DQZHAN訊：無(wú)線輸電：作別插座時(shí)代

美國(guó)麻省理工學(xué)院6人工作小組實(shí)現(xiàn)了兩邊相隔兩米的銅線圈間的無(wú)線電力傳輸，并點(diǎn)亮了一個(gè)燈泡

在3.6萬(wàn)千米的太空中，一座表面布滿了光伏面板的太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星靜靜佇立，將收集到的太陽(yáng)能源源不斷地傳回地球，向城市供電。實(shí)際上，它的轉(zhuǎn)化效率比在地球上高出10倍，而且永不停歇。這種似乎只存在于科幻片，或者《三體》等科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景，如今有了實(shí)現(xiàn)的可能。

*近，日本科學(xué)家接連發(fā)布微波無(wú)線輸電技術(shù)的*新成果。而在國(guó)內(nèi)，我國(guó)科學(xué)家近年來(lái)也不斷在公交車、高鐵、“無(wú)尾電視”、手機(jī)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)無(wú)線輸電的各項(xiàng)突破。

人類作別插座的時(shí)代來(lái)真的來(lái)臨了嗎?下面，讓我們追尋電能的蹤跡，探尋國(guó)內(nèi)外科學(xué)家們?nèi)绾螖[脫電線，將電能**送達(dá)目的地。

百米無(wú)線點(diǎn)燈創(chuàng)歷史

說(shuō)起輸電，你也許馬上會(huì)想到粗粗的高壓線，或者家里那些“剪不斷，理還亂”的各式插座、電線。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，科學(xué)家們對(duì)無(wú)線輸電研究的進(jìn)一步深入，一些改變正在發(fā)生。

就在兩周前，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)宣布，研究人員利用微波，將1.8千瓦電力以無(wú)線方式，精準(zhǔn)地傳輸?shù)?5米距離外的一個(gè)接收裝置。雖然這樣的電力只夠用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)電熱水壺，但消息一經(jīng)發(fā)出，便引發(fā)人們的廣泛關(guān)注。

僅1天后，日本三菱重工也宣布，科研人員將10千瓦電力轉(zhuǎn)換成微波后輸送，其中部分電能成功點(diǎn)亮了500米外接收裝置上的LED燈，成為迄今為止日本成功實(shí)驗(yàn)中距離*長(zhǎng)、電力*大的一次。

專家表示，這樣的實(shí)驗(yàn)意味著人類可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、中長(zhǎng)距離的無(wú)線輸電，并使之商業(yè)化。正如三菱重工在一份聲明中所說(shuō)：“我們確信，這次實(shí)驗(yàn)表明無(wú)線輸電商業(yè)化已經(jīng)成為可能?！?

但真正要實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想，還需要解決諸如傳輸效率等問(wèn)題。“10千瓦的電力，經(jīng)過(guò)500米的傳輸距離后，只是點(diǎn)亮了一只LED燈。我們都知道LED燈的功率很小，這就說(shuō)明在傳輸過(guò)程中，相當(dāng)大部分的能量發(fā)散掉了?！敝锌圃弘姽ぱ芯克芯繂T廖承林在接受采訪時(shí)說(shuō)。

更有意味的是，三菱重工和JAXA均選擇利用微波傳送電能，這恰好印證了日本因?yàn)槟茉炊倘倍恢鄙罡仗?yáng)能發(fā)電的戰(zhàn)略。三菱重工同時(shí)表示，這一技術(shù)將會(huì)被用于太空太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)。該公司計(jì)劃在2030年至2040年運(yùn)用該技術(shù)，將太空的發(fā)電裝置獲得的電能通過(guò)微波向地面?zhèn)鬏?。?jù)估算，如果使用直徑兩三千米的巨大太陽(yáng)能電池板進(jìn)行太空發(fā)電，將能達(dá)到一臺(tái)常用的百萬(wàn)千瓦裝機(jī)容量的核電機(jī)組發(fā)電水平。

當(dāng)然，其面臨的難題將會(huì)更多。不僅傳輸效率要進(jìn)一步提高，微波傳輸路徑需要縮小，發(fā)電站的輸出功率還必須要非常大。“可能達(dá)到兆瓦級(jí)?！敝锌圃荷虾Ｎ⑾到y(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員俞凱表示。

盡管困難重重，但就是這樣“一小步”，有歷史意義，因?yàn)檫@可能是人類未來(lái)高效利用電能、太陽(yáng)能的“一大步”。

三技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸電無(wú)線化

無(wú)線輸電，指不經(jīng)過(guò)電纜將電能從發(fā)電裝置傳送到接收端的技術(shù)。今天，我們的電話、網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)早已實(shí)現(xiàn)了從有線到無(wú)線的飛躍，為什么無(wú)線輸電還相對(duì)滯后?

