关于激光输电
看到了粗♂如手腕的高压输电缆,心想:这得消耗多少铜?为了地球的可持续发展为了…
好吧我承认没想这么多,今天看到了一根直径10mm左右的光纤,透过它我有了一个想法
为什么不用激光输电呢?
过程大意:电能→光能→电能
发电厂交流电首先转化为高压直流电,在经过一系列调制然后通入超高功率激光器
利用光纤的全反射性,可以把光能在途中损耗降为最低
经过长距离输电(输光?)后到达用户所在地附近,接下来利用一个水冷凸透镜把光调至光电效应板可承受范围内
其他:光纤价格大大低于可输送同功电能的电缆,可有效防止高压电缆与地面形成的高电势差损耗电能,安全性大幅度提升,防止不法分子偷电,可利用微电脑检测漏光并及时给激光器断电
上图。。280293

来自 江湖科学
2018-4-4 00:54:15
1楼
这个效率恐怕4%都困难 😂
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2楼
楼主的想法,在理想状态下是好的。但是传统输电方法如果在理想状态下。。。也很好啊。
事实却很不乐观。
电转换为光纤可以传输的光,效率很低。目前最高效率的光源,大约不到50%。
光在光纤中传输,损耗很大。想象一下几公里厚的玻璃就知道了。为了让光纤的传输损耗降下来,材料和工艺都有非常高明的考虑,以至于到了90年代后期,我国企业才掌握全部技术。即使采取周全的措施,光在几公里的光纤中,也会有很大的损耗,但是光接收机有较高的灵敏度,因此即使衰减10倍,也能够正常的接收。
光转换为电,又有很大的损失。目前最好的器件,效率也不到50%。
这样算下来,就真的如楼上所说了。
损失的能量都会变成热,所以光纤会发热。要想传送大功率,一样的需要很粗的光纤。

但是,这种方案并不是一无是处,在某些特殊的用途中,这就要根据实际的场景,来计算到底是用光纤传输合适,还是用其它方法合适。有的时候,真的需要用光纤。比如一些传感器,就可以用光纤提供能源,采集的数据也用同一根光纤传回来。

[修改于 1 年前 - 2018-04-04 11:53:37]

折叠评论
2
加载评论中,请稍候...
折叠评论
3楼
光纤的全反射性是建立在一定条件上的,这么粗的光纤是很难做全反射的,另一个就是脆弱,这么粗,还那么长,如何做到不断裂,还有就是沉重。
价格比金属导线高不知道到哪里去了
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
4楼
激光输电不是一无是处,如果建立太空发电的话,这个课题是值得研究的。现在很多人在做无线充电开发,其中一种就是光充电,具体来说是红外线太阳能电池板充电技术。 这种就是应用在无人机,机器人,手机,能源收集,都是一种趋势!!
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
5楼
引用 虎哥:
这样啊。。
那能不能用直管道(内部真空且镀全反射面,最大限度阻止衍射损耗)拐弯处加反射镜🤨
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
6楼
光电转换率不是很高。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
7楼
首先转换效率就不高,再者光纤的传输能量密度不高,需要更粗的线,理想条件下真空传输更合适,这个在外太空条件下更适合,但是能量密度高了,就成激光武器了。
折叠评论
2
加载评论中,请稍候...
折叠评论
8楼
1.远距离激光输送能量的效率远低于电缆

2.高压输电的电缆都是钢芯铝绞线,没有用铜的。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
9楼
克林贡人的技术
折叠评论
1
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-3-9 11:34:54
2019-3-9 11:34:54
10楼

然后就有人砍断线来当手电筒用。。?

折叠评论
1
加载评论中,请稍候...
折叠评论
11楼
引用: 发表于10 楼的内容:
然后就有人砍断线来当手电筒用。。?

当激光炮用

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
12楼

@召电脑检测漏光的喂

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-3-21 21:16:17
2019-3-21 21:16:17
13楼

我有一个小问题,您看到的直径10mm的东西,您确定是光纤而不是光缆吗?

直径10mm,我们一般称呼它为玻璃棒。。。。。

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
14楼
引用:forkeureka 发表于13 楼的内容:
我有一个小问题,您看到的直径10mm的东西,您确定是光纤而不是光缆吗?直径10mm,我们一般称呼它为.....

