告別電線時代？

白玉磊

在距離地面大約3.6萬千米的地球同步軌道上，一座太陽能發電站永不停歇地收集著太陽能，并源源不斷地把電力傳回地球供我們使用。這似乎只存在于科學幻想之中。不過，最近日本科學家的系列研究成果讓人們看到了將其變成現實的可能性。

前不久，日本的研究人員兩次成功實驗了微波無線輸電，一次是將1.8千瓦的電力（足夠用來啟動電水壺）以微波無線方式，精準傳輸到55米外的接收裝置，一次是將10千瓦電力轉換成微波后輸送，其中的部分電能成功點亮了500米外接收裝置上的一盞LED燈。

你可能還沒有意識到這一實驗的重要性，但科學家對比評價頗高，認為這讓太空太陽能發電成為可能，也許將開啟人類高效利用清潔能源的新時代。

人物簡介：

李群，男，1987年10月生，博士，研究員級高級工程師。現任江蘇省電力公司電力科學研究院總工程師；國家電網公司運行專業領軍人才。

專業從事電力系統分析、電能質量測控、新能源發電及接入、智能電網、串并聯補償等專業技術相關的試驗、科研開發、技術咨詢、科技項目推廣和技術監督等方面的工作。

現任CIGPE（國際大電網會議）中國國家委員會委員，電力行業電能質量及柔性輸電標準化技術委員會委員；江蘇省電機工程學會可再生能源專委會副主任委員，江蘇省電機工程學會電機電器專委會委員。

微波輸電其實并不稀奇

如果問你一個問題：電是通過什么傳輸的？你應該會回答是通過電線。在我們的生活中，電線隨處可見，發電廠通過電線把電送入千家萬戶，我們家里的電燈、電視、冰箱、洗衣機都要接上電線才能工作。但是你可能無法回答，電為什么要通過電線來輸送，電在電線中又是怎么輸送的？

剝開一段電線的外層絕緣材料，你會發現里面一般是銅或鋁等金屬材料，它們均是電的優良導體，具有很高的輸電效率。江蘇省電力公司電力科學研究院總工程師李群解釋說，經典導電理論認為，金屬導體導電是由于金屬導體內部存在大量的可以自由移動的自由電子，這些自由電子在電場力的作用下定向移動而形成電流（注：最新研究認為電流形成的機理不同于經典導電理論的說法）。

電力線傳輸有交流輸電和直流輸電兩種方式，它們都可以進行高效率的遠距離電力傳輸。電壓等級越高，傳輸中損失的能量就越少，電力傳輸的效率就越高。這也正是國家電網公司大力發展特高壓輸電的目的之一。

但是，輸電并非一定要用電線，也可以采用無線輸電方式，比如微波無線輸電。電也能通過微波傳輸，這實在讓很多人不能理解，李群總工程師告訴記者，微波無線輸電說起來也并不神秘，其實是利用微波發生裝置，將直流電轉變為微波，然后通過發射天線將微波以輻射的方式向自由空間發射出去。攜帶能量的微波束經過自由空間傳播后，被接收天線收集，從而實現電能的傳輸，再通過換流裝置將獲得的電能轉為標準的直流電或交流電，供電器使用。

在日常生活中，也許我們并不需要用到微波無線輸電技術，那么它主要應用在哪些領域呢？李群總工程師說，可以用在空間太陽能發電，也可用來給不方便架設電線的孤島、荒山地區供電，還可以用在軍事上，比如向低軌道軍用偵察衛星供電。

中國的無線輸電研究還處于起步階段

其實，無線輸電并不是一個剛剛出現的新鮮科技，無線輸電的提出最早要追溯到19世紀末，提出者是一位被埋沒多年的科學奇才——尼古拉·特斯拉，如今我們耳熟能詳的特斯拉汽車，就是以他的名字命名的，物理書上磁場的單位特斯拉，也是用他的名字命名的。

特斯拉一生留下了許多改變世界的偉大發明，其中就包括極其重要的交流輸電系統，今天我們家中大多數的電器都是由交流電驅動的。愛迪生是我們熟知的發明大王，他是很多電器的發明者，但是起初他的這些發明都是由直流電驅動。當時年輕的特斯拉用自己的交流輸電系統向已經是“大腕”的愛迪生發起了挑戰，掀起了一場直流交流之爭。最終，特斯拉的交流電系統戰勝了愛迪生的直流電系統，為全世界所用。但是說起來，特斯拉最鐘愛的還是無線輸電技術。

