中國(guó)粉體網(wǎng)訊 碳達(dá)峰是指我國(guó)承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)，達(dá)到峰值之后逐步降低。
碳中和是指企業(yè)、團(tuán)體或個(gè)人測(cè)算在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，然后通過植物造樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”。
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全球二氧化碳排放量逐年增加，2019年全球排放量達(dá)341.7億噸，年均復(fù)合增速2.1%。我國(guó)碳排放總量占全球碳排放總量的1/3，分別是美國(guó)和歐盟的2倍和3倍。我國(guó)人均碳排放為8噸，與歐盟相當(dāng)�？梢哉f，實(shí)現(xiàn)"碳達(dá)峰、碳中和"勢(shì)在必行。
“雙碳”、碳化硅、新能源有何神秘關(guān)系？
節(jié)能減排是碳達(dá)峰、碳中和的核心工作。這其中涉及到能源結(jié)構(gòu)的升級(jí)改革，可以通過提高能源的利用率以及提升綠色能源的比例來逐步實(shí)現(xiàn)，例如，國(guó)內(nèi)要實(shí)現(xiàn)“碳中和”，需要發(fā)力的方向有：供給端擴(kuò)大光伏發(fā)電、風(fēng)電發(fā)電；需求端提升新能源車比例；輸送端發(fā)力特高壓，全面發(fā)展新能源！
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碳化硅作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、更高的熱導(dǎo)率、更大的電子飽和漂移速度以及更高的抗輻射能力，是制造高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件的理想材料，碳化硅正是上面這些領(lǐng)域的上游核心材料，實(shí)現(xiàn)“碳中和”的多條路線，都繞不開它！
要挖礦，先買鏟！可以說碳化硅正是發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的鏟子！
調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展太陽(yáng)能等清潔能源
按說發(fā)展新能源汽車是當(dāng)今節(jié)能減排的最大熱點(diǎn)，但粉體網(wǎng)編輯認(rèn)為它并不是關(guān)鍵。為什么這么說呢，其實(shí)，不管是新能源汽車還是燃油汽車，我們要看它所需動(dòng)力的最初來源是什么，在這個(gè)過程中碳排放怎么樣。
燃油車的動(dòng)力來源是石油燃燒，這個(gè)過程會(huì)有碳排放的發(fā)生，這是毫無疑問的。
電動(dòng)汽車呢，真的如宣傳的那樣綠色無污染嗎？它所使用的電是從哪來的呢？絕大部分是火力發(fā)電吧，也就是它的動(dòng)力來源是煤炭燃燒，這個(gè)過程碳排放也夠嚇人的吧。
在這里小編突然想到前段時(shí)間網(wǎng)上很火的一件真人真事，有一伙不法分子將10萬塊錢的硬幣熔化試圖造出更多的假幣，于是通過各種手段終于完成，最后一數(shù)，傻眼了，最終只造出7萬元硬幣。舉這個(gè)例子，小編想說的是，只有電的來源是綠色、無碳排放的，我們才能接下來談新能源汽車，如果在發(fā)電用電過程中會(huì)有更多的碳排放，那簡(jiǎn)直就是賠本買賣。
所以，今年七月份，澳大利亞國(guó)家工程院外籍院士、南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長(zhǎng)劉科在關(guān)于“碳中和” 的演講中明確指出：如果能源結(jié)構(gòu)不改變，如果電網(wǎng)67%的還是煤電，那電動(dòng)車是在增加碳排放，而不是減少碳排放。只有能源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)里大部分是可再生能源構(gòu)成的時(shí)候，電動(dòng)車才能算得上清潔源”。
所以我們要強(qiáng)調(diào)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，而在新型綠色能源中，碳化硅能夠發(fā)揮重要作用。
太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏電池板光生伏打效應(yīng)或風(fēng)力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，直接將太陽(yáng)能或風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，它的主要部件是光伏電池組件、風(fēng)輪、儲(chǔ)能電池、控制器，逆變器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成，其特點(diǎn)是可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、能獨(dú)立發(fā)電或并網(wǎng)運(yùn)行，受到各國(guó)政府和企業(yè)的重視，具有廣闊的發(fā)展前景。
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碳化硅功率器件針對(duì)太陽(yáng)能逆變器、不間斷電源設(shè)備以及風(fēng)能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等大功率模組件的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更小尺寸、更低物料成本以及更高的效率。采用碳化硅基逆變器的平均效率能提高到 97.5%，相當(dāng)于減少 25% 的逆變器損耗，碳化硅基逆變器在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域可提高轉(zhuǎn)換效率 20%。
在核能領(lǐng)域，碳化硅作為第四代核反應(yīng)堆 —高溫氣冷堆的燃料棒包殼或基體材料的新型燃料元件的概念設(shè)計(jì)和制備成了核燃料元件領(lǐng)域一個(gè)新的熱點(diǎn)材料。
碳化硅作為重要包殼和基體材料的各種結(jié)構(gòu)新穎、功能完備的燃料元件模型不斷被設(shè)計(jì)出來，目前高溫氣冷堆碳化硅包殼燃料元件已經(jīng)開始走向商業(yè)化，其它含碳化硅材料燃料元件的研發(fā)也將加快步伐，除了燃料元件外，碳化硅材料在反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，堆內(nèi)管道內(nèi)襯等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景�？梢灶A(yù)見，隨著核安全性要求的不斷提高，碳化硅材料在核能領(lǐng)域?qū)@得更加廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮更加重要的作用。
