微波输电专业技术应用展望

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1、微波输电技术应用展望关键词：微波输电、卫星太阳能电站、功率、整流器1、前言自从1882年法国人德普勒首次实现第一条直流输电线把电力送到57km远的慕尼黑国际博览会驱动水泵电动机，1891年第1条三相交流高压输电线在德国劳奋—法兰克福竣工以来，开始了电力系统的传统直流和交流输电一个世纪的应用和发展，至今已形成较完善的高压输直流输电(high-voltagedirectcurrent高压直流电简称：HVAC)技术。但人类在这一个多世纪以来，输电的媒介都是使用金属导线。一是传统的铜、铝都是较昂贵的金属。架设输电线路势必需要大量的金属导线及配套的铁塔、电杆；二是在金属导线传输过程中会造成

2、大量的能量损失，电能在输送过程中一部分转换成热量浪费掉；三是架设输电线路需要大量的人力物力，并且会浪费许多宝贵的土地资源；四是随着各种新能源的开发、不同负荷对电力需求的多样化和技术、经济、环境等多方面的要求及传统HVDC和HVAV本身所固有的特征，使它们不能适应所有输电场合，于是多种新型输电方式的概念和技术被提出并得到积极地研究。微波输电就是其中一种。发展微波输电技术可以减肥少大量的电能传输设备的建设。在解决传输效率后输电的损耗也将大大改善，由此将会在节约能源、节约资源方面为国家做出不可估量的贡献。随着地球上石油、煤炭资源的日益枯竭和环境污染的不断加剧，科学家提出在地球静止轨道上

3、建造定点卫星电站，充分利用太阳能发电。研究表明，太阳每小时辐射到地球的能量约为18万兆瓦，相当于燃烧90兆吨优质煤的热量。显然，太阳能是取之不尽、用之不竭且无污染的能源。电站距离地面3．6万公里，不可能用导线把电能送到地面。微波输电的过程是把太阳能电池产生的直流电能，用微波管转换成微波波束，由天线发射到地面接收站，再还原成电能输送出去。由天线发射到地面接收站，再还原成电能输送出去。微波输电技术的最大困难在于无线电波的弥散与不期望的吸收与衰减。对于无线电通讯，无线电波的弥散问题甚至不一定是件坏事，但是却可能给无线输电带来严重的传输效率问题。一个办法是使用微波甚至激光传输，理论上，无

4、线电波波长越短，其定向性越好，弥散越小。有人担心此技术可能给人带来健康风险，虽然尚无太多证据证实这种风险。2、微波输电原理最早产生微波输能设想的事尼古拉·特斯拉(NikolaTesla)，因而有人称之为微波电能传输之父。1890年，特斯拉就做出了微波电能传输实验。特斯拉构想的微波电能传输方法是把地球作为内导体，把地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，利用环绕地球表面电池来传输能量。最终因财力不足，特斯拉的大胆构想没能实现。其后，古博(Goubau)、施瓦固(Sohweing)等人从理论上推算了自由空间波束导波可达近

5、100%的传输效率，并随后在反射波束导波系统上得到了验证。520世纪20年代中期，日本的H.Yagi和S.Uda发明了可用于微波电能传输的定向天线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的布朗(W.C.Brown)做了大量的微波电能传输研究工作，从而奠定了微波电能传输的实验基础，使这一概念变成了现实。在试验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线，将频率2.45GHz的微波能量转换为直流电。近几年，微波电能输送发展更是迅速。MIT在2007年6月宣布，利用电磁共振成功地点亮了一个离电源约2m远的60W电灯泡，这项技术被称为Witricity(无线电

6、力)。该项研究小组在试验中使用了两个直径为50cm的铜线圈，通过调整发射频率使两个线圈在10MHz产生共振，从而成功点亮了距离电力发射端2m以外ide一盏60W灯泡。所谓微波输电(WirelessPowerTransmission,简称WPT)，就是用微波源把直流电转变为微波，然后由天线发射出去；大功率的电磁射束通过自由空间后被接受天线收集，经微波整流器后重新转变为直流电。它的实质就是用微波束来代替输电导线，通过自由空间把电能从一处输送到另一处。如：图直流电变换成微波波束成型自由空间接受整流上世纪60年代，WilliamC.Brown向世人展示的微波传输电能系统。该微波传输系统包

7、括微波源、发射天线、接受天线3部分。微波源内有磁控制管，能控制源在2.45GHz频段输出5～200W的功率；微波源输出的能量通过同轴电缆连接至和波导管之间的适配器上；亚铁酸盐的循环器连接在波导管上，使波导管和发射天线相匹配。发射天线包含8个部分，每个部分上都有8个缝隙。这64个缝隙均匀的向外发射电磁波。这种开孔的波导天线很适合用于微波电能传输，因为它有高达95%的孔径效率和很高的能量捕捉能力。硅控整流二极管天线用来收集微波并把它转换成直流电，在布朗展示的系统中该接受天线用25%的