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1、 本科生毕业论文（设计）题 目： 微波输电技术应用的展望 姓 名： 学 号： * 系 别： *系 年 级: *物本 专 业： 物理学 指导教师 * 职称： 讲师 22011 年 5 月 8 日摘 要文章简单介绍微波输电的原理，并对微波输电在将来生产生活中的运用作设想， 简要叙述了卫星太阳能电站的概念,特别强调了微波输电技术和建造卫星太阳能电站的科学技术意义和深远的战略意义; 展望其在倡导低碳生活和节约资源的将来的广阔前景。输电技术的发展与发电、用电及整个社会的发展和要求密切相关，并且相互促进。随着各项基础理论技术的发展、可再生能源全面开发和电力市场的发展与完善，对廉价高品质电能和电网运行及用电
2、的灵活可靠性要求进一步提高，微波输电方式将会在其适合的领域得到充分的发展。关键词：微波 输电 卫星太阳能电站 ABSTRACTThis paper gives a brief introduction of microwave transmission of microwave transmission principle, and the application of production and life in the future for ideas, briefly discusses the concept of satellite solar power, with particu
3、lar emphasis on the microwave transmission technology and build the satellite solar power science and technology meaning and profound strategic significance; Forecast its in advocating low carbon life and save resources future and broad prospects. Transmission technology development and power, elect
4、ricity and the whole society is closely related to the development and requirements, and promote each other. Along with the development of technology, basic theory and overall development of renewable energy to power market development and perfection of cheap, high quality power and power grid opera
5、tion and the flexible electricity requirement of reliability 3further improved, and microwave transmission system will be in its suit of the areas to be fully development.Keywords: microwave transmission SSPS Satellite Solar Power Station目目 录录1 1、 前前 言言12 2、微波输电原理、微波输电原理12.1 微波电能传输技术的发展历程 12.2 微波电能传
6、输的原理 22.3 微波输电的研究进展 33 3、微波输电的研究与应用展望微波输电的研究与应用展望 53.1 微波输电的优势53.2 运用微波输电技术建卫星太阳能电站 63.2.1 什么是卫星太阳能电站 63.2.2 建造卫星太阳能电站技术经济性估价73.2.3 卫星太阳能电站的微波传输系统 73.2.4 卫星太阳能电站的几个问题 84 4、结束语、结束语9 致致 谢谢 11 参考文献参考文献 12 注注 释释 13411 1、前言、前言自从 1882 年法国人德普勒首次实现第一条直流输电线把电力送到 57 km 远的慕尼黑国际博览会驱动水泵电动机，1891 年第 1 条三相交流高压输电线在德
7、国劳奋一法兰克福竣工以来，开始了电力系统的传统直流和交流输电一个多世纪的应用和发展，至今已形成较完善的高压直流输电(high-voltage direct current 高压直流(电) 简称：HVDC)和交流输电(high-voltage alternating current 高压交流电 简称：HVAC)技术5【文献5】。但人类在这一个人多世纪以来，输电的媒介都是使用金属导线，传统的铜、铝导线传输电能的方式有众多缺点，一是传统的输电方式造价高，铜、铝都是较昂贵的金属，架设输电线路势必需要大量的金属导线及配套的铁塔、电杆；二是在金属导线传输过程中会造成大量的能量损失，电能在输送过程中一部分转
