呶磥淼脑鲩L空間來看，中國無疑是全球新能源市場最吸引人的地區(qū)之一。與此同時(shí)，我們也看到在一波波的新能源發(fā)展浪潮中，始終都有中國企業(yè)的身影，一路走來，高歌猛進(jìn)?！盓ric說。

克服技術(shù)挑戰(zhàn)

作為在中國已深耕36年的全球領(lǐng)先的模擬及嵌入式處理半導(dǎo)體公司，TI正通過各類創(chuàng)新的產(chǎn)品與技術(shù)，幫助中國客戶實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。高效率，高可靠性，高性價(jià)比、高功率密度、以及高安全性是電力電子技術(shù)的主要驅(qū)動(dòng)力和差異化因素。

對(duì)于電力系統(tǒng)來說，通常需要在極端高低溫的戶外條件下，穩(wěn)定、高效地運(yùn)行數(shù)十年，最關(guān)鍵的就是可靠性和安全性。TI 多年來一直致力于打造具有長期產(chǎn)品生命周期的高可靠性的產(chǎn)品，以保證未來幾十年的供貨。 TI 的產(chǎn)品通過嚴(yán)格的開發(fā)規(guī)范和完整的測試流程幫助客戶通過相關(guān)的功能安全認(rèn)證，確保產(chǎn)品能夠在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行。比如Sitara AM263x處理器就可同時(shí)滿足功能安全和信息安全的可靠性要求，結(jié)合了C2000 MCU的實(shí)時(shí)特性、以及豐富且高精度的模擬外設(shè)，可應(yīng)對(duì)功率變換系統(tǒng)中對(duì)于更高開關(guān)頻率、更復(fù)雜拓?fù)浼軜?gòu)的實(shí)時(shí)性處理以及更高的電能轉(zhuǎn)換質(zhì)量。

高功率密度則是系統(tǒng)小型化、輕量化的關(guān)鍵所在，TI通過各種高集成的產(chǎn)品，幫助設(shè)計(jì)工程師實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的小型化。比如針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)，借助TI廣泛的模擬、電源和嵌入式產(chǎn)品，可將功率因數(shù)校正（PFC）與逆變結(jié)合在一起，從而提供完整高效及尺寸優(yōu)化的系統(tǒng)。TI可提供的產(chǎn)品包括具有集成驅(qū)動(dòng)器、溫度保護(hù)以及氮化鎵FET的新一代功率器件，以及一系列超高工作電壓和超高可靠性的隔離產(chǎn)品組合，包括集成隔離和保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器，集成隔離電源和隔離放大器功能的AMC3302，多PWM通道的C2000等等，從而實(shí)現(xiàn)完整的三相三電平數(shù)千瓦級(jí)ANPC的電源轉(zhuǎn)換。

考慮到電力傳輸鏈的節(jié)點(diǎn)數(shù)與日俱增，各個(gè)子系統(tǒng)都需要保持最高的轉(zhuǎn)換效率，從而減少損耗。比如對(duì)于儲(chǔ)能應(yīng)用而言，TI高精度電池管理芯片BQ79616可以在高壓電池系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的電池電壓檢測。該器件提供內(nèi)置的次級(jí)側(cè)保護(hù)、可靠的菊花鏈通信和自主內(nèi)部電池均衡，以實(shí)現(xiàn)電壓測量的準(zhǔn)確性和荷電狀態(tài)計(jì)算的完整性。另外一個(gè)例子是，新推出的集成式固態(tài)繼電器TPSI3050，采用了電容和磁隔離技術(shù)，相比機(jī)械或光耦繼電器而言功耗更低，從而提升了整個(gè)系統(tǒng)的效率。

更高的性價(jià)比則是新能源基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展和普及的根本要求，產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)都在不斷追求降低每瓦發(fā)電成本，TI 的愿望是通過高可靠性和高功率密度的模擬和嵌入式處理產(chǎn)品，幫助提高電子產(chǎn)品的性價(jià)比，同時(shí)幫助客戶降低系統(tǒng)成本。 公司持續(xù)加大在生產(chǎn)制造的投資，包括擴(kuò)大 300 毫米晶圓廠的建設(shè)，以在未來幾十年為能源客戶提供創(chuàng)新產(chǎn)品。同時(shí)，客戶的開發(fā)成本也不容忽視。 通過本地系統(tǒng)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)、銷售和支持團(tuán)隊(duì)，開發(fā)所需的軟件開發(fā)套件、參考設(shè)計(jì)和代碼庫，TI 可以幫助客戶顯著降低設(shè)計(jì)成本并加快開發(fā)和產(chǎn)品上市周期。

新能源的未來

毫無疑問，這一波新能源的浪潮是空前的，無論是規(guī)模上還是影響上，這種前所未有的轉(zhuǎn)型并不僅僅在技術(shù)上，也會(huì)體現(xiàn)在我們每個(gè)人的生活中。伴隨著《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，《關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機(jī)制和政策措施的意見》，《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》等多項(xiàng)措施的密集發(fā)布，使得新能源市場在2022初備受關(guān)注。作為世界上最大的能源消費(fèi)國，同時(shí)也是世界上重要的能源技術(shù)提供者，中國的能源改革力度具有舉足輕重的影響。

“我們的產(chǎn)品組合非常全面，并且擁有深度和廣度的客戶合作關(guān)系，以及全面的支持，這使得我們可以迅速判斷市場所需，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行迭代，從而始終保持在電力電子領(lǐng)域的優(yōu)勢。” Eric強(qiáng)調(diào)。

Eric介紹道，TI內(nèi)部圍繞電力電子領(lǐng)域打造出了一套矩陣式的團(tuán)隊(duì)體系，包括產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)、客戶支持團(tuán)隊(duì)以及系統(tǒng)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，為客戶提供子系統(tǒng)甚至完整的半導(dǎo)體解決方案，以應(yīng)對(duì)不斷變化的挑戰(zhàn)，使可再生能源更高效、更安全、更可靠和更高性價(jià)比。。

無論是工業(yè)革命，還是能源革命，背后的根本推動(dòng)力都是科技，而TI正在通過“芯科技”賦能能源基建，通過廣泛的模擬和嵌入式處理產(chǎn)品、強(qiáng)大且全方位的本地支持，包括本地研發(fā)、本地銷售和應(yīng)用團(tuán)隊(duì)以及完全本地化的TI.com.cn，圍繞著高可靠、高效率、小尺寸及更高性價(jià)比，幫助中國相關(guān)企業(yè)做大做強(qiáng)，為實(shí)現(xiàn)全國乃至全球的能源轉(zhuǎn)型做出貢獻(xiàn)。