无线电能传输技术突破 高铁无线供电成为可能
近日，天津工业大学工程电与磁技术研究团队研究开发的高速列车无线供电技术在中国科技馆展出，该技术以其极为灵活的无线供电方式，及对电能的高效传输与利用，引起业界广泛关注，被中国科协列为10项引领未来的科学技术之一。
作为新型的电能传输技术，无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，是集基础研究与应用研究于一体的前沿课题,采用无线供电方式能有效克服电线连接存在的各类缺陷，具有重要的应用预期和广阔的发展前景。
据了解，我国无线电能传输技术方面的研究早已起步，国家863计划、科技支撑计划等都支持开展无线充电技术的研究工作，各级也将无线电能传输技术纳入重点项目进行研究。
今年4月26日，中国电工技术学会无线电能传输技术专业委员会成立，天津工业大学校长、中国电工技术学会副理事长杨庆授担任中国电工技术学会第一届无线电能传输技术专业委员会主任委员，专委会的成立为我国无线电能传输技术的学术交流和发展应用建立了良好平台。
目前，无线电能传输技术已经取得阶段性，一些小功率无线充电产品已经上市，主要应用于电子产品无线充电等领域。如诺基亚公司的Lumia系列、三星公司的Galaxy系列手机都集成了无线充电功能。我国企业也积极投身无线供电技术，由海尔自主研发的创新厨房电器无尾厨电打破了传统厨电在安全性、便利性、时尚梦见钱包丢了性等方面的，解决电器带来的困扰。
“我们认正作用突出的就是高速列车的无线供电，可靠的电力供应是确保高铁安全运行的。”杨庆新表示。
近年来，我国高速铁取得了迅猛发展。截至2013年年底，中国高铁客运专线公里，超过了世界上其他国家高铁运营里程总和，居全球首位。据悉，在列车运行过程中主要通过弓网系统获取电能，受电弓安装在车顶，高铁列车通过受电弓滑板与接触网导线接触，在静止或滑动状态下获取电能。
“要确保高铁安全，关键是处理好受电弓与接触网之间的关系，解决好高速受流问题。在高速运行状态下，高铁弓网系统存在摩擦磨损、受电弓离线、振动、打弧和恶劣等多方面问题，这些问题是制约高铁列车安全可靠运行的瓶颈。”杨庆新表示。
“无线供电能很好地解决这一问题，该方式代替受电弓与接触网滑动取电的传统方式，允许存在数十厘米的工作间隙，提高了绝缘强度，避免了弓网电弧频繁出现及高速移动时材料磨损等诸多问题，从而显著提高受流质量。”杨庆新补充道。
业内人士认为，该技术理论上可行，但铁轨工程量大，推广存在一定难度。杨庆新表示：“由于列车本身沿固定线运动，有自己的供电线，该项目采用悬挂式发射线圈技术，将发射端与接收端置于列车顶部，避免了对铁轨铺设的复杂要求，能大大降低及维修成本。”
工业大学电气学院副院长、智能测试及信息处理技术研究所所长朱春波表示，“目前，无线供电方式还存在效率、成本等问题，是否采用无线供电，取决于是否利大于弊。”
记者了解到，无线电能传输技术的发展也改变了医疗植入式电子系统的供电方式。采用该技术可在体外进行电能传输，为人工心脏提供能量，从而避免病人定期开刀更换电池的麻烦。
除此之外，“在工业领域还可利用无线电能传输技术为移动机器人进行无线充电，在防爆、防火、水下、工矿等特种应用场合可以满足恶劣的工作的需求。”朱春波表示。
近年来，纯电动汽车越来越受关注，节能、环保、经济等优势使其成为未来汽车发展方向，但之所以一直难以彻底取代传统燃油汽车，是因为存在续航里程以及充电时间等难题。
“大功率无线电能传输技术还可为电动汽车等交通工具提供方便的电能，在能源交通、航空航天等领域具有更为广阔的发展空间。”杨庆新表示，“电动汽车无线充电有两种模式，一种为静止充电，另一种为在线式无线供电，即边走边充或直接采用无线电力驱动。一旦在道上实现在线式无线供电，电动汽车可以不再要求有动力电池，摆脱电池负担，将有力地推动纯电动汽车的大规模应用。”
目前，已有包括雷诺、日产、沃尔沃宝马丰田在内的10余家汽车厂商开始对无线充电系统进行测试，今年大众也表示或于2017年向推出无线充电系统。
朱春波表示：“电动汽车无线充电技术方便、安全、便于自动充电，技术上接近成熟，对解决电动汽车续驶里程的难题具有重要意义，但效率、成本、屏蔽技术、控制技术等难题尚待解决。”
据了解，无线电能传输主要利用电磁、电磁谐振、电磁辐射等形式实现。早在19世纪中后期，无线电能传输技术就被电气工程师尼古拉·特斯拉提出，并进行了相关的实验研究。到20 世纪80 年代，以电磁耦合方式为主的无线电能传输技术开始被学者们关注，并逐渐应用到电动牙刷、手机、电动汽车等产品的无线 年麻省理工学院马林·索尔贾希克和他的研究团队，在2米距离以无线瓦的灯泡，开辟了无线电能传输技术新方向。
2011 年10 月，由杨庆新牵头，中国科协在天津工业大学召开了国内首次“无线电能传输技术”专题研讨会，与会专家讨论了无线电能传输技术新进展、应用前景及存在的问题。此次会议达成了多项共识，对无线电能技术在国内的研究与推广发挥了重要作用。
据业内人士介绍，到目前为止，对于高铁列车的稳定、可靠无线供电问题，国内外研究报道较少，大多处于实验室阶段。“此次展出的高速列车无线供电技术以高速列车采用无线供电方式进行驱动为最终目标，着重研究解决高速运动情况下遇到的理论与实际问题。”杨庆新表示。
电磁辐射问题是消费者担心的主要问题之一。杨庆新对此表示：“无线供电采用交流电磁耦合变换，会有相应电磁辐射。但当无线输电装置为用电设备供电时，由于采用了屏蔽装置，不会对人体健康造成危害，屏蔽问题已经解决。”
此外，高速列车无线供电必须解决大功率（电压高、电流大）、高速切割磁线时导体的受力等问题。“目前，我们在一定比例的模型上已经解决了上述问题，如果实验做完，验证解决等比例高速切割磁线时导体的受力问题，这项技术完全可以在高铁上推广，这将是高铁供电的。高铁无线供电问题解决了，其他设备的无线供电问题便会迎刃而解，对此我们充满信心。”杨庆新表示。