無(wú)線(xiàn)輸電

 　　無(wú)線(xiàn)輸電，是指不經(jīng)過(guò)電纜將電能從發(fā)電裝置傳送到接收端的技術(shù)。該技術(shù)最大的困難在于，如何解決無(wú)線(xiàn)電波在傳輸中的彌散和衰減問(wèn)題。對(duì)于無(wú)線(xiàn)通訊來(lái)說(shuō)，電波的彌散可能是好事，但無(wú)線(xiàn)輸電則恰恰相反。

　　無(wú)線(xiàn)輸電有望在其他領(lǐng)域也得到利用，例如海上風(fēng)力發(fā)電站向陸地輸電、向自然條件艱險(xiǎn)的地區(qū)輸電以及電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電等領(lǐng)域。

　　2015年，日本先后兩次成功進(jìn)行了微波無(wú)線(xiàn)輸電實(shí)驗(yàn)，該成果有望用于太空太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域。

　　1、理論溯源

　　無(wú)線(xiàn)輸電的提出最早要追溯到1889年尼古拉·特斯拉，作為工程師，特斯拉研究并發(fā)展了交流電技術(shù)，為工程學(xué)做出了貢獻(xiàn)。

　　1889年特斯拉發(fā)明了「無(wú)線(xiàn)輸電方法」，他在美國(guó)科羅拉多泉(Colorado Spring)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)及研究此項(xiàng)「無(wú)線(xiàn)傳電」技術(shù)，經(jīng)過(guò)八個(gè)月的研究后，特斯拉便決定在長(zhǎng)島(Long Island)試建首座名為「沃登克里弗塔」(Wardenclyffe Tower)的電力發(fā)射塔，該塔能夠與地球的電離層與大地構(gòu)成的電容發(fā)生串聯(lián)諧振，能量可以被地球的另一端的一個(gè)沃登克里弗塔所接收，通過(guò)這種方法便可以將電離層中的電力輸送到地球的任意一端。該塔利用的是地球存在于電離層中的能量，因此能量非常的大并且使用起來(lái)幾乎沒(méi)有污染。此技術(shù)大大減少了電力傳輸線(xiàn)路所花費(fèi)的成本以及傳輸造成的損耗，并且使用的是電離層中的電能。

　　2、實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

　　2001年5月16日，一位從事太空研究的工程師居伊·皮尼奧萊在非洲留尼汪島西南部的格朗巴桑大峽谷進(jìn)行了一場(chǎng)特殊的實(shí)驗(yàn)：一只200瓦的燈泡亮了起來(lái)。在燈泡周?chē)?，既沒(méi)有電線(xiàn)，也沒(méi)有插頭和插座。

　　居伊.皮尼奧萊的試驗(yàn)就是利用微波進(jìn)行長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)輸電。一部發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能首先通過(guò)磁控管被轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶盼⒉?，再由微波發(fā)射器將微波束送出，40米外的接收器將微波束接收后由變流機(jī)轉(zhuǎn)換為電流，然后將電燈泡點(diǎn)亮。這次試驗(yàn)的成功，僅是走出了無(wú)線(xiàn)輸電的第一步。

　　第二步將從2003年開(kāi)始，即給整個(gè)格朗巴桑村供電。這一步的試驗(yàn)室試驗(yàn)階段已經(jīng)完成。第一批發(fā)射器和接收器樣機(jī)已由留尼汪的企業(yè)造出。工程技術(shù)人員決定在距格朗巴桑村700米遠(yuǎn)的山頭上建一座高壓電線(xiàn)塔，在山頭的峽谷邊緣修建發(fā)射器，發(fā)射器由一個(gè)小型的喇叭狀天線(xiàn)和一個(gè)拋物柱面反射器組成。發(fā)射器的磁控管將高壓電線(xiàn)塔輸來(lái)的電能轉(zhuǎn)換為電磁波束，電磁波束被谷底格朗巴桑村旁呈蜂窩狀的接收器接收。隨后，電磁波能先被轉(zhuǎn)換為高壓直流電，然后再被轉(zhuǎn)換為低壓直流電，最后被轉(zhuǎn)換為220伏的普通交流電供格朗巴桑村使用。最終，磁控管的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是壽命短、工作頻率難以控制。因此，磁控管將被雷達(dá)系統(tǒng)上常用的速調(diào)管所取代。速調(diào)管的工作頻率極易控制，壽命也比較長(zhǎng)，但其價(jià)格比磁控管要昂貴得多。第三種取代方案是使用半導(dǎo)體。

　　在陸地上無(wú)線(xiàn)輸電的好處是發(fā)射器和接收器與大自然融為一體而不破壞環(huán)境，高壓線(xiàn)輸電或太陽(yáng)光電板則會(huì)破壞環(huán)境；無(wú)線(xiàn)輸電的成本比地下電纜輸電的成本要低得多，甚至比用柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電的成本還要低。用于無(wú)線(xiàn)輸電的微波束的強(qiáng)度僅為每平方厘米5毫瓦，比每平方厘米100毫瓦的陽(yáng)光強(qiáng)度小得多。因此，微波無(wú)線(xiàn)輸電十分安全，它不會(huì)發(fā)生電離，不會(huì)使周?chē)锏幕虬l(fā)生變異。在微波接收器下面甚至可以種植蔬菜。

　　研究人員下一步的計(jì)劃是在太空建一座太陽(yáng)能發(fā)電站：將一些地球衛(wèi)星送入距地面3.6萬(wàn)公里高的同步軌道上，衛(wèi)星上的光電板將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換為電能，然后將電能用微波的形式傳送到地球表面。太空上的光電板平均每平方厘米可以接收140毫瓦的光能，為地球表面光能接收效率的8倍。而且，在太空，光能的接收不受晝夜、陰晴和季節(jié)變化的影響。

　　2015年3月8日，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）說(shuō)，研究人員利用微波，將1.8千瓦電力（足夠用來(lái)啟動(dòng)電水壺）以無(wú)線(xiàn)方式，精準(zhǔn)地傳輸?shù)?5米距離外的一個(gè)接收裝置。

　　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(diǎn)亮了500米外接收裝置上的LED燈。這也是迄今為止日本在國(guó)內(nèi)成功實(shí)驗(yàn)中距離最長(zhǎng)、電力最大的一次。三菱重工周五在一份聲明中說(shuō)：“我們確信，這次實(shí)驗(yàn)表明無(wú)線(xiàn)輸電商業(yè)化已經(jīng)成為可能。”