为什么能源成本是可持续性的关键，使用新技术提高能源使用效率

目前大约 46% 的电力用于电机。冰箱、空调、电动火车和工业自动化中的电机数以百万计。这占 2011 年总用电量的 46%。随着数字技术的发展，预计多年来能源和电力消耗将显着增加。

转换效率，尤其是在电力使用方面，是一个重要因素。几千伏的电力可能来自架空电力线。然后必须降低电压以提供为计算机 CPU 供电所需的 0.8 V。这需要许多转换过程。

“多年来，在转换效率方面取得了巨大进步，”Lidow 说。“当我在 1970 年代后期开始从事这一领域的工作时，双极晶体管是功率转换的关键元件，具有将电从一种电压转换为另一种电压的不同方式。然而，随着 MOSFET 及其表亲 IGBT 的问世，我有幸参与了 MOSFET 开发的初期，并且是该领域的先驱者之一。而且我认为现在已经确定，从双极型切换到 MOSFET 可以节省 30% 到 40% 的电能。更高的速度，更低的生产成本，更小的尺寸，

我们现在正在经历另一场革命：从硅过渡到氮化镓和碳化硅等宽带隙半导体。Lidow 表示，GaN 和 SiC 将在新用途中逐渐取代 MOSFET 和 IGBT，最终在未来几年内占所有新应用的 100%。

Lidow 表示，由于采用了 GaN，可以节省大量能源。首先，我们可以节省大约 30% 的电源使用的能源。然后太阳能电池板产生的大约 20% 的能量现在可以通过使用 GaN 来保存，这使得太阳能电池板的效率大大提高。还可以节省额外 10% 的用于运动的电力。

因此，估计可节省超过 1,000 TWh 的巨大潜力，或几乎是当今电力消耗的总能源的 8%。电动汽车是一种经常被提及的将石油转化为能源的方法。图 2 描绘了 2012 年全球能源使用情况，其中 51% 用于工业用途。相当于 2300 兆吨石油用于运输，占总量的 26.6%(1 兆吨石油对应 11.63 TWh)。

“然而，底线是运输每年消耗 26,750 TWh，其中 70% 是道路车辆，总计 18,700 TWh，这些道路车辆中只有不到 1% 是电动的，”Lidow 说。“如果世界转向电动交通，市场将有巨大的机会。”

电池电动汽车使用的能源约为内燃机汽车的三分之一，这代表了显着的节能效果。如果所有汽车都改用电动汽车，每年将节省约 12,000 TWh。现在，GaN 或 SiC 可以为这些汽车的电机提供动力。与硅相比的优势约为 10% 到 15%。因此，预计每年的总节能从 100 到 1,800 TWh 不等。

结论

在这个世界上不断增加的能源消耗怎么办?“我开始这个旅程的想法是，我会通过提高能源效率为世界做一些伟大的事情;那么我们都会消耗更少的能源并减少对环境的污染，”Lidow 说。“但后来我意识到这是一个神话。我想消除的神话是，你不能通过提高能源效率来减少能源消耗。相反，你可能会创造更多的能源需求。”

Lidow 举了一个例子：假设在一年内，你用了 1000 美元的电来驱动你的汽车。好多啊。让我们假设汽车的效率提高了 10%。因此，您花费了 900 美元而不是 1,000 美元来为您的汽车供电。剩下的 100 美元你打算做什么?您将把它花在有自己的能源小时成本的事情上。所以最后，你提高了你的生活水平，你又增加了 100 美元的花费，但你并没有减少你的能源消耗。

让我们检查一下能源消耗。根据 Lidow 的 2018 年预测，能源消耗预计将增加，交通、商业、住宅和工业部门也是如此。结果，需求大幅增加，这是全球生活水平不断提高的结果。

“我一开始就说过，能源成本会影响所有其他成本，”利多说。“因此，通过降低能源的真实成本，人们可以生活得更好。我们的问题是在不破坏环境的情况下减少生活费用或提高生活水平。”

驱动因素是能源成本，该成本受到期外清理费用的严重影响。正如 Lidow 所说，要为世界做出正确的决定，我们必须将清洁成本纳入能源使用成本。

这种经济变化将推动能源选择朝着对环境和社会最负责任的选择方向发展。Lidow 说：“生活水平的提高推动了新能源的使用。能源效率可能会直接提高全球生活水平，而宽带隙半导体，特别是 GaN 的到来将做出重大贡献。”