就目前而言,超導技術和無線輸電技術哪個更有發展前景?

這兩者都可能引起未來電力傳輸技術的革命,但這兩者在一定程度上又可以相互替代,那麼就目前而言,超導技術和無線輸電技術哪個更有發展前景?


謝謝 @張之詩,@future energy和 @袁霖 的邀請。

超導技術和無線輸電技術都是非常有前景的,都是電磁學領域極有價值的科技應用。但是二者的技術細節差別較大,並不好做對比。所以我就碩士期間在無線輸電領域做了一點點研究拋磚引玉地回答一下無線輸電技術,期待有人補充超導技術的各種細節。

無線電能傳輸(Wireless Power Transfer)自20世紀初尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)首次試驗以來,已經有了一個多世紀的發展。從1891到1904年間,特斯拉展開了一系列試驗,通過磁感應耦合線圈將交流電無線傳輸一個很短的距離。圖1正是特斯拉試驗的一個原理圖,通過磁感應耦合,特斯拉成功通過無線電能傳輸的方式點亮了一隻燈泡[1]。

圖1. 特斯拉無線電能傳輸試驗原理圖[1]。

圖1. 特斯拉無線電能傳輸試驗原理圖[1]。

1901年,特斯拉開始在紐約長島建造大型高壓線圈——沃登克里弗塔,又叫做特斯拉塔,目標是構建全球輸電系統的原型,可惜到1904年,他的計劃被迫停止,至今也未完成。圖2是一張沃登克里弗塔的照片。

圖2. 1904年的沃登克里弗塔[2]。

圖2. 1904年的沃登克里弗塔[2]。

自此以後,無線電能傳輸的研究開始向兩個方向發展:

  1. 近場,或者叫做非輻射域。一般認為小於一個波長的距離。
  2. 遠場,或者叫做輻射域。一般認為大於一個波長的距離。

近場方面,無線電能傳輸的主要實現方式有:磁感應耦合,電容耦合,動磁耦合。遠場方面,無線電能傳輸的主要實現方式有:微波,激光。下面就說一下比較代有表性的磁感應耦合和微波。

  • 磁感應耦合,又分為一般磁感應耦合和共振磁感應耦合。後者較之前者工作在一次側和二次共同諧振頻率上,由於耦合線圈具有很高的Q值,所以在諧振狀態下可以實現高效率的感應耦合。此外,二者在工作頻率和傳輸距離上也有一些區別。前者一般工作在Hz~MHz,適用於近距離傳輸;後者一般工作在MHz~GHz,適用於近距離和中距離傳輸。對於共振磁感應耦合,最著名的應該是MIT的研究者在2007年這篇paper里所述的工作,他們成功利用共振磁感應耦合的方式點亮了一個8倍於線圈半徑的,2米之外的60W燈泡[3]。基於磁感應耦合的無線充電是目前研究最多,應用最廣泛的方式,從我們生活中熟悉的電動牙刷,手機,到電動汽車,再到植入人體的醫療設備,無線充電以可以接受的的充電效率和其他眾多優勢(安全,多設備同時充電,酷炫等等)已經被應用到眾多產品中。圖3~5分別是磁感應耦合式無線充電實際應用。

圖3. Lumia無線充電座。

圖3. Lumia無線充電座。

圖4. 電動汽車無線充電裝置。

圖4. 電動汽車無線充電裝置。


圖5. Stanford大學研製的可無線充電的植入式醫療設備。尺寸與真實藥片的對比[4]。(他們這個工作做得特別的好,鏈接裡面的視頻有詳細講解)

  • 微波,具有更好的傳輸支線性和距離遠的特點,通常工作在GHz。基於微波的無線電能傳輸技術主要考慮應用在太陽能衛星向地面傳輸能量[5]和小型無人機的供能方面。相關的工作早在1964年美國就通過微波實現了一架懸停於18m高的直升飛機供電。最近又有報道稱日本的三菱重工成功兩次實現了微波無限電能傳輸,傳輸距離達到了500米[6]。

對於未來無線電能輸電的研究方向,主要有:

