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| 半导体照明是发展低碳经济的战略性新兴产业 | |
| 时间:2010-5-14 18:01:47 来源:《半导体照明》杂志 中国半导体照明网 作者:国家半导体照明工程研发及产业联盟 浏览 | |
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随着全球步入“后危机”时代，寻找并培育新的经济增长点，发展战略性的新兴产业，成为新时期世界各国抢占新一轮战略制高点的最重要手段。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。半导体照明是为数不多的逐渐地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。 一、半导体照明对节能减排、低碳经济有重要贡献 目前，LED光效已经高于传统的照明与显示光源，显现出了优越的节能效果，如交通信号、景观照明等特殊照明领域的节能效果达到80%以上；与传统灯具相比，功能性照明，如LED道路照明可节电30%以上，隧道照明可节电40%，LED室内筒灯、射灯等照明产品替代传统卤素灯、荧光灯可节能30%~50%。2009年以来，在“十城万盏”试点示范应用工程（以下简称“十城万盏”）的拉动下，国内技术进步速度明显加快。目前国产功率型LED芯片已在部分支干道路照明和室内筒灯、射灯照明上得到应用。通过光学设计、散热、驱动等技术集成，室内外功能性照明灯具光效已超过80lm/W。根据21个试点城市的初步统计，截至目前，已有50万盏以上路灯、隧道灯、太阳能LED路灯、LED日光灯、筒灯、射灯、舞台灯等产品得到示范应用，年节电1亿千瓦时以上。此外，在奥运示范工程的带动下，上海世博会、广州亚运会除将大量使用LED景观照明外，部分道路与室内照明也将示范应用半导体照明产品。 据测算，光效75lm/W的LED灯具全寿命周期能耗（240千瓦时）已远低于白炽灯（1505千瓦时），也低于紧凑型荧光灯（327千瓦时），已具备资源能耗低的特点。同时，LED没有荧光灯、节能灯以及现有液晶电视、液晶显示器背光源用的冷阴极管（CCFL）含汞的问题，可以大幅度减少废旧灯具的环境污染，而且LED灯具采用低压直流供电，没有红外、紫外辐射，是真正绿色、健康的照明光源。 2009年我国发电总量36506亿千瓦时，照明用电约4300亿千瓦时，占电力总消耗的12％，占能源消耗的5.9％，且每年以5%~10％速度增长。据我国专家预测，2015年，照明用电将达到6000亿千瓦时(年增幅3%~5%),LED灯具的光效可达到120lm/W，LED照明占有20%以上的照明市场，每年将节约用电1000亿千瓦时，可减少CO2、SO2、NOx、粉尘排放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，进入50%照明市场，可年节电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。 表1 三种光源全寿命周期耗能统计
注：1. 全寿命周期包括材料制备、产品制造和应用3个阶段； 二、我国半导体照明产业已进入快速发展的上升期 自2003年启动半导体照明工程后，科技部在科技攻关计划、863计划新材料领域中先后支持了半导体照明的技术创新和产业化，我国半导体照明产业和技术取得显著进步，初步形成了从上游材料、中游芯片制备、下游器件封装及集成应用的比较完整的研发与产业体系，进入快速发展阶段。 1.产业化关键技术取得较大突破。以企业为主体的LED制造技术进展较快，企业产业化线上完成的功率型芯片封装后光效达到80~100lm/W。功率型白光LED封装达到国际先进水平。具有自主知识产权的功率型硅衬底LED芯片封装后光效达到78lm/W，处于国际先进水平。 2.产业初具规模,产业链日趋完整，市场应用走在国际前列。到2009年底，我国共有LED企业3000余家。其中，上游的外延及芯片生产商超过40家，中游封装企业约有1000家，下游应用产品生产企业2000家。