随着现代电子历史出现的80多年，重点一直集中在怎样使得商品更快、更小且更便宜。除了摩尔定律之外，没有别的能够更精确的捕捉到了时代的精髓。
现在，人们不断对电子做出研究以便完成一些并非行业内关注的任务，但是对地球未来却有着重要影响的话题：减少能源消耗。更具体点说，就是减少社会对化石燃料的依赖，例如石油和煤，以便二氧化碳的排放量---许多科学家都认为二氧化碳是引起气候变化的最主要因素。
电子技术的演进和能源效率的关系引发了一种趋势线，比摩尔定律还要深远。例如，当今流行的笔记本电脑，相比20世纪50年代由千瓦时来衡量的真空管电脑来说，其能效要高出许多。顺应此趋势，有人认为将会出现依靠周围光照运行的笔记本电脑，而不需要接入任何外接电源。
下面，我们来看看在目前功率变革中起着重要作用的五种电子技术。该列表并非是一个排名，也不是绝对的；而是一个创新的集合体，将为整个社会带来一些不同的反响。
转变：3D技术
想象一下，如果固态变革从未出现过，我们任然生活在电子管的世界。我们现在所用的笔记本将会更加庞大（四个卧室那么大），还将需要非常大的电力来进行同样的操作---大约是现有时间的一万亿倍多。
斯坦福大学顾问教授、2009年一篇讲述计算机能源使用和其性能关系的论文的合著者Jonathan Koomey指出，从50年代和60年代的电子管数字积分（ENIAC）时代到目前的微积分时代，千瓦时计算每隔1.6年就翻翻了。
根据Koomey的调查显示，ENIAC运行速率小于1 kiloflops（每秒运行103个浮点）每千瓦时；而当今的笔记本理论上讲，运行速率为1 petaflops（1015个浮点）每千瓦时。
英特尔早在五月就宣布推出了22纳米微处理器3D“Trigate”晶体管，作为摩尔定律的延续体。英特尔指出，由于这种“Trigate”晶体管的创新鳍型构架，使得其小号的能源只有32纳米芯片2D平面晶体管的一半不到。并且这种晶体管体型更小、运行速度更快、价格也更便宜…也更加节能。
试想在能源/性能趋势线出现以前，Koomey相信它对移动计算的演进会有这深远的影响；尤其是对无线感应网络信息收集潜能的利用。
而这也并非是其全部真相。随着数据中心不断增加，它们进行的操作也将越来越节能。近日，全球数据中心耗能约占全部电力消耗的1%。理论上讲，在同等条件下，翻番使用3D晶体管IC架构的数据中心数量对整体能源需求影响不大。
Koomey指出，“想想我们现在拥有多么庞大的数据库。让我们拭目以待吧。”
固态照明：LED带来的巨大的能源节约
在过去的六年里，使用发光二极管或者有机发光二极管的固态照明（SSL）系统几乎渗透到了所有的照明市场，从住宅和消费照明到工业和商业照明市场。市场渗透率将不断加速。
美国能源部规划，在未来的20年内，SSL将占有照明用用市场，而商业照明将引领照明变革。DOE预测，LED照明将在2025年取代80%的白炽灯具和卤素灯具。
我们只需要看看沃尔玛公司采用LED之后的情况。在2005年，全球最大的零售商沃尔玛，每天盈利达10亿之多；该公司在位于德克萨斯麦金尼的店铺中的冷冻柜中安装了首个LED照明系统。之后的数据显示，该LED照明系统减少了该店铺70%的能源消耗；散热更低、寿命更长、并节省了维护成本。
沃尔玛开始扩大其全球店铺SSL的使用，包括在停车场也安装LED灯具。沃尔玛指出，该公司2009年将波多黎各22个停车位的灯具换成LEDs之后，节约了约800万千瓦时的电量。沃尔玛大多数停车场照明灯具都是由位于美国北卡罗来纳州亨德森维尔的通用电力公司生产。
各地加起来能节约80亿千瓦时的能源。据美国能源部DOE估计，SSL的使用能在未来20年中能带来的能源节约量将达到10.5到16.0quads。根据美国能源部的资料显示1quad的能源相当于290万人平均每年的能源消耗量，或者相当于大概1.67亿桶石油。
