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“電荒”大爆發(fā),日月光等多家半導體大廠限電停工,日耗3萬度電的EUV光刻機還撐得住嗎?

2021/09/28
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近日,國內(nèi)“電荒”進一步加劇,日常用電也終究受到了波及。而在本輪這波“缺電”大潮中,制造業(yè)首當其沖,高精尖的半導體產(chǎn)業(yè)鏈自然也無法幸免,這無疑讓本就不富裕的芯片行業(yè)雪上加霜。

對許多年輕人而言,“停電”恐怕是一個十分遙遠又陌生的詞語。然而,這兩天,與停電相關(guān)的事件卻成了熱搜上的“???rdquo;。不少網(wǎng)友吐槽——吃不上飯、洗不上澡、不敢上廁所、手機沒信號、紅綠燈停電引發(fā)擁堵……更有吉林一家四口被困電梯,幸而得救。網(wǎng)友直呼:“2021年活出了原始人的感覺……”

此次“電荒”并非毫無征兆,自2020年12月起,包括湖南,江西,浙江在內(nèi)的南方諸多省份都出現(xiàn)了不同程度的限電。時值供暖高峰期,對于許多不知暖氣為何物、依靠空調(diào)取暖的南方城市而言,去年的冬天異常艱難,義烏甚至到了晚上就要關(guān)閉路燈和小區(qū)的景觀燈……

轉(zhuǎn)至2021年,捱過寒冬,情況也并未有所好轉(zhuǎn),甚至“每況愈下”。廣東、廣西、云南、江蘇、浙江、寧夏等省區(qū)陸續(xù)發(fā)布了“有序用電”的通知,部分地區(qū)的錯峰用電方案逐步從“開五停二”升級為“開二停五”,有些地區(qū)甚至是“開一停六”,但終究是針對工業(yè)用電,所以居民并未有明顯感受。

然而,隨著情況進一步嚴峻,日常用電也終究受到了波及,這才演變?yōu)槿耜P(guān)注的社會性事件。對此,國家電網(wǎng)工作人員回應:東北地區(qū)已經(jīng)首先對非居民執(zhí)行了有序用電,但是在執(zhí)行后仍存在電力缺口,目前整個電網(wǎng)有崩潰的危險,才采取了對居民限電的措施。

這波“缺電”大潮,制造業(yè)首當其沖,高精尖的半導體產(chǎn)業(yè)鏈自然也無法幸免,這無疑讓本就不富裕的芯片行業(yè)雪上加霜。

半導體工廠實為用電大戶

截至9月25日晚,山東省煙臺、淄博,江蘇省徐州、淮安、連云港、鹽城、泰州、無錫、蘇州;浙江紹興,廣東東莞、佛山、汕頭、揭陽等城市目前已確認有企業(yè)接到“停電限產(chǎn)”通知。

部分上市公司停產(chǎn)公告圖表來源:開源證券研究所

9月26日,微博網(wǎng)友@手機晶片達人爆料稱,日月光半導體(昆山)有限公司對客戶發(fā)布公告稱,因中國政府加強能耗雙減政策執(zhí)行力度,其接到當?shù)卣o急限電通知,經(jīng)協(xié)商,將于2021年9月27日8時至2021年9月30日24時限電。限電期間,工廠將無任何產(chǎn)出。

圖源:@手機晶片達人

此外,全球第二大芯片電阻基板廠九豪9月26日先降載15%,該公司高溫鍋爐仍維持生產(chǎn),但是配合當?shù)卣?,這種半停工狀態(tài)預計維期一周;據(jù)《日經(jīng)亞洲評論》報道,蘋果和特斯拉的主要機械零部件供應商乙盛精密工業(yè)26日也表示,該公司在江蘇昆山市的工廠從9月26日到10月1日暫停生產(chǎn)……

不難發(fā)現(xiàn),本次限電中,各地均將目光聚焦在制造業(yè),而半導體作為制造業(yè)的重要一環(huán),本身也是能耗大戶,“缺電”在某種程度上已成為擴大產(chǎn)能的阻礙之一。

以全球最大的芯片代工廠臺積電為例,2019年,包括中國臺灣廠區(qū)、WaferTech、臺積電(中國)、臺積電(南京)、采鈺公司在內(nèi),臺積電全球能源消耗量為143.3億度,消耗了中國臺灣近6%的電量,同年,擁有1300萬人口的深圳,一年居民用電量也僅為146億度電。

面對如此驚人的用電量,臺積電表示,高端光刻機設(shè)備的電力消耗占到了公司整體電力消耗的50%以上,尤其是頂尖的EUV光刻機設(shè)備,雖然有效的輸出功率僅為250W,但其能源轉(zhuǎn)換效率卻只有0.02%。

原因是極紫外光非常容易被吸收,連空氣都無法透光,所以必須在真空環(huán)境中生產(chǎn),同時,也無法以玻璃透鏡折射,必須以硅與鉬制成的特殊鍍膜反射鏡,來修正光的前進方向,而且每一次反射仍會損失3成能量,但每臺EUV機臺需要經(jīng)過十幾面反射鏡,將光從光源一路導到晶圓,所以損耗極大。據(jù)測算,一臺輸出功率250W的EUV機器工作一天,將會消耗3萬度電。同時,高耗電量所帶來的設(shè)備發(fā)熱無可避免,所以工廠內(nèi)的冷卻系統(tǒng)也同樣會消耗大量的電能。