新能源汽車
接下來我們說一下新能源汽車。
碳化硅作為未來電動(dòng)汽車充電模塊和電動(dòng)模塊相關(guān)重要核心的先進(jìn)電子材料，能實(shí)現(xiàn)綠色出行的能源供應(yīng)、低碳、智能、可持續(xù)發(fā)展，最終搶占未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)。碳化硅器件對(duì)充電模塊性能提升主要體現(xiàn)在三方面：
（1）提高頻率，簡(jiǎn)化供電網(wǎng)絡(luò)；
（2）降低損耗，減少溫升；
（3）縮小體積，提升效率�；谖覀儗�(duì)碳化硅器件在有線充電中的優(yōu)勢(shì)（高效率、低溫升、高密度、低損耗）分析表明，其總體成本將較低。
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碳化硅器件能提高純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車功率轉(zhuǎn)化性能。電動(dòng)汽車的電動(dòng)模塊中電動(dòng)機(jī)是有源負(fù)載，其轉(zhuǎn)速范圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，采用碳化硅功率器件可有效提高其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，獲得更高的擊穿電壓、更低的開啟電阻、更大的熱導(dǎo)率以及能在更高溫度下穩(wěn)定工作，原來幾公斤的散熱片可大幅減少甚至直接刪去，將引起電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)方面革命性的變化，能降低電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車功率轉(zhuǎn)化能耗損失 20%，對(duì)大幅提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程具有重要意義。
充電樁
新能源汽車有各種電能變換的需求，采用碳化硅器件能夠大幅度縮小裝備的體積，并顯著降低損耗。因此，不管是應(yīng)用在新能源汽車充電樁、電控模塊還是車載充電模塊上，碳化硅技術(shù)都能帶來較大的優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于電動(dòng)汽車充電樁，在眾多的充電樁解決方案中，現(xiàn)在消費(fèi)者最感興趣的是直流快充模式。但是直流快充模式的充電樁需要非常大的充電功率以及非常高的充電效率，這些都需要通過高電壓來實(shí)現(xiàn)。在電動(dòng)汽車充電樁的應(yīng)用里，碳化硅無論是在Boost，還是輸出的二極管，目前有很多使用主開關(guān)的碳化硅MOSFET電動(dòng)汽車充電樁方案，其應(yīng)用前景非常廣闊。
新型輸電系統(tǒng)
基于硅的電力電子變壓器在小功率電網(wǎng)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了部分應(yīng)用，但由于損耗大、體積大，在高壓大功率的輸電領(lǐng)域尚無法應(yīng)用。目前商用硅基絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的最大擊穿電壓為6.5 k V，所有的硅基器件都無法在 200℃以上正常工作，很大程度上降低了功率器件的工作效率。而第三代基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的功率器件能很好地解決這些問題，碳化硅功率器件關(guān)斷電壓最高達(dá) 200 k V 和高達(dá) 600℃的工作溫度。
基于碳化硅電力電子技術(shù)將會(huì)有更高的輸電電壓、輸送容量，滿足全球能源互聯(lián)網(wǎng)的超高電壓、超長(zhǎng)距離輸電重大需求。
LED照明
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LED 光電器件的核心材料碳化硅和氮化鎵等第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)及應(yīng)用正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。碳化硅 LED 照明設(shè)備能將原 LED 燈使用數(shù)量下降 1/3，成本下降40 ～ 50%，而亮度卻提高兩倍，導(dǎo)熱能力提高10 倍以上。根據(jù)美國(guó)能源部分析，美國(guó)廣泛采用LED 照明技術(shù)后，可以少建 133 個(gè)燃煤電廠，同時(shí)減少 2.58 億 t 溫室氣體的排放，其節(jié)約的電能可供給 1 200 萬個(gè)美國(guó)家庭使用一年。中國(guó)和美國(guó)能源消耗位居世界前兩位，我國(guó)若普及碳化硅基 LED 照明技術(shù)，對(duì)減少我國(guó)煤炭的消耗、減少CO2排放具有重要意義。
總結(jié)
鑒于碳化硅材料各方面的優(yōu)良特性，其有望成為最重要的第三代半導(dǎo)體材料，未來會(huì)全面取代目前廣泛應(yīng)用的硅半導(dǎo)體材料，其應(yīng)用領(lǐng)域更廣，潛在市場(chǎng)更大，關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和戰(zhàn)略安全。隨著我國(guó)新能源汽車的推廣和電網(wǎng)的升級(jí)改造，碳化硅材料將在綠色能源、電動(dòng)汽車充電樁、提高電動(dòng)汽車能源效率、智能電網(wǎng)建設(shè)等諸多方面得到大規(guī)模應(yīng)用，會(huì)直接影響到我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”工作的推進(jìn)。
參考來源：
[1]劉科院士.碳中和誤區(qū)及其現(xiàn)實(shí)路徑
[2]趙敏等.碳化硅在能源領(lǐng)域的應(yīng)用及展望
[3]盛況.應(yīng)加大碳化硅材料在充電樁上的應(yīng)用
[4]丁曉偉，李志君.碳化硅器件在直流充電樁中的應(yīng)用研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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