低碳经济:半导体照明行业在行动

编辑时间: 02-20    关键字:

导读:所谓低碳经济,是指在经济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能源消耗,控制温室气体排放,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。可以预见的是,发展以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济已经成为当今全球应对气候变暖的必然要求,成为全球未来经济发展的必然趋势,成为全球政治和经济的焦点之一。

 

低碳经济首次出现在官方文件是2003年2月24日由英国发表的《我们未来的能源——创建低碳经济》的白皮书。2007年政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告发布以后,尤其是“巴厘路线图”达成以后,应对气候变化国际行动不断走向深入,低碳经济发展道路在国际上越来越受到关注。而在哥本哈根结束的联合国气候大会,就向人们宣告了,世界将为了环境进入第三次工业革命“低碳时代”。虽然此次变革较前两次被动了许多,但可以庆幸的是,它来得及时。早在几年前,中国已经制定和实施了《应对气候变化国家方案》,明确提出2005年到2010年降低单位国内生产总值能耗和主要污染物排放、提高森林覆盖率和可再生能源比重等有约束力的国家指标。仅通过降低能耗一项,中国5年内可以节省能源6。2亿吨标准煤,相当于少排放15亿吨二氧化碳。

近日,国务院印发《“十二五”节能减排综合性工作方案》,提出了50条政策措施,并确定了“十二五”各地区化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放总量控制目标。“十二五”节能减排综合性工作方案形成,各省区市规划目标已经表明,低碳经济已成为区域经济发展核心概念。

LED行业抢搭低碳经济首班车

“低碳时代”被誉为第三次工业革命,在“低碳时代”我们并没有什么新的发明震惊世界,如果一定要在这个新的契机当中找出一个“爱迪生的灯泡”的话,那我们就找一个灯泡吧——半导体照明(LED)。半导体照明(LED)与“低碳时代”相同,它被称为“光源的革命”,是即白炽灯、荧光灯以及紧凑型荧光灯之后的第四代光源。LED光源的节能效果要比目前第三代光源还要节能80%以上,这个数字可以说明,这个灯泡在“低碳经济”中举足轻重。正因如此,各国把自己的“低碳经济”的苗头,指向了半导体照明产业。

美国从2006年到2011年每年安排5000万美元用于半导体照明计划(NGLI)的技术研发。2010年,美国将有55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯所替代,每年可节电350亿美元。日本于2003年开始实施半导体照明计划第二期。预计2010年白光LED的发光效率达到120lm/w,到2020年希望能取代50%的白炽灯及全部荧光灯。欧洲计划到2020年使用LED的发光效率达到200lm/w,能源消耗减少20%。

对比以上国家和地区在半导体照明方面所取得的成绩,我国的半导体照明产业可以说是发展相对缓慢。因此,为了促使这个与民生密切相关的高科技产业能够发展得更好更快,成长为战略性新兴产业,国家发改委已与联合国开发计划署(UNDP)、全球环境基金(GEF)合作共同开展“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯”项目。

减排“铁腕”——半导体照明,铺平中国低碳之路

目前,LED光效已经高于传统的照明与显示光源,显现出较好的节能效果,如景观照明节能70%,液晶电视背光源节能50%,道路照明节能50%,综合成本约3-5年可与传统光源持平,而使用寿命可超过8年。2015年如果我国半导体照明进入30%的普通照明市场,可年节电约1000亿度,每年可为单位GDP能耗降低贡献约一个百分点,可减少CO2、SO2、NOx、粉尘排放1。5亿吨。预计2020年,照明用电将达到7200亿度,如进入50%照明市场,可年节电3400亿度(相当于4个三峡电站的年发电总量),通过照明节电我国不需要再新增电站。因此战略性新兴产业半导体照明还是节能环保、发展低碳经济、实现可持续发展的重要途径。

据专家预测,2015年,照明用电将达到6000亿千瓦时(年增幅为3 %-5%),LED灯具的光效可达到120lm/W,LED照明占20%以上的照明市场,每年将节约用电1000亿千瓦时,可减少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉尘排放等约1。5亿吨,可少建设100万千瓦电站21座,减少30%的新增电站(2015年预计需新增100万千瓦电站约63座)。预计到2020年,照明用电将达到7200亿千瓦时,LED灯具的发光效率将达到150lm/W,占50%的照明市场,每年节电3400亿千瓦时,可少建设100万千瓦电站73座,通过照明节电我国不需要再新增电站。有专家预测,到2015年,芯片国产化率可达到70%,产业规模将达到5000亿元。

