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        隔空輸電成為現(xiàn)實

        2022-03-30 11:41:46周穎
        閱讀(科學(xué)探秘) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:電能

        周穎

        電,是可以不經(jīng)過電線而隔空傳輸?shù)?,比如手機的無線充電已經(jīng)在人們的生活中得以實現(xiàn)了。不過,電力輸送工程和手機充電可不一樣。未來能否真正實現(xiàn)遠距離無線電力傳輸,恐怕還得從你家的微波爐說起。?

        眾所周知,家用微波爐加熱食物的原理源自微波。微波屬于一種高頻率電磁波,頻率在300兆赫~300吉赫之間。自然界中到處都有微波,在人們?nèi)庋劭床灰姷目臻g里幾乎無處不在。但自然界中的微波比較分散,加熱不了食物。

        微波爐利用磁控管將電能轉(zhuǎn)換成比較集中的微波,從而穿透食物,當(dāng)微波被食物吸收時,食物內(nèi)的極性分子(如水、脂肪、蛋白質(zhì)、糖等)以每秒24.5億次的速度振蕩,食物就被加熱了。

        但在科學(xué)領(lǐng)域,微波可不只是用來加熱食物,它還有更“高大上”的用途。微波作為一種電磁波,通常應(yīng)用在通信上。比如微波頻段的帶寬極寬,一套微波通信設(shè)備可以讓幾千個話路同時工作。再比如微波束很窄,方向性很強,使用較低的功率就可傳得很遠,所以常常被人們用來進行遠距離通信。實際上,微波不僅能隔空發(fā)射,還可穿透大氣層。因此,微波的這種特性也被用在了電力的遠距離無線傳輸中。 那么,電又是如何利用微波實現(xiàn)無線傳輸?shù)哪兀?

        在傳統(tǒng)范疇,電的傳輸以電線作為載體,稱為有線傳輸。無線電力傳輸則是一種區(qū)別于有線傳輸?shù)奶厥夤╇姺绞剑须姶鸥袘?yīng)、電磁共振和微波三種方式,分別適用于近程、中短程與遠程的電力傳送。一般而言,像手機無線充電這樣的近程無線供電,采用的是電磁感應(yīng)方式;而無線輸電這樣的遠程無線供電,則采用的是微波方式。

        科學(xué)家先通過微波轉(zhuǎn)換器將電能(直流或交流)轉(zhuǎn)換成微波,再通過發(fā)射站的微波發(fā)射天線將微波送到空間。微波在空間被傳輸至接收站,接收站將接收到的微波通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為交流電,就可供用戶使用了。簡單地說,這就是將電能轉(zhuǎn)換成微波束,再將隔空收到的微波束重新轉(zhuǎn)換為電能的過程,所以中間并不需要用到電線。這一原理其實與無線電發(fā)射的原理十分相似,只是發(fā)射的能量級和方向有所差別。?

        微波長距離無線輸電,可在有線輸電受限的一些特殊場景發(fā)揮重要作用。比如高空無人機和高空作業(yè)平臺持續(xù)供電,海島、峽谷、深山等特殊地理條件下的供電,以及在自然災(zāi)害或特殊搶修等緊急狀態(tài)下,對災(zāi)區(qū)或斷電區(qū)域快速恢復(fù)供電等。?

        另外,微波無線電力傳輸?shù)膬?yōu)勢在太空中表現(xiàn)得尤為明顯。宇宙空間是微波理想的傳輸媒介,微波通過大氣層時的損耗僅在2%左右,幾乎可以忽略不計。假設(shè)在地球上空的靜止軌道上建設(shè)一個定點衛(wèi)星電站(也稱太空電站),在沒有任何遮擋的優(yōu)越條件下收集太陽能,利用充沛的太陽能發(fā)電,然后將電能轉(zhuǎn)化為微波束傳輸回地球。地面接收到微波束后,再轉(zhuǎn)化為電能,這就使得電力發(fā)、送、供、用的結(jié)構(gòu)變得異常簡單。同時,還能減少碳排放,彌補地面電站、電網(wǎng)分布的不足。

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