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断线不断电-新闻中心-北方网
来源:技术资料    发布时间:2024-03-31 15:43:44

  不需要电线,随意将电能输送到数万千米之外,让每一个人都能用上便宜甚至免费的电能,这就是无线供电的未来。

  至今仍然有人对此深信不疑:1943年秋,7个巨大的“特斯拉线圈”向停泊在费城的中型驱逐舰艾尔德里奇号(DE -173)定向发送了强大的电能,并且在10分钟之后使它得以瞬间消失。有人说,那7个也被人称为“磁暴线圈”的装置所发出的能量足以支持所谓的“空间跳跃”,它们正是美国军方按照爱因斯坦相对论的理论计算结果来设置的。

  在传说中,这场“费城试验”以失败告终。当驱逐舰在百慕大被人们重新发现时,它的船员们不是身首异处就是深深陷入船体结构被物化为船的一部分。于是,能爆发出恐怖而庞大能量的“特斯拉线圈”随着“费城试验”一起在科幻作家的脑海里扬帆启航。作为一种高能量瞬间杀伤武器,它在电影、小说、漫画和游戏中被大肆布设。这场面几乎要使人们遗忘“交流电之父”尼古拉特斯拉设计它的初衷——用作无线 万千瓦级的定向输能

  1901年,一座29米的高塔构成了纽约长岛的地标。这座被称为华登克里夫塔的电力发射塔像一朵插入天空的钢铁大蘑菇,虽然高度不及艾菲尔铁塔的十分之一,然而隐藏了设计者特斯拉巨大的野心。当时,他设想在7年内完成方圆50千米内的750万千瓦无线输电工程,继而实施一项面向全球的无线输电计划。特斯拉设想采用高频、高压、低电流的交流电,再经由空气作为传送媒介来实现远距离的输电。

  如果特斯拉的计划最终得以实现,那么今天的世界会是什么样?遍布城市和乡村的高压电缆将不复存在;甚至,所有人家里都不再需要那些粗粗细细的电线;世界各地的大小家电都能随时随地享用无线电塔送来的电能;唯一麻烦的是收取电费,因为无线输电让偷电变得更无影无形。如果管控不力,也许就像今天的在线下载一样,任何一个人都使用电力,但拒绝付费。在这样的逻辑下,电器行业的制造商可能要为每个电器都预留一个电卡插槽,或者,有偿供电的最终出路就是让电费成为一项人头税;今后的战争将不再以争夺各种“化石燃料”为主,各国政府将在电税的收缴权方面展开殊死的竞争。核大国的地位将由掌握无线输电技术的几个国家所代替。那时的世界大战恐怕根本不需要核弹——横扫几千万平方千米的电弧足以瞬间杀灭各种生命体,比核弹更加高效地消灭人类,让之后来地球考古的外星人以为这里曾经居住的是一种焦糊状生命体。虽然实际上,特斯拉之所以研究无线输电,原本只是希望任何一个人都能用上便宜甚至免费的电能。

  特斯拉的全球输电设想建立在充分的利用电离层作为介质的基础上。举例来说,如果将低音炮开到太大声,产生的共振会隔空振碎玻璃杯。只要声音的频率碰巧跟杯子振动的频率一样,就能定向传播能量,杯子会碎是因为施加的能量超过了储能限度。

  然而,电离层没有特斯拉想象的那么管用。事实上,无线传输至今难以输送大量的能量。

  2007年,距离无线定向输电的最初设想已逝去了一个多世纪。麻省理工的科学家们尽其所能地学习了特斯拉。在没有一点电线连接的情况下,他们将电流定向传送到两米以外,并且成功点亮了一只60瓦的灯泡。他们选择了两个直径60厘米的“特斯拉线圈”,一个接在电源上作为送电方,另一个连接一个灯泡作为受电方,置于两米外。当电源接通送电方,两个线兆赫兹的高频率电磁振动。瞬时产生的电磁场,足以使得送电方发出的电振传送到受电方。虽未相连,两个线圈完成隔空供电,最终点亮这只60瓦的灯泡。这项成果很快出现在了美国的《科学》杂志上。电力工程学界甚至将其视为一项重大的突破。同样在进行着无线电力传输的英特尔公司的首席技术官贾斯汀赖特评论说:“麻省理工的试验将能量传输了两米,其中的损失只有10%,这已经是现在最有效率的无线电能传输了。”

  与麻省理工区区两米的成绩相比,当年特斯拉对输送距离的期望是2000万米。对此,中科院电工研究所所长孔力直接指出了实现无线输电的障碍:“电磁波在自由空间传输,能量不太容易集中,所以它的定向性事实上很差,而且能量衰竭得很快。”

  在实际运用中,目前的无线输电只不过能稍稍给小型家电充电而已。真正推出过无线输电设备的英国Splashpower公司,至今仅仅发布过一个貌似鼠标垫的无线充电器。它可以给放置在上面的手机等小型家电补充电能,然而它虽然“无线”但是无法“隔空”。一旦把手机提起,电能就无法正常传送。美国杜克大学的研究员曾尝试用无线技术解决为机器人供电的问题,但结果是一个铅笔盒大小的机器人必须被限定在一个很小的范围里活动。一旦越界,机器人就变成“植物人”了。

  诞生于电气革命年代的特斯拉对世界的想象甚为美好。他所不断宣扬的“无线输电实现免费供电”最终激怒了拥有项目51%股份的赞助商摩根大通,并且最终把特斯拉从华登克里夫塔放逐,导致无线输电计划的流产。失去了特斯拉的华登克里夫塔不久即被找借口拆除,而特斯拉本人则直到1943年逝世才被恢复名誉。然而人们并没放弃对于无线传输的研究。有好事者传言,他的研究资料在死后立刻被FBI接管,并被设为“顶级机密”。20世纪70年代,NASA和美国能源部曾考虑建设一个功率1000万千瓦的宇宙太阳能发电站,通过微波向地球输电。该项目据说由于太不经济而未曾实施。此外,NASA还在尝试从地球通过激光束给飞行器供电。“无线电力传输技术本身确实适用于比如卫星之间、人造飞行器之间的能量传输等特定场合。”孔力对此解释说。

  “电能可以经济地无线传输到任何遥远的地点,毫无疑问地,我已经对此进行过无数次的观察、实验与测量。这些实验证明,实际上可以将无限量的电力从一个中央发电厂传输到即便最远的距离,19000千米甚至到地球的另一侧,而且传输过程中的电力损失不超过1%。”100多年前特斯拉这么说。虽然过了100年也尚未实现,但也许再过几十年后人类真能将电能用无线传输的手段覆盖全球,甚至进入更深的地底或是广袤的空间。

  事实上,一旦传输效率的问题得到解决,或许建造在沙漠中的太阳能电站或者茫茫太平洋正中央的海浪发电站再也不需要铺设繁密如蜘蛛网的电网系统。特斯拉留给我们的财富将能得到充分的利用。一些共振装置将把这些能量安全地传输到人群密集的地方。人们还可以用无线输电来支持探索神秘的地球内部。能源传送能够说是阻碍我们开发地下空间的一个巨大障碍。庞大的电缆很难深入地底,但是若能够往洞穴内部输入无线电能,向地下探索的空间无疑将会变大。