半导体照明产业兴起,各国应对废旧光源回收问题

回首世界半导体照明产业的发展,芯片制备、芯片封装、光源应用构成了半导体照明产业的产业链。但是,随着产业化日趋成熟,在LED的反战过程中出现了例如合同能源管服务公司(EMCo)及废、旧光源回收这样的新名词,这让人们不得不对这个产业链进行重新的思考。

传统光源废弃危害及替换现状

生产一支管径为36毫米的粗管径荧光灯含汞量在25~45毫克,一支管径为26毫米的细管径荧光灯含汞量为20毫克,一支管径为10毫米的紧凑型荧光灯含汞量为10毫克。由于汞的沸点很低,在常温下即可蒸发,废弃的荧光灯管破碎后,立即向周围散发汞蒸汽,瞬时可使周围空气中的汞浓度达到每立方米10~20毫克,而国家规定的汞在空气中的最高允许浓度为每立方米0。01毫克。一旦进入人体的汞超过某一阈值,就会破坏人的中枢神经系统,造成生殖缺陷以及其它一些对身体不利的危害。但含汞照明电器在使用过程中一般没有什么污染,污染主要是报废后电光源被随意丢弃,破裂造成汞扩散到空气中,危害人体健康,污染环境。

美国政府表示2010将要有55%的白炽灯和荧光灯,被LED所取代;日本也希望在2020年达到50%的替换量;欧洲计划到2020年使用LED的发光效率达到200lm/w;我国“十城万盏”计划也已经启动。这一个个数据体现了LED的优越性和产业的成熟,但是从另一个角度分析,各国将会面临着全部现有光源废弃处理的问题。就我国而言,假设老百姓真正认识到了LED节点的重要性,都向着“如果把全国三废之一的光源换成LED,那将等于建了3个三峡发电站”这个思路前进,那么拆下来的所有原有光源将成为最大的问题。

各国废弃光源的处理办法

在管理手段方面,发达国家一般通过立法、行政、经济、教育等手段,提高国民素质和意识,促进政策的有效实施。如:瑞典政府发布了“电子电器产品制造商责任法”、“废旧电器和电子垃圾预处理条例及指导原则”、“废旧电子电器处理法”;德国回收废旧家电的主要依据是“循环经济法”和“信息产业废旧设备处理办法”等等。据《纽约时报》报道,全球最大的家具建材零售商、美国第二大零售商家得宝公司(Home Depot),在7月1日对外宣布,其在美国的全部1973家店铺将开始回收旧荧光灯管;北京市政府日前宣布了由“绿色照明工程”替换掉的原有光源必须回收的通知,通知指出:倡导市民用家中的废旧荧光灯换购节能灯,机关事业单位更换高效照明产品时,要求必须将其购买数量90%以上的废旧荧光灯进行回收,废旧光源由相关企业回收后统一送到北京市危险废弃物处置中心进行无害化处理。这些案例证实了,荧光灯回收的重要性。

 

各方声音

政府:培育半导体照明行业是发展低碳经济的重要战略选择

对于中国来说,发展战略性新兴产业,不仅是我们立足当前、应对危机的权宜之计,更是面向未来、着眼长远的重大战略抉择。半导体照明是具有巨大的市场需求,具备资源能耗低、带动系数大、就业机会多、综合效益好等特征的战略性新兴产业;同时作为制造业的重要组成部分,半导体照明对信息显示、数字家电、汽车、装备、原材料等领域具有强大的带动性征。它不仅仅带来了照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命,而且是节能减排的重要途径,对发展低碳经济将发挥更加重要的作用。因此发展半导体照明是我国转变经济发展方式、培育新的增长点最现实的选择之一。

 与此同时,半导体照明作为战略性技术,也是21世纪半导体技术发展与突破的关键。战略性新兴产业半导体照明将提升我国下一代信息技术的核心竞争力,带动整个第三代宽禁带半导体技术的发展,是攻克光电子、信息、电力电子、国防等领域的重要切入点和突破口,对新一代信息技术的发展具有极其重要的战略意义。

    战略性新兴产业半导体照明产业具有技术门槛适中、新的市场层出不穷的特点。基于传统照明和半导体产业的基础,尽管上游核心技术有差距,但落后距离并不是很大,我国已初步建立了半导体照明技术研发体系。目前在半导体照明材料生长、发光机理等基础研究方面还有很多问题尚待解决,我国与世界发达国家在下一代白光技术路线上处在同一起跑线,具备了跨越式发展的条件。而我国潜力巨大的新兴照明市场,相应的制造技术和相当的生产能力,对国外企业有很强的吸引力,已成为国际巨头投资建厂、合作研发的首选地区。另外半导体照明技术劳动双密集型且投资强度与风险远低于微电子的典型特点,我国还是半导体照明关键原材料的资源大国,在原材料供应保障上占有优势。这些条件使我国半导体照明产业发展在面临千载难逢的重大历史机遇的同时,具备了实现跨越式发展、跻身世界三强的基础与条件。

