告别电线时代？

白玉磊

在距离地面大约3.6万千米的地球同步轨道上，一座太阳能发电站永不停歇地收集着太阳能，并源源不断地把电力传回地球供我们使用。这似乎只存在于科学幻想之中。不过，最近日本科学家的系列研究成果让人们看到了将其变成现实的可能性。

前不久，日本的研究人员两次成功实验了微波无线输电，一次是将1.8千瓦的电力（足够用来启动电水壶）以微波无线方式，精准传输到55米外的接收装置，一次是将10千瓦电力转换成微波后输送，其中的部分电能成功点亮了500米外接收装置上的一盏LED灯。

你可能还没有意识到这一实验的重要性，但科学家对比评价颇高，认为这让太空太阳能发电成为可能，也许将开启人类高效利用清洁能源的新时代。

人物简介：

李群，男，1987年10月生，博士，研究员级高级工程师。现任江苏省电力公司电力科学研究院总工程师；国家电网公司运行专业领军人才。

专业从事电力系统分析、电能质量测控、新能源发电及接入、智能电网、串并联补偿等专业技术相关的试验、科研开发、技术咨询、科技项目推广和技术监督等方面的工作。

现任CIGPE（国际大电网会议）中国国家委员会委员，电力行业电能质量及柔性输电标准化技术委员会委员；江苏省电机工程学会可再生能源专委会副主任委员，江苏省电机工程学会电机电器专委会委员。

微波输电其实并不稀奇

如果问你一个问题：电是通过什么传输的？你应该会回答是通过电线。在我们的生活中，电线随处可见，发电厂通过电线把电送入千家万户，我们家里的电灯、电视、冰箱、洗衣机都要接上电线才能工作。但是你可能无法回答，电为什么要通过电线来输送，电在电线中又是怎么输送的？

剥开一段电线的外层绝缘材料，你会发现里面一般是铜或铝等金属材料，它们均是电的优良导体，具有很高的输电效率。江苏省电力公司电力科学研究院总工程师李群解释说，经典导电理论认为，金属导体导电是由于金属导体内部存在大量的可以自由移动的自由电子，这些自由电子在电场力的作用下定向移动而形成电流（注：最新研究认为电流形成的机理不同于经典导电理论的说法）。

电力线传输有交流输电和直流输电两种方式，它们都可以进行高效率的远距离电力传输。电压等级越高，传输中损失的能量就越少，电力传输的效率就越高。这也正是国家电网公司大力发展特高压输电的目的之一。

但是，输电并非一定要用电线，也可以采用无线输电方式，比如微波无线输电。电也能通过微波传输，这实在让很多人不能理解，李群总工程师告诉记者，微波无线输电说起来也并不神秘，其实是利用微波发生装置，将直流电转变为微波，然后通过发射天线将微波以辐射的方式向自由空间发射出去。携带能量的微波束经过自由空间传播后，被接收天线收集，从而实现电能的传输，再通过换流装置将获得的电能转为标准的直流电或交流电，供电器使用。

在日常生活中，也许我们并不需要用到微波无线输电技术，那么它主要应用在哪些领域呢？李群总工程师说，可以用在空间太阳能发电，也可用来给不方便架设电线的孤岛、荒山地区供电，还可以用在军事上，比如向低轨道军用侦察卫星供电。

中国的无线输电研究还处于起步阶段

其实，无线输电并不是一个刚刚出现的新鲜科技，无线输电的提出最早要追溯到19世纪末，提出者是一位被埋没多年的科学奇才——尼古拉·特斯拉，如今我们耳熟能详的特斯拉汽车，就是以他的名字命名的，物理书上磁场的单位特斯拉，也是用他的名字命名的。

特斯拉一生留下了许多改变世界的伟大发明，其中就包括极其重要的交流输电系统，今天我们家中大多数的电器都是由交流电驱动的。爱迪生是我们熟知的发明大王，他是很多电器的发明者，但是起初他的这些发明都是由直流电驱动。当时年轻的特斯拉用自己的交流输电系统向已经是“大腕”的爱迪生发起了挑战，掀起了一场直流交流之争。最终，特斯拉的交流电系统战胜了爱迪生的直流电系统，为全世界所用。但是说起来，特斯拉最钟爱的还是无线输电技术。

