如果你是一名风景摄影爱好者,如何避开花海中的电线杆和飞过群山的高压线,肯定会成为你经常遇到的问题。如果你是一个写字楼的白领,恐怕上班后第一件事就是抚摸办公桌上的手机、电脑、台灯、打印机等设备的电源线。
的确,自从人类进入电气化时代以来,各种用来传输电能的电线已经成为人们日常生活中最常见的物品之一。杂乱的电线是日常生活中最棘手的问题之一。
从超高压输电技术到高温超导材料的研发,人类在提高输电效率和导线材料方面进行了不懈的努力,取得了长足的进步。然而,近年来,越来越多的研究人员和相关行业人士试图反其道而行之,希望通过无线方式实现电能的传输,从而从根本上摆脱对电线的依赖。最近,日本研究人员在这方面取得了重大突破。
今年2月,在日本神户港,三菱重工率先使用高13米、宽8米的平板无线电力传输装置,取代了一直占据主流地位的抛物线型(俗称“圆锅”)无线电力传输装置。成功将10千瓦的电力转换成无线电波后,发送到500米外的无线受电装置,连接无线受电装置的蓝色LED灯泡亮起。今年3月,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)也使用其他方法,成功通过无线电波向55米外的接收装置传输了1.8千瓦的电力。这一系列试验的成功,标志着地面无线传输技术越来越接近实用阶段。
那么,无线传输技术的实际应用会给人们的生产生活带来哪些便利呢?日本《产经新闻》列举了几个小例子,或许可以帮助人们加深对这项技术的理解。
众所周知,在世界各地所有用来架设高压电力线的高大铁塔顶端,都安装着一盏永远闪着红光的航空障碍灯,为飞机和其他飞行器提供飞行障碍预警。但很多人不知道的是,由于这些航空障碍灯本身无法直接利用高压线传输的高压电,必须在电塔上再架设一根低压线来提供电力。在大多数情况下,这种低压电线的长度约为500米至1000米,提供的功率约为10千瓦。这与神户港测试所达到的传输距离和容量几乎一致。因此,目前乐观的估计是,在未来五年内,无线传输技术可以取代上述低压电线的架设。
在过去,当电塔和高压电力线受到地震、霜冻和暴风雪等自然灾害的破坏时,修复电塔和重建高压电力线既费力又费时,因此如何尽快恢复停电地区的供电往往成为抢险救灾过程中的一大难题。未来,随着无线输电技术传输能力的进一步提高,人们可以利用直升机将无线输电设备和受电设备吊至停电区域,通过无线输电实现应急供电。
此外,被视为目前主要新能源技术之一的海上风力发电,未来完全有可能将远离海岸线的海上风力发电机发出的电力通过无线传输直接输送到陆地,无需铺设海底电缆,从而大大降低建设和维护的经济成本。
对于普通人来说,无线电力传输技术的应用前景也非常广阔。随着老龄化的加剧,越来越多腿脚不好的老年人开始依靠电动车、电动轮椅等设备实现行动、出行和自理。然而,传统的将电源线插拔到固定插座上给电动车等设备充电的方式,对于大量行动不便的老年人来说,无疑是一件困难又麻烦的事情。未来,无线传输技术的成熟会让这一切变得非常容易。老年人只要把装有无线受电装置的电动车开到无线送电装置附近一定的空间距离内,充电过程就会自动完成。
事实上,除了上述具体的应用实例,无线电力传输技术更重要的意义在于,它可能在无限的空间中为全人类开辟一条全新的能源获取通道。
对于大多数人来说,太阳能发电技术可能并不新鲜。从家用太阳能热水器到沙漠中巨大的太阳能电池板阵列,都是人类通过阳光到达地球表面获取电力的具体方式。然而,任何铺设在地球表面的太阳能发电设施都面临着至少两个无法克服的问题:一是地球自转导致的昼夜交替,二是大气环流导致的霜雾雨雪。
为此,有研究人员提出,是否可以将一颗特殊的太阳能发电卫星发射到离太阳最近的赤道上空的地球静止轨道上,并在两侧安装巨大的可以发电的太阳能电池板。这样,太阳能发电卫星的发电效率将比地面太阳能发电设备高出10倍以上,因为它们不再受困于上述两大问题。这也就是所谓的“宇宙太阳能发电”概念。
据测算,按照目前人类生产的太阳能电池板的能量转换效率,如果能在地球赤道上空约36000公里的静止轨道上发射一颗装有边长2.5公里的方形太阳能电池板的发电卫星,其发电量可达100万千瓦,与核电发电机组相当。
但随之而来的问题是,采用架设电线的传统传输方式,将如此巨大的电能从遥远的太空传回地球表面供人类使用,显然是不可能的。因此,无线传输技术能否取得重大突破,成为“宇宙太阳能发电”这一宏伟构想能否变为现实的关键。
目前,随着无线电力传输技术相关实验的不断成功,以经济产业省为核心的日本相关研发机构已预测“宇宙太阳能发电”将于本世纪40年代投入实用。届时,太空中取之不尽、用之不竭的太阳能将被太阳能发电卫星转化为巨大的电能,并利用无线输电技术源源不断地输送到地球表面。这无疑将对人类逐步摆脱化石能源及其带来的污染问题起到不可估量的推动作用。
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