无线输电

无线传输电能技术

无线输电，是指不经过电缆将电能从发电装置传送到接收端的技术。该技术最大的困难在于，如何解决无线电波在传输中的弥散和衰减问题。对于无线通讯来说，电波的弥散可能是好事，但无线输电则恰恰相反。无线输电有望在其他领域也得到利用，例如海上风力发电站向陆地输电、向自然条件艰险的地区输电以及电动汽车无线充电等领域。2015年，日本先后两次成功进行了微波无线输电实验，该成果有望用于太空太阳能发电领域。

理论溯源

无线输电的提出最早要追溯到1889年尼古拉·特斯拉，作为工程师，特斯拉研究并发展了交流电技术，为工程学做出了贡献。

1889年特斯拉发明了「无线输电方法」，他在美国科罗拉多泉(Colorado Spring)建设实验室开发及研究此项「无线传电」技术，经过八个月的研究后，特斯拉便决定在长岛(Long Island)试建首座名为「沃登克里弗塔」(Wardenclyffe Tower)的电力发射塔，该塔能够与地球的电离层与大地构成的电容发生串联谐振，能量可以被地球的另一端的一个沃登克里弗塔所接收，通过这种方法便可以将电离层中的电力输送到地球的任意一端。该塔利用的是地球存在于电离层中的能量，因此能量非常的大并且使用起来几乎没有污染。此技术大大减少了电力传输线路所花费的成本以及传输造成的损耗，并且使用的是电离层中的电能。

实验进展

2001年5月16日，一位从事太空研究的工程师居伊·皮尼奥莱在非洲留尼汪岛西南部的格朗巴桑大峡谷进行了一场特殊的实验：一只200瓦的灯泡亮了起来。在灯泡周围，既没有电线，也没有插头和插座。

居伊.皮尼奥莱的试验就是利用微波进行长距离无线输电。一部发电机发出的电能首先通过磁控管被转变为电磁微波，再由微波发射器将微波束送出，40米外的接收器将微波束接收后由变流机转换为电流，然后将电灯泡点亮。这次试验的成功，仅是走出了无线输电的第一步。

第二步将从2003年开始，即给整个格朗巴桑村供电。这一步的试验室试验阶段已经完成。第一批发射器和接收器样机已由留尼汪的企业造出。工程技术人员决定在距格朗巴桑村700米远的山头上建一座高压电线塔，在山头的峡谷边缘修建发射器，发射器由一个小型的喇叭状天线和一个抛物柱面反射器组成。发射器的磁控管将高压电线塔输来的电能转换为电磁波束，电磁波束被谷底格朗巴桑村旁呈蜂窝状的接收器接收。随后，电磁波能先被转换为高压直流电，然后再被转换为低压直流电，最后被转换为220伏的普通交流电供格朗巴桑村使用。最终，磁控管的优点是价格低廉，缺点是寿命短、工作频率难以控制。因此，磁控管将被雷达系统上常用的速调管所取代。速调管的工作频率极易控制，寿命也比较长，但其价格比磁控管要昂贵得多。第三种取代方案是使用半导体。

在陆地上无线输电的好处是发射器和接收器与大自然融为一体而不破坏环境，高压线输电或太阳光电板则会破坏环境；无线输电的成本比地下电缆输电的成本要低得多，甚至比用柴油发电机组发电的成本还要低。用于无线输电的微波束的强度仅为每平方厘米5毫瓦，比每平方厘米100毫瓦的阳光强度小得多。因此，微波无线输电十分安全，它不会发生电离，不会使周围生物的基因发生变异。在微波接收器下面甚至可以种植蔬菜。

研究人员下一步的计划是在太空建一座太阳能发电站：将一些地球卫星送入距地面3.6万公里高的同步轨道上，卫星上的光电板将太阳的光能转换为电能，然后将电能用微波的形式传送到地球表面。太空上的光电板平均每平方厘米可以接收140毫瓦的光能，为地球表面光能接收效率的8倍。而且，在太空，光能的接收不受昼夜、阴晴和季节变化的影响。

2015年3月8日，日本宇宙航空研究开发机构成功进行了微波无线输电实验。研究人员利用微波，将1.8千瓦电力（足够用来启动电水壶）以无线方式，精准地传输到55米距离外的一个接收装置，接收装置则将这种“无线电”转换为直流电。

2015年3月12日，日本三菱重工也宣布，科研人员将10千瓦电力转换成微波后输送，其中的部分电能成功点亮了500米外接收装置上的LED灯。这也是迄今为止日本在国内成功实验中距离最长、电力最大的一次。三菱重工周五在一份声明中说：“我们确信，这次实验表明无线输电商业化已经成为可能。”

2021年11月11日，俄罗斯“能源”火箭航天公司专家透露，该公司计划利用激光进行无线输电实验，为未来太空能源传输提供可行性测试。

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