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无线输电,要远还是要近?

发布时间:2019-10-08 23:17:40

在三万五千米的太空中,一座静止的太阳能发电卫星永不停歇地收集着太阳能,并源源不断地为城市供电。这似乎只存在于科幻影片之中,不过,最近日本科学家的系列成果让人们看到了将其变成现实的可能性。

日本宇宙航空研究开发机构3月11日称,研究人员以微波无线传输的方式足以运转一个电热水壶的电力——1.8千瓦,并精准传输到55米外的接收装置处。次日,日本三菱重工宣布,科研人员将10千瓦电力转换成微波后输送,其中部分电能成功点亮了500米外接收装置上的LED灯,成为迄今为止日本成功实验中距离最长、电力最大的一次。

专家表示,日本在微波输电技术方面的实验成果值得肯定,我国不少高校及研究院所也有相关研究,但相较于以较远距离输电为目标的微波输电技术,我国更看重商业化前景更好的近距离无线输电研究。

还有很长的路要走

太空太阳能发电的设想并非源于日本。早在上世纪60年代,美国科研人员就提出了这一构想。2007年,麻省理工学院的一群科学家用电磁谐振式无线电能传输技术,隔空点亮了两米多外一只60瓦的灯泡。

尽管听起来神奇,但原理并不深奥。“就是利用微波源,把直流电转变为微波,然后将微波能量聚焦起来,由天线发射出去,再被接收天线收集,经微波整流器后重新转变为直流电输出。”中科院电工研究所研究员刘国强在接受《中国科学报》记者采访时说。

但实际操作有两个难题:效率和辐射。刘国强表示,该技术的最大挑战是如何进一步提高系统传输效率、减少微波传输路径对环境设备的干扰以及对生物的影响。

同时,要实现太空太阳能发电,电力传输的距离势必更远,考虑到微波传输的衰减和效率问题,发电站的输出功率必须非常大。“可能达到兆瓦级。”中科院上海微系统与信息技术研究所研究员俞凯告诉记者。

“10千瓦的电力,经过500米的传输距离后,只是点亮了一只LED灯。我们都知道LED灯的功率很小,这就说明在传输过程中,相当大部分的能量发散掉了。”中科院电工研究所研究员廖承林说道。

因此,专家认为,日本此次的研究成果,只能算是技术上的进步,要真正应用于太空太阳能发电领域,还有很长的路要走。

清洁能源的新希望

尽管挑战重重,仍有科学家评价:日本迈出的这“一小步”,可能是人类高效利用清洁能源的“一大步”。

近年来,各类能源引发的战争及公共危机越来越多。“如果空间太阳能电站的设想变成现实,就可以解决全球能源危机问题。”刘国强说。而且,该技术还延伸到许多其他应用领域,如为卫星和轨道上的运载工具输电,或为星际探测飞行器提供动力等。

无线输电技术还可以为不方便架设输电线的地方提供另一种高效的输电方式。“在高山、森林、海岛、沙漠等地方架设输电线路不但困难危险,而且日后的线路检修以及故障修复等都障碍重重。这些地方的边防哨所、无线电导航台、卫星监控站、天文观测点等需要生活和工作用电,将电能以无线的形式输送过去,十分合理。”刘国强说。

派上更大的用场

2007年,麻省理工学院那只灯泡被点亮时,中国科学家也注意到了无线输电技术的发展前景。

“成果一出,立刻就把大家的热情调动起来了。”刘国强回忆,当时中国科学界举办了“无线电能传输”学术沙龙。去年5月,中国电工技术学会成立了“无线电能传输技术专业委员会”;今年1月,中国电源学会也成立了“无线电能传输技术及装置专业委员会”。

目前,国内从事微波无线输电技术研究的主要有中科院电工所、四川大学、中国电子科技大学、上海大学、中国空间技术研究院等。但专家透露,我国的无线输电研究目前似乎并非是奔着太空太阳能发电去的。

廖承林表示,我国科研人员更多的精力放在近距离无线输电研究方面,“这能更直接地给用户带来便利,技术商业化的潜质要大得多。事实上,在新能源汽车充电等日常生活领域中,这些技术已经派上了用场”。

“太空太阳能发电这件事还有一点遥远。现在科研人员的立场就是,让无线电能传输技术派上更大的用场。”刘国强说。

此外,俞凯解释,我国科学家之所以较少从事长距离无线输电研究,是因为大功率的微波辐射对人体损害很大,使其投入实际运用的难度增大。

一位不愿透露姓名的专家告诉记者,国内之所以少有针对太空电站的微波输电技术研究,主要原因是国家目前还没有相关的大型支持计划。

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