  1. 進一步提高傳輸效率。儘管目前磁感應耦合式的無線電能傳輸效率已經能高達90%,但幾乎都是在一次側與二次側線圈完全對準並且距離很小的時候的最高效率。如何減小傳輸效率隨線圈距離增加而快速下降?如何實現諧振狀態跟蹤,使系統諧振狀態一直保持不隨線圈距離變化而改變?如何設計更高效的線圈?這些都是近幾年無線電能傳輸領域的熱點問題。
  2. 提高電能傳輸功率。自從2009年無線充電聯盟(Wireless Power Consortium)提出第一版的「Qi」標準以來,低功率5W或以下的磁感應耦合無線充電已經有了統一的標準。直到2013年,該聯盟成員已有 145 家公司,包括諾基亞、HTC、三星等。在未來,期待有千瓦級適用於電動汽車的無線充電標準的誕生,這將會是無線充電在電動汽車領域運用的一個新的里程碑。
  3. 增加傳輸距離。Qi標準中的傳輸距離從5mm到40mm, 對於中等距離的無線電能傳輸,可以通過加設中繼線圈實現,如4線圈系統,甚至是多米勒骨牌式的線圈系統,如圖6。

    圖6. 基於多米勒骨牌式的線圈系統的無線電能傳輸[7]。

    圖6. 基於多米勒骨牌式的線圈系統的無線電能傳輸[7]。
  4. 對其他物體的監測和屏蔽,減少對其他非接收物體的影響。這一點對於大功率,遠距離的無線電能傳輸尤為重要。

總而言之無線電能傳輸技術作為一種新的電能傳輸方式,還有許許多多的問題值得去研究。無線電能傳輸體現了人類對能源高效,靈活,以及在各種環境下使用的追求。也許在未來,人類擺脫了終端設備對導線的依賴,克服了極端環境對傳輸線的要求,我們的個人設備,智能樓宇,醫療健康器械,都具有了無線充電的方式,我們再也不用為糾纏在一起的各種充電線而煩惱,也不用因有限的充電埠鬱悶,我們甚至感受不到電源的存在,再也不用擔心忘記充電,因為,電到處都有呀。

[1] H. Winfield Secor, 『『Tesla apparatus and experiments-how to build both large and small Tesla and Oudin coils and how to carry on spectacular experiments with them,』』 Practical Electrics, Nov. 1921.
[2] Wireless power
[3] Kurs A, Karalis A, Moffatt R, et al. "Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances". science, 2007, 317(5834): 83-86.
[4] http://news.stanford.edu/news/2014/may/electronic-wireless-transfer-051914.html
[5] Space-based solar power
[6] 日本兩次成功實驗無線輸電(組圖)_鳳凰資訊
[7] S. Y. Hui, 「Planar Wireless Charging Technology for Portable Electronic Products and Qi,」 Proc. IEEE, vol. 101, no. 6, pp. 1290-1301, Jun. 2013.


對超導技術不太熟悉,不妄加猜測。
答主研究生期間做的就是無線充電方向,實驗室在十年前年就開始做無線充電,算是國內最早做無線電能傳輸的團隊。
無線電能傳輸技術的類型和主要研究熱點、現狀,排名靠前的幾個答案已經寫得很詳細了。
在此,補充一些信息。
1.感應耦合電能傳輸技術已經比較成熟,基本上商用的無線電能傳輸裝置都採用的是這一技術方案。
至於MIT所提出的磁共振式技術,在學術界尚存在爭議。我們實驗室老師就認為磁共振式與電磁感應式傳輸從機理上沒有什麼區別,只是工作頻率更高,傳輸距離更遠。

2.在中距離傳輸方面,借電動汽車的東風,研究熱點是電動汽車的無線充電,分為定點無線充電和行駛中充電。這一方面,紐西蘭奧克蘭大學、韓國KAIST、高通公司的研究成果較多。
定點充電,難點有兩個,一是汽車上接收線圈與地面上發射線圈的偏移問題,目前主要使用自動泊車,使得接收線圈與發射線圈對齊。二是耦合機構的耦合強度問題。
行駛中充電,難度更大,需要動態檢測汽車的位置。
這一方面,各大車企和公司都在著力研發。 2013年11月,美國汽車工程師協會(SAE)宣布就電動汽車無線供電使用85kHz頻帶(81.38k~90.00kHz)達成一致。
請參考:汽車無線供電悄然起步(上):標準化收官,企業開始行動http://china.nikkeibp.com.cn/news/neve/73818.html
國內方面,中興的動作最大,已經開始在公交車領域進行商業化嘗試了,至於前景,還有待進一步觀察。中興布局大功率無線充電 開創「設備+服務+平台」商業模式
中興布局大功率無線充電 開創「設備+服務+平台」商業模式[圖]