空心的,里面有反射面

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-3-22 18:05:02
15楼
引用:暮光之羽 发表于14 楼的内容:
空心的,里面有反射面

去了解一下全反射,你就会发现只能是实心的。。。除非你指的是镜面,但是在一个暴露表面制造镜面又不容易。此外,如果内部抽真空,就会极其娇气;而不抽真空的传输效率又低得令人发指。。。

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
16楼
引用:浪里黑条 发表于15 楼的内容:
去了解一下全反射,你就会发现只能是实心的。。。除非你指的是镜面,但是在一个暴露表面制造镜面又不容易。.....

淘宝了解一下

 

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
17楼

这位朋友,您要用淘宝上卖47块钱一米的所谓光纤来传输几十上百千瓦的功率,我是无话可说了。

不过,我想问一下,您知道光纤里面传输激光信号的基本原理吗?

光纤接收端测量激光衰减时,用的单位是dB啊,我这里电信用的皮线质量不是很好,从光中继到我桌面的光衰基本上在10个dB左右。

您知道光功率衰减10dB意味着什么吗?您计算一下,如果传输1kW光功率,衰减3dB,那么在光纤上损耗成热能的光能量是多少瓦啊?假如是10dB呢?又会是多少?

折叠评论
1
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
18楼

刚刚我只是为了解答黑条的问题,来举了个例子(意思是存在空心内胆光纤的可能性),我前后并没有说过要用这样型号的材料传输几十上百千瓦的功率啊,不知道您为何无话可说却又有这样的话说

对于您的疑问呢,我可以说了解,但这个设计的初衷并不是为了实现信号传输,用的相干光是特定的频率,不存在量子通信的功能,那么反问一下您真的仔细看过我的思路了吗?

具体的用途可以是高功率输电,杜绝了特超高压电的绝缘问题与地面互感衰减问题,实心的光纤就像前面虎哥说的一样,多长的线就是多厚的玻璃,这和介质的透光度和折射率有关,但是空心就不一样了,假设抽成真空并将转角降至全反射角范围内的话光衰是比较小的,对于特超功率输光来说衰减基本可以忽略

[修改于 4 个月前 - 2019-03-22 21:21:35]

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
19楼

1kW变一百瓦,美滋滋

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
20楼
引用:Sion 发表于19 楼的内容:
1kW变一百瓦,美滋滋

所有的假设都建立在能源产生比运输损耗廉价的基础之上的,比如建设外太空太阳能发电站,将电能输送到地面的成本当然就要比能源产生的成本高昂,这种条件下只能使用微波或者激光(损耗当然是难以置信的高),对此我们应该降低对损耗的要求提高运输的性价比,我想这是一个谁都懂的问题吧

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-3-23 00:29:28
21楼
引用:暮光之羽 发表于18 楼的内容:
刚刚我只是为了解答黑条的问题,来举了个例子(意思是存在空心内胆光纤的可能性),我前后并没有说过要用这.....

这位同学,我也没说量子通信什么的啊。

正是因为你说了,不是为了传输信号而是为了代替现有的交流或者直流输电线路,所以我才有疑惑。

你的初衷就是用光纤来传输能量对吧?

不管你怎么实现源端电能到光能和用户端光能到电能的转换,我关心的是高功率光在传输路径上的损耗。

单纯说线路上传输的光功率,一定大于或等于你要传输的电功率吧?这跟用不用相干光,是不是特定频率也没啥关系,能量守恒是一定的。

你说用真空管道来代替实心的光纤,这个思路也有问题。

光纤之所以能将小功率的光信号传输几十公里,正是因为它的衰减小。而实现足够小的衰减,靠的就是高纯度的光学玻璃或者高纯度石英制成的纤芯,只要纤芯的纯净度足够好,其光学特性就足够好,衰减就能足够小。至于光在光纤中的传输方式,可以简单的理解为因为光纤在径向上的折射率变化造成了光的全反射,强调一下,实际上在真实的光纤中,激光的传输机理是很复杂的,不是教科书上说的的全反射那么简单。但是正是这种近似理解的全反射才达成了光衰足够小的另一个关键因素。

