关键词： 无线电力传输技术 电磁感应 射频 原理与应用前景
1引言
自17世纪人类发现如何发电后就用金属电线来四处传输电力。时至今日，供电网、高压线已遍布全球的角角落落。在工作和生活中，越来越多的电器给我们带来极大便捷的同时，不知不觉各种“理不清”的电源线、数据线带来的困扰也与日俱增。不过，这些年的科技发展表明，在无线数据传输技术日益普及之时，科学家对无线电力传输（Wireless Power Transmission，WPT）的研究也有了很大突破，从某种意义上来讲，无线电力传输也不再是幻想——在未来的生活中摆脱那些纷乱的电源线已成为可能。
2无线电力传输的发展历史
19世纪末被誉为“迎来电力时代的天才”的名尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）在电气与无线电技术方面作出了突出贡献。他1881年发现了旋转磁场原理，并用于制造感应电动机；1888年发明多相交流传输及配电系统；1889—1890年制成赫兹振荡器；1891年发明高频变压器（特斯拉线圈），现仍广泛用于无线电、电视机及其他电子设备。他曾致力于研究无线传输信号及能量的可能性，并在1899年演示了不用导线采用高频电流的电动机，但由于效率低和对安全方面的担忧，无线电力传输的技术无突破性进展［1］。1901—1905年在纽约附近的长岛建造Wardenclyffe塔，是一座复杂的电磁振荡器，设想它将能够把电力输送到世界上任何一个角落，特斯拉利用此塔实现地球与电离层共振。
2001年5月，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮40m外一个200W的灯泡。其后，2003年在岛上建造的10kW试验型微波输电装置，已开始以245GHz频率向接近1km的格朗巴桑村进行点对点无线供电。
2005年，香港城市大学电子工程学系教授许树源成功研制出“无线电池充电平台”，但其使用时仍然要将产品与充电器接触。
2006年10月，日本展出了无线电力传输系统。此系统输出端电力为7V、400mA，收发线圈间距为4mm时，输电效率最大为50%，用于手机快速充电。
2007年6月，美国麻省理工学院的物理学助理教授马林·索尔贾希克研究团队实现了在短距离内的无线电力传输。他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺（约183米）之外连接在另一个线圈上的60瓦的灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”。
2008年9月，北美电力研讨会发布的论文显示，他们已经在美国内华达州的雷电实验室成功地将800W电力用无线的方式传输到5m远的距离。
2009年10月，日本奈良市针对充电式混合动力巴士进行了无线充电实验。供电线圈埋入充电台的混凝土中，汽车驶上充电台，将车载线圈对准供电线圈就能开始充电。
3无线电力传输的基本原理
31电磁感应——短程传输
电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它显示了电、磁现象之间的相互联系与转化。电磁感应是电磁学中的基本原理，变压器就是利用电磁感应的基本原理进行工作的。利用电磁感应进行短程电力传输的基本原理如图1所示，发射线圈L1和接收线圈L2之间利用磁耦合来传递能量。若线圈L1中通已交变电流，该电流将在周围介质中形成一个交变磁场，线圈L2中产生的感应电势可供电给移动设备或者给电池充电。
32电磁耦合共振——中程传输
中程无线电力传输方式是以电磁波“射频”或者非辐射性谐振“磁耦合”等形式将电能进行传输。它基于电磁共振耦合原理，利用非辐射磁场实现电力高效传输。在电子学的理论中，当交变电流通过导体，导体的周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。在电磁波的频率低于100khz时，电磁波就会被地表吸收，不能形成有效的传输，当电磁波频率高于100khz时，电磁波便可以在空气中传播，并且经大气层外缘的电离层反射，形成较远距离传输能力，人们把具有较远距离传输能力的高频电磁波称为射频（即：RF）。将电信息源（模拟或者数字）用高频电流进行调制（调幅或者调频），形成射频信号后，经过天线发射到空中；较远的距离将射频信号接收后需要进行反调制，再还原成电信息源，这一过程称为无线传输。中程传输是利用电磁波损失小的天线技术，并借助二极管、非接触IC卡、无线电子标签，等等，实现效率较高的无线电力传输。