专家:“十二五”是半导体照明技术创新与产业发展的关键时期

半导体照明(LED)产业是我国为数不多的掌握了关键核心技术,具有市场需求前景,具备资源能耗低、带动系数大、就业机会多、综合效益好等特征的战略性新兴产业。它不仅带来了照明史上的又一场革命,而且也是节能减排的重要途径,对发展低碳经济将发挥重要的作用。面对半导体照明产业巨大的市场空间与节能潜力,很多发达国家都将半导体照明列为战略性新兴产业,一场抢占新兴产业制高点的争夺战已经在全球打响。对于中国来说,发展半导体照明产业是面向未来、着眼长远的重大战略抉择。

因此,“十二五”将是我国半导体照明技术创新与产业发展的关键时期,建议重点做好三项工作,一是加强系统集成应用,开发高可靠、低成本的规格化、标准化普通照明产品,拉动芯片的国产化,并培育普通照明应用市场;二是解决装备和关键配套材料的国产化,降低成本;三是进行前瞻性部署,探索新型技术路线,突破白光LED核心专利。

加大基础科学研究,建立可持续性的长效机制与创新的环境与氛围。以GaN为代表的第三代半导体材料是整个新世纪都在发展中的材料,需要紧紧跟踪GaN材料与器件的研究,不断实现核心技术突破,取得核心专利。以企业化运作模式,通过装备、工艺、用户相结合的研制与工业化验证,实现重大装备国产化。重视资源的可持续发展问题。目前节能环保是全球发展的大趋势,半导体照明产业受到全世界关注。未来半导体照明产业的大规模发展,资源的合理利用和回收问题至关重要,也需要开发新的技术,寻找替代性资源。

 

学者:标准战略应护航产业发展

    质量是产品赖以生存且能持续发展的基础,在半导体照明行业,这个准则显得尤为重要。发展照明LED技术,发达国家都非常重视LED测试方法及标准的研究。例如美国国家标准检测研究所(NIST)组织国际知名测试专家开展LED测试的研究,重点研究LED发光特性、温度特性和光衰特性等测试方法,试图建立整套的LED测试方法和技术标准,在LED测试方面已经走在了世界的前列。

国内尚未制订准确LED照明的标准,只能沿用传统钠灯的检测方法来检测LED灯,但两者是有本质区别的。另外,各地的应用标准也有所差异,导致企业跨地区开拓市场时遇到很大的阻力。检测设备、检测方法研发和标准制定工作不能适应产业快速发展的要求。半导体照明产品的标准与检测体系建设亟待完善,权威检测平台尚未建立,无法对现有半导体照明产品进行质量评价或认证。

 

半导体发光二极管因其体积小、定向发射光、高亮度、PN结电特性等特点,从而在品质的评价和检测方法方面产生许多新的问题。不同的应用场合,决定了对LED产品的性能要求。从光学性能来看,用于显示的LED,主要是亮度、视角分布、颜色等参数。用于普通照明的LED,更注重光通量、光束的空间分布、颜色、显色特性等参数,而生物应用的LED,则更关心生物有效辐射功率、有效辐射照度等参数。此外,发光二极管既是一种光源,又是一种功率型的半导体器件,因此有关它的质量必须从光学、电学和热学等诸多方面进行综合评价。

随着LED产业的飞速发展,行业内应针对LED产品不同阶段的要求,应尽快制定统一的检测方法和标准,形成符合实际需求、有中国自主知识产权的检测仪器,从而有利于上、中、下游各产业链的相互配合和协调发展,促进照明LED市场的规范以及中国企业参与国际市场竞争力的提高。值得注意的是,检测仪器是产品质量分析和判断的杠杆,仪器的精度和可靠性应该是最重要的指标。中国的仪器制造企业,应该发展更多具有国际先进水平的检测仪器,满足照明LED产业不断发展的需求。