那么，現在的無線輸電研究究竟進展到哪一步了？

李群總工程師表示，說現在無線輸電技術研究已到哪一步了，真的不好回答，因為有的研究成果根本就不公開，所以只能從已報道的說一說。

很多國家早就開展了這方面研究。2001年6月，美國麻省理工學院宣布，他們利用電磁共振技術成功地點亮了一個離電源約2米遠的60瓦電燈泡。2008年9月，北美電力研討會發布的論文顯示，美國內華達州雷電實驗室成功將800瓦電力用無線的方式傳輸到5米遠的距離。日本在這一方面也做得不錯。在1993年10月召開的國際無線電聯盟大會上，日本NEO公司展示了一款使用微波無線輸電方式提供1千瓦動力的無人海岸巡航機。1995年，日本科學家在日本兵庫縣利用微波成功地將5千瓦電力傳輸了50米遠的距離。然后，就是日前日本進行的兩次實驗。

目前，我國也已開展相關的技術研究，但這些研究還處于起步階段，主要是進行一些基礎研究，還未曾開展大規模的實驗。相關的研究高校主要有哈爾濱工業大學、重慶大學、香港理工大學、華南理工大學、南京航空航天大學、東南大學等。2012年，江蘇省電力公司電力科學研究院與東南大學合作，開展了采用磁諧振方式進行高壓無線取能的前期技術研究，并取得了初步研究成果。同時，在國家電網智研院美國分院征求科技項目需求時，江蘇省電力公司電力科學研究院也提交了《高壓無線取能及電動汽車無線充電關鍵技術研究》項目提案。

一項可能改變世界能源格局的技術

世界各國的科學家們為何熱衷于研究無線輸電技術呢？答案是為了從太空中獲得取之不盡的能源。

有資料顯示，在太空中，太陽光的強度要比我們能感受到的大5-10倍，而且不會因為云層的遮擋而變得斷斷續續，因此在太空進行太陽能發電比在地面上有顯著的效率優勢，而且太空太陽能發電技術不會像火電廠那樣排放污染物，也不會像核電站那樣產生放射性廢料，是一項可能改變能源整體格局的革命性技術。

如今，在太空中部署太陽能電池板或太陽能發電衛星已成為可能，但如何將電能傳回地球呢？李群總工程師說，這就要用到無線輸電技術了。被“俘獲”的太陽能就在太空電站上被轉換成含有能量的電磁波，即特定波段的微波，然后傳回地球。微波能將在空中形成一道無形的微波柱，然后被安裝在地面上的、依網格化排列的橢圓形網格天線接收，這些天線占地面積與微波柱相當，專門接收微波能，轉換后即可送往傳統的輸電網。

當然了，若要成功實現該技術，估計還有很長的路要走，最關鍵的是要解決微波遠距離傳輸的效率問題及高能微波傳輸對環境的影響。

無線輸電給我們生活的影響有正也有負

在我們父輩的孩提時代，家里可能只有一根照明用的電線，電線頭上掛著一只不太亮的燈泡，一家人其樂融融地坐在電燈下，享受著光亮帶來的溫暖和幸福。如今，隨著生活水平的提高，我們擁有了各種各樣的現代化電器，各類電線和插座也隨之增多。廚房里有油煙機、微波爐、冰箱、電磁爐、電飯煲、豆漿機，客廳和臥室里有電視、電腦、空調、電話、DVD，那一根根的電線，組成了我們的生活。

如果你經常留意最新的科技，那你就會發現，現在很多IT公司、新能源公司已經開發出手機、電動車的無線充電技術，這給我們的生活帶來許多新意，這種技術和我們上面說的無線輸電技術有什么異同呢？

李群總工程師解釋說，無線電能傳輸主要有3種方式，電磁感應式（非接觸感應式）、輻射式（包括無線電波方式、微波方式、激光方式、超聲波方式）、電磁共振式（非輻射磁場諧振耦合方式）。綜合比較這3種無線電能傳輸方式，微波輻射傳輸最適合用作太空太陽能發電站能量傳輸，而電磁共振式最適宜用作電動汽車無線充電和短距離（2米左右）無線輸電場合，電磁感應式則比較適用于手機、iPad等電子設備超短距離無線充電。因此，對無線電能傳輸技術的研究與應用，一定要根據具體的應用場合來確定。

假如有一天，無線輸電商業化真的成為現實，那真的將給我們的生活帶來重大影響，但李群總工程師提醒道，這種影響有正面的，也會有負面的。例如，采用磁諧振無線方式，可以實現電動汽車的快捷無線充電，讓我們的生活變得更方便，缺點是我們得承受能源浪費的壓力，因為無線充電會有能量損耗；采用微波方式可以將太空太陽能電站發的電傳回地球，但大功率微波發射會干擾通信系統，甚至可能會產生其他類型的環境污染。

因此，我們在看到無線電能傳輸可以給我們未來生活帶來便捷的同時，一定不要忘掉其可能存在的負面影響，并采取必要措施抑制其負面影響。