Cree公司LED元件部产品销售经理Paul Scheidt指出，“上述数据并没有包括维护节约带来的能源节约（和成本节约）”。Schedit将成本节约比喻为LEDs“环境层面的另一半”。
Cree在今年早期宣布了低能耗、照明级LED，能够替代在高产、小型应用领域使用的35瓦至50瓦之间的卤素灯具。
他指出，“如果您选择购买便宜的灯具，那么您将花费更多的金钱---因为这种灯具将需要您投入更多。”
能量采集：无线传感器网络的催化剂
从一些未知的来源采集或清除能源的例子已经存在很多年了。从点燃的气球和自动运转的手表到由美国国防部高级研究计划局赞助的通过身体运动来驱动可穿戴感应器的项目等等，该领域充满了各种不可思议的应用。
可以通过各种途径来获取能源，包括振动、声音、电磁、热、机械、运动以及压力等。压电、光电以及热点元件都能用来将获取的能量转变成电子信号。这些电子信号通常用毫瓦来测量；通过这些来源产生的电最终将淘汰掉电池，并排除任何设备对电力网的需求。
以色列公司Innowattech率先通过在路面和轨道中植入压电晶体而获取电能。由以色列铁路安装的发电原型在一节轨道上能获取120kWh的电量；该节轨道每小时通车两位10至20个10节车厢的火车。通过这种途径获取的电能可被用于信号灯或者上传至输电网。
这看上去似乎是一个垃圾桶，但是BigBelly Solar涉及的垃圾压缩机实际上是一个无线感应器网络。这种无线感应器网络由一个太阳能电池板驱动，当垃圾装满时，它会给垃圾起吊机传递信号，从而避免不必要的上门服务。
通过马路产生电力是可行的，但是获取电力最有效的方法或许是无线感应器网络设备。无需维护的无线网络开始变革无数程序，例如遥控监视和管理环境状况、追踪装船出国的生菜的新鲜度、以及管理建筑屋的气候控制系统等。由于这种网络使得各种程序更简洁有效，它们将使得各种间接能源使用节省大量能量。
下面看看BigBelly Solar公司研发的只能垃圾回收系统；该系统已经销往全球30多个国家。这是一个太阳能驱动垃圾压缩机，在垃圾装满时，它会以信号方式通知垃圾起吊机。从而避免了垃圾车来进行垃圾回收，因而减少了燃料使用并提高了生产率。
去年12月，Innowattech在以色列海法市一段轨道上安装了嵌入式压电晶体材料。当列车经过压电晶体时，就会产生电脉冲，从而能产生电量。该测试证明了，能够通过这种机械能进行远程监控轨道状况并可能用于动力信号中。
正是由于无线感应器网络的这种潜能，能源采集市场增长前途一片光明。根据IDTechEx市调公司显示，元件销售量在2011年达到了6.63亿美元；该市场有望在未来五年内规模翻番，到2021年将翻四倍。
超导电缆：智能电网引擎
当今最紧迫的发电挑战就是有效利用位于远离城市地区的可再生能源---例如，由美国绍斯维斯特太阳能电厂生产的电能运输至西海岸的城市地区；或者由内蒙古平原风轮机生产的电能传送至北京等。
目前这种“愚蠢的”电网主要依赖地面铜缆来进行长距离电力传输。铜缆运输的缺陷在于漏电率很高。一般来讲，传统的电网传输损失率为7%至10%，主要是由于铜线这种固有的电阻。这也证明了会有大量的温室气体排放到空气中。
超导电缆导电几乎没有任何电量损失，在同样的路径上传输电量比铜缆要高达10倍之多。但是虽说这种高温超导体（HTS）电缆可能作为下一代传输线使用，它仍然面临着许多难题：最重要的还是其高成本和进行低温冷却的需要。
首个超导体电缆出现在美国。2006年，英国国家电力供应公司和美国电力公司在纽约奥尔巴尼和哥伦布分别安装了配电电压HTS动力电缆。2008年，长岛电力公司在其Holbrook电厂安装了HTS传输电缆。该长达2000英尺的LIPA电缆系统是使用法国液化空气集团（Air Liquide）生产的低温冷却技术。
