無線輸電

 　　無線輸電，是指不經(jīng)過電纜將電能從發(fā)電裝置傳送到接收端的技術。該技術最大的困難在于，如何解決無線電波在傳輸中的彌散和衰減問題。對于無線通訊來說，電波的彌散可能是好事，但無線輸電則恰恰相反。

　　無線輸電有望在其他領域也得到利用，例如海上風力發(fā)電站向陸地輸電、向自然條件艱險的地區(qū)輸電以及電動汽車無線充電等領域。

　　2015年，日本先后兩次成功進行了微波無線輸電實驗，該成果有望用于太空太陽能發(fā)電領域。

　　1、理論溯源

　　無線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，為工程學做出了貢獻。

　　1889年特斯拉發(fā)明了「無線輸電方法」，他在美國科羅拉多泉(Colorado Spring)建設實驗室開發(fā)及研究此項「無線傳電」技術，經(jīng)過八個月的研究后，特斯拉便決定在長島(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沃登克里弗塔所接收，通過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幾乎沒有污染。此技術大大減少了電力傳輸線路所花費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、實驗進展

　　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行了一場特殊的實驗：一只200瓦的燈泡亮了起來。在燈泡周圍，既沒有電線，也沒有插頭和插座。

　　居伊.皮尼奧萊的試驗就是利用微波進行長距離無線輸電。一部發(fā)電機發(fā)出的電能首先通過磁控管被轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶盼⒉ǎ儆晌⒉òl(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轉(zhuǎn)換為電流，然后將電燈泡點亮。這次試驗的成功，僅是走出了無線輸電的第一步。

　　第二步將從2003年開始，即給整個格朗巴桑村供電。這一步的試驗室試驗階段已經(jīng)完成。第一批發(fā)射器和接收器樣機已由留尼汪的企業(yè)造出。工程技術人員決定在距格朗巴桑村700米遠的山頭上建一座高壓電線塔，在山頭的峽谷邊緣修建發(fā)射器，發(fā)射器由一個小型的喇叭狀天線和一個拋物柱面反射器組成。發(fā)射器的磁控管將高壓電線塔輸來的電能轉(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)點是價格低廉，缺點是壽命短、工作頻率難以控制。因此，磁控管將被雷達系統(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，但其價格比磁控管要昂貴得多。第三種取代方案是使用半導體。

　　在陸地上無線輸電的好處是發(fā)射器和接收器與大自然融為一體而不破壞環(huán)境，高壓線輸電或太陽光電板則會破壞環(huán)境；無線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)電機組發(fā)電的成本還要低。用于無線輸電的微波束的強度僅為每平方厘米5毫瓦，比每平方厘米100毫瓦的陽光強度小得多。因此，微波無線輸電十分安全，它不會發(fā)生電離，不會使周圍生物的基因發(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劃是在太空建一座太陽能發(fā)電站：將一些地球衛(wèi)星送入距地面3.6萬公里高的同步軌道上，衛(wèi)星上的光電板將太陽的光能轉(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發(fā)機構(gòu)（JAXA）說，研究人員利用微波，將1.8千瓦電力（足夠用來啟動電水壺）以無線方式，精準地傳輸?shù)?5米距離外的一個接收裝置。

　　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。三菱重工周五在一份聲明中說：“我們確信，這次實驗表明無線輸電商業(yè)化已經(jīng)成為可能。”