遠程無線電力傳輸聽起來像是尼古拉·特斯拉不太成功的夢想中的科幻小說。想象一下，如果電力可以在沒有電纜的情況下到達任何地方，我們可能會擁有什么樣的可能性。雷達和先進材料技術的發展使這項技術能夠遠距離傳輸。新西蘭初創公司 Emrod 通過與新西蘭配電公司 Powerco 合作開發了一個更大的原型系統，并在今年年初測試了該技術，從而實現了工業用例。使用 Emrod 專有的波束形成技術、超材料和整流天線，通過電磁波長距離傳輸能量。

在接受 EE Times 采訪時，Emrod 的首席執行官 Greg Kushnir 解釋了 Emrod 的無線系統如何通過將電能轉換為微波能量來工作，然后微波能量被塑造成準直光束，并通過空氣直接從發射天線發送到接收天線。當到達接收天線時，電磁能被轉換回電能供消費者使用。據該公司稱，這項技術可以升級為以無線方式遠距離傳輸 kW 的電力。

“在成功完成可行性研究以確認該技術的可行性后，Emrod 于 2019 年注冊為一家公司。該公司隨后展示了一個概念驗證系統，目前正在室內設施中進行測試，然后進行計劃的現場試驗。Emrod 是一個由 10 人組成的團隊，但計劃在未來 12 個月內大幅增長，以支持現場試點項目的實施、持續的研發和商業化，”Kushnir 說

圖 1：Emrod 的團隊

特斯拉科技

自 1890 年代以來，尼古拉·特斯拉( Nikola Tesla)在研究他的“特斯拉線圈”變壓器電路時一直在考慮無線能源，該變壓器電路可產生交流電。

1899 年，特斯拉在科羅拉多斯普林斯進行了第一個真正的無線電力實驗。他在谷倉式結構內建造了一個強大的振蕩器，木塔頂部是一根 40 米長的金屬桿，頂部有一個銅球。發明者證明了他可以從 3 公里（2 英里）以外的地方為燈泡供電。他的“特斯拉線圈”完美成功，但實驗燒毀了科羅拉多斯普林斯電力公司的發電機，讓整個社區陷入黑暗（圖 1）。

圖 2：特斯拉 1899 年在科羅拉多斯普林斯進行實驗時使用的“塔式谷倉”

“我認為任何對無線技術感興趣的人都對 Nikola Tesla 的工作深表贊賞。他的工作對我們今天享受的大部分無線通信技術都有幫助，”庫什尼爾說。

庫什尼爾指出，埃姆羅德無線系統背后的科學和技術與特斯拉提出的有很大不同。Emrod 可以通過兩種技術保持光束緊密和聚焦。第一個與由小型無線電元件和單波模式組成的傳輸有關，以創建平行排列的準直光束。第二個與可與這些無線電波有效相互作用的專有超材料有關。

“它必須是為了實現功率水平和效率水平，使其適用于我們關注的用例。例如，特斯拉的系統以一種被描述為全向的方式傳輸能量，這意味著它向所有方向發射能量。Emrod 的系統使用聚焦的單向波束，將功率直接從一個天線發送到另一個天線。我們還開發了無源繼電器來擴展我們系統的范圍和內置的新安全系統（圖 3），”Kushnir 說。

他補充說：“我們使用的天線設計、超材料和中繼技術至關重要，因為它們使我們能夠實現一定水平的性能，即效率水平、可靠性和距離。系統中內置的安全考慮對于將系統用于商業目的也是必要的。”

圖 3：Emrod 的架構

埃姆羅德的目標

這項技術（通過微波進行無線能量傳輸）已經存在了幾十年。但要使其在商業上可行，就必須最大限度地減少能量損失。庫什尼爾強調了近年來發展的超材料的使用如何產生影響。

Emrod 的技術旨在提供一種新的方式，將電力輸送到農村地區通常電氣化差距最大的地方，而且這些地方無法負擔支持電網的基礎設施。他們的天線充當為客戶提供電力的電纜。這些天線將位于所有可以使用可再生能源的多風和陽光充足的地方。該系統可在所有天氣條件下工作，傳輸距離僅受每個天線之間的視線限制。

在困難地形上無線傳輸能量消除了對傳統電線桿和線路的需求，就像蜂窩基站一樣。Emrod 的系統使用一對天線在電源點和基站之間提供無線點對點連接。庫什尼爾指出，在太平洋島嶼，電力成本非常昂貴，使用可再生能源不得不挑戰基礎設施成本問題。使用 Emrod 的無線遠程能源技術，可以減少對柴油發電機的依賴，為偏遠社區提供電力，從而降低成本。

“目前，Emrod 系統在經濟上可行的用例是鋪設和維護電力線基礎設施將是困難和昂貴的，例如跨越水道、森林或有爭議的地點。我們正在規劃我們的第一個內場試點項目，該項目將部署在新西蘭，目的是從一個新的太陽能發電場傳輸電力以滿足該地區商業客戶的需求，”Kushnir 說。

EMROD 的技術使用發射天線、一系列中繼器和接收整流天線（一種能夠將微波能量轉換為電能的整流天線）。這些組件中的每一個都顯示為安裝在適當結構上的方形面板。面板的表面積越大，傳輸功率就越大，可以覆蓋的距離也就越遠。

“使用 Emrod 的系統，只要發射和接收天線之間有視線，典型用例中的無線傳輸距離可達 40 公里。這可以使用無源繼電器進行擴展。目前，放大器的可用半導體技術將天線功率密度的上限設置為每平方米 10kW 左右。”

圖 4：Emrod 的技術

這家初創公司還考慮了在緊急情況下（例如意外停電）使用無線電力的可能性。一輛卡車可以配備一個整流天線，然后駛入中繼器的可視范圍內，以建立臨時的無線電源連接。??

Emrod 在整個開發過程中與新西蘭的頻譜管理機構合作，并將確保整個技術符合安全標準。Emrod 使用工業、科學和醫療 (ISM) 頻段的功率并保持低功率密度。

Emrod 的點對點傳輸意味著功率直接在兩點之間輻射。光束周圍沒有輻射，高壓電纜傳輸就是這種情況。低功率安全激光器確保傳輸光束在任何瞬態物體（例如鳥類或直升機）到達主光束之前立即關閉，確保它只接觸清潔空氣。

審核編輯 黃昊宇