民营企业占到企业总数的85%。2009年，我国芯片产值增长25%，达到23亿元，与2008年的26%的增速基本持平。2009年，我国LED封装产值达到204亿元，较2008年的185亿元增长10%；产量则由2008年的940亿只增加10%，达到1056亿只，其中高亮LED产值达到186亿元，占LED总销售额的90%。同时从产品和企业结构来看国内也有较大改善，SMD和大功率LED封装增长较快。2009年，我国半导体照明应用产值达到600亿元。尽管面对金融危机，我国半导体照明产业2009年仍呈现逆势上扬的发展趋势，产业规模增加到827亿元，增加近20%，预计2010年将达到1000亿元。 3.产业发展环境日趋完善。从科技部2003年启动半导体照明工程和2009年开展“十城万盏”工程，到近期发改委等六部委联合出台产业发展指导意见，以及后危机时代国家提出的培育战略性新兴产业，都表明政府正在积极推动我国半导体照明产业的发展。在政府政策的引导和扶持下，随着器件性能的提高和节能效果的体现，我国半导体照明产业将进入快速发展的上升期，市场潜力巨大，将驱动产业升级。为了促进技术集成创新，加速成果产业化，加强产学研合作，国家半导体照明工程研发及产业联盟（以下简称联盟）通过建立产业研发基金、组织奥运重大示范工程、举办创新大赛、标准协调推进、建立专利池等工作，搭建了产学研合作平台，提高了技术创新的效率与水平，促进了重大项目的实施。联盟标准协调推进工作成效显著，8项国家标准和9项行业标准已正式发布，为支撑“十城万盏”试点工作，联盟目前已完成LED道路照明产品、隧道灯、以及道路和隧道照明产品监督检验及安装验收实施细则、寒地LED道路照明产品技术规范等5项推荐性技术规范，同时正在编制室内筒灯、射灯技术规范等。另外，联盟已联合国家级检测机构，定期发布产品检测数据，为地方合理地设定示范应用产品的性能指标提供了科学参考，并正在为下一步发布向地方推荐的、有节能效果的定型产品的目录做前期工作。联盟还通过技术标准化、标准专利化工作，研究制定国家半导体照明专利战略，研究部署专利网络，探索专利池运行方式，为相关部门提供决策支撑。联盟的工作拓展了国内半导体照明发展视野，引起了国际社会的高度关注，对国内产业发展产生了重要影响。 通过国家半导体照明工程的实施，我国半导体照明产业已经在国际上确立了重要的地位，特别是“十城万盏”所展示的“通过应用促进科技创新、发挥科技支撑经济发展的作用、促进节能减排工作”的理念，在国内外都产生了巨大而深远的影响。另外，我国是半导体照明关键原材料资源大国，能够保障产业的可持续发展。半导体照明产业投资强度与风险远低于微电子产业，具有技术劳动双密集型的特点，适合中国国情，能够大规模带动就业。 三、发展中的问题与建议 目前，我国半导体照明技术与产业水平与国外相比，尚存在一定差距，还面临一些亟待解决的问题。 首先是研发投入不足且力量分散，应用技术系统集成创新不够，核心装备依赖进口，缺少国家公共研发平台与企业工程技术中心。我国外延材料的核心技术研究仍处于弱势，半导体照明的主流技术专利多为发达国家所控制，企业发展面临的专利风险日益加大。国内的产业关键技术主要来源于海外，造成企业间技术的差异性不大，影响了国内企业技术竞争优势的形成。核心装备MOCVD（化学气相沉积设备）高度依赖进口，难以支撑外延核心技术、工艺的持续创新和规模化生产。研发投入不足且分散，缺乏支持基础理论研究的长效机制，缺乏共性技术研发平台，关键技术研发没有形成合力，特别是企业的工程技术中心缺位。 其次是产业链发展不均衡，产业整体水平较低，低水平盲目扩张现象严重。我国半导体照明产业虽然先后实现了自主生产LED器件、芯片和外延材料，但自产的LED外延、芯片仍以中、低档为主，产业化规模偏小，80%以上的功率型LED芯片、器件还是依赖进口。由于技术进步速度加快，大规模应用市场正在形成，所以急需上、中游规模化生产能力的扩大和产品性能的提高。目前虽然民间资本介入较快，但与国外相比企业规模较小，形不成竞争优势和品牌，并且技术创新能力与承担风险能力都远远不够，因此高端外延、芯片市场仍然被国际几大巨头垄断。下游门槛低，企业数量众多，产业集中度低，不利于形成竞争优势和品牌。