3.無線電能傳輸,與WiFi有很大區別,如果在一個房間里任何角落都能充電,那所產生的電磁場絕對會對我們人體產生很大危害。
所以紐西蘭奧克蘭大學的呼教授在我們學校講座時談到,無線電能傳輸技術適合於特殊應用的場合,如水下、旋轉機構等不方便使用電線直接傳輸電能的場合,
舉一個例子:風力發電機,其葉片上需要加裝一些感測器,但葉片本身是在旋轉的,不便於直接使用導線給感測器供電。這時候,使用無線電能傳輸技術給這些感測器供電,就比較方便。
海爾所推出的無尾廚電,向人工心臟等進行無線充電,都屬於這一場合。
對於手機的無線充電,實用性不大,而且無線標準標準都不太統一。
至於電動汽車的無線充電,在其效率、電磁輻射問題沒有解決之前,不容易實現大範圍推廣,普通消費者不易接受,公交車是一個不錯的試點市場。


在輸電中的應用場景不一樣,一個(超導)追求效率(低損耗),場景是長距離輸送,一個(無線)追求方便,場景是終端(所謂「最後一英里」),因此單純比較前景意義不大。

單從技術挑戰性上來講,完成長距離電力輸送所需要的超導要難得多,因為現在還根本沒有實現。。。而無線輸電在特定場景下的普及相信只是時間問題。


我的研究方向恰巧就是超導電力,組裡也有在做無線輸電的。我比較同意一些答主的看法,兩者不是一個層面上的問題。
先說超導技術,超導涉及的東西就比較多了,超導的基礎研究現在仍然是物理學的大熱方向,從近三四十年的諾獎和nature,science的文章數量上就可以看出來。
我所了解的超導應用現在集中在如下幾個方面:
1、超導電力:超導輸電、超導儲能、超導限流、超導電機等。現在的超導技術其實更適合應用在直流上面,通交流電時存在交流損耗,而現在直流電在輸電和用電方面的比重都在增加,這與計算機和大數據中心用電量增加有關。所以看好超導技術在直流輸電方面的前景。
2、超導磁體:主要是用來產生強磁場,超導磁體的體積和運行功耗是普通磁體無法比的,而且這種磁體一般都是用在特定的科研場合,對價錢不那麼敏感,所以超導磁體現在發展的還是很好的。
3、超導量子干涉儀:我個人沒專門研究過,只知道有這個東西,所以大家百度吧超導量子干涉儀。
4、超導無痛人流(開個玩笑,真不知道這東西和超導有什麼關係)。
現在的超導之所以應用很少,一方面是成本問題,一方面是溫度問題。以我現在實驗所用的超導帶材為例,臨界電流500A左右(500A以下電流可以無損傳輸)的帶材一米大概需要100多美金,這還不算製冷設備等成本。室友曾經估算過,就算一米降到10美金,其建設費用仍然是常規輸電的3倍左右,只有長期運行起來才能在經濟上和常規輸電相抗衡。現在在電力上的應用,超導材料一般用液氮或制冷機冷卻,製冷費用說不上高,但是工程難度不小,低溫環境對於任何一個電力應用場合都是一個不穩定因素,目前業界的一個想法是和LNG(液化天然氣)結合起來,輸電線路和輸氣線路整合在一起。另:太空真是超導應用的一個理想場合,完全不用考慮製冷。

無線輸電我了解的一般,只是偶爾聽師姐談起,原理一直都是電磁耦合,感覺大家普遍沒有什麼更好的思路,所做的工作以參數匹配之類的居多,說白了沒大有突破,只能對現有的結構和參數優化。效率就不提了,我們這渣渣實驗室做出來的效率簡直丟人。。。還有現有的無線輸電都是定向的吧(我猜的),也就是說發射線圈和接受線圈方向得對上,這就在很大方面限制了其在小功率下的應用。之前有個師兄研究過什麼超材料電能捕捉之類的(類似於從空間中的電磁波中抓取能量,反正很高大上就是了),開題時評委說做出來就絕對百篇優博,無奈師兄研究了兩年沒任何進展,遂換題延期。。。

