Emrod 实现了 Nikola Tesla 的梦想

远程无线电力传输听起来像是尼古拉·特斯拉不太成功的梦想中的科幻小说。想象一下，如果电力可以在没有电缆的情况下到达任何地方，我们可能会拥有什么样的可能性。雷达和先进材料技术的发展使这项技术能够远距离传输。新西兰初创公司 Emrod 通过与新西兰配电公司 Powerco 合作开发了一个更大的原型系统，并在今年年初测试了该技术，从而实现了工业用例。使用 Emrod 专有的波束形成技术、超材料和整流天线，通过电磁波长距离传输能量。

在接受 EE Times 采访时，Emrod 的首席执行官 Greg Kushnir 解释了 Emrod 的无线系统如何通过将电能转换为微波能量来工作，然后微波能量被塑造成准直光束，并通过空气直接从发射天线发送到接收天线。当到达接收天线时，电磁能被转换回电能供消费者使用。据该公司称，这项技术可以升级为以无线方式远距离传输 kW 的电力。

“在成功完成可行性研究以确认该技术的可行性后，Emrod 于 2019 年注册为一家公司。该公司随后展示了一个概念验证系统，目前正在室内设施中进行测试，然后进行计划的现场试验。Emrod 是一个由 10 人组成的团队，但计划在未来 12 个月内大幅增长，以支持现场试点项目的实施、持续的研发和商业化，”Kushnir 说

图 1：Emrod 的团队

特斯拉科技

自 1890 年代以来，尼古拉·特斯拉( Nikola Tesla)在研究他的“特斯拉线圈”变压器电路时一直在考虑无线能源，该变压器电路可产生交流电。

1899 年，特斯拉在科罗拉多斯普林斯进行了第一个真正的无线电力实验。他在谷仓式结构内建造了一个强大的振荡器，木塔顶部是一根 40 米长的金属杆，顶部有一个铜球。发明者证明了他可以从 3 公里（2 英里）以外的地方为灯泡供电。他的“特斯拉线圈”完美成功，但实验烧毁了科罗拉多斯普林斯电力公司的发电机，让整个社区陷入黑暗（图 1）。

图 2：特斯拉 1899 年在科罗拉多斯普林斯进行实验时使用的“塔式谷仓”

“我认为任何对无线技术感兴趣的人都对 Nikola Tesla 的工作深表赞赏。他的工作对我们今天享受的大部分无线通信技术都有帮助，”库什尼尔说。

库什尼尔指出，埃姆罗德无线系统背后的科学和技术与特斯拉提出的有很大不同。Emrod 可以通过两种技术保持光束紧密和聚焦。第一个与由小型无线电元件和单波模式组成的传输有关，以创建平行排列的准直光束。第二个与可与这些无线电波有效相互作用的专有超材料有关。

“它必须是为了实现功率水平和效率水平，使其适用于我们关注的用例。例如，特斯拉的系统以一种被描述为全向的方式传输能量，这意味着它向所有方向发射能量。Emrod 的系统使用聚焦的单向波束，将功率直接从一个天线发送到另一个天线。我们还开发了无源继电器来扩展我们系统的范围和内置的新安全系统（图 3），”Kushnir 说。

他补充说：“我们使用的天线设计、超材料和中继技术至关重要，因为它们使我们能够实现一定水平的性能，即效率水平、可靠性和距离。系统中内置的安全考虑对于将系统用于商业目的也是必要的。”

图 3：Emrod 的架构

埃姆罗德的目标

这项技术（通过微波进行无线能量传输）已经存在了几十年。但要使其在商业上可行，就必须最大限度地减少能量损失。库什尼尔强调了近年来发展的超材料的使用如何产生影响。

Emrod 的技术旨在提供一种新的方式，将电力输送到农村地区通常电气化差距最大的地方，而且这些地方无法负担支持电网的基础设施。他们的天线充当为客户提供电力的电缆。这些天线将位于所有可以使用可再生能源的多风和阳光充足的地方。该系统可在所有天气条件下工作，传输距离仅受每个天线之间的视线限制。

在困难地形上无线传输能量消除了对传统电线杆和线路的需求，就像蜂窝基站一样。Emrod 的系统使用一对天线在电源点和基站之间提供无线点对点连接。库什尼尔指出，在太平洋岛屿，电力成本非常昂贵，使用可再生能源不得不挑战基础设施成本问题。使用 Emrod 的无线远程能源技术，可以减少对柴油发电机的依赖，为偏远社区提供电力，从而降低成本。

“目前，Emrod 系统在经济上可行的用例是铺设和维护电力线基础设施将是困难和昂贵的，例如跨越水道、森林或有争议的地点。我们正在规划我们的第一个内场试点项目，该项目将部署在新西兰，目的是从一个新的太阳能发电场传输电力以满足该地区商业客户的需求，”Kushnir 说。

EMROD 的技术使用发射天线、一系列中继器和接收整流天线（一种能够将微波能量转换为电能的整流天线）。这些组件中的每一个都显示为安装在适当结构上的方形面板。面板的表面积越大，传输功率就越大，可以覆盖的距离也就越远。

“使用 Emrod 的系统，只要发射和接收天线之间有视线，典型用例中的无线传输距离可达 40 公里。这可以使用无源继电器进行扩展。目前，放大器的可用半导体技术将天线功率密度的上限设置为每平方米 10kW 左右。”

图 4：Emrod 的技术

这家初创公司还考虑了在紧急情况下（例如意外停电）使用无线电力的可能性。一辆卡车可以配备一个整流天线，然后驶入中继器的可视范围内，以建立临时的无线电源连接。  

Emrod 在整个开发过程中与新西兰的频谱管理机构合作，并将确保整个技术符合安全标准。Emrod 使用工业、科学和医疗 (ISM) 频段的功率并保持低功率密度。

Emrod 的点对点传输意味着功率直接在两点之间辐射。光束周围没有辐射，高压电缆传输就是这种情况。低功率安全激光器确保传输光束在任何瞬态物体（例如鸟类或直升机）到达主光束之前立即关闭，确保它只接触清洁空气。

审核编辑 黄昊宇