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中国电子报
何 颖 陶伶俐 黄光绍
2010-01-15 13:59:50
- 中国电子信息产业发展研究院 何颖
中国电子技术标准化研究所 陶伶俐
中国电子信息产业发展研究院 黄光绍
节能减排是我国的基本国策之一，党的十七大就把“建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式”确立为我国全面建设小康社会的新要求。
2009年9月，胡锦涛主席在纽约联合国气候变化峰会上向世界通报：“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-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。”去年12月，在哥本哈根联合国气候变化大会领导人会议上，国务院总理温家宝进一步向世界承诺：“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。”
从国家层面看，主要耗能领域有工业、交通、能源和民生消费，国家节能减排的重任必然会落实到相关部门。电子信息产业尽管总体上是一个低碳产业，但也存在一些高耗能行业，例如多晶硅提纯、电子玻璃熔炼等，同时电子信息产品也是民生消费的主要耗能器具。在落实节能减排任务之前，我们有必要对电子信息产业的耗能排碳形势和节能减排方向有一基本的考量。
电子信息产业主要耗能领域
电子信息产业耗能有两大领域：一是生产耗能，这是直接耗能领域；二是产品耗能，这是经由消费产生的间接耗能领域。电子信息产业耗能有两种类型：一是耗能点少但单点耗能量大，例如生产耗能；二是单点耗能量少但耗能点多，例如产品耗能。
间接耗能型的主要耗能产品有电视机和计算机。据估算，当前我国电视机保有量约有4亿台，计算机约有1亿台。电视机耗能与显示技术和屏幕尺寸有关，但一般都大于100瓦，我们按平均功耗100瓦、日开机4小时估算，全国电视机年耗电约600亿千瓦时。笔记本电脑功耗在100瓦至200瓦之间，台式机功耗在200瓦至300瓦之间。我们按笔记本电脑保有量0.1亿台、每台功耗100瓦、日开机4小时；台式机保有量0.9亿台、每台功耗200瓦、日开机4小时估算，全国计算机年耗电约280亿千瓦时。
直接耗能型可细分成电子信息网络、电子整机、电子元器件和电子材料四大领域：
首先，电子信息网络运行针对电子信息产品的消费层面，其耗能应视为间接耗能。
其次，电子整机生产分为板卡组装和整机总装两个工艺阶段，板卡组装是整机生产的耗能点，元器件与印制板焊接是主要耗能工序。波峰焊机的电功率在100-101千瓦数量级，再流焊机的电功率在101千瓦数量级。整机总装主要是人工插装、气动螺装、烙铁焊装以及工件自动输送和整机调试，耗能不大。
再次，电子元器件生产是功能、结构零件的加工和组装过程，加工和组装除使用力学方法，还使用其他物理、化学、电化学的方法。因各类元器件的原理、材料、结构和功能差异很大而形成各具特色的专用工艺，在各专用工艺中有一些高耗能的共性技术，例如镀膜和改性等。
最后，电子材料是电子信息产业中的耗能大户，需要重点分析，其主要耗能点如下：
1.硅提纯。硅提纯是电子信息产业中的最大耗能点之一。硅提纯有多种方法，当前国内主流工艺是三氯氢硅还原法，也叫改良西门子法,工艺原理包括氧化反应、还原反应。其中，还原工序是最大的耗能点，还原时不仅需要将几十根硅棒加热至1050摄氏度-1100摄氏度，而且还只有1/3的三氯氢硅能还原成硅，剩下2/3的三氯氢硅要再送回还原炉，需要再消耗两倍能源才能全部还原。平均下来，我国硅提纯的单位产量能耗为每千克350千瓦时。
2.单晶生长。电子信息产业使用的单晶材料很多，用量最大的是半导体单晶和压电单晶。半导体单晶有元素单晶(如单晶硅)和化合物单晶(如砷化稼单晶)两类，采用提拉法或区熔法制备。硅单晶的生长需要1400摄氏度的高温，砷化稼单晶的生长需要1200摄氏度的高温。单晶炉的电功率一般都在100千瓦以上，区熔炉的电功率也在10千瓦左右。平均下来，我国单晶生长的单位产量能耗为每千克300千瓦时。
压电晶体是化合物单晶，其中最重要的是俗称水晶的石英晶体。生产人造水晶采用水热温差法，设备为高压釜。平均下来，我国水晶生长的单位产量能耗为每千克75千瓦时。
3.多晶硅铸锭。当前，我国光伏产业所使用的硅基片有单晶片也有多晶片，多晶片生产需要将高纯硅料熔铸成一个200千克-500千克的硅锭，然后再切割成片。铸锭炉炉温高达1500摄氏度以上，加热功率为100千瓦。平均下来，我国多晶硅铸锭的单位产量能耗为每千克45千瓦时。
4.陶瓷烧结。陶瓷材料有功能材料和结构材料两大类，常用的功能材料有磁性材料、电介质材料和压电材料，结构材料有各类基片和零件。陶瓷烧结生产技术大同小异，可统称为陶瓷工艺。主要耗能点是烧结，能源种类主要是电能。
