隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對于電力供應(yīng)的需求也是與日俱增。如果電力供應(yīng)跟不上，那么半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也必將會受到巨大的阻礙。目前臺灣最引以為傲的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在遭遇“缺電”威脅，而且隨著臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對于電力需求的快速增長，以及臺灣當(dāng)局“2025非核家園”計劃的推進(jìn)，未來這一威脅仍將會進(jìn)一步加劇。這也為臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來的發(fā)展蒙上了一層陰霾。
而EUV光刻機(jī)除了售價高昂之外，其耗電也是非常之驚人！
為了獲得支持率，在大肆渲染核能危害的情況下，2014年的民進(jìn)黨組織了反核大游行活動，直接導(dǎo)致了臺灣耗費巨資建設(shè)的“核四”廠停工，變成現(xiàn)在的“爛危樓”。“非核家園”、“用愛發(fā)電”這些美麗而動聽的口號，成了蔡英文當(dāng)選臺灣地區(qū)領(lǐng)導(dǎo)人的一個重要因素。
2016年1月16日，蔡英文以大幅領(lǐng)先優(yōu)勢順利勝出，順利當(dāng)選“中華民國”“總統(tǒng)”。蔡英文便得以名正言順的繼續(xù)推動“2025非核家園計劃”。今年2月，臺灣地區(qū)立法機(jī)構(gòu)正式通過的相關(guān)條文明確，核能發(fā)電設(shè)備應(yīng)于2025年以前全部停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)蔡英文提出的“2025非核家園”目標(biāo)。
根據(jù)臺電所發(fā)布的報告顯示，目前臺灣火力發(fā)電約占72．6％，這其中，燃煤占40．3％、燃油占3．2％。根據(jù)報道顯示，為了應(yīng)對“非核家園”之下的缺電危機(jī)。臺灣桃園大潭電廠7部燃?xì)鈾C(jī)組已于11月初超過環(huán)評承諾空污排放上限，至今已超標(biāo)排放336噸氮氧化物，粗估增加8萬噸碳排，且仍持續(xù)增加，若燃煤改燃?xì)鈾C(jī)組，也有空污排放超標(biāo)問題。臺電表示，超出排放標(biāo)準(zhǔn)將面臨地方政府罰款命運(yùn)，不過為穩(wěn)定供電，只能持續(xù)發(fā)電，并于非尖峰時段降載因應(yīng)。麥寮六輕的燃煤火力發(fā)電廠的年度燃煤額度，也早早提前燒完，在10月28日就把一整年的煤都給燒光了。
污染加重，火電又被限，明年缺電更嚴(yán)重
815臺灣大停電或許只是個開始
根據(jù)世界能源署統(tǒng)計，2012年臺灣人均年耗電量已經(jīng)達(dá)到約10800千瓦時，超過日本、韓國，成為亞洲非產(chǎn)油國家和地區(qū)人均耗電量之最。而2014年中國大陸的人均年耗電量才4740千瓦時，不到臺灣2012年的一半。其中，臺灣龐大的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正是耗電大戶，而臺灣普通民眾的耗電量高企則是由于“被平均”了。
根據(jù)2011年的數(shù)據(jù)，電腦通信及電子產(chǎn)業(yè)、化學(xué)材料、金屬和鋼鐵工業(yè)三個領(lǐng)域的企業(yè)年耗電總量占全臺灣總用電量的33．1％，而且每年還會增加30億千瓦時以上，確實是用電大戶。
需要指出的是，由于臺灣缺乏能源產(chǎn)業(yè)，煤礦、水電也比較匱乏，這也導(dǎo)致了臺灣所需的能源99％需要靠進(jìn)口。但是，長期以來，臺灣的電價卻由于政治原因（不能漲價），一直處于全球較低水平。根據(jù)國際能源總署2016年8月發(fā)布的統(tǒng)計資料顯示，2015年臺灣工業(yè)電價為全球第8低，居民電價更是全球第3低。而長期低電價的結(jié)果是，臺灣的供電公司——臺電既要維持相當(dāng)規(guī)模的發(fā)電量，又不能漲電價，經(jīng)濟(jì)高效的核電又不能用，導(dǎo)致公司的運(yùn)營入不敷出。根據(jù)臺電公司今年8月公布的數(shù)據(jù)顯示，今年上半年虧損近71億元新臺幣，累計虧損達(dá)1010億元新臺幣，再加上各種長短期債務(wù)，賬上欠債高達(dá)1．06萬億元新臺幣，負(fù)債比率高達(dá)85％。臺電的持續(xù)虧損，也導(dǎo)致難以有資金加大投入，提升發(fā)電量，再加上電力需求的大幅增長，導(dǎo)致臺灣用電也開始越來越緊張。