全反射的损耗远小于镜面反射,这也就是为什么在专业的光学仪器中,往往利用90度棱镜代替普通的镜子来实现光的反射,这一点可以在各类专业望远镜等设备中轻易找到实例。

你在真空的管道上镀膜实现的就是镜面反射而不是光纤中实现的全反射。镜面反射的效率跟全反射是没法比的。受表面粗糙度和镀层金属的纯净度和镀膜工艺限制,再加上金属本身的吸收,一般的镜子反射率只有90%左右,反射率达到95%的已经是属于实验用的特种反光镜了。就算你说的真空管道内壁光洁度足够好,镀层质量足够好,能达到95%甚至98%的反射率,那么光在内壁上的每次反射都会造成一定程度的功率损失。即使光需要在这根真空管内反射30次(相信我,在长距离传输过程中这个数量已经少到无法想象的程度了),那么您算一下,0.98^30是多少?会有将近一半的功率损失掉(指数真的好可怕)。这还没有考虑管道内部残留的空气和微量灰尘造成的损耗和管道每次弧形反射面造成光线散射带来的额外损耗。

还有一个问题你考虑了没有?即使是做到了98%的反射率(这个在现在技术条件下还做不到工程化应用),那么在第一次反射的时候,也会有2%的功率被损耗掉。如果传输100千瓦的功率,仅仅第一次反射就会损失掉2千瓦,这2千瓦哪去了?应该说绝大多数变成了热能,相当于一束2千瓦功率的激光打在黑体上,加热功率堪比热水器啊。

我这还仅仅是从光传输的过程中造成的损耗这个角度来讨论,而不考虑电光转换和光电转换的问题。如果我再跟你谈实现难度和成本,我觉得我都没法说了。

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
22楼

@forkeureka我说的是空心光纤,并不是镀膜,利用的是全反射角,不是镜面反射

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
23楼
引用:暮光之羽 发表于22 楼的内容:
@forkeureka我说的是空心光纤,并不是镀膜,利用的是全反射角,不是镜面反射

空心光纤是什么概念?

空心光纤如果是空心的,那么如何实现全反射?

所谓全反射,指的是光在不同折射率的介质界面出现的一种特殊的折射现象。

如果是空心的,外壳必然是固体,必然会出现固-气界面,在这个界面上如何实现全反射而不是镜面反射呢?

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
24楼

@forkeureka真空与玻璃的折射率当然不同了,光在真空中的速度和在玻璃中的速度不同,所以在真空→玻璃界面存在全反射角

(搞错了,此楼请忽略)

[修改于 4 个月前 - 2019-03-23 18:47:07]

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
25楼

您错了,您说反了。

全反射只能发生在从高折射率介质到低折射率介质传播的过程中,譬如从水到空气,从玻璃到真空,而不可能发生在从真空到玻璃的过程中。如果是一根玻璃棒,外面是空气或者真空,光在玻璃棒里传播的时候,可以在玻璃棒的外表面发生全反射而回到玻璃里。如果是一根玻璃管,光在玻璃管内的空腔里,达到玻璃管内表面的时候,由于真空的折射率小于玻璃,所以不可能发生您所谓的全反射。

简而言之,光纤之所以可以传输激光信号,关键在于光纤结构上芯部折射率高于外部,而你所谓的空心光纤是不可能做到的,就好像说把一锅水放在炉子上加热来使水结冰一样,是违背科学原理的。

请先认真阅读中学物理课教材。

[修改于 4 个月前 - 2019-03-23 17:44:19]

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
26楼

其实如果太空发电站说不定还真用得上……

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
27楼

@forkeureka对不起,一时冲动刚刚思路混乱确实把光密介质与光疏介质搞混了

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-3-24 15:14:48
28楼

搜了下貌似真有空心光纤,不过是不同的工作原理

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
暮光之羽(作者)
29楼

@radio我见到的那个透明的部分大概壁厚2mm

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

{{submitted?"":"投诉"}}
请选择违规类型:
{{reason.description}}
支持的图片格式:jpg, jpeg, png