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黑科技!无线输电真的来了

日期:2020-12-04    来源:国际能源网

国际电力网

2020
12/04
15:14
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关键词: 无线输电 天野浩 特斯拉

无线供电在日本迈向实用化

围绕无线输电,中日美三国展开激烈竞争。似乎日本现在先走一步,他们努力的方向是将充电器冲走,实现远距离充电。这便是“无线供电”功率转换效率技术。

该技术出自天野浩与伊东健治之手,二人都十分有来头。天野浩在2014年,因发明蓝色发光二极管而获得了诺贝尔物理学奖,天野浩还是名古屋大学教授。而伊东健治则为金泽工业大学教授。

其实,当前已有能够远距离供电的微波无线供电技术。然而,受转化效率低下的影响,该技术难以投入现实使用。不过,伊东健治教授的整流电路的电路部和受电天线一体化技术,解决了这一难题,将效率提升到了93%,提升十分可观。

通过集成的方式,把微波转换为直流电流的天线与整流电路,从而将功率损耗大大降低。伊东健治的这项突破,解决了微波无线供电的一项难题,让其可以早日应用到人们的生活中。

而天野浩教授则成功研制出,具备高速度与低噪声HEMT结构GaN器件。这项技术,也成功将受电功率大幅度提升,是此前GaN元件的3倍,相当令人振奋。

这两项技术的问世,对受电功率的提升之大可想而知。远距离充电离大众的生活又进了一步,实现几米到几公里的无线供电,也将在不久后的一天变为现实。

据天野浩教授表示,其希望在2022年前,无线供电技术可以做到,对飞行中的无人机充入10W规模电量的目标。

来源于特斯拉的狂想

无线输电这一想法,事实上从一百多年前就开始了,它的提出者就是电学奇才特斯拉

1900年1月,特斯拉在纽约启动了自己最疯狂的“全球无线电力项目”。之所以说它疯狂,是因为他要制造巨大的特无线能量发射塔,来给大西洋两岸提供无线通讯和输电服务。

他找世界富豪J.P.摩根要来了15万美元的投资,自己又贷款了100万美元,在美国长岛开工建设了大型的特斯拉线圈。特斯拉的这个大胆的计划,被命名为“沃登克里弗计划”(Wardendyffe Project),他建设的发射塔,也被称为沃登克里弗塔。

就在同时期,马可尼的无线电报技术取得巨大成功,实现了横跨大西洋的超远距离无线电通信。马可尼获得成功之后,特斯拉的投资者放弃了对特斯拉的支持。1906年,特斯拉无奈放弃了该项目。1917年,沃登克里弗塔被拆除并出售。

但事实上在特斯拉的构想中,更加大胆而疯狂的是用沃登克里弗塔实现全球无线输电。

技术上,无线输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别。但是前者着眼于传输能量,而非附载于能量之上的信息。特斯拉曾经制造了一个仪器,把地球作为内导体,地球电离层作为外导体,通过他的放大发射机与前两者之间构成串联谐振。使用这种放大发射机特有的径向电磁波振荡模式,输出共振腔的多次谐波,在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振,利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。当没有电力接收端的时候,发射机只与天地谐振腔交换无功能量,整个系统只有很少的有功损耗。

无线电力传输不单省却了输电电缆的成本,更可以免去输电时因电阻所致的损耗。经过八个月的研究后,特斯拉试建了沃登克里弗塔,但最终因为投资的问题遭遇了失败。

现代无线输电技术进展

特斯拉的伟大工程虽然失败告终,但是无线输电的构想却一直在科学家和工程师的梦想中未曾熄灭。

2001年5月16日,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。实验者皮尼奥莱是一位从事太空研究的工程师。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。

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。”

但这些都仅仅限定在实验领域,现在天野浩和伊东健治的发明则让无线输电走向实用化。

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