2017年7月底8月初，尼莎、海棠兩股臺風(fēng)先后在臺灣登陸，一架位于宜蘭東澳的輸電鐵塔被臺風(fēng)吹倒，造成臺灣供電吃緊，一時鬧起了電荒。初步評估修復(fù)此供電鐵塔至少需要15天。
隨后在8月15日，臺灣發(fā)生全島性大規(guī)模停電，受影響家庭近700萬戶（幾乎是臺灣全部人口）。為了保護(hù)臺灣的支柱產(chǎn)業(yè)——半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，政府將當(dāng)晚殘存的電力全都供給了三大科學(xué)園區(qū)的半導(dǎo)體Fab廠。這也使得全球最大的晶圓代工廠臺積電在這次停電中毫發(fā)無傷，全球芯片封測巨頭日月光集團(tuán)僅有南科的部分園區(qū)出現(xiàn)了60分鐘停電，隨后很快就恢復(fù)了供電。只有南茂科技位于南科園區(qū)的工廠出現(xiàn)了一些損失?？偟膩碚f，這次大停電對于臺灣的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)影響并不大。
但是，此次大停電卻著實嚇到了臺灣的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
因為，芯片在生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)生斷電，就意味著生產(chǎn)線上所有的晶圓可能全部都要報廢。首先，芯片F(xiàn)ab的生產(chǎn)需要超凈生產(chǎn)環(huán)境，任何自然災(zāi)害對建筑的晃動都有可能造成超凈環(huán)境被污染，而維持超凈環(huán)境本身也是需要消耗大量電力。而一旦停電，超凈環(huán)境就可能會被污染，整個產(chǎn)線上的晶圓可能就要報廢。同時，芯片生產(chǎn)設(shè)備的斷電將會帶來更大的損失。以一臺ASML ArF－immersion 1980Di光刻機(jī)產(chǎn)線為例，如果發(fā)生斷電，再恢復(fù)、重啟、ramp up所需的設(shè)備代價可能高達(dá)千萬美元以上。而對于擁有眾多設(shè)備的整個工廠來說，損失將會更大。
此前，在2016年，西安市高壓變電站設(shè)備一度起火爆炸，西安市東部和南部電壓陡變，導(dǎo)致西安三星存儲芯片廠的緊急停機(jī)，產(chǎn)線上晶圓全部作廢，按照當(dāng)時的64層NAND芯片價格估算，那次事故三星損失高達(dá)3億美元。
而且這些芯片廠線停產(chǎn)時間的長短還將直接影響全球芯片的供應(yīng)和價格。比如，2015年，臺灣高雄地震，臺積電中科、南科廠停產(chǎn)，導(dǎo)致全球邏輯芯片價格上漲10％～20％。同樣，韓國第二大芯片廠商海力士位于無錫的晶圓廠發(fā)生爆炸后，全球存儲芯片價格瞬間就跳漲了25％。
早在2015年底的時候，當(dāng)時的總統(tǒng)馬英九到參觀臺積電中科廠。當(dāng)時臺積電董事長張忠謀就指出，目前臺灣最大的隱憂之一就是缺電，臺灣2017年可能面臨限電危機(jī)。張忠謀當(dāng)時在接受采訪時就表示，停電對于臺積電的影響“幾乎不可估計”。雖然臺積電每個廠都有備用電源，但是面對產(chǎn)線所需的巨大電能，備用電源在停電時也撐不了多久。此前臺積電還曾提出過自建電廠的計劃，但是卻并未獲批。
8月15日大停電后，用電大戶、面板大廠友達(dá)董事長彭雙浪也表示，“臺灣用電是民生補(bǔ)貼工業(yè)。其實，供給和需求應(yīng)該用價格來調(diào)整，用電量越高的人支付越高的單價。我們不怕貴，是怕不穩(wěn)定”。
