比无线充电更便捷,无线输电技术( 二 )


构建能量场所消耗掉的电能远远超过用电器消耗掉的,而绝大多数的能量都以电磁波的形式散逸 。所以,现在的无线电能传输,大多不是构建整个能量场,而是用高频电磁波定向的发射能量,然后在一定距离和角度内用线圈接收 。我们学院的课题就是这么做的 。问题没有解决,定向的发射电能确实提高了效率,但是一个无线电源只能给一个电器供电,还有考虑到距离限制,也跟电源线差别不大了 。
而且电感线圈的制造非常困难,稍有偏差,在接受电能的时候谐振就会出各种奇怪的情况 。还有个干扰的问题,空间中的其他电磁波对谐振有些影响,哥的师兄正在纠结这个问题 。另外无线电源发射的电磁波是个电磁污染源 。要是在射电望远镜旁边弄个这玩意,天文台的不打死你才有鬼 。其实,偷偷的说(别告诉我师兄),我个人对无线输电解决上面这些问题没什么信心 。
无线电能传输的设想提出快两个世纪了,我们几乎没怎么前进 。除非当人们拥有了几乎无限的电能,也就是可控核聚变商业化之后 。那时,电能使用的效率让步于便捷,无线输电技术一定会迅速的普及并且消灭电源写,就像宽带消灭拨号一样 。超导技术的概念比无线电能传输晚很多 。人们发现,当一些导体的温度下降到一定温度之后,导体的电阻就消失了 。
这种现象就叫做超导 。用超导材料做的线圈,很小的电压就能激发起极大的磁场 。如果用在输电线上,那么对电力系统而言简直就是天翻地覆的变化 。没有线路损耗,不用考虑配电距离……哥的供配电教科书估计除了名字以外都得重写吧……但是(怎么又是但是……),这一美好的构想还实现不了,因为大部分导体都需要降温到一个令人发指的程度才肯变身超导体 。
所以超导的研究现在很大程度上就是努力寻找高温超导体 。这里的高温并不是说很高的温度下就具有超导现象,而是比起以前现在低的没那么令人发指了 。1993年,法国人发现了135K,也就是零下138摄氏度条件下就能变成超导体的材料 。二十多年后的今天,超导温度已经提高到150 左右了 。等找到能在300-350K温度范围内超导的材料之后,再想办法降低制造成本,拿来做电力系统的输电线……擦擦口水,画面太美 。
特斯拉的无线输电技术靠谱吗?以现在的条件能实现全球无线供电吗?

比无线充电更便捷,无线输电技术


【比无线充电更便捷,无线输电技术】在19世纪末,尼古拉·特斯拉曾经进行过无线输电实验 。在特斯拉的设想中,电力传到远方的用电设备无需借助导线传播,而是直接在空中传播,从而极大降低输电成本 。特斯拉的无线输电原理利用到了现在被称为舒曼共振的一种全球性的电磁共振 。地球表面和电离层形成一个空腔或者说电容,闪电的放电能够产生和激发全球性的电磁共振,在7.83赫兹出有一个明显的峰值 。
特斯拉设想,地球可以作为输电导体 。通过地面的特斯拉线圈,交流电脉冲被输送到地面和电离层的谐振空腔中形成电磁共振,这样电能就可以在大气内不断传播,并且功率损失非常小 。在地球上的任何一个地方,只要有类似的谐振电容天线,就能接收到空中的交流电 。为此,在1901年,特斯拉建造了一座大型高压无线电站,现在被称为沃登克里弗塔,他想以此进行远距离的无线输电和无线广播实验 。
因为无线输电和无线广播在本质上是一样的,它们都是依赖于无线电波的发射和接收 。不过,由于远距离的无线广播技术被马可尼先一步实现,沃登克里弗塔的建设失去了资金支持 。不久后,沃登克里弗塔被拆除掉,特斯拉始终未能进行远距离的无线输电实验 。时至今日,特斯拉当年的设想一直没能实现 。原因应该不是科学原理的问题,而是来自技术和成本方面 。

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