事實(shí)上，早在19世紀(jì)上半葉，人類就有了用無(wú)線方式輸送電力的想法。*早可以追溯到美國(guó)科學(xué)狂人尼古拉˙特斯拉。

那時(shí)，電磁鐵問(wèn)世不久，電磁感應(yīng)現(xiàn)象也剛被發(fā)現(xiàn)，特斯拉設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線輸電裝置：把一個(gè)線圈連接在電源上，作為發(fā)射器傳輸能量;另一個(gè)線圈連著燈泡，作為能量接收器。通電后，發(fā)射器能夠以10兆赫茲的頻率振動(dòng)，另一個(gè)線圈連著的燈泡將被點(diǎn)亮。這便是有名的“特斯拉線圈”的由來(lái)。

特斯拉的設(shè)想在理論

上是可行的，但實(shí)際操作里面臨著這樣一個(gè)難題：如何提高傳輸效率?因?yàn)殡姶挪ㄔ谧杂煽臻g傳輸能量的過(guò)程中會(huì)向四面八方散發(fā)，特別是微波，散射在空間，能量衰竭更快。這成為無(wú)數(shù)科學(xué)家在接下來(lái)的百余年時(shí)間里研究的瓶頸。

直到2009年，美國(guó)麻省理工學(xué)院物理學(xué)家馬林˙紹利亞契奇還沒(méi)有準(zhǔn)備好做這一難題的“終結(jié)者”，因?yàn)樗诎l(fā)明一項(xiàng)功效**的無(wú)線輸電系統(tǒng)前，曾經(jīng)一連3個(gè)晚上被手機(jī)“電池電量不足”的“滴滴”聲吵醒，他繼而想到：“為什么墻里的電不能直接傳輸給我的手機(jī)呢?”

這便是電磁共振無(wú)線輸電技術(shù)的由來(lái)。按照此理論，只要讓電磁能發(fā)射器同接收設(shè)備在相同頻率上產(chǎn)生共振，它們之間就可以進(jìn)行能量互換。

利用這一原理，紹利亞契奇和他的團(tuán)隊(duì)成功地把一盞距發(fā)射器2.13米開(kāi)外的60瓦電燈點(diǎn)亮，且傳輸效率大幅提高。自此，全世界很多科學(xué)家開(kāi)始基于這一實(shí)驗(yàn)展開(kāi)了后續(xù)研究。有專家表示，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)10米左右距離的室內(nèi)無(wú)線輸電。

而對(duì)于一些低功率近程的電能傳送來(lái)說(shuō)，電磁感應(yīng)無(wú)線輸電技術(shù)無(wú)疑更為適合。因?yàn)橥ㄟ^(guò)電磁感應(yīng)，發(fā)射線圈和接收線圈之間可以利用磁耦合來(lái)傳遞電能。當(dāng)然，這種距離要求非常近，約在1厘米以下，可以用相互“貼著”來(lái)形容。

此外，如果要實(shí)現(xiàn)高功率遠(yuǎn)程電力傳送，則只能依靠微波或激光的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射技術(shù)來(lái)進(jìn)行。因?yàn)闊o(wú)線電波波長(zhǎng)越短，其定向性越好，彌散越小。

日本科學(xué)家們*近所取得的突破，即基于微波的這一特性。正如中科院電工研究所研究員劉國(guó)強(qiáng)所解釋的，“利用微波源，把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉?，然后將微波能量聚焦起?lái)，由天線發(fā)射出去，再被接收天線收集，經(jīng)微波整流器整理后重新轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娸敵??！?

跑贏無(wú)線輸電競(jìng)賽

近年來(lái)，有線輸電的成本和污染呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而各類能源引發(fā)的戰(zhàn)爭(zhēng)及公共危機(jī)也越來(lái)越多。無(wú)線輸電技術(shù)研究和商業(yè)運(yùn)用的風(fēng)起云涌，事實(shí)上已經(jīng)在推動(dòng)著各國(guó)加大對(duì)這一領(lǐng)域的投入力度。

按照輸電距離來(lái)分，無(wú)線輸電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)大體可分為三個(gè)方向：其一是商業(yè)化前景更好的近距離無(wú)線輸電，主要包括新能源汽車、家電等;其二是中長(zhǎng)距離的無(wú)線輸電，例如在高山、森林、海島、沙漠等地進(jìn)行無(wú)線輸電。其三是在太空太陽(yáng)能輸電方面，新世紀(jì)以后，日本、美國(guó)、俄羅斯、歐洲、印度等國(guó)家和組織，都相繼提出了在未來(lái)建設(shè)空間太陽(yáng)能電站的計(jì)劃。