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近日，天津工業大學工程電磁場與磁技術研究團隊研究開發的高速列車無線供電技術在中國科技館展出，該技術以其極為靈活的無線供電方式，及對電能的高效傳輸與利用，引起業界廣泛關注，被中國科協列為10項引領未來的科學技術之一。
作為新型的電能傳輸技術，無線電能傳輸技術是目前電氣工程領域最活躍的熱點研究方向之一，是集基礎研究與應用研究于一體的前沿課題,采用無線供電方式能有效克服電線連接存在的各類缺陷，具有重要的應用預期和廣闊的發展前景。
思路創新 撬動高鐵供電革命
據了解，我國無線電能傳輸技術方面的研究早已起步，國家863計劃、科技支撐計劃等都支持開展無線充電技術的研究工作，各級政府也將無線電能傳輸技術納入重點項目進行研究。
今年4月26日，中國電工技術學會無線電能傳輸技術專業委員會成立，天津工業大學校長、中國電工技術學會副理事長楊慶新教授擔任中國電工技術學會第一屆無線電能傳輸技術專業委員會主任委員，專委會的成立為我國無線電能傳輸技術的學術交流和發展應用建立了良好平臺。
目前，無線電能傳輸技術已經取得階段性成果，一些小功率無線充電產品已經上市，主要應用于電子產品無線充電等領域。如諾基亞公司的Lumia系列、三星公司的Galaxy系列手機都集成了無線充電功能。我國企業也積極投身無線供電技術，由海爾自主研發的創新廚房電器無尾廚電打破了傳統廚電在安全性、便利性、時尚性等方面的限制，解決有線電器帶來的困擾。
“我們認為真正作用突出的就是高速列車的無線供電，可靠的電力供應是確保高鐵安全運行的保證。”楊慶新表示。
近年來，我國高速鐵路取得了迅猛發展。截至2013年年底，中國高鐵客運專線達11028公里，超過了世界上其他國家高鐵運營里程總和，居全球首位。據悉，在列車運行過程中主要通過弓網系統獲取電能，受電弓安裝在車頂，高鐵列車通過受電弓滑板與接觸網導線接觸，在靜止或滑動狀態下獲取電能。
“要確保高鐵安全，關鍵是處理好受電弓與接觸網之間的關系，解決好高速受流問題。在高速運行狀態下，高鐵弓網系統存在摩擦磨損、受電弓離線、振動、打弧和惡劣環境等多方面問題，這些問題是制約高鐵列車安全可靠運行的瓶頸。”楊慶新表示。
“無線供電能很好地解決這一問題，該方式代替受電弓與接觸網滑動取電的傳統方式，允許存在數十厘米的工作間隙，提高了絕緣強度，避免了弓網電弧頻繁出現及高速移動時材料磨損等諸多問題，從而顯著提高受流質量。”楊慶新補充道。
業內人士認為，該技術理論上可行，但改造鐵軌工程量大，推廣存在一定難度。楊慶新表示：“由于列車本身沿固定路線運動，有自己獨立的供電線路，該項目采用懸掛式發射線圈技術，將發射端與接收端置于列車頂部，避免了對鐵軌鋪設的復雜要求，能大大降低改造及維修成本。”
深化應用 帶動產業發展提升
哈爾濱工業大學電氣學院副院長、智能測試及信息處理技術研究所所長朱春波表示，“目前，無線供電方式還存在效率、成本等問題，是否采用無線供電，取決于是否利大于弊。”
記者了解到，無線電能傳輸技術的發展也改變了醫療植入式電子系統的供電方式。采用該技術可在體外進行電能傳輸，為人工心臟提供能量，從而避免病人定期開刀更換電池的麻煩。
除此之外，“在工業領域還可利用無線電能傳輸技術為移動機器人進行無線充電，在防爆、防火、水下、工礦等特種應用場合可以滿足惡劣的工作環境的需求。”朱春波表示。
近年來，純電動汽車越來越受關注，節能、環保、經濟等優勢使其成為未來汽車發展方向，但之所以一直難以徹底取代傳統燃油汽車，是因為存在續航里程以及充電時間等難題。
“大功率無線電能傳輸技術還可為電動汽車等交通工具提供方便的電能，在能源交通、航空航天等領域具有更為廣闊的發展空間。”楊慶新表示，“電動汽車無線充電有兩種模式，一種為靜止充電，另一種為在線式無線供電，即邊走邊充或直接采用無線電力驅動。一旦在道路上實現在線式無線供電，電動汽車可以不再要求有動力電池，擺脫電池負擔，將有力地推動純電動汽車的大規模應用。”
目前，已有包括雷諾、日產、沃爾沃、寶馬、豐田在內的10余家汽車廠商開始對無線充電系統進行測試，今年大眾也表示或于2017年向公眾推出無線充電系統。
朱春波表示：“電動汽車無線充電技術方便、安全、便于自動充電，技術上接近成熟，對解決電動汽車續駛里程的難題具有重要意義，但效率、成本、屏蔽技術、控制技術等難題尚待解決。”
協同研究 推動技術完美落地
據了解，無線電能傳輸主要利用電磁感應、電磁諧振、電磁輻射等形式實現。早在19世紀中后期，無線電能傳輸技術就被電氣工程師尼古拉?特斯拉提出，并進行了相關的實驗研究。到20 世紀80 年代，以電磁感應耦合方式為主的無線電能傳輸技術開始被學者們關注，并逐漸應用到電動牙刷、手機、電動汽車等產品的無線供電中。2007 年麻省理工學院馬林?索爾賈希克和他的研究團隊，在2米距離以無線供電方式成功點亮60瓦的燈泡，開辟了無線電能傳輸技術新方向。
2011 年10 月，由楊慶新牽頭，中國科協在天津工業大學召開了國內首次“無線電能傳輸技術”專題研討會，與會專家討論了無線電能傳輸技術新進展、應用前景及存在的問題。此次會議達成了多項共識，對無線電能技術在國內的研究與推廣發揮了重要作用。
據業內人士介紹，到目前為止，對于高鐵列車的穩定、可靠無線供電問題，國內外研究成果報道較少，大多處于實驗室階段。“此次展出的高速列車無線供電技術以高速列車采用無線供電方式進行驅動為最終目標，著重研究解決高速運動情況下遇到的理論與實際問題。”楊慶新表示。
電磁輻射問題是消費者擔心的主要問題之一。楊慶新對此表示：“無線供電采用交流電磁耦合變換，會有相應電磁輻射。但當無線輸電裝置為用電設備供電時，由于采用了屏蔽裝置，不會對人體健康造成危害，屏蔽問題已經解決。”
此外，高速列車無線供電必須解決大功率（電壓高、電流大）、高速切割磁感應線時導體的受力等問題。“目前，我們在一定比例的模型上已經解決了上述問題，如果實驗做完，驗證解決等比例高速切割磁感應線時導體的受力問題，這項技術完全可以在高鐵上推廣，這將是高鐵供電的革命。高鐵無線供電問題解決了，其他設備的無線供電問題便會迎刃而解，對此我們充滿信心。”楊慶新表示。
摘自《中國高新技術產業導報》，2014年9月1日
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號