探秘?zé)o線輸電技術(shù)

高峰

近年來，一些科研工作者和相關(guān)產(chǎn)業(yè)界人士嘗試通過無線的方式來實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，日本科研人員在這一方面取得了巨大的進(jìn)展。

2019年，在日本神戶港三菱重工業(yè)公司下屬的神戶造船所內(nèi)，研究人員開創(chuàng)性地使用了一塊高13米、寬8米的平板型無線送電設(shè)備，成功地將10千瓦的電力轉(zhuǎn)換為電波后，發(fā)送至距離500米外的無線受電裝置，點(diǎn)亮了與無線受電裝置相連接的藍(lán)色LED燈泡。同年，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）也運(yùn)用其他方式，成功地通過電波以無線傳輸?shù)姆绞?，?.8千瓦的電力傳輸至距離55米外的接收裝置。這一系列試驗(yàn)的成功，標(biāo)志著地面上的無線輸電技術(shù)已經(jīng)越來越接近實(shí)用化階段。

那么，無線輸電技術(shù)的實(shí)用化究竟將為人們的生產(chǎn)生活帶來哪些便利呢？

眾所周知，在全世界所有用于架設(shè)高壓電線的高大鐵塔頂端，都加裝有一個(gè)永遠(yuǎn)閃爍著紅色光芒的航空障礙燈，用來為飛機(jī)等航空器提供飛行障礙警示。但很多人不知道的是，由于這些航空障礙燈本身并不能直接使用高壓電線所輸送的高壓電，必須在電塔上為其另外單獨(dú)架設(shè)一條低壓電線以提供電力。多數(shù)情況下，這條低壓電線的長度大約在500～1000米，所提供的電力約為10千瓦。而這與神戶港試驗(yàn)所達(dá)到的輸電距離和能力幾乎一致。因此，目前比較樂觀的估計(jì)是，在未來5年之內(nèi)，無線輸電技術(shù)就能夠取代上述低壓電線的架設(shè)。

過去，當(dāng)電塔和高壓電線被地震、霜凍、暴雪等自然災(zāi)害破壞后，由于搶修電塔和重新架設(shè)高壓電線的工程既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)，因此如何盡快恢復(fù)斷電地區(qū)的電力供應(yīng)，往往成為搶險(xiǎn)救災(zāi)過程中的一大難題。而在未來，隨著無線輸電技術(shù)的輸電能力的進(jìn)一步提高，人們完全可以使用直升機(jī)將無線送電設(shè)備和受電設(shè)備吊裝至斷電地區(qū)，從而通過無線輸電的方式來實(shí)現(xiàn)緊急供電。

此外，當(dāng)前被視為主要新型能源技術(shù)之一的海上風(fēng)力發(fā)電，在未來也完全有可能直接以無線輸電的方式，將遠(yuǎn)離海岸線的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的電力傳輸至陸地，而無須鋪設(shè)海底電纜，從而大幅削減建設(shè)和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)成本。

對于普通人而言，無線輸電技術(shù)的應(yīng)用前景也十分廣泛。隨著老齡化的加劇，已經(jīng)開始有越來越多腿腳不靈便的老年人依靠電動(dòng)車、電動(dòng)輪椅等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、出行和生活自理。但是，在固定插座上插拔電源線來對電動(dòng)車等設(shè)備進(jìn)行充電的傳統(tǒng)方式，對于大量行動(dòng)不便的老年人而言，無疑是一件既困難又麻煩的事情。在未來，無線輸電技術(shù)的成熟會(huì)使得這一切變得十分輕松。老年人只要駕駛裝有無線受電裝置的電動(dòng)車進(jìn)入到無線送電裝置附近的一定空間距離之內(nèi)，充電的過程將自動(dòng)完成。

除了上述的具體應(yīng)用實(shí)例之外，無線輸電技術(shù)更為重要的意義在于，其有可能在無限廣闊的宇宙空間為全人類開辟出一條全新的能源獲取通道。

對于大多數(shù)人來說，太陽能發(fā)電技術(shù)也許并不新鮮。從家用的太陽能熱水器到荒漠中巨大的太陽能電池板陣列，都是人類通過到達(dá)地球表面的太陽光來獲取電能的具體方式。但是，任何鋪設(shè)于地球表面的太陽能發(fā)電設(shè)施都至少面臨著兩大難題：一是地球自轉(zhuǎn)形成的日夜交替，二是大氣環(huán)流造成的霜霧雨雪。

為此，有科研人員提出，能否向距離太陽最近的地球赤道上空的靜止軌道上發(fā)射一種專門的太陽能發(fā)電衛(wèi)星，并為其安裝上正反兩面均能發(fā)電的巨大太陽能電池板。如此一來，太陽能發(fā)電衛(wèi)星的發(fā)電效率將高出地面太陽能發(fā)電設(shè)備10倍以上。這就是“宇宙太陽能發(fā)電”構(gòu)想。

據(jù)測算，按照目前人類所生產(chǎn)的太陽能電池板的能量轉(zhuǎn)換效率，如果能夠在距地球赤道約36000千米上空的靜止軌道上，發(fā)射一顆配有邊長為2.5千米的正方形太陽能電池板的發(fā)電衛(wèi)星，其發(fā)電量可達(dá)到100萬千瓦級，足以和一個(gè)核能發(fā)電機(jī)組相媲美。

然而隨之而來的問題是，要從遙遠(yuǎn)的太空中將如此巨大的電能傳輸回地球表面供人類使用，顯然不可能再采取架設(shè)電線的傳統(tǒng)輸電方式。因此，無線輸電技術(shù)能否取得重大突破，就成了“宇宙太陽能發(fā)電”這一宏大構(gòu)想能否轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵之所在。

目前，隨著無線輸電技術(shù)的相關(guān)試驗(yàn)不斷取得成功，相關(guān)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)預(yù)測到21世紀(jì)40年代，“宇宙太陽能發(fā)電”將得以實(shí)用化。這對于人類逐步擺脫化石能源及其所造成污染問題，無疑將起到不可估量的推動(dòng)作用。