回到開頭,為什麼說兩個不是一個層面上的問題。
現在超導應用上雖然也是工程問題居多,但是從根本上限制因素還是材料,如果超導材料溫度提高、臨界電流提高、能在更大的磁場下應用,很多工程問題就不攻自破了。真要實現室溫超導必然建立在超導理論的大突破上,這種理論突破的意義說多大都不為過。
無線輸電更多的是組合現有的理論,既找不到還有哪些理論難點需要攻克,也不知道該從哪個方面去突破。
超導是用來省電、儲能和產生強磁場,有些場合無法替代,但無線輸電更多是為了生活和生產方便吧。
另:除非打算以後走科研,否則真心不推薦做超導應用方面的研究,找工作好費勁╮(╯▽╰)╭


哈士奇謝邀。
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題主說,無線電能傳輸技術和超導技術都會帶來電力傳輸的革命性變化,這是毫無疑問的。兩者都很有前景,而且相互不衝突。如果再加上可控核聚變技術,這三種東西足以把地球人帶進下一個技術時代。
可控核聚變帶來無窮無盡的電能(發電),超導技術消除了輸電過程中的線路損耗(輸電),無線電能傳輸技術讓插座和電池永遠的變成博物館裡上一個技術時代的剪影(終端用電)。
我想,每一隻電氣汪,都很期待這三種技術成熟的應用於商業的那一天。

可是(此處應有心碎聲),不管是可控核聚變、超導技術還是無線電能傳輸技術,現在都是鏡花水月。
我們學院有個課題在搞無線充電的電瓶車。我閑的胃疼的時候就會去那邊轉轉,看看他們的研究。目前來說,給一輛沒電的電動自行車充滿電平均大概需要兩個鐘頭,效率不到75%。除了不用電源線之外,跟普通的電動自行車比起來完全沒有優勢。相反,效率要比普通自行車低得多了。
設想中的無線電能傳輸,是製造一個像wifi一樣的電源,調製一定頻率的電磁波在電源周圍形成一個充滿能量的電磁場。無數個電源就有無數個場,相互疊加覆蓋著整個城市。人們的用電器依靠線圈從這個電磁場裡面汲取電能。
這個夢想還實現不了,因為沒有哪個傻瓜會幹這種缺心眼的事。構建能量場所消耗掉的電能遠遠超過用電器消耗掉的,而絕大多數的能量都以電磁波的形式散逸。
所以,現在的無線電能傳輸,大多不是構建整個能量場,而是用高頻電磁波定向的發射能量,然後在一定距離和角度內用線圈接收。我們學院的課題就是這麼做的。
問題沒有解決,定向的發射電能確實提高了效率,但是一個無線電源只能給一個電器供電,還有考慮到距離限制,也跟電源線差別不大了。而且電感線圈的製造非常困難,稍有偏差,在接受電能的時候諧振就會出各種奇怪的情況。
還有個干擾的問題,空間中的其他電磁波對諧振有些影響,哥的師兄正在糾結這個問題。另外無線電源發射的電磁波是個電磁污染源。要是在射電望遠鏡旁邊弄個這玩意,天文台的不打死你才有鬼。
其實,偷偷的說(別告訴我師兄),我個人對無線輸電解決上面這些問題沒什麼信心。無線電能傳輸的設想提出快兩個世紀了,我們幾乎沒怎麼前進。除非當人們擁有了幾乎無限的電能,也就是可控核聚變商業化之後。那時,電能使用的效率讓步於便捷,無線輸電技術一定會迅速的普及並且消滅電源寫,就像寬頻消滅撥號一樣。

超導技術的概念比無線電能傳輸晚很多。人們發現,當一些導體的溫度下降到一定溫度之後,導體的電阻就消失了。這種現象就叫做超導。用超導材料做的線圈,很小的電壓就能激發起極大的磁場。如果用在輸電線上,那麼對電力系統而言簡直就是天翻地覆的變化。沒有線路損耗,不用考慮配電距離……哥的供配電教科書估計除了名字以外都得重寫吧……
但是(怎麼又是但是……),這一美好的構想還實現不了,因為大部分導體都需要降溫到一個令人髮指的程度才肯變身超導體。所以超導的研究現在很大程度上就是努力尋找高溫超導體。這裡的高溫並不是說很高的溫度下就具有超導現象,而是比起以前現在低的沒那麼令人髮指了。1993年,法國人發現了135K,也就是零下138攝氏度條件下就能變成超導體的材料。二十多年後的今天,超導溫度已經提高到150+左右了。
等找到能在300-350K溫度範圍內超導的材料之後,再想辦法降低製造成本,拿來做電力系統的輸電線……擦擦口水,畫面太美。
但在高溫超導體符合室溫超導且成本低廉的要求之前,大規模的實現超導輸電,基本上不可能。