顯然，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性對于半導(dǎo)體廠商，乃至整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說都至關(guān)重要。而隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對于電力的需求也將呈現(xiàn)急劇增長的態(tài)勢，若臺灣不能保障足夠的電力供應(yīng)，“缺電”將成為阻礙臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大障礙。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對于電力需求的急劇增長，將進(jìn)一步加大缺口
半導(dǎo)體的制造，本來就是高度耗電的過程。在臺灣半導(dǎo)體廠商當(dāng)中，臺積電一直都是最大的用電大戶。資料顯示，過去五年，全臺灣增長的電量，其中1／3都被臺積電給消耗了。根據(jù)臺積電企業(yè)社會責(zé)任報告書，2016 年用電量高達(dá)88．53 億度，較前一年增加了11％。臺積電僅在竹科的Fab耗電功率已經(jīng)超過72萬千瓦。
而隨著摩爾定律的發(fā)展，半導(dǎo)體的制程推進(jìn)也越來越困難，預(yù)計5nm工藝將必須引入新的EUV （極紫外光）微影技術(shù)才能實現(xiàn)，但是這也將導(dǎo)致用電量的暴增。
據(jù)了解，目前半導(dǎo)體制程的主流光源是氬氟雷射，波長為 193 納米，當(dāng)晶體管尺度已微縮到幾十納米時，就像用一支粗毛筆寫蠅頭小字一般，生產(chǎn)起來有點力不從心。而極紫外光的波長僅有 13．5 納米，這也使得 EUV光刻機(jī)成為了攻克7nm、5nm、3nm工藝的關(guān)鍵。
目前能夠生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)的只有荷蘭ASML一家，而EUV光刻機(jī)的造價也是非常之高昂。ASML目前最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)NXE 3400B一臺售價高達(dá)1．1億美金，而且還供不應(yīng)求。據(jù)報道顯示，此前ASML接到了5臺EUV光刻機(jī)的訂單，其中臺積電訂走了5臺，耗資5．5億美元。這個價錢，幾乎可以買下兩臺世界最大民航機(jī)──空巴 A380。
而EUV光刻機(jī)除了售價高昂之外，其耗電也是非常之驚人！
雖然，ASML并未公布 EUV光刻機(jī)機(jī)臺的耗電功率，但世界第二大內(nèi)存制造商、南韓的 SK 海力士曾在 2009 年的 EUV Symposium 表示，“EUV 的能源轉(zhuǎn)換效率（wall plug efficiency）只有 0．02％ 左右。”而造成轉(zhuǎn)換率低的一大原因是，極紫外光本身的損耗過大。
“極紫外光物理特性與一般常見的紫外光差異極大。這種光非常容易被吸收，連空氣都不透光，所以整個生產(chǎn)環(huán)境必須抽成真空；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(jìn)方向，而且每一次反射仍會損失 3 成能量，但一臺 EUV 機(jī)臺得經(jīng)過十幾面反射鏡，將光從光源一路導(dǎo)到晶圓，最后大概只能剩下不到 2％ 的光線。”這也是 EUV 機(jī)臺如此耗電的主因之一。
如果按照前面的EUV能源轉(zhuǎn)換效率只有0．02％ 來計算，目前先進(jìn)的能輸出 250 瓦功率的 EUV的機(jī)臺，需要輸入0．125萬千瓦的電力才能達(dá)到，這個耗電量是傳統(tǒng)氬氟雷射的 10 倍以上。換句話來說，就是一臺輸出功率250W的EUV機(jī)器工作一天，將會消耗3萬度電，這個數(shù)字確實嚇人。
根據(jù)芯智訊了解，要想達(dá)到 250 瓦功率的 EUV輸出，需要將多臺13kW CO2激光器串聯(lián)接通達(dá)到所需的功率要求，最終從等離子體源產(chǎn)生所需的EUV光輸出。高科技產(chǎn)生極紫外光的過程非常低效，過去被人們比擬為“用核反應(yīng)堆提供動力”，但也成為了滿足半導(dǎo)體工業(yè)批量生產(chǎn)要求擴(kuò)展EUV輸出功率的唯一可行方式。