纽约长岛电力公司在2008年4月运行的世界首个超导体输电电压电缆系统中使用了美国超导公司的高温超导体电缆。在全容量情况下，这个全球最高功率超导体系统能传输高达571兆瓦电量，可供30万户家庭使用。
美国超导公司（AMSC）超导体电缆和系统业务行政董事Jack McCall指出，随着美国能源部撤出了对超导体的资助，大多数示范项目和安装项目都迁往海外，主要在中国、韩国和欧洲地区。
美国超导公司的安博瑞线缆（右）相比同类型铜线，其传达的电流量是铜线的100多倍。和铜线相比，安博瑞高温超导带材电阻为零，在传输过程中没有任何电量损失。
例如，AMSC在四月宣布，已经在中国甘肃省白银市一个变压站安装了其HTS电缆。首个AMSC HTS传输电缆将在这个夏天安装在中国北京。
和中国一样，韩国也有一系列示范项目使用了AMSC超导电缆。去年10月，AMSC宣布销售了300买太仪表---大约销售了50英里的超导电缆给韩国的LS Cable公司，该公司将生产HTS电缆并将在济州岛知名的智能电网项目中安装这种HTS电缆。更具McCall透露，AMSC将提供HTS电缆来替换首尔现有的铜线供应电缆；这种HTS电缆将增加六倍的有效功率而无需安装任何电路。
金刚砂：提高各种设备的能源节约
电力电子在各种应用中所提供的能源节约巨大。对于提高电力成分性能来说，没有任何材料能和金刚砂媲美。通过替换标准的硅元件---激光管和MOSFETs，而是用Sic元件，能极大的减少能量损失，从而达到更高效能源效能。
根据Cree数据显示，通过使用SiC Schottky 二极管，全球已经节约了约6亿美元的电量。这相当于每年从三个烧煤发电厂或者65万辆汽车排放的二氧化碳量。这还只是个开始，SiC当前还只占整个电力元件市场的1.5%。Cree预计由Sic带来的能源节约，将相当于每年排放3亿吨二氧化碳或者240个烧煤发电厂所使用的能源。
事实上，通过使用Sic电源和二极管能带来成千上万个能源节约机会。其中包括供电器、空调、变速汽车、家用电器产品、固态照明、电网变频器、光伏发电机和风力发电机以及电动车辆和混合动力电动汽车（HEVs）的能源管理元件等。
在电网层面，如果在下一代固态变压器中使用SiC能量元件，电网效率将增加8%至10%。丰田公司预计，如果所有的变频器都是用SiCs的话，HEVs的燃料效率将提高10%。
大多数能量元件厂商包括SiC元件厂商都出于产品组合阶段；还有SiC先驱Cree、Infineon、Rohm、STMicroelectronics以及其他供应商等。当前绝大部分供应商都关注电源供应市场，还有一些人把注意力投向了光伏逆变器市场，以及固体电路变压器中的高压应用等。
Cree在一月就统计了行业首个合格的商业SiC电源金属氧化物半导体场效应管（MOSFET），该MOSFET为高效节能电源开关制定了一个新的基准。
早在今年，Cree就介绍了一款商业SiC电源MOSFET，用于光伏逆变器、高压电源和工业电源应用。三年前，德国Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems通过使用Cree的SiC MOSFET原型使光伏逆变器的效率达到了最大的98.5%。SiC元件据说转换更快；相比传统的硅基晶体管而言，SiC元件正向偏置功率损失更小。
Cree也看到了SiC元件在电网层面的机遇。作为DARPA和Office of Naval Research 项目的一部分，Cree公司建立了一个10千伏、100安培的电源组。该电源组集成至美国通用电气公司的设备中，用来生产能在20kHz条件下运作的1MW变压器。而能处理6.5kV的传统变压器只能在500Hz条件下运作。为DARPA制作的变压器高16英寸，重量为75磅。