最後寫寫可控核聚變吧。永遠的五十年已經是一個笑話了。氫彈爆炸沒多久我們這些愚蠢的地球人就開始研究可控核聚變,然後大言不慚的把五十年後成功寫到教科書里。然後我初中那會,教科書上還是五十年後(部分謙虛的表述為21世紀中葉),估計我兒子讀書也得是五十年後(大概部分謙虛的表述為21世紀後半葉)。
沒有嫌棄研究可控核聚變的人的意思。這項技術是人類智慧的巔峰,從鑽木取火開始的文明居然開始研究製造「小恆星」,本來就是個奇蹟。
可控核聚變的難點在於,聚變的條件,比如高溫高壓,就是難以想像的高溫高壓而不是超導體的那個高溫。這樣的溫度會汽化任何材料(不知道汽化一詞對不對,應該已經電離了吧……)。目前的解決方法有托卡馬克和激光等等。已經能夠做到輸出能量大於輸入能量,發電什麼的還得等個五十年左右……
第一次讀到科研狗驕傲的宣布「我們已經可以做到核聚變輸出能量大於輸入能量」的時候,不知道為什麼,心好塞……原來過去的幾十年,可控核聚變在實驗室里在能量上都是虧本買賣……
國際上有個叫ITER的項目,就是國際合作研究可控核聚變的,印象中知乎上好像還有參與者。誰認識的,幫我@出來。真心的祝願他們早日有所突破,這項技術會一夜間改變整個世界。


無線能量傳輸,其實是一個很平常的現象,特別是在光頻段,大家都知道兩個開放的相同的諧振腔很容易實現場的耦合,從而實現能量的無線傳輸。無線能量傳輸在物理層次上已經沒什麼好研究了,也就是說它已經非常成熟了,所以現在開始商用。

超導是未來科技,裡面有很深的物理。它還處於嬰兒階段。它不僅僅表現在對直流電能的無損傳輸,它的另外一個特性是抗磁性,這兩者是分開的,不能用其中的一個特性去解釋另外一個特性。

我個人覺得超導是具有劃時代的意義。無線傳輸根本無法與它相提並論。


一勞永逸解決人類能源問題的兩個終極解決方案:
1、戴森環/戴森泡+長程無線輸電技術
某種程度上可以視作將太陽作為引力聚變電站,利用恆星軌道上廣泛分布的太陽能電站提供近乎無盡的能源。可以預見的難點有i、太陽能電池的轉化效率,材料在太空環境下的穩定性;ii、無線輸電的損耗以及對於環境的影響,尤其是複雜氣候條件下的穩定性;iii、現有航天技術導致的巨大成本問題。

2、可控核聚變+室溫超導
可以想見,這個解決方案相對戴森環對現有工業能力友好得多,但可控聚變和室溫超導的能否實現還完全沒譜。
最悲觀的情況是聚變完全實現不了,超導臨界溫度也不再有大的變化,隨著製備工藝的成熟導致的成本下降會使電力輸送出現常規導線、超導線路並存的格局,總體用電成本會略有下降。
比較樂觀的情況是聚變發電幾乎無規模限制,但單一的電站體量龐大,每個大洲只能(也只需要)維繫一個發電站的運行,高臨界電流的室溫超導輸電網將電力配送到各國,在這種極低成本的能源衝擊下傳統發電設備基本可轉為應急、臨時調控用。
最樂觀的情況是聚變發電小型化,一個城市一個電站,那超導、無線輸電就沒有存在的必要了,新
的農業方式是一座座50層的大樓里每層種著享受24小時日照的農作物……(原諒我這種金鋤頭鋤地式的想像吧)

不過要說前景的話,短期內無線輸電可能屬於奢侈品範疇,而銅基超導肯定會有越來越多的應用,主要是短距離(幾十公里量級)大功率,如工業用電、粒子對撞機這類。
要是絕熱或冷卻技術有什麼突破的話長距離大功率也是有希望的,到時候電廠可以移到能源產地附近,環境問題也可能大大改善,保守樂觀地講,私以為這是最有可能發生的革命了。


