激光输电——通往未来的供能技术

自从电被发明并广泛推向生产生活应用以来，如何寻找一种高效的输电方式，尽可能降低长距离传输时候的损耗，是电力部门和研究者关注的焦点之一。我国特高压传输技术在世界范围内较为领先，然而传输过程中仍有2％－7％（根据距离不等而异）的损耗率，这是一笔不容忽视的损失。

能量的无线传输思想，最先由塞尔维亚科学家尼古拉特斯拉（Nikola Tesla）于100年前提出，而激光有能力携带极高的能量，方向十分单一，理论上可以符合长距离传输的需求。就像太阳光可以为电路板充电，激光作为一种远距离传输手段不仅输出功率大，而且可以随时随地进行，不受充电线的约束，具有无可比拟的优势。

1992年，美国ABB公司率先开展了激光供能技术的相关研究，实现了高压线路的电路监测，并逐渐取代传统的CT取点电流互感器。而美国国防部和美国国家航空航天局也意识到，如果能让卫星和无人机通过激光供能，可以实现更长时间的续航执行更多任务，换言之，激光在军事和航天中有着空前的可能性，因此一些列激光卫星功能的相关技术研究就此开展。

1997年，日本N．Kawashima等人开展了利用激光能量传输给月球火山底探测的机器人（ROVER）供能的实验。由于火山内部没有太阳光照，只能在火山口接收太阳光转换成激光，传输到火山底部给Rover供能。该传输系统激光器输出功率为60W，传输距离为1000m，成功驱动10W机器人运行，光电转换效率约为20％。

2005年，美国国家航空航天局马歇尔空间飞行中心取得突破，首次用功率为500 W、波长为940nm 的激光器对15m外的微型飞行器提供6W的电能，让飞行器运作了15min。2013年，美国海军实验室成功用2kW 的激光器给40m外的无人机远程供电。

一套完整的激光能量传输系统主要由三个模块构成，即激光发射模块、激光传输模块和激光－电能转换模块。其中激光器和光伏电池的效率，是整个激光能量系统的核心，如何让激光能量经过电—光—电的转换，尽可能减少大气衰减、光电转换衰减，是这一系统的关键指标。我国国防科技大学、南京航空航天大学、武汉大学、山东航天电子技术研究所等科研院所也开展了相关研究，以砷化镓、单晶硅等光伏电池实现了不同波长、距离的激光供电。

近年，日本、俄罗斯等国也正在关注激光输电的相关技术应用。

俄罗斯重点关注激光输电在航天方面的应用。2021年，俄罗斯“能源”火箭航天公司计划利用激光进行无线输电实验，为未来太空能源传输提供可行性测试。该太空实验代号“鹈鹕“，指的是航天器之间利用激光进行输电，这项实验已经被列入国际空间站俄罗斯部分的长期科学实验计划。目前光电转换器效率已经达到60％，因此，利用激光从一个航天器向另外一个航天器传递电能将非常有效。俄罗斯科学家对激光无线输电技术用于太空轨道上的卫星充电持乐观态度。

日本则主要将视野投向其生活应用。东京工业大学等机构正致力于研发民用化的“光无线充电”技术。利用电能发射激光，受到激光照射的物体再通过发电板将光能转化为电能，这样一来，不仅可以省去手机、家电配置充电线的麻烦，还可解决新能源汽车行驶途中需要定期停下来寻找充电桩充电的难题。

激光输电技术有着许多优势，也有着一些有待解决的问题。比如，现在用于输电的特高压线路不易接触到人体，而特高功率的激光依托空气传播，容易受到各种反射影响，一旦照射到人体可能带来严重危险。再比如，如何保证激光在不同的气候条件下传输效率稳定可靠、减少衰减，同时准确地传输到需要的设备接受器上，也有待跟踪和聚焦技术上的突破。总之，激光输电技术代表着未来的供能发展方向，有着广阔的应用空间。

来源：OFweek激光网