无线输电,可行吗?

科学世界2021-11-22 16:49:20

↑↑点上面蓝色小字 | 关注↑↑

我们是中科院主管、科学出版社主办,与日本知名科普杂志Newton版权合作的一本综合性科普月刊。

【如需转载,请在后台留下您的公众号,

获得授权后方可转载】



翻译/刘羽阳


如果能将在宇宙中通过太阳能得来的电力输送回地球,那么这一系统就可作为完全不依靠地球资源而进行24小时发电的重要能量来源。这一系统的技术重点在于不使用电线等介质,从宇宙空间将电力无线传输至地球。


太阳能发电不像使用石油、煤炭等地球资源发电那样会受到资源数量限制,但同时它又是一种不稳定的发电方式,因为它的发电量会受到天气的极大影响。那么如果把太阳能发电站发射到宇宙中,然后将其产生的电能输送到地球上,发电将不再受到天气影响,可以实现24小时全天候发电。这种发电方法被称为“宇宙太阳能发电系统”(SSPS)。



↑↑ SSPS USEF模型 图/JAXA


SSPS的研究课题之一,就是输送电力的方法。将电能从发电站输送到家庭等用电单位时,我们会用到电线,但将宇宙空间中生产的电能通过电线传输回地球是不现实的。因此,必须具备通过无线手段传输电能的技术。不过这种无线输电技术尚未开发完善。


日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)与宇宙系统开发利用推进机构(JSS)合作,研发使用微波进行无线输电的技术。这里所使用的微波是波长为1~10厘米左右的电磁波。宇宙中发电产生的电力可以通过变换为微波的形式输送。然后地球上再使用可将微波能量转换为直流电的名为“微波整流天线”的电子元件得到电力。因为微波具有可以穿云透雨的特性,因此它适合作为把电能从宇宙中传输到地球上的输电手段。


2015年3月,在日本兵库县进行了利用微波进行电力无线传输的试验。试验中,从发送端发出的1.8千瓦电力在经过微波传输后,约有340瓦(约为初始的19%)被距离55米远的接收端收到。这次试验中,因接收部件较小无法接收所有的微波,加上受微波整流天线转换效率所限,发送电力中约81%无法接收。不过这一输电效率与预想基本吻合。


实际上,科学家预计通过SSPS从距地表3.6万千米的宇宙空间中向地面传输电能,能够接收100万千瓦左右的电能。这相当于1座百万千瓦级核电站机组的发电量。本次试验与预计的SSPS所传输的电力相比相距甚远,但可以说向着实现无线输电又前进了一步。



↑↑ 微波输电发送部件为中央的四块发电板。它们的长宽均约0.6米,旁边还安装有散热装置,以便发散因增加微波强度所导致的发热。图/JAXA


↑↑ 微波输电接收部件,高约2.6米,宽约2.3米。出于安全的考虑,进行试验时,设备附近禁止出入。图/JAXA


有人担心,使用微波的话,会不会对电子设备或人体产生什么不好的影响。负责试验的JAXA大桥一夫组长说:“SSPS使用的微波能量强度,就算在微波束的中心部位,也不过只有照射到地球表面上的太阳光强度的数倍而已。如果鸟飞过微波传输的通路,只会略微感到有点热。另外,虽然目前尚未根据能量强度的安全基准制定相关标准,但为了防止电子设备可能出现的错误操作,应在电力接收处附近禁止人或飞机等接近。”


除了安全性和无线输电技术之外,与实现SSPS相关的课题还有很多。其中最重要的一项就是巨大的SSPS设备的建造方法。估计在宇宙中漂浮的太阳能发电站边长可达2千米以上,总重可达1万吨以上(国际空间站约为420吨)。能将如此巨大的设备运送到宇宙空间并组装起来的技术目前还没有出现。虽然SSPS的实现尚有时日,但为了实现它,与之相关的技术开发今后还应继续进行。


本文节选自《科学世界》2015年第9期Q&A,对全文感兴趣的读者请点击本段购买杂志。



回复“热门”,接收最新热门微信

回复“0”,获取微信目录

回复“订阅”,了解杂志订阅方式


《科学世界》2015年第11期~新药创制~热卖中!