謝邀,作為一名搞逆變器的碩士生,表示對超導完全不懂,無線充電本來也不是我的研究方向。但我們學校有位做無線充電的大牛——陳乾宏老師,耳濡目染下,對無線充電還是有些了解的,特來拋磚引玉。

首先談談前景,必須承認,無線充電是一項極為有前景的技術,這門技術即使在沒有完全成熟的情況下,也已經在工業界得到了一定範圍內的試點和應用,不多說了,直接放新聞鏈接:

中興自主研發汽車無線充電技術 首次用於公交領域:中興自主研發汽車無線充電技術 首次用於公交領域

我校自動化學院陳乾宏教授所研發的大功率無線充電技術應用於國內首條無線充電線路:http://cae.nuaa.edu.cn/news_view.asp?newsid=3169

第二談談技術,希望我的這篇回答能為想了解無線充電的童鞋做個科普。

目前無線充電常用的手段有微波無線充電,電磁感應式無線充電,電磁共振式無線充電。由於微波無線充電工作頻率高,對生態影響較大,而且效率低(不到38%)。因此這裡僅討論電磁感應式無線充電和電磁共振式無線充電。

對於電磁感應式無線充電,其原理相當簡單有木有!就是將電力電子變換器拓撲中的變壓器拆開來作為無線充電的一次側和二次側,電路拓撲如下

可以認為電磁感應式無線充電電路和傳統的電力電子變換器沒啥不同,只是其中變壓器的氣隙很大,大到了令人髮指的地步,具體數量級呢?給個數據,我們一般做變換器,變壓器的氣隙一般在幾個毫米左右,基本不會超過1cm。而無線充電呢?10cm以上(廢話你要做無線氣隙當然要距離長了。。。。),由於氣隙過大,使得變壓器原副邊的耦合係數很低,原邊建立的磁場有相當一部分耦合不到副邊,從氣隙中以漏磁的形式跑掉了(見下圖)


導致變壓器的效率非常低,所以說,電磁感應式無線充電研究最重要的研究課題之一就是怎樣提高這類非接觸變壓器的效率,為此,有學者提出了各種磁芯結構和繞組的繞制方法,這裡就不細講啦(當然真正的原因是我也不太懂,有興趣的可以上知網或者IEEE搜索陳老師的論文哈)

那麼電磁共振式呢?表面上和電磁感應式很像,但其中最大的不同就是它不需要變壓器很強的耦合就能達到比較高的效率,正好完美解決了電磁感應式的最大弱點(完全顛覆了有木有!),下面給出日本開發的電磁共振無線充電,可以看到,兩個線圈都完全垂直了啊!那耦合得多低!但是利用電磁共振仍然能在副邊點亮一個燈泡,相當炫酷。


電磁共振式的大概原理是(真只能大概說說了,我對其完全不懂),是要求原副邊兩個線圈的固有諧振頻率嚴格相等,當電壓激勵頻率等於其諧振頻率時(即發生共振),就能獲得比較好的電能傳輸效果。至於共振式應用的最大困難就是理論還不太成熟,現有的理論模型往往存在這樣那樣的缺陷,不能和實際實驗結果完全match,也就難以指導實際工程設計。

對電磁感應式無線充電和電磁共振式無線充電而言。我個人覺得電磁感應式在近期應用到工程上更現實些(事實上確實已經有不少應用了),但由於非接觸變壓器的固有弱點,傳輸距離是個硬傷(能想像一個氣隙為100m的變壓器的傳輸效率么?),採用這種方法幾乎不可能實現遠距離充電。當然在本來就不需要遠距離充電的場合(比如電動汽車的無線充電),這種技術還是很有優勢的。至於在未來,我更看好電磁共振式,我覺得當其理論有較大突破後,其應用應該也會有一個飛躍。當然這要求更多scientist加入進來了,engineer的理論是硬傷啊~

一家之言,拋磚引玉哈,貌似 @李啟帆 就是搞 wireless
charging的,不知道願不願意寫個答案?


