无线输电技术

无线输电技术引领未来五到十年无线网络的发展

摘要:无线输电作为一种特殊的输电方式,利用无线电传输电力能量,相对于传统的输电在特定的场合有其突出的优势,发展前景十分美好。展望了其在生活、医学、偏远地区供电、军事以及太阳能空间发电站等多种特殊场合的应用,来说明了无线输电的重要性以及无线输电存在的传输效率低等亟待解决的问题。虽然无线输电的普及应用目前受到各方面因素的限制,但其仍然具有广阔的发展前景。所以未来5-10年内无线输电技术应用广泛。

关键词:无线输电难以架设线路或危险的地方侦察卫星定向能武器电能输送问题无塔电视台卫星太阳能电站

无线输电技术应用领域

无线输电技术一般用于特殊的场合,具有广阔的应用前景。

1)给一些难以架设线路或危险的地区供应电能

高山、森林、沙漠、海岛等地的台站有时遇到架设线路困难的问题,而工作在这些地方的边防哨所、无线电导航台、卫星监控站、天文观测点等需要生活和工作用电,无线输电可补充电力不足。此外,无线输电技术还可以给游牧等分散区村落无变压器供电和给用于开采放射性矿物、伐木的机器人供电。

2）医学上的应用

目前很多疾病的治疗需要在人体中植入电子设备,比如心脏起搏器等。但如果这些电子设备在运行过程中电能被消耗完,病人再去做手术取出来或是换电池将是一件非常麻烦而且危险的事情。无线输电技术在这方面可以大显身手。利用无线输电技术,不用对病人做手术即可对人体内的电子设备充电,从而延长其使用期限,减少了不必要的麻烦。

3）在日常生活中的应用

如果无线输电技术能够得以成熟应用,可能会引起一场家居革命。将发射端隐藏在天花板上,房间里的各种电气设备便可接收无线电能。杂乱如麻的电线和插板将不复存在,而且一次性非充电电池的使用量也会大为减少,对节约资源和保护环境都非常有利。各大公共场所都会安装无线充电设备,就不会出现没带充电器而不知所措的问题。电车也不必到充电站进行充电,而且也会减少因蓄电池没电

而停止运行的情况。

4）在军事上的应用

加电或拯救低轨道军用侦察卫星

低轨道军用侦察卫星进入地球阴影区时,太阳能电池不再工作,这时蓄电池起作用。由于现代侦察设备的复杂性和侦察手段的多样性,单凭蓄电池供应的电力往往不足,不能完成预期的军事侦察任务。为了解决这一问题,俄罗斯科学家提出在地面上建立一系列无线供电点,当同步卫星飞掠自己国土上方时,给它们不断供电。另一方面,随着高功率微波和激光武器反卫星技术的出现,太阳能电池板处于暴露状态,最容易受到损伤,无线输电技术可以解决太阳能电池出故障时的电能供给问题,挽救失去功能的卫星。

保障天基定向能武器系统的电力

定向能武器———微波武器、激光武器和粒子束武器是继核武器之后的高新技术武器,其主要用途是进行软杀伤,即破坏C4I系统中敏感的电子元器件,使其失灵或失效,以达到制胜对方的目的。近些年来,微波武器、激光武器反导弹、反卫星技术受到世界许多国家的重视,特别是美国和俄罗斯,这方面的资金投入和技术遥遥领先。从原理分析,在近地表空间使用定向能武器来杀伤大气层外的目标将遇到不可逾越的困难,这是因为空气分子要与高功率电磁射束发生相互作用和大气密度的不均匀性,使得传输的能流密度受到了限制,导致武器发挥不了应有的作用。因此,若能在外层空间建立定向能武器基地,自然的超高真空状态提供了极好的条件。除了核燃料是可供选择的能源外,借助于无线输电技术,卫星太阳能电站可作为天基定向能武器的初级能源基地。

4)解决地面太阳能电站、水电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题

我国的新疆、西藏、青海等地降雨量少、日照充足(年日照时间3000h)、存在大片荒芜土地,有利于建造地面太阳能发电站。可是,这些地区人烟稀少、地形复杂,架设线路比较困难。利用无线输电技术,可以建立一系列微波中继站,将电能输送到便于架设线路的地方后再归入有线电网。又如我国云南等地水力、风力资源丰富,但在崇山峻岭之中难以架设线路,无线输电技术就有了用武之地。采用无线输电技术,可把核电站建在沙漠、荒岛等地。这样一方面便于埋葬核废料,另一方面当电站运行发生故障时也可以避免对周围动植物的大量伤害和耕地的污染。

5)应用于空间太阳能发电

空间太阳能发电,即在地球外层空间建立太阳能发电基地,通过微波将电能送回地球。一般有两种方式,一种是太阳能电池把阳光直接转变为电能,另一种是用太阳能聚光镜把阳光聚起来作为热源,类似于热电厂发电。空间太阳能发电站有很多优势,比如,距地球约36000km的轨道上的太阳能约为地球上的1.4倍[1],而且其发电没有昼夜交替的问题,一天24h可以持续发电。日本拟于2020年建造试验型太阳能发电站SPS2000,2050年进入规模运行。

随着社会不断发展的需求，无线输电作为一种特殊的输电方式,在某些必要的场合能够发挥其无可比拟的优势。基于无线输电技术原理可用于小功率、短距离的电能传送,而且其对传输效率的要求不是很高,即使效率很低也能实现其功能,因而其应用较广,发展也较快,从普通的电子设备如MP3、手机到电视、笔记本电脑、人体植入仪器等。而对于大功率、远距离传送电能的微波或激光输电来说,传输效率是其必须要考虑的重要因素,但是目前由于受到器材、技术以及资金等多方面因素的限制,传输效率很低。无线输电难度大,技术要求高,距离是关键,效率是问题,但随着人类科学技术的不断进步,其传输的效率将会越来越大,成本也会逐渐降低,从而使其在一些特殊场合具有无可比拟的优势,而且这一技术一旦普及,会给人们的生活带来极大便利。总之,从长远来看,无线输电技术具有非常大的潜在应用价值。