隔空輸電成為現(xiàn)實

周穎

電，是可以不經(jīng)過電線而隔空傳輸?shù)?，比如手機的無線充電已經(jīng)在人們的生活中得以實現(xiàn)了。不過，電力輸送工程和手機充電可不一樣。未來能否真正實現(xiàn)遠距離無線電力傳輸，恐怕還得從你家的微波爐說起。?

眾所周知，家用微波爐加熱食物的原理源自微波。微波屬于一種高頻率電磁波，頻率在300兆赫～300吉赫之間。自然界中到處都有微波，在人們?nèi)庋劭床灰姷目臻g里幾乎無處不在。但自然界中的微波比較分散，加熱不了食物。

微波爐利用磁控管將電能轉(zhuǎn)換成比較集中的微波，從而穿透食物，當微波被食物吸收時，食物內(nèi)的極性分子（如水、脂肪、蛋白質(zhì)、糖等）以每秒24.5億次的速度振蕩，食物就被加熱了。

但在科學領(lǐng)域，微波可不只是用來加熱食物，它還有更“高大上”的用途。微波作為一種電磁波，通常應用在通信上。比如微波頻段的帶寬極寬，一套微波通信設備可以讓幾千個話路同時工作。再比如微波束很窄，方向性很強，使用較低的功率就可傳得很遠，所以常常被人們用來進行遠距離通信。實際上，微波不僅能隔空發(fā)射，還可穿透大氣層。因此，微波的這種特性也被用在了電力的遠距離無線傳輸中。 那么，電又是如何利用微波實現(xiàn)無線傳輸?shù)哪兀?

在傳統(tǒng)范疇，電的傳輸以電線作為載體，稱為有線傳輸。無線電力傳輸則是一種區(qū)別于有線傳輸?shù)奶厥夤╇姺绞剑须姶鸥袘?、電磁共振和微波三種方式，分別適用于近程、中短程與遠程的電力傳送。一般而言，像手機無線充電這樣的近程無線供電，采用的是電磁感應方式;而無線輸電這樣的遠程無線供電，則采用的是微波方式。

科學家先通過微波轉(zhuǎn)換器將電能（直流或交流）轉(zhuǎn)換成微波，再通過發(fā)射站的微波發(fā)射天線將微波送到空間。微波在空間被傳輸至接收站，接收站將接收到的微波通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為交流電，就可供用戶使用了。簡單地說，這就是將電能轉(zhuǎn)換成微波束，再將隔空收到的微波束重新轉(zhuǎn)換為電能的過程，所以中間并不需要用到電線。這一原理其實與無線電發(fā)射的原理十分相似，只是發(fā)射的能量級和方向有所差別。?

微波長距離無線輸電，可在有線輸電受限的一些特殊場景發(fā)揮重要作用。比如高空無人機和高空作業(yè)平臺持續(xù)供電，海島、峽谷、深山等特殊地理條件下的供電，以及在自然災害或特殊搶修等緊急狀態(tài)下，對災區(qū)或斷電區(qū)域快速恢復供電等。?

另外，微波無線電力傳輸?shù)膬?yōu)勢在太空中表現(xiàn)得尤為明顯。宇宙空間是微波理想的傳輸媒介，微波通過大氣層時的損耗僅在2%左右，幾乎可以忽略不計。假設在地球上空的靜止軌道上建設一個定點衛(wèi)星電站（也稱太空電站），在沒有任何遮擋的優(yōu)越條件下收集太陽能，利用充沛的太陽能發(fā)電，然后將電能轉(zhuǎn)化為微波束傳輸回地球。地面接收到微波束后，再轉(zhuǎn)化為電能，這就使得電力發(fā)、送、供、用的結(jié)構(gòu)變得異常簡單。同時，還能減少碳排放，彌補地面電站、電網(wǎng)分布的不足。