另外需要指出的是，如此大的耗電量也不可避免的帶來了很大的發(fā)熱量，因此需要部署相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，而這也將非常的耗電。
另外，根據(jù)預(yù)計，一個7nm的產(chǎn)線可能只需要1臺ASML EUV光刻機(jī)NXE 3400B即可，但是到了3nm制程產(chǎn)線，除非ASML推出更先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，否則一條3nm制程產(chǎn)線需要4臺NXE 3400B，耗電量將更是驚人。有報道稱，一個3nm制程Fab的用電量將相當(dāng)于整個臺東（花蓮、宜蘭、屏東）的用電量，這確實是太恐怖！這也是為何此前業(yè)內(nèi)曾有傳聞稱臺積電計劃將3nm新廠放到美國的一個原因。
不過，在臺灣政府承諾解決水電等相關(guān)問題后，也考量到對臺灣經(jīng)濟(jì)的重要性，臺積電在今年9月底終于宣布將新規(guī)劃的3nm工廠將落腳在臺灣的南部科學(xué)工業(yè)園區(qū)臺南園區(qū)，預(yù)計投資200億美元，2022年前完工。但是，臺灣政府想要實現(xiàn)這個承諾卻并不容易。
因為除了規(guī)劃中的3nm制程Fab之外，臺積電還要新建一座5nm制程Fab（南科Fab14）和一座7nm制程Fab，同時其他的Fab也都會進(jìn)行產(chǎn)線擴(kuò)張，比如臺積電的中科廠 Fab 15在2017年完成對10nm制程的5期、6期擴(kuò)建 。
此外，臺灣其他的半導(dǎo)體廠商也有一些相應(yīng)的擴(kuò)建計劃。顯然，隨著新的制程工藝的推進(jìn)，工廠的擴(kuò)建和設(shè)備升級，臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的對于電力的需求將會出現(xiàn)暴漲。而與此同時，臺灣的電力供應(yīng)卻面臨巨大的問題，并且未來幾年內(nèi)可能都難以得到改善。
“2025非核家園”導(dǎo)致缺電加重
2011年3月，受東日本大地震影響，日本福島第一核電站損毀，核電站的三個反應(yīng)堆因過熱發(fā)生堆芯熔毀，放射性物質(zhì)泄漏到外部，發(fā)生嚴(yán)重核泄漏事故。在福島核電站周圍20公里內(nèi)的21萬民眾被迫撤離。受此事件的影響，核電安全問題也引起了多個國家和地區(qū)民眾的恐慌，隨后日本、德國、臺灣都紛紛考慮“棄核”（放棄核電）。
福島核電站事故發(fā)生之后，當(dāng)時的民進(jìn)黨主席蔡英文為了獲得支持率，就拋出了“2025非核家園計劃”，強(qiáng)調(diào)如果贏得“總統(tǒng)”大選，將最終在2025年完全停止核能發(fā)電。“2025非核家園”隨后也成為了蔡英文競選“總統(tǒng)”的一大競選口號和承諾。
為了獲得支持率，在大肆渲染核能危害的情況下，2014年的民進(jìn)黨組織了反核大游行活動，直接導(dǎo)致了臺灣耗費巨資建設(shè)的“核四”廠停工，變成現(xiàn)在的“爛危樓”。“非核家園”、“用愛發(fā)電”這些美麗而動聽的口號，成了蔡英文當(dāng)選臺灣地區(qū)領(lǐng)導(dǎo)人的一個重要因素。
2016年1月16日，蔡英文以大幅領(lǐng)先優(yōu)勢順利勝出，順利當(dāng)選“中華民國”“總統(tǒng)”。蔡英文便得以名正言順的繼續(xù)推動“2025非核家園計劃”。今年2月，臺灣地區(qū)立法機(jī)構(gòu)正式通過的相關(guān)條文明確，核能發(fā)電設(shè)備應(yīng)于2025年以前全部停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)蔡英文提出的“2025非核家園”目標(biāo)。
火電不斷加碼，污染加重
按照“2025非核家園”的規(guī)劃，到2025年臺灣天然氣發(fā)電占總發(fā)電比例的50％，燃煤30％，綠色能源20％。目前臺灣的核能供電占總電量的16％（有資料為14％），綠色能源供電僅占不到3％，顯然要在2025年這樣的目標(biāo)似乎是不可能。