具体来说，整个装置包含两个线圈，每一个线圈都是一个自振系统。其中一个是发射装置，与能量相连，它并不向外发射电磁波，而是利用振荡器产生高频振荡电流，通过发射线圈向外发射电磁波，在周围形成一个非辐射磁场，即将电能转化为磁场。当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换，从而实现电能的高效传输。图2是一个典型的利用电磁共振来实现无线电力传输的系统方案。电磁波的频率越高其向空间辐射的能量就越大，传输效率就越高。
33微波/激光——远程传输
理论上讲，无线电波的波长越短，其定向性越好，弥散就越小。所以，可以利用微波或激光形式来实现电能的远程传输，这对于新能源的开发利用、解决未来能源短缺问题也有着重要意义。1968年，美国工程师彼得格拉提出了空间太阳能发电（Space Solar Power，SSP）的概念。其构想是在地球外层空间建立太能能发电基地，通过微波将电能送回地球。
4无线电力技术的应用前景
无线电力传输作为一种先进的技术一般应用于特殊的场合，具有广泛的应用前景。
41给一些难以架设线路或危险的地区供应电能
高山、森林、沙漠、海岛等地的台站经常遇到架设电力线路困难的问题，而工作在这些地方的边防哨所、无线电导航台、卫星监控站、天文观测点等需要生活和工作用电，无线输电可补充电力不足。此外，无线输电技术还可以给游牧等分散区村落无变压器供电和给用于开采放射性矿物、伐木的机器人供电。
42解决地面太阳能电站、水电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题
我国的新疆、西藏、青海等地降雨量少、日照充足且存在大片荒芜土地，南方部分地区水力、风力资源丰富，这些地区有利于建造地面太阳能发电站或水电站、风力电站。可是，这些地区人烟稀少、地形复杂，在崇山峻岭之中难以架设线路，这时无线输电技术就有了用武之地。采用无线输电技术，还可以把核电站建在沙漠、荒岛等地。这样一方面便于埋葬核废料，另一方面当电站运行发生故障时也可以避免对周围动植物的大量伤害和耕地的污染。
43传送卫星太阳能电站的电能
所谓卫星太阳能电站，就是用运载火箭或航天飞机将太阳能电池板或太阳能聚光镜等材料发送到赤道上空35800km的地球静止同步轨道上。在太空的太阳光线没有地球大气层的影响，辐射能量十分稳定，是“取之不尽”的洁净能源。并且一年中有99%的时间是白天，其利用效率比地面上要高出6—15倍［3］。在那里利用太阳能电池板把阳光直接转变为电能，或者用太阳能聚光镜把阳光汇聚起来作为热源，像地面热电厂一样发电。这样产生的电能供给微波源或激光器，然后采用无线输电技术将大功率电磁射束发送至地面，接收到的微波能量经整流器后变成直流电，由变、配电设施供给用户。
44无接点充电插座
随着无线电力技术的发展，一些小型用电设备已经实现了无线供电。如：电动牙刷、“免电池”无线鼠标、无线供电“膜片”/“垫”等。无线供电“膜片”/“垫”是一种家用电器无线供电方式，用一片图书大小的柔软塑料膜片就可对家电进行无线供电，可为圣诞树上的LED、装饰灯、鱼缸水中的灯泡、小型电机、手机、MP3、随身听、温度传感器、助听器、汽车零部件、甚至是植入式医疗器件等供电。
45给以微波发动机推进的交通运输工具供电
现在大部分交通运输工具燃烧石油产品，其发动机叫做柴油发动机、汽油发动机等。与此类比，以微波作为能源推进的发动机叫做微波发动机。微波是工作频率在03—300GHz的电磁波，不能直接用它来驱动电动机，因为要设计出在如此高的频率下工作的发动机非常困难。如果思路加以改变，把微波能量转变为直流电流的整流器，那么微波就可以直接作为交通工具的能源了。煤、石油、天然气的存储量有限，而日消耗量巨大，总有耗尽之日，到那时卫星太阳能电站可望成为能源供给的主干，通过无线输电技术就可以直接把微波能量输给交通运输工具。
46在月球和地球之间架起能量之桥
世界人口的不断增长和地球资源的日益耗尽，太阳系中其他星球的开发利用是人类一直以来的夙愿。月球是地球的天然卫星，其上资源丰富，地域辽阔，是首先要开发的星体。未来人类对月球的利用主要是移民和资源获取。月球的土壤里富含SiO2，是制造太阳能电池的原料。如果先在月球上建立起工厂，然后把太阳能电站直接建在月球上，比起建在地球静止同步轨道上要容易些，借助于微波束或激光束把电能发送到地球。
