作為“小盒子挑戰賽”(Little Box Challenge)的一部分,總部位于美國加州山景城的谷歌公司(Google)正在懸賞100萬美元,以獎勵能夠設計和制造出一款更出色的小型電源逆變器的人。
為什么谷歌、電氣與電子工程師協會(IEEE)以及包括Cree和Transphorm在內的其他公司,會想要拿出100萬美元征集更好的小型電源逆變器呢?那大概是因為這樣一款設備——即“功率密度至少達到每立方英寸50瓦的千瓦級電源逆變器”——對釋放滯留在電網的數十億美元商業價值來說至關重要。
以下是谷歌的說法:
我們認為,逆變器將變得對我們的經濟和環境越來越重要,因為太陽能光伏、電池以及類似的電力來源正在持續快速增長。更廣泛地說,類似形式的電力電子技術無處不在,比如在筆記本電腦、手機、電機驅動器、電動汽車以及風力渦輪機當中。我們期待,由這項獎勵激發的創新技術能夠具有跨越這些領域的廣泛應用,提升效率,降低成本,并開拓我們今天所無法想象的用例。另外,這諸多改進也有利于我們更安全和更有效率地運營數據中心,這一點也毫無壞處。
對于突破性逆變器技術的顛覆性影響,谷歌的這段解釋只能算是輕描淡寫。事實上,在2009年,美國麻省理工學院(MIT)的一組研究人員對分布式發電行業的研發趨勢進行了分析,其成果《分布式發電的文獻計量分析》得出結論稱,電源逆變器從2000年就開始成為分布式能源行業研發的主要焦點。
“在所有分布式發電接口類型當中,基于逆變器的分布式發電技術似乎成了主要類型,它存在很多有趣和具有挑戰性的問題。”論文的作者如是說。
在分布式能源行業,很多最聰明的大腦——比如來自帕累托能源公司的蓋伊·華納(Guy Warner)——相信,電源逆變器將能變革接入電網的方式,就好似調制解調器變革了接入電話系統的方式一樣。調制解調器能夠讓任何擁有一臺電腦和一根電話線的用戶訪問數據服務,而且不需要電話公司對網絡進行改造。這一簡單的功能成功消除了通過電話系統傳輸數據的一個主要障礙。
從上世紀60年代開始,美國聯邦通信委員會(FCC)被小型用戶駐地設備制造商的投訴淹沒了,后者指稱美國電話電報公司(AT&T)禁止終端用戶將其設備連接到貝爾系統(Bell System),理由是那樣做會危及“網絡完整性”。“用戶駐地設備”(CPE)這個術語是指安裝在用戶(而不是運營商)處所的設備,其作用是發起、傳輸或終止電信服務。
1975年,聯邦通信委員會在其法規第68部分規定了用戶在公共交換電話網絡使用非電話公司制造設備的原則。第68部分規定解決了終端設備連接公共電話網絡的問題,它允許消費者使用任何來源的設備連接到公共網絡,只要該設備符合第68部分列出的技術規范。聯邦通信委員會的設備登記和認證程序經過了精心設計,讓富有創新精神的制造商得以制造和部署一系列在公共網絡中使用的語音和數據設備,而且制造商這樣做無需獲得聯邦通信委員會或壟斷電話公司的事先許可。
通過允許設備接入電話網絡,第68部分規定以及聯邦通信委員會撤銷對用戶駐地設備管制的決定調動了多方力量,最終促進了調制解調器的普及。如果沒有第68部分規定,公共交換網絡的用戶將無法讓自己的電腦和調制解調器連接到網絡,而那很可能導致互聯網無法發展起來。
1962年,首款商用調制解調器產品被美國電話電報公司生產出來,其速率為每秒300比特。到1991年,調制解調器的速率已經提高至每秒14.4千比特。三年后,這個速率翻了一番,至每秒28.8千比特。1996年,布倫特·湯森(Brent Townshend)發明了56K調制解調器。
在電力行業,“逆變器”可能是最接近調制解調器的類比了。再把這個類比更進一層,我們可以打比方說,如今最頂尖的逆變器技術每秒也只能傳輸數百比特的數據。連接電網的問題長久以來一直是而且如今仍然是阻礙分布式發電發展的一個主要制約因素,而對那些被設計成在電網出現故障時工作的系統來說更是如此。
要跨越上述的能力缺口,谷歌的“小盒子挑戰賽”可能遠遠不夠,但它肯定是朝著正確方向邁出了一步。為了讓大家了解其中的挑戰性有多大,讓我告訴大家這樣一件事:美國海軍(U.S. Navy)的海軍研究辦公室(Naval Research)曾在大約十年前贊助過一個名為“電力電子標準模塊”(Power Electronic Building Blocks,簡稱PEBB)的項目,旨在通過為系統組件設計推進標準化平臺的工作,尋求降低電力電子技術(比如逆變器)的成本。
PEBB項目的理念很吸引人,但最終的成果不甚理想。在一年左右以后,我們將能看到谷歌的努力到底會有怎樣的結果。