而目前我国大部分传统照明企业对半导体照明产业还处在谨慎进入的观望期。特别值得注意的是，地方低水平盲目投资现象严重，导致产业过度竞争，集中度低，技术支撑不够，产品质量良莠不齐，市场混乱，不利于产业健康发展。 再次是标准与检测体系不完善，产品良莠不齐，严重影响消费者信心。由于半导体照明技术发展快，涉及行业多，处在多学科交叉的产业边缘地带，在检测设备、检测方法的研发等方面没有足够的投入，目前半导体照明的标准与检测体系建立相对滞后于市场应用产品的发展，各检测机构间还没有形成统一的检测标准和方法，不利于市场产品的应用与选择。部分企业对检测认证的认识不够，产品在可靠性和寿命方面存在问题，质量不稳定，很多未成熟产品进入市场，将损害消费者的利益和行业的形象，为产品的推广带来隐患。而地方政府急于发展地方企业，以示范为由，盲目采购LED应用产品，重现当年节能荧光灯省电不省钱的被动局面，这些问题将会严重影响产业的健康发展。如何实现标准检测体系的完备和提高产品性价比是目前我国半导体照明产业破局前面临的主要挑战。 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。专家预测，到2015年，产业规模将达到5000亿元人民币，芯片国产化率可达到70%，实现年节约用电1000亿度，年节约标准煤4000万吨，减少CO2、SO2、NOX、粉尘排放1亿吨。 针对我国半导体照明产业的发展，提出具体对策建议如下： 1. 以应用促发展，激发企业技术创新，通过制定针对节能、环保产品的产业政策和可实施的细则，引导企业加大研发和扩大产业的投入规模。在产业的成长初期，政府引导下以市场为导向的技术系统集成创新与内部市场的开放培育，是目前我国企业参与国际竞争的重要保障。围绕节能产品开发与示范应用，组织联合技术攻关，通过制订产品检测方法与流程，公开产品性能信息（目录）等手段，确保节能应用产品的示范带动与集成创新效应，并开展前瞻性的应用创新。借鉴目前其它行业节能改造广泛使用的运营模式，引入新的运行机制，如合同能源管理组织模式。同时，也要大力支持为开创新客户、新市场而开展的技术创新工作。为产业部门绿色照明工程提供技术支撑，实现节能减排的目标。 2. 对于半导体照明中应用目标非常明确、竞争激烈的产业化共性技术，需要积极探索新的项目组织与管理的体制与机制。围绕企业为主体，市场为导向，上下游、产学研实质性的合作，以攻克市场急需的产业化共性关键技术为目标，逐步形成具有可合作性、可转移性、利益可共享性的高效合作开发平台及具有法律合同规范和奖惩机制的技术转移和利益共享的企业化管理模式，特别是与此适应的评审、拨款等管理机制。通过正在进行的国家创新平台与产业联盟研发基金的互动机制，共同投入、利益共享，探索建设开放的、支撑产业发展的产学研合作平台，实现创新体系的完善和可持续发展。 3. 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。 4. 为准确把握技术发展方向，引导产业健康发展，需要实事求是地进行技术经济评估与战略研究。需要深入了解中国的科研实力，并长期积累工业的基础数据，在目前市场驱动为主的情况下，制订培育新兴产业的战略方针、政策、策略。建议通过联盟开展技术、专利、市场及产业研究工作，加快标准研究与制订工作，探索通过设立技术标准实现技术突围的标准领先创新模式，探索通过专利池的建立，开展专利战略的研究与部署。开展不同层面创新方法与人才培训工作，继续通过创新大奖赛、ASSIT标准组织、世行照亮非洲等活动，开辟更广泛、深入的国际合作与交流。进一步发挥各地方与各部门作用，统筹项目、人才与产业化基地建设。强化项目实施与能力建设的有机衔接，引导地方发展与国家目标的有机衔接。加强基地的管理，制订相应的办法。引导地方从盲目的项目支持，转向注重产业发展规划、公共服务平台建设、应用示范与推广等创新环境和产业发展环境建设。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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