2020年7月,曾有中國臺灣媒體報道,隨著臺積電5nm的大規(guī)模量產(chǎn),其單位產(chǎn)品用電量相比去年上升了17.9%。毫無疑問,新制程技術(shù)的復雜度也將進一步拉動電能用量。曾有媒體預測,臺積電3nm半導體制造廠開啟后,預計年耗電量將達到70億度。

據(jù)悉,ASML也在持續(xù)提升光刻機的效率,例如,NXE:3400C的產(chǎn)能從之前的125WPH(每小時處理晶圓數(shù))提升到了175WPH,同時還將推出針對3nm及以下制程的EXE:5000系列EUV光刻機。

誠然,臺積電工廠的工藝復雜程度及產(chǎn)能需求在整個半導體產(chǎn)業(yè)鏈中屬于佼佼者,無法以一概全,但芯片工廠的精密特性毋庸置疑,是以行業(yè)整體用電量都較高。

滴水穿石,限電的多重誘因

半導體產(chǎn)業(yè)耗電已持續(xù)許久,此次的多省限電也不應是芯片“背鍋”,而對于其背后的原因網(wǎng)友也是眾說紛紜,除去“用大量能源幫助迪迦奧特曼制造光能回復能量”、“挖礦”耗費電力、限電是為打贏對美金融戰(zhàn)等無從考證的猜測外,能耗雙控行動影響、復工復產(chǎn)導致用電量攀升及國內(nèi)煤炭供應不足可能成為其中重要誘因。

其中,“能耗雙控”是指在黨的十八屆五中全會上所提出的實行能源消耗總量和強度“雙控”行動,在“碳達峰、碳中和”大目標下,將能耗強度也作為約束性指標,進一步推動各地探索低碳經(jīng)濟。

然而,今年8月,發(fā)改委印發(fā)了《2021 年上半年各地區(qū)能耗雙控目標完成情況晴雨表》,廣東、江蘇、福建等省區(qū)亮起紅燈,能耗強度同比不降反升。在生態(tài)環(huán)境督查和雙控考核的壓力之下,部分地區(qū)為完成雙控目標,出現(xiàn)了包括不必要的限電在內(nèi)的激進“減碳”行為,對此,中央多次強調(diào),避免“一刀切關(guān)停”,糾正“運動式減碳”。

對此,廣東省能源局相關(guān)負責人表示,本輪錯峰用電主要是因為高溫天氣下電量負荷雙增長、省內(nèi)機組發(fā)電能力有限等因素造成的,并不是因為能耗雙控工作。而對于本輪電力供應不足的主要原因,廣東省能源局副局長劉文勝表示:

一是廣東省經(jīng)濟復蘇勢頭強勁,社會經(jīng)濟發(fā)展平穩(wěn)快速態(tài)勢帶動電力電量均高速增長。1月和3月歷史上首次用電負荷突破1億千瓦,電量增速達30%以上。1—8月,我省全社會用電量5253億千瓦時,同比增長17.3%,比全國增速高3.5個百分點;目前正是“金九銀十”訂單高峰期,二產(chǎn)、三產(chǎn)用電需求持續(xù)旺盛,工業(yè)用電量3077億千瓦時,同比增長18.3%。目前,廣東省統(tǒng)調(diào)最高負荷需求為全國最高,達1.41億千瓦,同比增長11%。

二是高溫“加持”,電量負荷雙增長。作為典型的氣溫“敏感”型地區(qū),廣東近期氣溫最高達34℃—38℃,較往年同期偏高3℃—4℃,氣溫每升高1℃,電力負荷便將提高200萬—300萬千瓦。

三是省內(nèi)機組發(fā)電能力有限。天然氣、煤炭價格高漲,資源供應緊張,火電企業(yè)發(fā)電積極性不高,疊加機組長期頂峰發(fā)電設(shè)備存在缺陷等因素。

自復產(chǎn)復工以來,全國用電需求快速增長,同比漲幅接近15%。在供給端,火電仍是我國發(fā)電主力,但煤炭價格卻在持續(xù)飆升,據(jù)ZAKER新聞報道,一位中部地區(qū)大型電力企業(yè)負責人表示,“目前,5500大卡動力煤長協(xié)價(長期供貨協(xié)議價格)已超1000元/噸,市場煤價格超1400元/噸,電廠每發(fā)一度電,虧損都在加劇,部分火電企業(yè)出電量不得不下降。”所以,煤炭供需矛盾進一步加劇了我國的電網(wǎng)壓力。

圖源:吳曉波頻道

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凜冬將至,各地的煤炭、用電需求勢必將再次迎來高峰,在“限電停產(chǎn)”、“拉閘限電”等消息霸屏一天后,國家電網(wǎng)與多地政府紛紛發(fā)文稱,“將盡最大努力保障居民生活用電”、“堅決守住民生、發(fā)展和安全底線”,無疑為居民吃了一顆定心丸。

產(chǎn)業(yè)端,制造業(yè)的高能耗雖然無法在短時間內(nèi)實現(xiàn)飛躍,但在數(shù)字化技術(shù)的加持下,相信能耗管理系統(tǒng)將極大提升工廠用電能效。

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