企业:低碳经济催亮照明板块,整合产业链才是关键

 LED产业一般按照材料制备、芯片制备和器件封装与应用分为上、中、下游,上游环节进入壁垒大大高于下游环节(上游外延片制备的投资规模比一些下游应用环节高出上千倍),呈现金字塔形的产业结构。其中,上游产业的衬底、外延材料与芯片制造,属于技术和资金密集行业;中游产业器件与模块封装以及下游产业显示与照明应用,属于技术和劳动密集行业。一般来说,产业链上的附加价值连成一条线,可形成相对称的“微笑”形状,故名“微笑曲线”。价值链前端的技术研发和后端的品牌服务两个环节的附加值最高,而中间加工组装环节的附加值最低。led产业价值链包括外延片设计研发、单芯片设计研发、磊晶等原料采购、芯片加工、封装测试、led应用、品牌服务七大主要环节。

  国内led产业链从由“长尾曲线”向“微笑曲线”发展是目前led产业的目标,而唯一的方法是变!企业一定要高度专注产业的发展趋势、产业边界动态和产业升级。我国led应用市场潜力巨大,led将广泛运用于大显示屏、手机显示屏、电视显示屏、汽车灯照明、景观照明、商用照明、家装照明、交通指示灯等领域。这意味着,我国led应用市场潜力巨大,led应用附加值将大幅度提升。随着我国led应用市场规模不断扩大,一方面,越来越多实力较强的企业进入led外延片、单芯片的技术研发和加工;另一方面,led应用和品牌服务的附加值凸显。国内led生产商加入技术研发竞争,有可能打破日、美企业的技术封锁,将led外延片、单芯片的技术研发和加工环节的附加值降到合理水平。随着我国led企业市场掌控能力增强,led应用和品牌服务的附加值必然上升。所以,我国led产业价值链附加值曲线必然从“长尾曲线”向“微笑曲线”发展。

民众:发展低碳经济,半导体照明产业要做到双赢

在发展低碳经济时,既有利于经济发展和老百姓的生活,又要有利于低碳,而且要注意节能减排。我们在探索低碳发展道路上,也要选择尽可能的少付出额外的代价,而达到更多的减碳效果,做到双赢这才是民众想要的。

目前国内发展低碳城市、进行低碳试点的热情很高,许多城市都希望使城市名片前拥有“低碳”这个时髦“头衔”,但在推进低碳城市发展进程中,低碳城市建设并不简单等同于循环经济、节能减排等内容,仅停留在城市发展低碳经济的层面,缺乏系统性的安排会重复一个怪圈,不能等问题严重了我们才去治理;重要是从制定方案、投资建设前,就考虑到“零排放”,让发展低碳经济的理念渗透到人们的生活中去。如果有城市要建设一个低碳试验园区,我可以提供概念设计与其他方面的帮助。

此外,在环保议题不断升温下,各种标榜提升节能要求的规范标准或是组织,持续发布更新的节能标准,而同时间市售的终端商品,在产品体积持续压低、功耗也持续减少的发展趋势,已经成为目前商品化的重要标竿,而提高能源使用效率不但是消费者选择产品的重点,也是政府、验证单位、零组件公司、产品制造商的关心重点。根据统计,全球有19%的电能耗用于照明应用中,若能在日常照明应用导入有效的节能手段,对于全球的能源消耗则能产生显着的成效。如何让半导体照明走入寻常百姓家,“提高产品质量、降低产品价格、加强售后服务”,或许你可以从中找到答案。

 

延伸阅读

发展低碳经济为我国带来的变化
第一个变化:部分产能过剩的行业将受到抑制
    把低碳作为转型的一个突破口,这既意味着,高耗能、高排放、高污染和产能严重过剩的现象,再也不能继续下去了;这也意味着,长期以来主要依靠物质投入、外延扩张的传统经济发展方式,再也不能继续下去了。
第二个变化:新兴产业将成为2010年的投资主题
    我国政府已经宣布,通过大力发展可再生能源、积极推进核电建设等行动,到2020年我国非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。
第三个变化:资源税和环境税将适时推出
    特别需要指出的是,我国目前还没有专门针对环境保护的税收立法。很明显,把低碳作为转型的一个突破口,2010年是适时推出资源税和环境税的好时机。

 

我国发展低碳经济面临的挑战

挑战之一:工业化、城市化、现代化加快推进,正处在能源需求快速增长阶段,大规模基础设施建设不可能停止。
    挑战之二:“富煤、少气、缺油”的资源条件,决定了中国能源结构以煤为主,低碳能源资源的选择有限。
    挑战之三:中国经济的主体是第二产业,这决定了能源消费的主要部门是工业,而工业生产技术水平落后,又加重了中国经济的高碳特征。
    挑战之四:中国经济由“高碳”向“低碳”转变的最大制约,是整体科技水平落后,技术研发能力有限。

 

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