那么，现在的无线输电研究究竟进展到哪一步了？

李群总工程师表示，说现在无线输电技术研究已到哪一步了，真的不好回答，因为有的研究成果根本就不公开，所以只能从已报道的说一说。

很多国家早就开展了这方面研究。2001年6月，美国麻省理工学院宣布，他们利用电磁共振技术成功地点亮了一个离电源约2米远的60瓦电灯泡。2008年9月，北美电力研讨会发布的论文显示，美国内华达州雷电实验室成功将800瓦电力用无线的方式传输到5米远的距离。日本在这一方面也做得不错。在1993年10月召开的国际无线电联盟大会上，日本NEO公司展示了一款使用微波无线输电方式提供1千瓦动力的无人海岸巡航机。1995年，日本科学家在日本兵库县利用微波成功地将5千瓦电力传输了50米远的距离。然后，就是日前日本进行的两次实验。

目前，我国也已开展相关的技术研究，但这些研究还处于起步阶段，主要是进行一些基础研究，还未曾开展大规模的实验。相关的研究高校主要有哈尔滨工业大学、重庆大学、香港理工大学、华南理工大学、南京航空航天大学、东南大学等。2012年，江苏省电力公司电力科学研究院与东南大学合作，开展了采用磁谐振方式进行高压无线取能的前期技术研究，并取得了初步研究成果。同时，在国家电网智研院美国分院征求科技项目需求时，江苏省电力公司电力科学研究院也提交了《高压无线取能及电动汽车无线充电关键技术研究》项目提案。

一项可能改变世界能源格局的技术

世界各国的科学家们为何热衷于研究无线输电技术呢？答案是为了从太空中获得取之不尽的能源。

有资料显示，在太空中，太阳光的强度要比我们能感受到的大5-10倍，而且不会因为云层的遮挡而变得断断续续，因此在太空进行太阳能发电比在地面上有显著的效率优势，而且太空太阳能发电技术不会像火电厂那样排放污染物，也不会像核电站那样产生放射性废料，是一项可能改变能源整体格局的革命性技术。

如今，在太空中部署太阳能电池板或太阳能发电卫星已成为可能，但如何将电能传回地球呢？李群总工程师说，这就要用到无线输电技术了。被“俘获”的太阳能就在太空电站上被转换成含有能量的电磁波，即特定波段的微波，然后传回地球。微波能将在空中形成一道无形的微波柱，然后被安装在地面上的、依网格化排列的椭圆形网格天线接收，这些天线占地面积与微波柱相当，专门接收微波能，转换后即可送往传统的输电网。

当然了，若要成功实现该技术，估计还有很长的路要走，最关键的是要解决微波远距离传输的效率问题及高能微波传输对环境的影响。

无线输电给我们生活的影响有正也有负

在我们父辈的孩提时代，家里可能只有一根照明用的电线，电线头上挂着一只不太亮的灯泡，一家人其乐融融地坐在电灯下，享受着光亮带来的温暖和幸福。如今，随着生活水平的提高，我们拥有了各种各样的现代化电器，各类电线和插座也随之增多。厨房里有油烟机、微波炉、冰箱、电磁炉、电饭煲、豆浆机，客厅和卧室里有电视、电脑、空调、电话、DVD，那一根根的电线，组成了我们的生活。

如果你经常留意最新的科技，那你就会发现，现在很多IT公司、新能源公司已经开发出手机、电动车的无线充电技术，这给我们的生活带来许多新意，这种技术和我们上面说的无线输电技术有什么异同呢？

李群总工程师解释说，无线电能传输主要有3种方式，电磁感应式（非接触感应式）、辐射式（包括无线电波方式、微波方式、激光方式、超声波方式）、电磁共振式（非辐射磁场谐振耦合方式）。综合比较这3种无线电能传输方式，微波辐射传输最适合用作太空太阳能发电站能量传输，而电磁共振式最适宜用作电动汽车无线充电和短距离（2米左右）无线输电场合，电磁感应式则比较适用于手机、iPad等电子设备超短距离无线充电。因此，对无线电能传输技术的研究与应用，一定要根据具体的应用场合来确定。

假如有一天，无线输电商业化真的成为现实，那真的将给我们的生活带来重大影响，但李群总工程师提醒道，这种影响有正面的，也会有负面的。例如，采用磁谐振无线方式，可以实现电动汽车的快捷无线充电，让我们的生活变得更方便，缺点是我们得承受能源浪费的压力，因为无线充电会有能量损耗；采用微波方式可以将太空太阳能电站发的电传回地球，但大功率微波发射会干扰通信系统，甚至可能会产生其他类型的环境污染。

因此，我们在看到无线电能传输可以给我们未来生活带来便捷的同时，一定不要忘掉其可能存在的负面影响，并采取必要措施抑制其负面影响。