铁氧体是磁性材料，俗称黑瓷，烧成温度一般在1200摄氏度-1400摄氏度之间，烧结窑功率一般在10千瓦-100千瓦数量级，烧结时间一般为数小时至数十小时。平均下来，我国铁氧体烧结的单位产量能耗为每千克35千瓦时。
电子陶瓷俗称白瓷，有电介质、压电等功能材料和基片等结构材料，烧成温度一般在1200摄氏度-1600摄氏度之间，烧结炉电功率一般在100千瓦数量级，烧结时间一般为数小时至数十小时。由于电子陶瓷的种类很多，因此单位产量能耗差别较大。平均下来，我国电子陶瓷烧结的单位产量能耗为每千克55千瓦时。
5.铝电极箔赋能。尽管片式元器件发展很快，但大电容元件目前还难以片式化，所以铝电解电容器的用量很大，电极箔是其关键材料。电极箔是对光铝箔的一侧表面先行腐蚀，使其表面坑坑洼洼以增大其表面积，然后用电化学方法对腐蚀面改性，生成电介质层，后一过程叫赋能。上述过程需要在容器中连续作业，不仅需要加热电化学反应液，还有腐蚀、赋能需要的高电压和大电流的电能以及铝箔自动传送的电能，单台设备电功率在100千瓦数量级。平均下来，我国铝电极箔赋能的单位产量能耗为每千克200千瓦时。
6.光纤。光纤生产有两个耗能点：一是采用气相沉积法生产预制棒，使用氢氧做热源，温度高达1500摄氏度-1900摄氏度，每台设备需要数小时才能生产1根预制棒。二是拉制光纤，预制棒在2000摄氏度高温的拉丝炉中熔化拉丝，经涂敷后在固化炉中烘干。平均下来，我国光纤预制、拉丝的单位产量能耗为每千克0.6千瓦时。
7.电子玻璃。电子玻璃是平板显示器件的结构零件，生产中主要耗能点是原料熔化，熔化池炉采用柴油或重油火焰加热，温度高达1500摄氏度。因池炉内玻璃溶液的容量很大，点火后要不停顿地连续生产，因此能耗极高。
电子信息产业耗能及碳排放情况
电子信息产业使用能源种类较多，除电能外，还有化石能及水、气等二次能源。为便于分类，可采用实物计量单位，考核指标可采用单位产量能耗。为便于汇总，应按国家相关标准折算成标准煤。当前国家有关部门规定1千瓦时电量折合0.429千克标准煤。能源消耗与碳排量可简单折算为：消耗1千克标准煤等于排放0.68千克二氧化碳，消耗1千瓦时电等于排放0.272千克二氧化碳。
为探寻我国电子信息产业耗能排碳情况，我们把高耗能点产品产量按业内对当前产量估算的最小值计算，累加数据后得到当前我国电子材料生产中高耗能行业每年能耗总量约为260亿千瓦时。
实际上，仅估算高耗能行业的能耗是片面的。观察全产业，101千瓦-102千瓦数量级的高耗能设备并不多，更多设备的能耗在10-1千瓦-100千瓦之间，例如各类金切机床的电动机、高温箱的电热丝和控制、测量仪器的电路板卡等。
一般来说，拥有数千万元固定资产的电子企业，其供电在1000千瓦数量级；拥有数百万元固定资产的企业，其供电在100千瓦数量级。为简化计，我们按年开工252天、每天8小时估算，当企业平均供电300千瓦、全国注册3万家时，年耗电约180亿千瓦时；当企业数增加到4万家时，年耗电约240亿千瓦时。当企业平均供电500千瓦、全国注册企业3万家时，年耗电约300亿千瓦时；当企业数增加到4万家时，年耗电约400亿千瓦时。由以上数据可见，我国电子信息产业生产耗能不会超过700亿千瓦时，折合标准煤3000亿吨以下、二氧化碳排量低于7500万吨或碳排量低于2000万吨。
我们再看电子产品耗能排碳情况，仅我国电视、电脑年耗电就达880亿千瓦时，若加上办公、网络、通信、娱乐和其他行业使用的嵌入或独立的电子产品，年总耗能至少达1000亿千瓦时，折合标准煤4300万吨以上、二氧化碳排量达11000万吨或碳排量达2900万吨以上。
节能减排重抓四项措施
2005年，全国单位GDP能耗为每万元1.22吨标准煤，单位工业增加值能耗为每万元2.59吨标准煤。按我国政府的承诺，2020年全国单位GDP能耗下降到每万元0.67吨标准煤，单位工业增加值能耗下降到每万元1.42吨标准煤。我国电子信息产业能耗情况如何呢？2008年全产业营业收入6.3万亿元，工业增加值1.49万亿元，若按耗能3000万吨标准煤估算，单位营业收入能耗为每万元0.05吨标准煤，单位工业增加值能耗为每万元0.2吨标准煤。可见，尽管存在八九个高耗能行业，但全产业总体上是一个超低碳产业，远远低于我国政府的承诺指标。不过，电子信息产品也是亿万家庭中的主要耗能器具，所以电子信息产业仍需要承担节能减排的历史责任。具体可归纳出4项节能减排措施：
一是推行绿色设计。首先，审查产品标准，对现行产品标准进行节能会审，按技术可行方案形成绿色标准体系，以引导技术开发方向；其次，支持节能新材料、新器件、新电路的开发，支持在整机设计中集成的各种软、硬件节能新技术。
二是开发绿色制造。支持节能新工艺开发，支持对现有高耗能工序的节能技术改造。
三是支持环保技术。支持对生产中燃油、燃气产生二氧化碳的回收处理及环保新技术开发。
四是支持节能降耗。支持对电能消耗实施信息化管理，支持对高耗能原材料的节约利用。
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