5结语
随着无线电力传输技术的不断发展与成熟，不但使人们未来的生活有望摆脱手机、相机、 笔记本 电脑等移动设备电源线的束缚，享受在机场、车站、酒店多种场所提供的无线电力，而且可用于一些特殊场合，如人体植入仪器如心脏起搏器等的输电问题、新能源（电动）汽车、低轨道军用卫星、太阳能卫星发电站等。在世界经济迅速发展的今天，节能和新的、可再生能源的开发是摆在能源工作者面前的首要问题。太阳能是取之不尽、用之不竭的干净能源。除核能、地热能和潮汐能之外，地球上的所有能源都来自太阳，建造卫星太阳能电站是解决人类能源危机的重要途径。要将相对地球静止的同步轨道上的电能输送的地面，无线输电技术将发挥至关重要的作用。从长远来看，该技术具有潜在的广泛应用前景。但是，每一种无线传输方式，都有一系列问题需要解决，如电能传输效率问题，电力公司如何收费和计费，能量传输所产生的电磁波是否对人体健康带来危害，等等。不管怎样，一旦这项技术能够普及，就会给人们的生活带来巨大的便利。
参考文献:
［1］白明侠，黄昭无线电力传输的历史发展及应用［J］湘南学院学报，2010，31，（5）：51-53
［2］刘永军无线电力传输技术：创造未来空间神话［J］中国电子商情（基础电子），2008，11：70-75根据自己的实际情况来选套餐合适。
国家电网如此套餐，一方面能够提前锁定用户的资金（资本化方向更加明显），另一方面最大程度上减少用户用电的欠费情况的发生。
方法/步骤：1、首先打开网上国网APP，在网上国网APP首页，我们点击电费套餐。2、在打开的页面中，我们选择需要缴纳电费的账户，点击下一步。3、接下来我们选择自己需要的套餐，点击前往办理，就可以了。
电费套餐”符合居民用电习惯。“只要一次性充足电费，不仅一年都不需要再交费，还能获得活期利息和额外电费，这个电费套餐真方便。”日喀则市首个使用国网“电费套餐”业务的平措旺加说。他根据自己实际需求在“网上国网”APP办理了一款200元档位的套餐，觉得还不错，于是给女儿也办理了100元档位的套餐。“电费套餐”业务是国网西藏电力联合国网电商公司、网上国网运营中心开通的一项援藏特色服务，旨在解决我区老百姓“营业厅交费具有局限性”的问题。据国网西藏电力营销部主任刘琪介绍，目前，西藏偏远地区仍有较大群体是通过营业厅交电费，十分不方便，“电费套餐”是充分应用国网西藏电力“网上国网”APP线上交费渠道的一项创新业务，对于偏远地区农牧民群众来说，只需要在手机APP上 *** 作一次，全年电费就得到了保障，5档套餐基本符合90%西藏居民家庭用电习惯。据了解，5档电费套餐分别为100元/月、200元/月、300元/月、500元/月、800元/月。套餐使用过程中，根据所选套餐不同，每月还可赠送1至8元不等的电费自动充入电表，市民可根据自身用电情况选择合适的套餐。编者按：本刊从2008年起一直在跟踪报道国家电网公司省级公司．市级公司、县级公司的三级全面社会责任管理试点工作的成绩和进展，而与此同时，国家电网公司总部的全面社会责任试点也正在如火如荼地展开。自2008年开始，国家电网公司积极探索将社会责任全面融入电网建设的有效路径，经过几年的努力，初步总结了“坚持一大目标．贯彻四大要求．覆盖四大环节，落实五大支撑”的“责任基建”模式。这个模式的典型体现，就是造就了一条高度负责任的“电力天路”的青藏联网工程。
青藏联网工程作为国家电网公司实践“责任基建”模式的榜样工程，被誉为是集“民生工程．平安工程、高效工程、共赢工程、绿色工程、和谐工程、人文工程、阳光工程”于一身的“责任工程”表率。
自2008年起，国家电网公司开始了将社会责任根植于各专业和各层级的攻坚战。本文旨在以青藏联网工程为例，简要介绍公司将社会责任全面融入电网建设，积极探索“责任基建”模式的创新实践。
国家电网公司的“责任基建”模式
2007年底，国家电网公司发布《公司履行社会责任指南》，要求将“安全、高效、绿色、和谐”的履责要求全面融入电网的建设和运营过程，以保障更安全、更经济、更清洁、可持续的能源供应为中心，实现经济、社会和环境的综合价值最大化。公司自2008年开始积极探索将社会责任全面融入电网建设的有效路径，经过几年的努力，初步总结了“坚持一大目标、贯彻四大要求、覆盖四大环节、落实五大支撑”的“责任基建”模式。具体见图。
坚持一大目标