參考文獻

曹玲玲,陳乾宏 ,任小永 ,阮新波. 電動汽車高效率無線充電技術的研究進展,電工技術學報


必須超導。

我們的手機為什麼要不停的充電?全是因為現在的電池太屎了。無線充電帶來的便捷性+高電能損耗,遠遠比不上超大容量快速充電電容電池帶來的便捷性+低損耗,只要這玩意商業化,提高無線充電傳輸距離就成了雞肋。

至於遠距離大規模無線輸電,我想還是等本世紀末吧,在同步軌道上架上一圈超薄的太陽光反射膜,或者直接的光電板,轉換成電能之後,利用7HZ大氣電離層共振,實現全球傳輸。說不定我們可以活著看到。

至於超導,它的廣泛應用決定了它是沒有替代方案的。作為輸電材料,大概是性價比最低的一種應用吧。

# 量子計算機大概是少不了它的,可以做成很好的電磁屏蔽層,防止量子態由於環境影響退相干。

#智能機器人大概是少不了它的,超級微電容+碳納米管=超強人造肌肉纖維啊。

#大功率輸出電動機,未來電能汽車必須要它啊,要不怎麼開得比布加迪快呢?各種各樣的電器必須要它啊,還有符合人體工程力學的多點超強振動的,那啥......

#未來懸浮汽車,必須要它做路面啊,是不是?

#連接幾個大陸的超音速單廂電車,必須是它啊,對吧?

#在喜馬拉雅山脈修一條太空梭長距離電磁發射軌道,必須要它啊,對不對?要不怎麼把發射成本降低95%,好讓你們這些秀恩愛的飛到近地軌道表白順便體驗無重力啪啪啪,解鎖100個新體位有沒有????


我就想問一個問題:wifi已經這麼好用了咱們為啥還要光纖...
超導輸電,無線充電才是比較好的配置


看到上面有很多人提到無線輸電技術的電磁輻射對人健康的影響問題,那麼我想請問,可見光頻率以下的電磁波對人的健康真的有公眾所恐懼的那麼大影響嗎(相比較可見光而言)?有理論依據嗎?有大樣本隨機雙盲實驗證實嗎?
無線輸電技術我認為最主要是解決傳輸效率問題。一方面,無線輸電技術所使用的載體應該就是電磁波了,大多數電磁波的發射方式是沒有固定方向的,這就導致傳輸的能量會和距離的平方成反比。基於這個原因,要麼無線輸電距離特別短(現在搞的很多無線充電就是這樣),要麼距離長想提高傳輸中的效率就不得不採用激光的方式,也就是有固定方向的電磁波(或者是把可見光頻率以下的電磁波也搞成和激光機理相同),那麼問題來了,發電端和受電端之間要是出現遮擋怎麼辦?另一方面,無線輸電你用的介質是空氣吧,電磁波在空氣中會衰減,即便是選擇了特定頻率衰減速度慢也會如此。最後一方面就是future energy提到的氣隙大所導致的漏磁,而漏磁會導致能量衰減。基於這些原因,我覺得在地球上搞無線充電可行,搞無線輸電還是上太空吧,那裡不容易遮擋,傳輸效率較高。
還有超導,最主要是找到常溫下的超導材料。目前的超導材料成本高且工作溫度很低,如果真能發現這種材料那可就是大革命了。


個人認為都沒什麼發展前途,還是老老實實搞特高壓直流輸電吧


兩項技術都是非常革命性的,但是超導技術因為高溫超導材料的原因,目前幾乎不可能商業化。無線電能傳輸原理提出來都100多年了,說實話,原理沒有變過,但材料和工藝技術還是有巨大進步的,最主要的是,最近幾十年來,用電的應用場景發生了天翻地覆的改變,讓無線電能傳輸技術在「最後一公里」被迫切的需要,目前的狀態已經是 成熟的技術+特定用電場景就像乾柴和烈火一樣。至於前面說的「用電的應用場景發生了天翻地覆的改變」,到底有哪些呢?稍微列舉一下,手機等攜帶型設備、智能機器人、無人機、極限環境供電(比如深油井下感測器供電)等等,將無線充電和供電應用在「最後一公里」將是極大的方便,而且沒有危害,因為可以將磁場控制在一定範圍,超出範圍強度急劇減小,試想一下,廚房裡再也沒有骯髒的線路,機器人發現自己沒電了,自動行駛到充電區域,無人機沒電了飛到充電區域充滿之後又重新工作,安裝起搏器的患者不用擔心因為沒電需要做二次手術,直接坐在椅子上充會電就好等等。應該說目前的技術在上面的場景中應用已經成熟,但是行業的興起需要很多人的努力,畢竟人的習慣要改變是很難的。在這裡要糾正一下有些人的誤區,無線電能傳輸並不一定要完全取代有線才算成功。


