让电力在空中“翱翔”

□文/王瑞良

一种不用通过插座和电线提供电能的无线输电系统，在10多年前由美国WiTricity公司研发成功。在此基础上，美国、日本和中国在无线输电领域展开了激烈的竞争，并取得了不同程度的进展，大大加快了这项新技术的实用化步伐。

有了这个系统，人们家中的照明灯具、台式电脑、移动电话和电视机等，就可以不再依靠电线或电池供电，数量庞大的电动汽车也可以摆脱充电桩的束缚，从而使得有线供电的日子一去不复返。人们将这种理想的情景形象地比喻为“让电力在空中‘翱翔’”。

无线输电技术的发明

这项技术的发明者是美国麻省理工学院物理学家马林·绍利亚契奇。曾经一连3个晚上，他都被手机提示电池电量不足的“嘀嘀”声吵醒，他想：“为什么墙里的电不能直接给我的手机充电呢？”于是，他开始研究这个问题，并逐步创立了一种无线输电技术的新理论。按此理论，只要让电磁能发射器同接收设备在相同频率上产生共振，它们之间就可以进行能量互换。他和同伴们做了这样一个实验：利用两个直径60厘米的铜丝感应线圈充当共振器，一个与电源相连，作为发射器，另一个与台灯相连，充当接收器。结果，他们成功点亮了一盏距发射器2.13米远的60瓦电灯。

这个实验利用了物理学上的低频电磁波共振原理：当两个物体拥有同样的共振频率时，就会同时产生振动，进行能量交换；而当使用某个特定频率时，效率会更高。

随后，马林·绍利亚契奇设计了一套系统，它的运作方式是这样的——使用两个线圈，将第一个线圈放置在家用电源的接线盒内，然后嵌入墙壁或房顶，第二个线圈安装在电视机或电脑等装置内。这样，电磁波就会在两个线圈之间传递能量，其中第一个线圈负责辐射能量，第二个线圈负责接收能量。

无线输电技术的推广与应用

在这一新成果的推广应用中，各国政府采取了许多务实措施，日本走在了世界前列。日本总务省在2020年通过修改法令，划出3个电波专用频段，供松下、富士通、东芝等公司使用，政府与民间企业联袂促进了这一新技术的实用化进程。例如，富士通公司最近研发出一套可以同时为多个便携式电子产品（如手机、数码相机和笔记本电脑等）无线充电的系统，该系统可以在距离电子产品几米远的地方进行无线充电，其最终目标是为汽车充电。

无线输电示意图

说到电动汽车的充电问题，这是全球业界正在努力攻占的一方技术高地。据报道，世界多国的汽车制造商和供应商最近一致认同了一套可让电动车辆和插电式混合动力汽车不需要插座、连线就能充电的技术标准（SAE J2954），并由国际汽车工程师协会（SAE）研发出一套通用无线充电系统。宝马、迈凯伦等豪车都声称将采用这一系统，其他汽车很快也会跟进。

无线输电技术将让有线供电的日子一去不复返

该套系统能在地面充电板与车上接收器最远相隔10英寸（约合0.25米）的情况下，以电动汽车所能承受的最高电圧输电。与有线连接相比，其充电效率高达94%。有配套设备的充电板可以引导车辆由驾驶员控制或自动泊车入位。按照规划，这种充电板既可以在家中使用，也可以在商业停车场使用。任何一家汽车制造商的电动汽车，都可以在任何一个充电站，用任何一家供应商生产的充电板充电。

现存问题与未来展望

目前，影响这一新技术商业化的因素之一是人们对其安全性的担忧。但研究小组认为，人们无须担心安全问题，因为这里利用的是波长为30米的低频电磁波，它只对能与之产生共振的物品有影响，而桌子、毛毯、人体等因为不具有磁性，不会产生共振，所以不会受到影响。为了印证这种说法，美国WiTricity的首席执行官曾在一次会议上现身说法，他一边绕过一台使用无线充电系统的电视机，一边说道：“没事儿，我很好。”

有了汽车无线充电技术，电动汽车将迎来划时代的变革

目前，研究人员正在想方设法增大发射器和接收器的效率，不仅使一些较大的电器（如电动汽车）都能用无线充电，而且要将供电的距离大大延长。

无线输电技术的短板，有些现在已有解决方案，有些正在积极攻关，有些宏伟目标则需要假以时日，若干年以后方能实现。例如，一项将长度和宽度均超过2千米的太阳能电池板发射到太空、令其发电并传输到地球的计划，预计要到2050年前后方能实现。

在前不久的一次实验中，日本庆应大学教授三次仁成功地通过微波向互联网的6个传感器提供了电能，这让在太空建造太阳能发电站、发电后通过微波传回地球的计划变得可行，但也难免引起一些人的疑惑：微波通常可以用来加热食物，那么，在空中飞翔的鸟儿会变成烤串吗？再者，人们居住的房屋会因为从太空到达地球的微波而着火吗？还有人担心，这会对地面通信产生不利影响。对此，参与相关计划的京都大学教授筱原真毅否认了“烤串问题”。他说，就太空太阳能发电而言，用于电力接收的面板将长达2.5千米，微波将朝着一个巨大的天线散开传播，由于密度较低，根本无须担心能量集中造成的种种危险，更不会影响正常的通信。

尽管困难重重、前路漫漫，但人们对此普遍持积极乐观的态度。试想一下，一旦电力在空中“翱翔”的时代来临，人们能够随时随地接收从空中飞来的电力，那将会是一种何等美妙的情景？

那时，使用笔记本电脑再也不必担心电量会用完，外出旅行时也无须到处去寻找带电源插座的咖啡馆……人们的日常生活将变得更加丰富多彩、惬意方便。无人机可以在空中持续飞行、不停顿地运输，而现在一架小型无人机在空中飞行、搬运货物，会消耗很多电力，即使配备了较大的蓄电池，飞行时间最多也只有几十分钟。电动汽车也将迎来划时代的变革，变得像汽油车那样使用便捷。你可以想象一下，那时的车主会有多么开心！