王萍++楊錦寧++崔舜華

摘 要：由近期無線輸電的發(fā)展來看，微波無線輸電的成功實驗有效推動了太空太陽能發(fā)電領(lǐng)域的進步。無線輸電技術(shù)受到世界各國的普遍重視，正式因為人類偉大的發(fā)明和創(chuàng)造能力，才能推動科技的不斷進步。盡管在無線輸電技術(shù)的發(fā)展道路上必然會存在各種需要攻破的難題，但正是因為前景的廣泛性，才推動我們不斷探索，相信無線輸電技術(shù)在未來能有長足的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無線輸電；磁耦合諧振；太空太陽能

1. 無線輸電技術(shù)發(fā)展背景

第二次工業(yè)革命后，人們邁入電氣時代，電力廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)與社會生活中，極大地促進了經(jīng)濟的發(fā)展和提高了人們的生活水平?，F(xiàn)如今在日常生活中，我們隨處可以見到電力系統(tǒng)的輸電線路，但在新聞報道中我們也會聽到有關(guān)于廢棄電線桿以及過密輸電線路給城市美觀造成的不良影響，甚至老化的輸電線路由于摩擦、磨損和部分裸露的問題，導致很容易產(chǎn)生接觸火花，嚴重影響到供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時給整個用電系統(tǒng)的正常運行也造成了極大的隱患。同時無線通信技術(shù)作為一個全新的科學技術(shù)在迅猛的發(fā)展，拜托有形的介質(zhì)的束縛，實現(xiàn)傳輸?shù)哪康?，在信號傳輸方面已?jīng)取得很大進展，如果能量即電能也可以像信號那樣不再依靠于介質(zhì)，從而實現(xiàn)非接觸的電能傳輸，這一技術(shù)在科技革命中也應運而生。[1]

國內(nèi)外在無線電能傳輸這方面展開了深入的研究，也取得了很大進展，但是還有很多問題尚未解決，無線電能傳輸理論有待突破，傳輸功率和效率有待提高等。

提出并研究無線輸電的新原理，這不僅減少了輸電導線，實現(xiàn)了環(huán)保的要求，并且解決了回路輸電中存在的一些問題，最重要的是無線電力傳輸系統(tǒng)大大提高了輸電的方便性，為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的契機。

2. 無線電能傳輸發(fā)展

早在1889年無線電之父尼古拉·特斯拉就提出了無線輸電的想法，并在實驗室內(nèi)對無線傳電技術(shù)進行開發(fā)與研究，即將低頻高壓電流轉(zhuǎn)化為高頻電流，在僅有空氣作為媒介的情況下來輸電。在1891年7月30日35歲的特斯拉在紐約的休斯頓街的實驗室用機電振蕩器進行了機械共振實驗，這一實驗使周圍的一些建筑物產(chǎn)生了共振，由于實驗的危險性，他被迫強拆自己的房子來終止實驗，但期間他在紐約一些地方無線點亮了那里的電燈，為無線傳輸?shù)目赡苄蕴峁┝俗C據(jù)

2006年麻省理工學院科研小組首次提出磁耦合諧振式無線電能兩傳輸技術(shù)的理論，其通過最尖端的技術(shù)可以利用“諧振式電磁感應”將無線電力傳輸?shù)饺?，隔空點亮了60瓦的燈泡，超過三公尺距離就點不亮了，超過十公尺就沒電了。

2007年8月，在日本召開的“無線電源革命研究會-單元小時之日”研究會上，專家們著重討論了無線電能傳輸發(fā)展的前沿動態(tài)及研究現(xiàn)狀，他們語言：無線電能傳輸時代即將到來。

2009年8月日本長野無線公司宣布開發(fā)出了基于磁共振的無線充電系統(tǒng)，可以確保短距離內(nèi)較高的輸電效率。

日本東京大學Takehiro Imura 課題組針對 kHz 至GHz 頻帶內(nèi)不同點的電磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)進行了建模與仿真，并對螺旋線圈諧振器的傳輸效率與相對位置之間建立函數(shù)關(guān)系和實驗研究。

2015年3月8日，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）聲明，其研究人員利用微波，將1.8千瓦電力以無線方式，精準地傳輸?shù)?5米距離外的一個接收裝置。[1]

2015年3月12日，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，其中的部分電能成功點亮了500米外接收裝置上的LED燈。這也是迄今為止日本在國內(nèi)成功實驗中距離最長、電力最大的一次。

由近期無線輸電的發(fā)展來看，微波無線輸電的成功實驗有效推動了太空太陽能發(fā)電領(lǐng)域的進步。這一技術(shù)需要雄厚的技術(shù)支持和實驗研究作為基礎(chǔ)，又由于其廣闊的應用領(lǐng)域和廣泛的應用前景，無線輸電技術(shù)受到世界各國的普遍重視，正式因為人類偉大的發(fā)明和創(chuàng)造能力，才能推動科技的不斷進步。

3. 無線電能傳輸展望

作為一個新興的理論，無線電能傳輸自出現(xiàn)之日就備受關(guān)注，同時國內(nèi)外的相關(guān)學者在此方面都展開了積極的研究，這也證明了無線電能傳輸發(fā)展的重要性和必要性，側(cè)面的反映了無線電能傳輸?shù)膶嵱脙r值性和經(jīng)濟價值。

假若我們在不破壞環(huán)境的前提下，在陸地上將無線輸電的發(fā)射器和接受器與我們所處的自然環(huán)境相融合，在無介質(zhì)的情況下將電能有方向性的進行傳輸，這將會解決一系列電力系統(tǒng)中現(xiàn)存的一些問題。

從國內(nèi)方面來看，無線輸電技術(shù)對我國這樣地理環(huán)境復雜的能源大國來說就像一道曙光，照亮經(jīng)濟發(fā)展的道路。我們可以利用無線輸電技術(shù)作為中轉(zhuǎn)，將人煙稀少、地形復雜、施工困難的西部地區(qū)的太陽能資源輸送到便于架線的地方后，將接收到的電能投入電網(wǎng)使用。又例如我國南方部分地區(qū)，水能、風能資源豐富，但這些地區(qū)的地勢地形對電力系統(tǒng)的構(gòu)建造成很大困擾，這時候無線輸電便派上了用場。

大的方面來看，由于地球上的人口在不斷增長，地球上的自然資源也在不斷被消耗，人類在通過各種途徑開發(fā)新的能源，當我們把目光從地球轉(zhuǎn)向地球外的世界時，神秘廣袤的宇宙中蘊含著無窮的能量，太空中的光能資源可謂異常充足，因為其完全不像在地球上那樣受到晝夜、陰晴和季節(jié)的變化，我們可以在太空建一座太陽能發(fā)電站，同時還可以利用月球上豐富的SiO2資源，制造太陽能電池，將太陽能電站建在月球上，然后借助無線電能傳輸技術(shù)將電能發(fā)送到地球。[2]

盡管在無線輸電技術(shù)的發(fā)展道路上必然會存在各種需要攻破的難題，但正是因為前景的廣泛性，才推動我們不斷探索，相信無線輸電技術(shù)在未來能有長足的發(fā)展?！?/p>

參考文獻

[1] 趙爭鳴，張藝明，陳凱楠. 磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)新進展[J]. 中國電機工程學報，2013，33（3）：1-13.

[2] 王秩雄，胡勁蕾，梁俊，王長華. 無線輸電技術(shù)的應用前景[J]. 空軍工程大學學報，2003，4（1）：82-04.endprint