能源電子：關(guān)鍵信息技術(shù)產(chǎn)品亟待換擋升級

經(jīng)國務(wù)院同意，1月17日，工業(yè)和信息化部等六部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出促進“光儲端信”深度融合和創(chuàng)新應(yīng)用，引發(fā)業(yè)界熱議?！吨袊娮訄蟆凡稍L權(quán)威專家學(xué)者和龍頭企業(yè)，探討能源電子產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)如何抓住電子信息與新能源深度融合帶來的巨大市場機遇，敬請關(guān)注。

為推動能源電子成為實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵力量，近日，工業(yè)和信息化部等六部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》）?！吨笇?dǎo)意見》將功率半導(dǎo)體器件、敏感元件及傳感類器件等視為發(fā)展能源電子的關(guān)鍵信息技術(shù)產(chǎn)品，同時給出了相關(guān)發(fā)展建議。

對于能源電子產(chǎn)業(yè)而言，功率半導(dǎo)體與傳感類器件就像建造摩天大樓的磚瓦，前者決定了能源轉(zhuǎn)換效率，后者影響到能源管理智能化水平。賽迪顧問集成電路研究中心研究員楊俊剛在接受《中國電子報》記者采訪時表示，在能源電子應(yīng)用中，高品質(zhì)功率半導(dǎo)體能夠更好地提升能量轉(zhuǎn)換效率；而傳感器的主要功能是監(jiān)測、控制位置、溫度、濕度、圖像、加速度及電磁等信息，可保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。

提高國產(chǎn)功率半導(dǎo)體產(chǎn)能

將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，是光伏、風(fēng)電等新型能源在使用過程中的必要過程，逆變模塊便是實現(xiàn)這一過程的必要器件。這一過程轉(zhuǎn)化效率的高低，直接影響到能源利用效率和各新能源發(fā)電站的現(xiàn)實收益。楊俊剛稱，目前全球電能的有效轉(zhuǎn)化率為80%，還有很大部分的能量損耗。而逆變模塊中功率半導(dǎo)體器件的品質(zhì)，可直接關(guān)系到能源的轉(zhuǎn)化效率。

全球IGBT市場規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：公開資料

當(dāng)前，市面上用于直流電轉(zhuǎn)化為交流電的功率半導(dǎo)體器件主要有三種：硅基IGBT最為常用，市場占有率最高；碳化硅MOSFET正在逐漸進入市場；氮化鎵HEMT作為未來可能會成為替代前二者的新型產(chǎn)品，仍處于試用階段。從當(dāng)前已量產(chǎn)產(chǎn)品的市場占有率來看，能源轉(zhuǎn)化效率較高的產(chǎn)品仍多來自海外大廠。國內(nèi)廠商如斯達(dá)半導(dǎo)、株洲中車、比亞迪半導(dǎo)體等在硅基IGBT領(lǐng)域已有一定市場份額，但在碳化硅MOSFET領(lǐng)域，國產(chǎn)產(chǎn)品僅有零散出貨，表現(xiàn)并不特別突出。

當(dāng)前國產(chǎn)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品市占率低的主要原因是在電路設(shè)計和制造工藝上與海外大廠相比仍存在差距，許多產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)上仍不如海外產(chǎn)品。在當(dāng)前情況下，要發(fā)展我國能源電子產(chǎn)業(yè)，芯謀研究總監(jiān)李國強認(rèn)為，國內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)需要在加大研發(fā)投入和擴大產(chǎn)能兩方面同時開攻。

近兩年，國內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)已經(jīng)在逐步擴充產(chǎn)能。2022年10月，華潤微電子深圳12英寸項目開工，預(yù)計2024年年底實現(xiàn)通線投產(chǎn)，滿產(chǎn)后形成年產(chǎn)48萬片12英寸功率芯片的生產(chǎn)能力。2023年1月，華虹半導(dǎo)體及其全資子公司華虹宏力、國家集成電路產(chǎn)業(yè)基金二期、無錫市實體訂立合營協(xié)議，將合營公司注冊資本增至40.2億美元，從事65/55nm至40nm工藝的12英寸晶圓的制造及銷售。以大功率IGBT模塊、MOSFET IPM模塊和其他系統(tǒng)級集成封裝為主營業(yè)務(wù)的中芯紹興二期項目將投資61.3億元，實施項目擴產(chǎn)，預(yù)計產(chǎn)能將提升至每月10萬片。

在李國強看來，用于能源電子的功率半導(dǎo)體品類集中、用量大，存在較大的增長空間，當(dāng)前仍可繼續(xù)擴張其產(chǎn)能，鼓勵廠商加大研發(fā)投入，提高產(chǎn)品制造工藝和設(shè)計能力，同時鼓勵終端產(chǎn)品支持國產(chǎn)功率半導(dǎo)體，以逐步提升國內(nèi)功率產(chǎn)品的市場份額。

豐富傳感器產(chǎn)品類型

相較于功率半導(dǎo)體器件，用于能源電子產(chǎn)業(yè)的傳感類器件具有種類龐雜的特點?！吨笇?dǎo)意見》指出，要“發(fā)展小型化、低功耗、集成化、高靈敏度的敏感元件，集成多維度信息采集能力的高端傳感器，新型MEMS傳感器和智能傳感器，突破微型化、智能化的電聲器件和圖像傳感器件” 。