根據(jù)臺電所發(fā)布的報告顯示，目前臺灣火力發(fā)電約占72．6％，這其中，燃煤占40．3％、燃油占3．2％。根據(jù)報道顯示，為了應(yīng)對“非核家園”之下的缺電危機(jī)。臺灣桃園大潭電廠7部燃?xì)鈾C(jī)組已于11月初超過環(huán)評承諾空污排放上限，至今已超標(biāo)排放336噸氮氧化物，粗估增加8萬噸碳排，且仍持續(xù)增加，若燃煤改燃?xì)鈾C(jī)組，也有空污排放超標(biāo)問題。臺電表示，超出排放標(biāo)準(zhǔn)將面臨地方政府罰款命運(yùn)，不過為穩(wěn)定供電，只能持續(xù)發(fā)電，并于非尖峰時段降載因應(yīng)。麥寮六輕的燃煤火力發(fā)電廠的年度燃煤額度，也早早提前燒完，在10月28日就把一整年的煤都給燒光了。
污染加重，火電又被限，明年缺電更嚴(yán)重
為了保證供電，火電的不斷加碼，超標(biāo)排放，直接導(dǎo)致了臺灣空氣污染問題的加劇。臺灣民眾對霧霾怨聲載道，當(dāng)局迫于壓力之下又要讓臺中火力電廠減少生煤的使用量。臺中火力電廠9部機(jī)組明年遭減500萬噸生煤使用量，將短少約45億度電；興達(dá)電廠也已有2部機(jī)組被高雄市府要求至明年3月要減煤約15萬噸，將再短少3．6億度電。中火被減煤量相當(dāng)于一部55萬千萬火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量。這將導(dǎo)致臺灣明年供電狀況更加嚴(yán)峻。
重啟核能是一個好的選擇嗎？
那么重啟核能是一個好的選擇嗎？現(xiàn)實恐怕并不是。
根據(jù)資料顯示，除了已停工的“核四”廠，臺灣還有3座核電廠共6部機(jī)組。在“2025非核家園”計劃的推動下，今年6月前，僅有“核三廠”1號機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)。隨后進(jìn)入夏季，臺灣開始鬧電荒，蔡英文當(dāng)局被迫啟用了“核二廠”1號機(jī)組以及“核三廠”2號機(jī)組。
但是，臺灣的“核一廠”和“核二廠”將面臨著必須按期除役的問題，否則發(fā)生事故的可能性會急劇升高。明年年是核一廠如期除役之年，近幾年核一廠發(fā)生的多次嚴(yán)重事故，實在讓人不敢恭維。如近五年來螺栓斷裂高達(dá)12次，執(zhí)行核燃料挪移與填換過程中，甚至發(fā)生一束燃料棒把手松脫事件，而機(jī)組里還有81束同型問題燃料棒。在2011年，核一場被科學(xué)雜志《Nature》指名為“全球第二危險電廠”的電廠。
無法處理使用過后的燃料棒，這是臺灣需要廢核的重要原因之一，而由于兩岸關(guān)系問題，更不可能跟大陸合作來處理。臺灣也曾經(jīng)試圖找朝鮮和蒙古合作，將核廢料運(yùn)走處理，但最后計劃都無疾而終。目前的三座核電廠，總發(fā)電量約5144百萬瓦，每年用過燃料棒約150噸，從1978年核電廠啟用以來，三處核電廠的用過燃料棒都放在原子爐上方的燃料冷卻池，而且超級爆滿，密度是世界第一：“核一廠”燃料池有5514束，“核二廠”7544束，“核三廠”有2401束，全部15459束，核一、核二廠的池內(nèi)，束與束都快碰在一起了。
顯然，在這種情況下，重啟核能雖然能夠暫時解決能源危機(jī)，但也存在著巨大的風(fēng)險。同時也是目前力推“2025非核家園”的蔡英文政府不愿選擇的一個選項。
小結(jié)：
能源危機(jī)之下，臺灣確實被逼到了一個困局之中。核恐慌之下，即便核能發(fā)電清潔又便宜，可是老舊的核電廠隨時都有出事故的危機(jī)，核燃料棒存放更是個懸在頭上的利劍。而過度依靠火力發(fā)電勢必又將帶來更為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，帶來嚴(yán)重的霧霾危害民眾健康。限制火電又面臨缺電危機(jī)。而剩下的諸如風(fēng)能、水力與太陽能在臺灣發(fā)展更為緩慢。霧霾天之下，太陽能又無法發(fā)電。臺風(fēng)天之下，天然氣又無法進(jìn)港。只能依靠火力發(fā)電，燃燒大量的煤炭和天然氣。能源問題無法解決，就沒法談?wù)摪l(fā)展的問題。試問，倘若臺灣無法保證電力的穩(wěn)定供應(yīng)，又如何支撐半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呢？
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