8、换成热量浪费掉；三是架设输电线路需要大量的人力物力，并会浪费许多宝贵的土地资源；四是随着各种新能源的开发、不同负荷对电力需求的多样化和技术、经济、环境等多方面的要求及传统HVDC 和 HVAC 本身所固有的特性，使它们不能适应所有输电场合，于是多种新型输电方式的概念和技术被提出并得到积极地研究。微波输电5(Microwave Power Transmission，MWPT)就是其中一种。发展微波输电技术可以减少大量的电能传输设备的建设，在解决传输效率后输电的损耗也将大大改善，由此将会在节约能源、节约资源方面为国家做出不可估量的贡献。发展微波输电的意义在于：(1)在宇宙空间，微波是理想的传输媒介
9、，它通过地球大气层时，损耗很低，仅为2左右。微波输电使电力发、送、供、用的结构变得简单，不再向传统方式那般繁琐。(2)能改变因能源分布不均衡造成的输电不经济、不合理的状况，弥补地面电站、电网的分布不足，例如沙漠、海岛、偏僻的山区、待开发的南极大陆和北冰洋等，微波传送可为这些地方供电。可在地球上空的静止轨道上建设定点卫星电站，充分利用太阳能发电，减少二氧化碳排放，有利于环境保护。2 2、微波输电原理、微波输电原理2.1 微波电能传输技术的发展历程初创阶段最早产生微波输能设想的是尼古拉特斯拉(Nikola Tesla) ,因而有人称之为微波电能传输之父。1890年,特斯拉就做了微波电能传输试验。特
10、斯拉构想的微波电能传输方法是把地球作为内导体,把地球电离层作为外导体,通过放大发射机以径向电磁波振荡模式,在地球与电离层之间建立起大约8 Hz的低频共振,利用环绕地球的表面电磁波来2传输能量。最终因财力不足,特斯拉的大胆构想没能实现。其后,古博(Goubau) 、施瓦固( Sohweing)等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100%的传输效率,并随后在反射波束导波系统上得到了验证。发展阶段20世纪20年代中期,日本的H. Yagi和S. Uda发明了可用于微波电能传输的定向天线,又称为八木- 宇田天线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的布朗(W. C. Brown)做了
11、大量的微波电能传输研究工作,从而奠定了微波电能传输的实验基础,使这一概念变成了现实。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线,将频率2. 45GHz的微波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用GaAs - Pt肖特基势垒二极管,用铝条构造半波电偶极子和传输线,输入微波的功率为8W,获得了90. 6%的微波直流电整流效率。后来改用印刷薄膜,在频率2. 45 GHz时效率达到了85%。自从Brown实验获得成功以后,人们开始对微波电能传输技术产生了兴趣。喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30 kW的微波无线输送1. 6 km,微波直流的转换效率达83 %。19
12、91年,华盛顿ARCO电力技术公司使用频率35 GHz的毫米波,整流天线的转换效率为72 %。1998年, 5. 8 GHz印刷电偶极子整流天线阵转换效率为82%。前苏联在微波电能传输方面也进行了大量的研究。莫斯科大学与微波公司合作,研制出了一系列微波电能传输器件,其中包括微波电能传输的关键器件快回旋电子束波微波整流器 。近几年, 微波电能传输发展更是迅速。Wildcharge 、Powercast、Sp lashPower、东京大学,相继开发出非接触式充电器。M IT在2007年6月宣布,利用电磁共振成功地点亮了一个离电源约2 m远的60W电灯泡,这项技术被称为WiTricity（无线电力）
13、。该研究小组在实验中使用了两个直径为50 cm的铜线圈,通过调整发射频率使两个线圈在10MHz产生共振,从而成功点亮了距离电力发射端2 m以外的一盏60W灯泡。2.2、微波电能传输的原理所谓微波输电(W ireless Power Transmission,简称WPT) 2,就是用微波源把直流电转变为微波,然后由天线发射出去;大功率的电磁射束通过自由空间后被接收天线收集,经微波整流器后重新转变为直流电。它的实质就是用微波束来代替输电导线,通过自由空间把电能从一处输送到另一处。如：图13（图（图1 1）上世纪60年代,William C. Brown向世人展示的微波传输电能系统。该微波传输系统包
14、括微波源、发射天线、接受天线3部分。微波源内有磁控管,能控制源在2. 45 GHz频段输出5200W的功率;微波源输出的能量通过同轴电缆连接至和波导管之间的适配器上;亚铁酸盐的循环器连接在波导管上,使波导管和发射天线相匹配。发射天线包含8 个部分,每个部分上都有8 个缝隙。这64个缝隙均匀的向外发射电磁波。这种开孔的波导天线很适合用于微波电能传输,因为它有高达95%的孔径效率和很高的能量捕捉能力。硅控整流二极管天线用来收集微波并把它转换成直流电,在布朗展示的系统中该接受天线拥有25%的收集和转换效率,这种天线在2. 45GHz测试时曾经达到甚至超过90%的效率。传输距离比较远之后,增强天线的方向性和效率会十分困难。2.3微波输电的研究进展早在100年前,特斯拉用工作电压100MV、频率150 kHz的电磁波发生器产生非定向电磁辐射,成功地点亮了两盏白炽灯。这就是最初的微波输电实验室演示,从那时起微波输电