电网基本建设具有特殊性，其根本目的是为了服务国家能源发展全局与地方经济社会发展大局，追求经济、社会和环境的综合价值最大化。因此，项目建设不仅要考虑经济效益或财务价值，而且要创造经济、社会和环境的综合效益，追求综合价值最大化。推行“责任基建”，将社会责任全面融入电网建设，坚持以全力打造“责任工程”，追求经济、社会和环境的综合价值最大化为目标。
贯彻四大要求
“安全、高效、绿色、和谐”是国家电网公司将社会责任融入整个企业的总体要求和全面体现，落实到电网基本建设领域，就是要求电网建设要从项目论证开始，至规划设计、招标采购、施工建设、投运移交，乃至生命周期评价的项目建设全过程，全面考虑经济、技术、社会、环境等因素，切实做到安全健康、建设高效、资源节约、环境友好、诚信透明，保证建设项目与利益相关方、社区的和谐，与自然环境的和谐。
覆盖四大环节
推行“责任基建”模式，将社会责任需要全面融入电网建设，要求将社会责任理念与要求全面融入项目建设的各个环节，明确具体要求和考核目标：
一是项目论证与核准，要做到：项目论证以实现经济、社会和环境的综合效益最大化为依据和标准；项目论证全面考虑经济、技术、安全、社会、环境、文化等因素，有效预防社会和环境风险；项目论证全面考虑利益相关方的利益和期望，保持决策过程的公开与透明；项目论证积极听取多方意见和接受有关各方监管与监督，保证决策的科学性。
二是项目设计与招标，要做到：项目设计全面考虑安全、健康、环保、生态等社会和环境因素，统筹兼顾经济、社会和环境的综合效益；项目设计立足发挥国家电网的能源优化配置功能，服务国家能源发展全局和地方经济社会发展大局；坚持透明运营，加强与设计方、建设方和供应商的沟通交流，保证招标的公开、公平与公正；招标标准不仅考虑价格、质量、服务和交货等传统要素，而且高度重视安全健康、能源效率、资源节约、环境保护等社会和环境因素。
三是项目施工与建设，要做到：全面落实基本建设项目的安全与健康管理体系，保证公司员工、承建单位人员、社区居民等的人身安全与健康；全面落实电网建设项目环境影响评价和项目竣工环保验收制度，最大限度减少项目建设对环境的影响；全面加强与利益相关方的沟通交流，保持和谐的利益相关方关系，积极争取各方对项目建设的理解与支持；妥善开展征地、拆迁和补偿等工作，切实保证各方合法权益，加强社会和环境风险管理，制定部署相关应急预案。
四是项目投运与移交，要做到：项目建设考虑运营生命周期，对项目在整个生命周期内的安全、健康、环境的影响进行全面评价和科学决策；项目建设充分考虑未来运营的需要，降低运营成本，并为未来运营人员创造适宜的工作和生活环境；全面加强与运营人员的沟通与合作，及时全面地移交有关项目的社会和环境的影响的资料；在项目投产后落实项目的社会和环境影响的后评估制度，建立有效的责任回溯和追究机制。
落实五大支撑
一是落实制度支撑，既加强和落实将社会责任全面融入电网建设的通用制度建设，为其全面考虑社会和环境因素，追求经济、社会和环境的综合价值最大化提供制度支撑；又加强和落实针对特定项目的项目制度建设，为开展的各个电网建设项目全面考虑社会和环境因素，有效解决与项目相关的社会和环境问题提供制度支撑。
二是落实技术支撑，既着眼电网建设特征，积极开发有效管理电网建设对社会和环境的影响的通用技术、工艺和设备；又针对特定项目，为有效管理其对社会和环境的影响开发相关的技术、工艺和设备。
三是落实管理支撑，探索推进全面责任基建管理，切实在电网建设过程中有效管理电网建设对社会和环境的影响，控制社会和环境风险，追求经济、社会和环境的综合价值最大化。
四是落实文化支撑，牢固树立责任基建、可持续发展、追求综合价值最大化等理念，培养利益相关方视野和环境视野，全面建设以“诚信文化、合规文化、人本文化、透明文化、合作文化、环保文化、和谐文化、创新文化”为主要内容的责任文化。
五是落实机制支撑，内部着重健全完善综合绩效机制，考核将社会责任融入电网建设的具体成效；外部着重健全完善关键利益相关方参与机制和社会监督机制，切实提升公司有效管理电网建设对社会和环境的影响的能力与水平。青藏联网工程对“责任基建”模式的实践
国家电网公司建设的青海至西藏750千伏／+400千伏交直流联网工程(以下简称青藏联网工程)全长17742公里，由西宁一日月山一乌兰一格尔木750千伏交流输变电工程、格尔木一拉萨+400千伏直流输电工程及有关配套工程组成，是在世界上最高海拔、高寒地区建设的规模最大的输电工程。
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