講兩個事,
1 韓國首爾搞了一條商業實用化的超導電纜,用管道電纜給市中心供電。他們號稱世界第一條,是不是第一不確定。

2 美國的中長期科研規劃,無線傳輸電力是一個核心, 預計2050年,使用3~4個太空太陽能發電衛星,通過無線向地面接收站輸電,最多可以滿足美國3/4的用電。

15樓答主學校貌似很強,因為去年的科技簡報數據,無線輸電效率還不到40%,他們實驗室能做到75%,相當厲害。

個人看法,
1、超導電纜現在不是技術問題,甚至不是工程,而是商業問題。
2、近距離無線輸電看似美好,實際沒什麼太好的商業痛點。
3、核能開發技術近期(5年)是沒什麼環境的, 頁岩氣,風電,太陽能發展速度很快,國際上對未來能源發展持極度樂觀的態度。日本的事情讓核電現在處在一個很尷尬的地位。 核電市場萎縮,未來一段時間應該是核電研發的一個低谷期。當然我個人意見是中長期而言,核電作為高密度能源,是非常重要的技術。
4、太空無線輸電是屠龍之技,這個搞定真的太猛。


當然是超導啊。。。超導又不是主要用來輸電的。尖端的sensor大部分都是利用了超導的性質,大到太空望遠鏡,小到樣品精密檢測,現代高精設備很大程度上依賴於超導(主要是航天)。google在UCSB投資的量子計算機實驗組也是用的超導計算。現代condense matter實驗室哪個不涉及超導的?而且超導的理論還不完備,還有大量的研究空間,任何超導的進步都是革命性的。

而無線輸電只不過是技術罷了。

不過話說回來,超導輸電目前看來不太現實,超導條件離大規模配備差的太遠。現在的高溫超導研究基本都不是以供電為目的的。只是這些事情離普通人太遠,大家只能看到最終應用在日常生活中的技術成果,所以多數人只關心輸電問題罷了


技術的話:超導,前景無限,潛力尚未發揮出來;

產品的話,無線輸電.

  遠距:微波輸電,激光輸電

  短距:RFID,互感線圈

都可以產業化.


無線輸電不懂,超導的核心是克服超低溫,還有建立一套廣泛的理論加速研究(BCS在超低溫下才成立)


謝邀。。這兩者用途不一樣的,超導技術是輸電網的技術,而無線供電多在用電側。超導技術目前的瓶頸在於成本和穩定性,超導技術如果真能取得突破進展,那不光是電力,整個人類的科技都會大踏步前進。我不看好無線供電技術,功率和安全是難以保證的。


從感情上看,個人感覺常溫下,可實現商運超導難度太大了,這已經不滿足基本的歐姆定律了。無線輸電如果採用電磁感應原理的話,效率和輻射可能都會有問題。但實際上,大家談到的無線輸電,其實都默認的是特斯拉的電磁感應無線充電。誰也不敢保證沒有其他的無線技術。比如利用激光的高能量定向聚集的特點,研製更高效率的光電轉化材料。至少可以解決輻射的問題。如果配合可控核聚變的發展,估計就能實現三體中描繪的無線輸電場景了。


我感覺兩種技術都存在極大的問題。
無限輸電要真正實現,有兩個問題必須要克服。第一是如何保證在輸電過程中效率不會打折扣。第二個問題是,在輸電過程中會不會對周邊的人和環境造成電磁污染。
超導目前最致命的問題是很難在常溫下實現,雖然現在有很多物理學家專註於高溫超導,但這裡的高溫在我們一般人的眼裡只能算是低溫,要真正實現在室溫下進行超導運輸理論、實驗和工程方面都有相當長的路要走。
但是如果說要在二者中間找到一個有發展前景的,個人感覺還是超導吧。雖然輸電存在問題,但是有關超導應用方面的開發卻層出不窮,最常見如核磁共振儀中就需要超導體製作的器件,未來這樣的超導應用產品還將越來越多。
希望你對我的回答滿意。


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