讓電力在空中“翱翔”

王瑞良

一種不用通過插座和電線提供電能的無線輸電系統(tǒng)，在10多年前由美國WiTricity公司研發(fā)成功。在此基礎(chǔ)上，美國、 日本和中國在無線輸電領(lǐng)域展開了激烈的競爭，并取得了不同程度的進展，大大加快了這項新技術(shù)的實用化步伐。

有了這個系統(tǒng)，人們家中的照明燈具、臺式電腦、移動電話和電視機等，就可以不再依靠電線或電池供電，數(shù)量龐大的電動汽車也可以擺脫充電樁的束縛，從而使得有線供電的日子一去不復返。人們將這種理想的情景形象地比喻為“讓電力在空中‘翱翔’”。

無線輸電技術(shù)的發(fā)明

這項技術(shù)的發(fā)明者是美國麻省理工學院物理學家馬林·紹利亞契奇。曾經(jīng)一連3個晚上，他都被手機提示電池電量不足的“嘀嘀”聲吵醒，他想：“為什么墻里的電不能直接給我的手機充電呢？”于是，他開始研究這個問題，并逐步創(chuàng)立了一種無線輸電技術(shù)的新理論。按此理論，只要讓電磁能發(fā)射器同接收設(shè)備在相同頻率上產(chǎn)生共振，它們之間就可以進行能量互換。他和同伴們做了這樣一個實驗：利用兩個直徑60厘米的銅絲感應線圈充當共振器，一個與電源相連，作為發(fā)射器，另一個與臺燈相連，充當接收器。結(jié)果，他們成功點亮了一盞距發(fā)射器2.13米遠的60瓦電燈。

這個實驗利用了物理學上的低頻電磁波共振原理：當兩個物體擁有同樣的共振頻率時，就會同時產(chǎn)生振動，進行能量交換;而當使用某個特定頻率時，效率會更高。

隨后，馬林·紹利亞契奇設(shè)計了一套系統(tǒng)，它的運作方式是這樣的―使用兩個線圈，將第一個線圈放置在家用電源的接線盒內(nèi)，然后嵌入墻壁或房頂，第二個線圈安裝在電視機或電腦等裝置內(nèi)。這樣，電磁波就會在兩個線圈之間傳遞能量，其中第一個線圈負責輻射能量，第二個線圈負責接收能量。

無線輸電技術(shù)的推廣與應用

在這一新成果的推廣應用中，各國政府采取了許多務實措施， 日本走在了世界前列。日本總務省在2020年通過修改法令，劃出3個電波專用頻段，供松下、富士通、東芝等公司使用，政府與民間企業(yè)聯(lián)袂促進了這一新技術(shù)的實用化進程。例如，富士通公司最近研發(fā)出一套可以同時為多個便攜式電子產(chǎn)品（如手機、數(shù)碼相機和筆記本電腦等）無線充電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在距離電子產(chǎn)品幾米遠的地方進行無線充電，其最終目標是為汽車充電。

說到電動汽車的充電問題，這是全球業(yè)界正在努力攻占的一方技術(shù)高地。據(jù)報道，世界多國的汽車制造商和供應商最近一致認同了一套可讓電動車輛和插電式混合動力汽車不需要插座、連線就能充電的技術(shù)標準（SAE J2954） ，并由國際汽車工程師協(xié)會（SAE）研發(fā)出一套通用無線充電系統(tǒng)。寶馬、邁凱倫等豪車都聲稱將采用這一系統(tǒng)，其他汽車很快也會跟進。

無線輸電技術(shù)將讓有線供電的日子一去不復返

該套系統(tǒng)能在地面充電板與車上接收器最遠相隔10英寸（約合0.25米）的情況下，以電動汽車所能承受的最高電壓輸電。與有線連接相比，其充電效率高達94%。有配套設(shè)備的充電板可以引導車輛由駕駛員控制或自動泊車入位。按照規(guī)劃，這種充電板既可以在家中使用，也可以在商業(yè)停車場使用。任何一家汽車制造商的電動汽車，都可以在任何一個充電站，用任何一家供應商生產(chǎn)的充電板充電。

現(xiàn)存問題與未來展望

目前，影響這一新技術(shù)商業(yè)化的因素之一是人們對其安全性的擔憂。但研究小組認為，人們無須擔心安全問題，因為這里利用的是波長為30米的低頻電磁波，它只對能與之產(chǎn)生共振的物品有影響，而桌子、毛毯、人體等因為不具有磁性，不會產(chǎn)生共振，所以不會受到影響。為了印證這種說法，美國WiTricity的首席執(zhí)行官曾在一次會議上現(xiàn)身說法，他一邊繞過一臺使用無

無線輸電示意圖

有了汽車無線充電技術(shù).電動汽車將迎來劃時代的變革線充電系統(tǒng)的電視機，一邊說道：“沒事兒，我很好。”

目前，研究人員正在想方設(shè)法增大發(fā)射器和接收器的效率，不僅使一些較大的電器（如電動汽車）都能用無線充電，而且要將供電的距離大大延長。

無線輸電技術(shù)的短板，有些現(xiàn)在已有解決方案，有些正在積極攻關(guān)，有些宏偉目標則需要假以時日，若干年以后方能實現(xiàn)。例如，一項將長度和寬度均超過2干米的太陽能電池板發(fā)射到太空、令其發(fā)電并傳輸?shù)降厍虻挠媱潱A計要到2050年前后方能實現(xiàn)。

在前不久的一次實驗中，日本慶應大學教授三次仁成功地通過微波向互聯(lián)網(wǎng)的6個傳感器提供了電能，這讓在太空建造太陽能發(fā)電站、發(fā)電后通過微波傳回地球的計劃變得可行，但也難免引起一些人的疑惑：微波通?？梢杂脕砑訜崾澄铮敲?，在空中飛翔的鳥兒會變成烤串嗎？再者，人們居住的房屋會因為從太空到達地球的微波而著火嗎？還有人擔心，這會對地面通信產(chǎn)生不利影響。對此，參與相關(guān)計劃的京都大學教授筱原真毅否認了“烤串問題”。他說，就太空太陽能發(fā)電而言，用于電力接收的面板將長達2.5干米，微波將朝著一個巨大的天線散開傳播，由于密度較低，根本無須擔心能量集中造成的種種危險，更不會影響正常的通信。

盡管困難重重、前路漫漫，但人們對此普遍持積極樂觀的態(tài)度。試想一下，一旦電力在空中“翱翔”的時代來臨，人們能夠隨時隨地接收從空中飛來的電力，那將會是一種何等美妙的情景？

那時，使用筆記本電腦再也不必擔心電量會用完，外出旅行時也無須到處去尋找?guī)щ娫床遄目Х瑞^……人們的日常生活將變得更加豐富多彩、愜意方便。無人機可以在空中持續(xù)飛行、不停頓地運輸，而現(xiàn)在一架小型無人機在空中飛行、搬運貨物，會消耗很多電力，即使配備了較大的蓄電池，飛行時間最多也只有幾十分鐘。電動汽車也將迎來劃時代的變革，變得像汽油車那樣使用便捷。你可以想象一下，那時的車主會有多么開心！

（責任編輯： 白玉磊）