而之所以要發(fā)展此類器件，與電網(wǎng)系統(tǒng)智能化的發(fā)展趨勢密切相關(guān)：為提升能源系統(tǒng)的能源利用效率，電力行業(yè)正在進行智能化改造。在發(fā)電環(huán)節(jié)，利用智能傳感器進行優(yōu)化，可提高單位時間內(nèi)的發(fā)電效率。舉個簡單的例子，將感光傳感器安裝在光伏太陽能電池板上，讓電池板根據(jù)當(dāng)天日照情況調(diào)整角度，便可提升其單位時間內(nèi)發(fā)電量。在能源管理環(huán)節(jié)，電力行業(yè)正在逐漸改變原本粗放的管理方式，管理系統(tǒng)的智能化程度對于能源管理效果來說更加重要。多維度信息采集能力、電量整體調(diào)配能力影響到整個電網(wǎng)系統(tǒng)的能源利用效率，也需要基于智能傳感器的信息采集高準(zhǔn)確度。

長期以來，電力網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)建設(shè)智能化程度較低，用于該領(lǐng)域的傳感器數(shù)量少，使得國內(nèi)該領(lǐng)域的傳感器技術(shù)發(fā)展相對滯后。加之傳感器市場本身存在單件產(chǎn)品附加值低、產(chǎn)品類型多樣化的特點，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)大多規(guī)模較小，覆蓋到的產(chǎn)品類型也較為有限。相比之下，海外大廠的產(chǎn)品類型則更為豐富，其資產(chǎn)規(guī)模也更大。

漢威科技集團研究院常務(wù)副院長武傳偉在接受《中國電子報》記者采訪時亦表示，傳感器領(lǐng)域存在行業(yè)松散、體系不全、檢測認(rèn)證機構(gòu)稀缺等問題。

為解決此類問題，李國強認(rèn)為，應(yīng)該發(fā)揮規(guī)模效益。一方面，鼓勵設(shè)計公司提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，在把握國內(nèi)市場的基礎(chǔ)上開拓全球市場，進而實現(xiàn)以高營收支持企業(yè)長期發(fā)展；另一方面，為拓展企業(yè)產(chǎn)品類型，降低單一企業(yè)研發(fā)成本，鼓勵企業(yè)通過合作、并購等方式組成更大的經(jīng)濟實體，從而提高公司整體效益。

制定行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

“如果能源管理是離散的，沒有完整的體系、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，則能源管理效果無從談起?！?中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟常務(wù)副理事長郭源生在接受《中國電子報》記者采訪時表達(dá)了這樣的觀點，“相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)從能源信息化問題入手，針對能源產(chǎn)生、輸送、管理和使用四個環(huán)節(jié)，進行系統(tǒng)性診斷，分析與判斷，提供完整的信息化戰(zhàn)略定位與頂層設(shè)計，以問題為導(dǎo)向，制定全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新方案與智能化發(fā)展路線圖，避免形成新的信息‘孤島化’、‘碎片化’問題，以實現(xiàn)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的市場有效性和技術(shù)創(chuàng)新的可持續(xù)性?！?/p>

對于能源電子相關(guān)功率半導(dǎo)體與傳感器產(chǎn)業(yè)來說，同樣要保持系統(tǒng)思維，以目標(biāo)為導(dǎo)向，協(xié)調(diào)各方發(fā)展。以功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為例，當(dāng)前高品質(zhì)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品國產(chǎn)化率低是業(yè)界公認(rèn)的現(xiàn)存問題。提高國內(nèi)產(chǎn)品產(chǎn)量僅能夠解決供應(yīng)的問題，而要提高終端市場對國產(chǎn)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品的認(rèn)可度，還需要借助給予終端廠商相應(yīng)補貼等措施，提高其對國內(nèi)產(chǎn)品的信心，從而為國內(nèi)產(chǎn)品迭代提供更多空間。

在郭源生看來，行業(yè)主管部門作為協(xié)調(diào)者、管理者，要對能源的數(shù)字化信息化進行明確的戰(zhàn)略定位和頂層設(shè)計，同時要建立系統(tǒng)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系，從而指導(dǎo)企業(yè)進行有序的、科學(xué)的、精準(zhǔn)的面向市場的創(chuàng)新。標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一是以傳感器為代表的行業(yè)最為突出的問題，給行業(yè)發(fā)展帶來很大阻力。因此，郭源生認(rèn)為應(yīng)該在明確市場戰(zhàn)略定位的基礎(chǔ)上，聯(lián)合政府部門與相關(guān)企業(yè)，制定技術(shù)路線與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定產(chǎn)品目錄清單。由此，既可以給優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以認(rèn)證肯定，又可以將不符合標(biāo)準(zhǔn)的、劣質(zhì)的產(chǎn)品“拒之門外”。

《指導(dǎo)意見》涉及多種類型的元器件，覆蓋推進重點終端市場應(yīng)用、高度重視產(chǎn)業(yè)安全規(guī)范和有序發(fā)展、強化組織保障措施等多個方面。郭源生強調(diào)，《指導(dǎo)意見》為推動能源產(chǎn)業(yè)與電子信息產(chǎn)業(yè)深度融合與協(xié)同發(fā)展提供了政策性指導(dǎo)，在《指導(dǎo)意見》具體落地時，相關(guān)單位要發(fā)揮好主體作用和協(xié)同作用，避免在政策設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)制定與完善、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和市場對接中的錯位、和缺失問題。