Cree公司电源设备产品经理Paul Kierstead指出，“我们的下一个目标是电机驱动、UPS以及电动汽车应用。”
其他：下一代绿色新能源
明日能源节约创新点将来源何处呢？答案在于大学。因为大学确实是最有效的创新人才孵化器。
越来越多的大学已经设立了各种学生竞赛，竞赛项目设计各种对人类有益的技术。包括一些特定的领域---例如地热和太阳能---而其他学校的选择很自由。其中两个最受关注的竞赛是MIT（麻省理工）清洁能源奖和SETsquared 竞赛（由五所英国大学组成的：巴斯大学、布里斯托大学、埃克斯特大学、南安普敦大学以及萨里大学。）
今年的MIT清洁能源奖得主从全美47所大学中的80位竞赛者中脱颖而出。MIT将之称为最有竞争力的一年，因为今年的大奖为20万美元。
清洁能源奖得主，最后在五名决赛者中选出，得主是CoolChip Technologies；该团体研究的是将下一代节能微处理器冷却系统引入消费和数据处理中心。
根据CoolChip Technologies透露，这种专利散热技术是“一种划时代的CPU空基冷却器；相比其他空基冷却器，这种CPU空基冷却器散热能力更强且性能也更高。”从环保角度来讲，这种技术将大幅度减少数据中心冷却所使用的能量。
CoolChip Technologies的这种核心散热技术，赢得了2011年20万美元的MIT清洁能源奖大奖。这种技术将大幅度减少数据中心冷却所使用的能量，减少约40%的能量消耗。
根据CoolChip团队成员、MIT EECS博士William Sanchez消息，目前冷却费用约占主要数据中心一般的运营成本。如果使用该团队设计的风扇，该数据将减少40%。
其他四个MIT竞赛的决赛选手包括Ubiquitous Energy、Made in the Commonwealth、PK Clean以及LinkCycle；他们分别赢取了1.5万美元的奖金。
Ubiquitous Energy 以其低价制造太阳能电池的计划而获胜。该团队希望能研发一种太阳能充电器，其尺寸和标准纸张一样大，能够用来在发展中国家离网地区为手机或者灯具充电。
PK Clean的专利技术是将废弃的塑料转换成燃料，从而能将成堆垃圾变成大量的油。这种专利技术将使得该团队进入价值数万亿的燃料市场。PK Clean团队计划构建一个每天生产20吨燃料的实验设施，为汽车和卡车生产燃料，每桶价值25美元至30美元。
Made in the Commonwealth计划在马萨诸塞州的一个新精炼厂为喷气式飞机生产可再生燃料，以及为其他车辆生产汽油、柴油和天然气。该团队由MIT工厂系统部一名研究生Matthew Pearlson领带，希望在今年能够筹集2000万美元开始生产这种燃料。
LinkCycle 以其简化商家对其产品进行生命周期分析的流程的软件包而赢得了MIT清洁能源奖。商家无需雇佣专业顾问来分析其每个新产品的性能；他们只需使用LinkCycle的在线平台（这种平台的基础数据适用于许多产品），从而使得产品分析便宜而且透明，同时简化了其验证过程。
SETsquared 为了参加MIT 2011年清洁能源大赛而收到了来自五所大学的7.5万名学生的申请。获奖者是Alistair Shepherd，是一名22岁来自南开普敦大学的航空航天专业研究生。
Shepherd获奖主要是因为他通过研究船舶运动的波浪能，通过安装在船身内的一个装置来将波浪能转换成电能。由于这种装置没有浸入海水中，从而避免了像其他波浪能解决方案那样容易损坏。
Shepherd指出，“波浪能发电将能取代全球无数船只的柴油辅助发电机，从而为船主节约成本并能减少二氧化碳排放量。”（翻译：Oscar，编辑：Kevin）
(审核编辑: 智汇小新)
